DNA(脫氧核糖核酸)測序

　　DNA測序是確定特定DNA片段的核苷酸順序的過程。到目前為止，大多數的DNA測序都是使用弗雷德里克·桑格開發的鏈終止方法進行的。這種技術利用修飾的核苷酸底物通過序列特異性終止DNA的合成反應。然而，新的測序技術，如焦磷酸測序正在獲得越來越多的測序市場份額。焦磷酸測序比桑格DNA測序產生了更多的基因組數據。焦磷酸測序已經實現了快速基因組測序。用這種技術可以在一次運行中對細菌基因組進行多次測序。這項技術最近也被用于詹姆斯·沃森的基因組測序。[1]

　　DNA序列編碼了生物生存和繁殖所必需的信息。因此，確定DNA序列在生物體為何及如何生存的基礎研究方面，以及應用學科方面都非常有用。由于 DNA對生物非常關鍵，DNA序列的知識在生物學研究的任何領域都是有用的。例如，在醫學上，它可以用來識別、診斷以及開發遺傳疾病的潛在治療方法。同樣，對病原體的研究可能會發現針對傳染性疾病的新療法。生物技術是一門新興學科，具有開發許多有用產品和服務項目的潛力。

　　卡爾森曲線是經濟學家 [2]創造的一個術語，用來描述等同于生物技術領域的摩爾定律，它是以作者羅布·卡爾森（Rob Carlson）的名字命名的。[3]卡爾森準確地預測了DNA測序技術的倍增時間(以成本和性能來衡量)將會至少和摩爾定律一樣快。[4]卡爾森曲線說明了各種技術在成本上的快速降低(在某些情況下是超指數級別的)和性能上的提高，這些技術包括DNA測序、DNA合成以及用于蛋白質表達和確定蛋白質結構的一系列的物理和計算工具。

　　1.1 Sanger測序

　　放射性標記測序凝膠的一部分

　　在鏈終止子測序(Sanger測序)中，通過使用與模板互補的短寡核苷酸“引物”在DNA模板上特定位點開始延伸。寡核苷酸引物用一種復制DNA的酶——DNA聚合酶來延伸。引物和DNA聚合酶包括四個脫氧核苷酸堿基(DNA構件)，以及低濃度的鏈終止核苷酸(最常見的是雙脫氧核苷酸)。通過DNA聚合酶對鏈終止核苷酸的有限結合產生一系列相關的DNA片段，這些片段僅在使用特定核苷酸的位置終止。然后,這些片段通過電泳在平板聚丙烯酰胺凝膠中，或者現在更常見的是在填充有粘性聚合物的窄玻璃管(毛細管)中進行尺寸分離。

　　染料終止符讀取示例的開始視圖

　　引物標記的另一種方法是標記終止子，通常稱為“染料終止子測序”。這種方法的主要優點是完整的測序集可以在一個反應中完成，而不是標記引物法所需的四個反應。這是通過用單獨的熒光染料標記每個雙脫氧核苷酸鏈終止子來實現的，該熒光染料以不同的波長發出熒光。這種方法比染料引物方法更容易和更快，但是由于在加入大型染料鏈終止子時存在與模板相關的差異，可能會產生更不均勻的數據峰(不同的高度)。隨著新的酶和染料的引入，這一問題已經大大減少，從而使摻入可變性最小化。這種方法現在被用于絕大多數測序反應，因為它既簡單又便宜。其主要原因是引物不必單獨標記(這對于單次使用的定制引物來說可能是一筆很大的費用)，盡管這與經常使用的“通用”引物不太相關。由于Illumina、454、ABI、Helicos和Dover等公司的第二代和第三代系統的成本效益不斷提高，這種情況正在迅速改變。

　　1.2 焦磷酸測序

　　焦磷酸測序是由波爾·尼倫（P?l Nyrén）和穆斯塔法·羅納吉（Mostafa Ronaghi）開發的，已通過Biotage(低通量測序)和454Life Sciences(高通量測序)實現商業化。后一種平臺使用一臺機器在7小時的運行時間內完成大約100 mb的序列(現在可以達到400 mb)。在基于陣列的方法(由454 Life Sciences公司商業化)中，單鏈DNA被退火成珠子并通過EmPCR(油包水聚合酶鏈式反應)擴增。然后將這些與脫氧核糖核酸結合的珠子和在三磷酸腺苷存在下產生光的酶一起放入光纖芯片上的孔中。當游離核苷酸被沖洗到芯片上時，當核苷酸與其互補堿基對結合時，就會產生三磷酸腺苷，從而產生光。添加一個(或多個)核苷酸會導致產生光信號的反應，該光信號由儀器中的電荷耦合器件攝像機記錄。信號強度與單個核苷酸流中摻入的核苷酸數量成比例，例如均聚物的延伸。 [1]

　　1.3 真正的單分子測序

　　1.4 大規模測序

　　盡管上述方法描述了各種測序方法，但是當基因組的大部分被測序時，采用了獨立的相關術語。開發了幾個平臺來進行外顯子組測序(編碼基因的所有染色體上所有DNA的子集)或全基因組測序(人類所有細胞核DNA的測序)。