基因二代定序原理是什麼

隨著科技的快速發展，基因定序技術經歷了從一代到二代的巨大飛躍。基因二代定序（Next-Generation Sequencing, NGS）是一種革命性的技術，能夠在短時間內快速且精確地測定大量DNA序列。大大提高了定序的效率和準確性，也大大降低了定序的成本，使得大規模基因組定序成為可能。

基因二代定序原理是什麼

一、邊合成邊定序在DNA複製過程中，隨著DNA聚合酶沿著模板鏈移動，新合成的DNA鏈上會不斷添加新的鹼基。基因二代定序技術正是在這過程中捕捉新添加的鹼基訊息，從而確定DNA的序列。具體來說，在定序過程中會同時添加DNA聚合酶、接頭引子和4種帶有鹼基特異性螢光標記的dNTPs（脫氧核糖核苷三磷酸）。這些dNTPs的3'-OH端被化學方法保護，因此每次只能添加一個dNTP。當一個dNTP被添加到合成鏈上後，所有未使用的遊離dNTP和DNA聚合酶會被洗脫掉，隨後加入激發螢光所需的緩衝液，激發螢光訊號。最後，利用電腦分析將光訊號轉換為定序鹼基。

二、可逆終止末端基因二代定序技術使用了特殊的可逆終止劑。當DNA聚合酶將其摻入新合成的DNA鏈中時，會形成一個可逆的終止末端。這個終止末端會暫時阻止DNA聚合酶繼續添加下一個鹼基，這使得每次只能添加一個鹼基並進行螢光訊號的捕捉。隨後，透過加入特定的化學試劑，可以切除這個可逆終止末端，暴露出3'-OH端，以便進行下一個鹼基的添加和定序。

三、定序平台與原理實例以Illumina定序平台為例，其定序原理基於邊合成邊定序技術。在定序過程中，DNA片段透過適配子連接到流動槽（flow cell）上，經過PCR擴增後形成簇群。然後，透過逐輪加入帶有螢光標記的可逆末端終止子鹼基，每次加入一個鹼基並檢測發出的螢光訊號，逐步合成新鏈，從而讀取DNA序列。具體來說：1、DNA文庫建構：將DNA樣本切割成短片段，並添加接頭進行修飾，以便進行後續的定序反應。 2.上機定序：將建構好的DNA文庫載入到定序儀上，進行橋式PCR擴增，形成簇狀結構，增強螢光訊號強度。 3.邊合成邊定序：在定序過程中，逐輪加入帶有螢光標記的可逆末端終止子鹼基，每次加入一個鹼基後，利用雷射掃描捕捉螢光訊號，並確定添加的鹼基類型。隨後，切除可逆終止末端，繼續下一個鹼基的添加和定序。

四、技術特性與應用基因二代定序技術具有高通量、高效率、低成本等優點，可同時對大量DNA分子進行定序，適用於基因組學研究、轉錄組學研究、疾病診斷與治療等多個領域。例如，在基因組學研究中，可以利用二代定序技術快速獲取大量個體的基因組信息，揭示人類遺傳多樣性、疾病易感基因等關鍵信息；在疾病診斷中，可以透過檢測患者樣本中的基因突變、融合基因等訊息，為精準醫療提供有力支持。

基因二代定序原理主要基於邊合成邊定序和可逆終止末端技術，透過捕捉新添加的鹼基資訊來確定DNA的序列。這項技術具有許多優點和廣泛的應用前景，在生命科學研究和臨床應用中發揮重要作用。

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