基因测序行业从第一代Sanger测序到高通量NGS（下一代测序技术）的跃迁，再到第三代单分子测序技术的兴起，技术路线的核心洗牌至少经历了两次关键转折。第一次是NGS对传统Sanger测序的全面替代，第二次则是NGS内部不同技术路线的优胜劣汰——罗氏454因通量和成本限制于2016年底终止NGS测序业务，而Illumina凭借桥式PCR扩增与边合成边测序结合的路线崛起，在2019年全球基因测序仪器耗材市场中占据74.1%的份额。
从Sanger到NGS：划时代的超摩尔定律
高通量测序技术（NGS）以其通量高、准确性高等优势，有效克服了Sanger测序技术成本高、通量低、对人力需求大等缺点。这项技术的出现给生物学领域带来新的突破，促进了个人全基因组测序成本快速降低，从而推动基因组学的临床推广。NGS的优势包括高通量、高准确性、高灵敏度、自动化程度高、成本低，且可用于未知物种和未知基因的检测。
不过，NGS也并非完美：其读长较短，拼接组装难度大，建库过程中的PCR扩增可能错配碱基。2011年后，以PacBio公司的SMRT技术和Oxford Nanopore Technologies公司的纳米孔单分子技术为代表的第三代测序技术兴起，其最大特点是单分子测序、无需PCR扩增，理论上可测定无限长度的核酸序列。但第三代测序的测序准备度与NGS仍有差异，单条序列错误率较高、平均成本也更高。因此，NGS仍是目前基因测序技术大规模商业化应用普及的主要推动力，并在未来一段时间内仍是主流技术。
NGS内部洗牌：罗氏454出局与Illumina崛起
按测序原理划分，NGS测序技术主要分为四大类：罗氏454的焦磷酸测序、Illumina的桥式PCR扩增与边合成边测序结合测序、赛默飞的乳液PCR与半导体合成测序技术，以及华大智造的纳米球与联合探针锚定聚合技术测序。其中，罗氏焦磷酸测序的测序通量和成本始终限制着技术推广，罗氏在2016年底终止了其454公司的NGS测序业务。
Illumina的桥式PCR扩增与边合成边测序结合路线，具备检测准确性高、通量覆盖广的特点。根据华大智造招股书数据，2019年Illumina、Thermo Fisher、华大智造的全球市占率分别为74.1%、13.6%、3.5%；在中国市场，Illumina市占率为61%，华大智造为24%。Illumina作为全球基因测序龙头，在测序技术、数据积累、渠道等方面均形成较高壁垒。
专利诉讼：塑造行业格局的关键力量
测序技术的核心壁垒在于对测序原理的理解以及围绕测序技术构建的专利网。Illumina通过数据库检索到的专利数量超12000项，其中在美国2900多项，在欧洲布局1174项，中国布局1065项，澳大利亚布局883项。其专利网极其密集，并多次对同行发起专利诉讼：2010-2011年多次诉讼Complete Genomics专利侵权（双方于2013年和解），2016年对Oxford Nanopore Technologies提起诉讼，2019-2021年多次对华大智造发起针对核酸测序信号放大技术专利的诉讼。这些专利诉讼限制了后进入者在测序仪领域的快速发展。
值得注意的是，拥有专利和早期技术并不意味着能直接转化出量产且成功的基因测序仪——华大在2013年收购Complete Genomics进入上游制造领域，正是看中了从技术到量产产品之间仍需长期打磨和迭代的壁垒。
常见问题
为什么罗氏454会退出NGS市场？
罗氏454的焦磷酸测序技术在测序通量和成本上始终存在限制，难以满足大规模商业化应用的需求。相比之下，Illumina的桥式PCR路线在通量覆盖和检测准确性上更具竞争力，最终罗氏在2016年底终止了454公司的NGS测序业务。
Illumina的市占率有多高？
根据华大智造招股书数据，2019年Illumina全球市占率为74.1%，Thermo Fisher为13.6%，华大智造为3.5%。在中国市场，Illumina市占率为61%，华大智造为24%。
专利诉讼对行业格局有何影响？
测序技术的核心壁垒之一就是专利网。先发企业通过密集的专利布局和诉讼手段限制后进入者销售，例如Illumina曾对Complete Genomics、Oxford Nanopore Technologies和华大智造发起专利诉讼。这些诉讼增加了新进入者的知识产权突破难度，显著影响了行业竞争格局的塑造。