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上一期,小编为大家追溯了DNA双螺旋分子结构模型的发展历程,这期将为大家带来“第一代DNA定序法”的相关知识。
译码——打开基因奥秘的“钥匙”
自 1953 年科学家解开 DNA 的构造开始,DNA序列分析(简称定序)技术也如火如荼地展开。将特定DNA片段的碱基序列,也就是腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)与鸟嘌呤的(G)排列方式一一译码,这项技术像研究基因的一把“钥匙”,唯有取得完整正确的序列信息,才能解读基因的奥秘。

DNA定序技术发展历程:
最早期采用电子荧光法定序:Fred Sanger 等人发明了一种用放射性标定的 DNA 片段,加上 2D电泳与层析(fractionation)的方法来定序,初代的 DNA 定序才有了雏型。定序单一段基因序列的时间长达3年,成本亦以百万美元计。
在1977年,生物化学家桑格(F. Sanger)发明出了一种称为“双脱氧链终止法(chain termination method)”的技术来测定DNA序列,此种方法也称做“双脱氧终止法(Dideoxy termination method)”。此技术使用了当时较不具毒性的材料,先进行DNA 合成,利用DNA引子和DNA聚合酶使DNA链得以展开复制,再利用双脱氧核苷酸(dideoxynucleotides)来终止DNA链的合成。实验结果:会使不同序列的DNA带有不同长度,最终经由电泳来做出分析。
第一个完整的DNA基因组测序是在1977年成功定序出噬菌体φX174 (Phage φ-X174)的基因组序列,桑格也因此获得诺贝尔奖。

-桑格-
这项技术后来成为人类基因组计划等研究得以展开的关键之一,并使桑格于1980年再度获得诺贝尔化学奖。之后,他的定序工作则越来越快,所定的生物基因也越来越大:起先是粒线体的DNA序列,接着就是细菌、酵母菌等微生物基因序列,之后是动植物的基因序列,直至人体基因序列。其中,阿拉伯芥在2000 年成为全球第一个基因完全定序的植物。

-阿拉伯芥-
Sanger定序法:迄今为止被使用最多的定序方式
人类基因体计划在2003年宣布:完成了人类30亿个遗传密码的排列定序,建构出了第一个人类的参考基因体(reference genome)。
从1977年第一种DNA定序方法的出现至2007年前,定序市场的大宗绝对是Sanger定序法。此方法使用四种不同的 ddNTPs,比正常的dNTP少了3’端的OH基,当DNA在聚合时若使用ddNTPs会停止延长。在正常的dNTPs中加入少量标定过的ddNTPs,聚合出各种不同长度的DNA,经电泳后可观察到所有的序列。

-桑格-
直到现在,部分实验室仍会使用Sanger定序法。后期的优化方式是把标定物从放射性物质改成荧光物质、使用更有效率的聚合酶,以及用毛细管取代电泳等。而基于此原理的定序,就称作“第一代定序”。
以上内容,让大家了解到:“第一代DNA定序法”,同时知晓了为此做出贡献的诺贝尔奖获得者:桑格。如今在很多人的概念中,DNA检查已是最为精准且流行的体检方式,但并不了解其中的原理及由来。以历史为依托娓娓道来,让我们在趣味中揭开DNA的神秘面纱,把握生命秘籍,领悟健康真谛!
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