全基因组鸟枪法测序(WGS)是人类基因组计划得以完成的核心技术,也是基因测序行业最关键的拐点。此后,行业从第一代Sanger测序跨越到高通量测序(NGS),成本以“超摩尔定律”速度下降,并在近年迎来三代测序的崛起,推动基因组学进入大规模应用时代。
第一代测序:开启基因组学时代
1977年,桑格(Sanger)利用双脱氧链终止法测定了第一个基因组序列——噬菌体phiX-174。第一代测序技术读长可达1000bp,准确性高达99.999%,但通量低、成本高,无法用于大规模测序。2001年,以改进的Sanger法为基础,人类基因组计划发布了首个人类基因组草图,总费用高达30亿美元,标志着基因测序从实验室走向重大科学工程。
全基因组鸟枪法测序:人类基因组计划的“加速器”
人类基因组计划的主要测序方法正是全基因组鸟枪法测序(WGS)。其原理是将DNA打碎成小片段并行读取,再像拼图一样还原完整序列。这一方法大幅提升了测序效率,使人类基因组序列图于2003年4月14日绘制完成——98%的序列获得测定,精确度为99.99%。WGS的成功应用,堪称行业最大拐点。
高通量测序(NGS):成本断崖式下降
WGS之后,高通量测序技术(NGS)闪亮登场,可一次并行测序数百万到数十亿条核酸分子。这一技术推动人类全基因组测序成本从2001年的近1亿美元,降至2009年的约10万美元,再到2015年的约1000美元,真正实现了“超摩尔定律”式下降。2023年,华大智造发布超高通量测序仪DNBSEQ-T20×2,单例成本低于100美元,创造了通量新纪录。
常见问题
第一代测序技术有哪些优缺点?
优点包括准确率几乎100%、读长较长(可达1000bp)、适用于单基因病诊断;缺点是通量小、成本高、不能进行基因组层面分析。
全基因组鸟枪法测序(WGS)的原理是什么?
WGS先将DNA打碎成小片段,再并行读取每个碎片的序列,最后通过计算比对将碎片拼接成完整的长DNA序列。
基因测序成本下降有多快?
从2001年人类基因组计划的30亿美元,到2023年华大智造测序仪单例成本低于100美元,降幅达数千万倍,远超摩尔定律。