下一代测序技术

下一代测序（NGS），又称高通量或大规模平行测序，是指能够同时读取数百万至数十亿个DNA片段的平台，取代了每次只能读取一个片段的Sanger测序方法。这些技术将测序成本降低了几个数量级，并使全基因组、外显子组和转录组研究成为常规。

Definition

下一代测序技术是能够通过并行读取大量DNA片段来确定核苷酸序列的平台，与Sanger测序的顺序电泳读取方式相比，它能以较低的单位碱基成本产生高通量数据。

Scope

本条目概述了高通量测序平台的家族，包括合成测序短读长技术和纳米孔、单分子实时测序等长读长单分子方法，区分它们的读长与准确性权衡，以及它们对基因组学规模的影响。这是一份方法学概述，而非用于采购或临床检测决策的比较。

Core questions

• 下一代测序与早期的Sanger测序有何区别？
• 短读长和长读长平台在读长、准确性和应用方面有何不同？
• 高通量测序如何改变基因组学的规模和成本？

Key concepts

• 大规模平行测序
• 合成测序
• 短读长与长读长平台
• 单分子实时测序
• 纳米孔测序
• 读长与单位碱基准确性的权衡
• 单位碱基成本

Mechanisms

高通量平台能够同时固定和读取大量的DNA片段。合成测序短读长技术在每个碱基掺入时进行检测，通常使用可逆终止子，从而产生短但高度准确的读长。长读长方法则实时读取单个分子或当它们通过纳米孔时进行读取，产生更长的读长，能够跨越重复和结构复杂的区域，但代价是单位碱基错误率略高。平台选择反映了读长、准确性、通量和成本之间的权衡，这取决于分析目标。

Clinical relevance

下一代测序是现代基因组研究和临床基因组学的主力，支持从变异检测到病原体和癌症基因组学的一切应用。本条目描述了这些技术及其权衡，作为参考材料，不推荐任何特定平台或测试用于个人用途。

Evidence & guidelines

该领域通过有影响力的综述文献进行记录，这些文献追溯了平台的发展：Metzker (2010)、Reuter et al. (2015) 和 Goodwin et al. (2016) 针对广泛的领域，Wang et al. (2021) 专门针对纳米孔测序；Bentley et al. (2008) 是一份基础性的短读长原始报告。

History

在Sanger测序主导了三十年后，商业大规模平行测序平台于2000年代中期出现，可逆终止子短读长测序于2008年实现了全基因组规模的演示。在接下来的十年中，通量急剧上升，成本大幅下降，同时单分子长读长平台（单分子实时测序和纳米孔测序）日趋成熟，以解决短读长的读长限制。

Key figures

• Michael Metzker
• Michael Snyder
• W. Richard McCombie
• David Bentley

Seminal works

• metzker-2009
• goodwin-2016
• wang-2021

Frequently asked questions

下一代测序比Sanger测序增加了什么？

它能够并行读取数百万至数十亿个片段，而不是一次一个，从而将通量提高了许多数量级并降低了成本，这使得全基因组和群体规模的研究变得可行。

短读长和长读长测序之间的主要权衡是什么？

短读长通常高度准确，但太短以至于无法跨越长重复序列；而长读长能够覆盖重复和结构复杂的区域，但历史上单位碱基错误率较高。