从人类基因组计划到T2T联盟补齐最后8%,基因测序行业经历了三次关键拐点:测序原理从“扩增后分段读取”转向“单分子从头读到底”,长读长技术从科研边缘走向行业共识,以及三代测序商业化从早期探索进入临床转化加速期。其中,2022年端粒到端粒联盟(T2T)利用长读长技术完成首个真正完整的人类基因组序列,补齐了人类基因组计划遗留的最后8%,是继该计划发起30年后的又一重大里程碑。

技术代际演进:从短读长到长读长

行业通常将测序技术划分为三代:第一代Sanger法准确但昂贵;第二代NGS(下一代测序)成本低、通量高,但文库构建复杂、读长短;第三代即单分子测序技术,无需PCR扩增,直接对单条DNA分子测序。单分子测序有两条技术路线——PacBio技术与Nanopore技术,后者常被部分厂商称为“第四代”,但行业普遍共识是单分子测序技术就是第三代测序技术,“第四代”更多是商业代际表述。

一个通俗的比喻是:二代测序(短读长)把DNA切成不超过200BP的片段读取再算法还原,三代测序(长读长)则不用扩增、从头读到尾。二代对基因组中常见的重复序列难以精准测出,三代则能完整跨越重复区域,但早期准确率有限。

关键拐点:补齐最后8%

尽管三代测序起步并不晚——PacBio前身2000年成立,ONT 2005年从牛津大学衍生——但其商业化进程明显滞后于以illumina为代表的二代测序。在二代凭借成本与性能主导市场的十余年间,三代测序市占率一度较低,应用多局限于基础科研。

转折出现在2022年:Science杂志连发6篇文章,报道T2T联盟完成的首个真正完整的人类基因组序列,补齐了人类基因组计划遗留的最后8%,其中三代测序的长读长能力起到不可替代的作用。2023年初,Nature Methods将长读长测序评选为“2022年度最佳技术”,标志着行业共识的形成。产业端同步加速:illumina宣布布局长读长产品,华大智造等厂商亦有布局,专注纳米孔测序的齐碳生物完成大额融资,贝瑞基因在三代测序临床应用转化上持续发力,其服务样本量已具规模。

常见问题

三代测序和二代测序的核心区别是什么?

核心区别在读长与原理。二代测序需将DNA扩增后切成短片段(不超过200BP)读取再还原,三代测序无需扩增,直接对单分子从头读到尾,因此在解析重复序列等复杂区域时具有结构性优势。

“第四代测序”是什么?和三代有关系吗?

“第四代”通常指ONT的Nanopore技术路线,但行业普遍共识是单分子测序技术即第三代测序技术,“第四代”属于商业代际表述,并无实质技术代差。

T2T联盟的成果为什么重要?

2022年T2T联盟在Science发表系列文章,完成首个真正完整的人类基因组序列,补齐了人类基因组计划遗留的最后8%。由于这部分区域富含重复序列,短读长技术难以精准拼接,长读长测序在其中发挥了不可替代的作用,也被视为三代测序从科研走向应用的关键转折点。