一文梳理常见的测序技术(部分结合GEO数据库)

中心法则

图片来源：维基百科

中心法则，又称为分子生物体的中心教条，是生物体中遗传信息传递的基本顺序。其中DNA-DNA，DNA-RNA，RNA-蛋白质这三种传递方式是在大多数细胞中普遍存在的规律。在特殊情况下，也会出现RNA-DNA，RNA-RNA，DNA-蛋白质这三种传递方式。目前还没有证据显示存在传递可能性的为蛋白质-DNA，蛋白质-RNA，蛋白质-蛋白质这三种方式。

那么围绕着中心法则中的三大组成部分(DNA，RNA，蛋白质)，研究者们也开发出了众多测序技术。

转录组

转录组是什么

转录组在广义上是指生物体细胞内所有转录产物的集合，包括了信使RNA(mRNA), 核糖体RNA(rRNA), 转运RNA(tRNA)及非编码RNA(Non-coding RNA)。

其中mRNA在细胞中的比率约占1-5%，tRNA约占10-15%，rRNA约占80-85%，Non-coding RNA约占1%。

鉴于mRNA在转录过程中提供了重要的遗传信息，non-coding RNA在基因调控和细胞功能中发挥着多种重要作用，这两者也成为转录组测序最常见的测序对象。

目前常用测序手段：

高通量测序（Next-Generation Sequencing, NGS）

● RNA测序（RNA-seq）：用于分析全转录组，检测基因表达水平、可变剪接、基因融合等。在GEO数据库中RNA高通量测序被称为Expression profiling by high throughput sequencing。

● 单细胞RNA测序（scRNA-seq）：用于研究单细胞层面的基因表达异质性和细胞类型。在GEO数据库中该测序也被称为Expression profiling by high throughput sequencing，但其一般会在标题处标明scRNA-seq/scRNA等。

● 非编码RNA测序(Non-coding RNA-seq): 利用高通量测序来分析和定量非编码RNA表达的技术。在GEO数据库中该测序也被称为Non-coding RNA profiling by high throughput sequencing。

芯片测序（Microarray Sequencing）

● 表达芯片：用于大规模分析已知基因的表达水平，适用于已知基因的定量研究。在GEO数据库中RNA高通量测序被称为Expression profiling by array。

● 非编码RNA表达芯片：利用芯片来分析和定量非编码RNA表达的技术。在GEO数据库中该测序也被称为Non-coding RNA profiling by array/Non-coding RNA profiling by genome tiling array。

第三代测序

● 长读长RNA测序：如PacBio和Oxford Nanopore，用于检测全长转录本和复杂的转录调控机制。

基因组

基因组是什么

基因组是研究生物体所有DNA序列(编码区与非编码区)的科学。它涵盖了基因的结构、功能、进化及其在染色体上的位置等方面的研究。编码区：是指基因组中能够转录并翻译成蛋白质的DNA序列。非编码区：是指基因组中不直接编码蛋白质的DNA序列，这些区域占基因组的大部分，具有重要的调控和结构功能。

编码区：

● 外显子（Exons）：实际翻译成蛋白质的DNA序列部分。

● 启动子（Promoters）：调控基因转录起始的序列，通常位于基因的上游。

● 增强子（Enhancers）和沉默子（Silencers）：增强子是增加基因转录效率的调控序列，而沉默子则是抑制转录的序列。

非编码区：

● 内含子（Introns）：存在于基因内部，但在mRNA加工过程中被剪接去除。

● 调控序列（Regulatory Sequences）：包括启动子、增强子、沉默子等，调控基因的表达。

● 非编码RNA基因（ncRNA Genes）：编码各种非编码RNA（如miRNA、tRNA、rRNA等），这些RNA在基因表达调控和蛋白质合成中发挥作用。

● 重复序列（Repeat Sequences）：包括短串联重复（STR）、长散在核元素（LINEs）和短散在核元素（SINEs）等，对基因组结构和稳定性有重要影响。

● 假基因（Pseudogenes）：相似于正常基因的序列，但由于突变等原因失去了编码功能。

目前常用测序手段：

高通量测序

● Illumina测序：基于边合成边测序（SBS）技术，DNA片段通过桥接PCR扩增固定在固相载体上，通过荧光标记的可逆终止核苷酸进行循环合成，每次合成后检测荧光信号。

● Ion Torrent测序：利用半导体技术，通过检测DNA合成过程中释放的氢离子，直接将化学信号转换为电信号。

芯片测序

● 基因组平铺阵列（Genome Tiling Arrays）：微阵列技术。在GEO数据库中该测序也被称为Genome variation profiling by genome tiling array。

● 单核苷酸多态性(Single Nucleotide Polymorphism)阵列：SNP阵列技术，用于分析基因组中单核苷酸多态性的位置和频率，主要用于基因型分析和疾病关联研究。在GEO数据库中该测序也被称为Expression profiling by SNP array/SNP genotyping by SNP array/Genome variation profiling by SNP array等。

● DNA甲基化(Methylation profiling)阵列：DNA甲基化是表观遗传修饰的一种形式，通常发生在CpG二核苷酸处，对基因表达调控和基因组稳定性具有重要影响。在GEO数据库中该测序也被称为Methylation profiling by array/Methylation profiling by genome tiling array /Methylation profiling by SNP array(甲基化和SNP结合)等。

第三代测序

● PacBio单分子实时测序（SMRT）：通过实时检测单分子DNA聚合酶的活性，直接测定长片段DNA序列。DNA分子在纳米孔中的移动导致光信号变化，从而确定碱基序列。

● Oxford Nanopore测序：利用纳米孔技术，单分子DNA或RNA通过纳米孔时引起电流变化，通过检测这些变化确定序列。

特定应用技术

● 全外显子测序（WES）：只测序外显子区域，适用于疾病相关突变检测。

● 靶向测序：只测序特定基因区域，用于特定基因变异研究。

蛋白质组

蛋白质组是什么

是指一个生物体、细胞、组织或生物体的一部分在特定时间和条件下表达的所有蛋白质的总和。

目前常用检测手段：

蛋白质芯片

● 用于同时检测大量蛋白质样本中的多个蛋白质。这种技术通过将多种蛋白质探针固定在固相载体（如玻片或膜）上，然后与目标蛋白质样品进行杂交，检测蛋白质的存在和相互作用。在GEO数据库中该技术被称为Protein profiling by protein array。

蛋白质质谱/液相色谱

● 是一种利用质谱和色谱技术联合来分析和定量蛋白质的高通量分析方法。这种技术可以详细地解析蛋白质的种类、数量以及翻译后修饰，广泛应用于蛋白质组学研究。在GEO数据库中该技术可能不会直接写明，但在标题处可以找到相关信息。

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