全基因组测序的前世今生

基因组代表了遗传研究的起点。自从发现DNA结构以来，科学家们一直致力于以精确的方式确定碱基的排列顺序。从1965年开始第一个酵母的片段测序到现在，测序的读长依然不足以覆盖大多数物种整个基因组的大小，因此基因组组装技术也一直是不断研发改进的关键技术。本文系统的回顾了整个基因组测序相关的重要技术、主要里程碑以及当前三代测序技术的优势和挑战。

下图展示了基因组组装的各个重要的里程碑。不同的颜色背景分别展示了从最早基于核苷酸的早期测序到基于Sanger的鸟枪法测序，到大规模的二代NGS测序，再到现在的三代TGS测序的主要组装成就。历时13年（1990-2003）耗资30亿美元的人类基因组计划（HGP）毫无疑问加速了基因组组装的进程，NGS衍生了一系列新颖的应用，包括全外显子组测序、RNA-seq、ChIp-seq、WGBS-seq等等，极大的促进了基因组测序的应用。2010年之后，全新的技术开启了第三代测序TGS—长读长测序的时代，长读长测序极大的增加了基因组组装的优势，基因组组装的连续性大大提高。

TGS的定义可能会有所不同，通常是指无需扩增直接对单个DNA分子进行测序的技术。这些技术产生比NGS更长的reads，每个reads可以跨越几到几百kbps的长度。10X Genomics linked reads 以及Hi-C等NGS的技术可以使得基因组组装连续度有一定的提升，但是TGS的出现，使得组装连续度的提升变得更加容易。

目前应用比较多的三代测序技术，一种是Pacific Biosciences(PaciBio)公司完善和商业化的单分子实时测序技术（SMRT）,另一种是Oxford Nanopore Technologies（ONT）公司商业化的纳米孔测序技术（Nanopore）。SMRT测序技术应用了边合成边测序的原理，以SMRT芯片为测序载体，载体上分布上百万个纳米级的零模波导孔（ZMW），每个ZMW中聚合酶捕获文库DNA序列，通过荧光激发dNTP，从而根据捕获荧光信号的长短，进行边合成边测序。目前SMRT测序有两种模式，一种是Continuous Long Read（CLR）模式，一种是Circular Consensus Sequences（CCS）模式。CLR的读长更长，但是碱基测序的错误率较高（准确率90%远低于NGS的99.9%），但是测序错误是完全随机的，CCS模式即利用这种特性，通过自我校正的方法将测序的错误率降低到了NGS的水平，与此同时相比CLR牺牲了测序读长。

纳米孔测序使用插入人工脂质双层的转基因细菌纳米孔，放置在几十微米宽的单个微孔中并排列在传感器芯片上， 当每条单链 DNA 穿过一个通道时，它会扰乱流过孔的电流，并由半导体传感器测量变化。不同的碱基以略微不同的方式破坏电场，记录的电流变化可以转化为 DNA 序列。ONT可以读取的长度更长，取决于制备的DNA文库的大小，但是其碱基的准确率难以校正，测序的错误率也较高。

三代测序技术，由于其超长的读长，可以有效的跨越基因组中复杂的区域，从而显著提高基因组组装的质量。此外，在二倍体（多倍体）基因组中，TGS可以更容易的生成单倍型的长定相块，区分来源于父母本的遗传信息，避免嵌合的基因组，有助于准确的进行包括高度重复区域的长变异、大型的插入缺失、重复、倒位和易位等结构变异（SV）检测。同时三代测序还可以通过PacBio的酶动力学反应或Nanopore中的离子电流信号来实现表观遗传的测序。

FALCON是PacBio直接开发并于2013年发布的基于三代数据的De novo组装软件，它继承于分级基因组装配（HGAP）流程，首先进行序列自身的比对，以校正三代测序的reads准确度，然后使用de Brujin图（DBG）构建重叠群，如下图所示。FALCON可以识别二倍体序列，可以输出包含位点变异信息的等位基因序列（alternative contigs / a-contigs）和主要的基因组序列（primary contig / p-contig）。FALCON-Unzip是FALCON的升级版，可以利用初始组装中鉴定的杂合SNP来获得高度定相的单倍型，再利用Hi-C数据映射到组装中，利用haplotigs和共有序列，将两个单倍体完全组装出来。

Canu是起源于Celera Assember的三代组装软件，可以用于PacBio和Nanopore两家公司得到的测序结果，其采用Overlap-Layout-Consensus（OLC）的方式进行组装，即利用长序列与序列之间的交叠进行组装，主要分为纠错、修剪和组装三大步。对于FALCON来说，虽然经过组装之前的纠错，相比短读长有比较大的改进，但其组装出来的单倍型仍然是嵌合的，重复序列经常被折叠到一个序列中，为了解决这个问题，2018年发布的新版本的软件TrioCanu可以利用亲本信息来完全定相单倍型，其利用父母本的二代illumina数据在组装之前根据不同的SNP对组装样本的序列进行分类，然后进行独立组装出两套来源于亲本的单倍型，因此TrioCanu尤其适合于高杂合的基因组组装。

Canu的计算是比较慢的，HiFia**是近两年开发的一个用于PacBio HiFi reads的快速单倍型解析从头组装软件，它可以在单个机器上多线程运行，在较少的资源消耗下快速完成基因组的组装，同时也可以在给定亲本数据的情况下，实现子代来自不同亲本的单倍体组装。但是其单倍型分型的准确性略差于TrioCanu。

组装结果的准确性，计算工作的优化都是组装需要考虑的方面，目前已开发出多种从头组装的软件，除以上介绍的软件外，还有Wtdbg2、Flye、Peregrine、Shasta等等，这几个软件的速度都比较快，但是其组装质量可能没那么准确。所有的基因组组装方法和软件都有优点和缺点，实际应用中可以考虑实际组装物种的情况，以及测序策略、组装目标，综合考量选取准确优秀的组装软件。

对于大基因组来说，即便长读长的reads也不能跨越整条染色体序列，需要其它连锁信息来定位和排序组装的重叠群，以将基因组组装提升到支架（Scanfold）水平。Bionano光学图谱是一种单分子DNA技术，该方法基于DNA标记，生成遗传光学图谱，然后结合初始组装的重叠群，可以进一步对重叠群进行定相和排序，产生更长的支架。除此之外，Bionano光学图谱还可以用于SV和甲基化的分析。

另外一种定向和排序重叠群的技术是基于染色体构象捕获（3C）的技术（Hi-C）。Hi-C技术首先使用甲醛将染色体空间构象固定之后，再利用限制性内切酶处理DNA，并重新连接空间上临近的DNA分子，该技术利用基因组的空间信息，组合重叠群以及支架将其分配到染色体水平。Hi-C目前是在大基因组中实现染色体水平支架的唯一方法，但往往不如Bionano支架那么保守，染色质不可预测的折叠导致染色体远处区域的相互作用，可能导致组装错误，例如人工倒位、同一染色体内的支架错位或不同染色体的支架错配。综合利用不同的技术可以更好地纠正这些错误，甚至可以获得整个染色体的端粒到端粒组装 。

基因组组装的方式一直在不断创新、优化。通过不断改进现有技术并引入全新的 DNA 测序方法和生物信息学工具，组装的质量一直在提升。NGS 引入的高通量能力和 TGS 提供的更高质量序列，最终使复杂的基因组也可用于全基因组研究。人类遗传学研究，包括人口基因组学、遗传疾病定位和诊断、个性化医疗计划、癌症研究和产前检测，已经受益于过去十年基因组测序和组装的进步。同样，这些方法越来越多地用于非模式生物以了解生态和进化过程。对参考基因组测序和组装的承诺现已从单一物种项目扩大到多物种协调工作，旨在使用 NGS 和 TGS 方法组合为大多数生物体产生高质量基因组的项目目前正在进行中。

Giani AM, Gallo GR, Gianfranceschi L, Formenti G. Long walk to genomics: History and current approaches to genome sequencing and assembly. Comput Struct Biotechnol J. 2019 Nov 17;18:9-19. doi: 10.1016/j.c**j.2019.11.002. PMID: 31890139; PMCID: PMC6926122.

IDT INTEGRATED DNA TECHNOLOGIES注册过商标吗？还有哪些分类可以注册？

IDT INTEGRATED DNA TECHNOLOGIES商标总申请量1件

其中已成功注册0件，有1件正在申请中，无效注册0件，0件在售中。

经八戒知识产权统计，IDT INTEGRATED DNA TECHNOLOGIES还可以注册以下商标分类：

第2类（颜料油漆、染料、防腐制品）

第3类（日化用品、洗护、香料）

第4类（能源、燃料、油脂）

第5类（药品、卫生用品、营养品）

第6类（金属制品、金属建材、金属材料）

第7类（机械设备、马达、传动）

第8类（手动器具（小型）、餐具、冷兵器）

第9类（科学仪器、电子产品、安防设备）

第10类（医疗器械、医疗用品、成人用品）

第11类（照明洁具、冷热设备、消毒净化）

第12类（运输工具、运载工具零部件）

第13类（军火、烟火、个人防护喷雾）

第14类（珠宝、贵金属、钟表）

第15类（乐器、乐器辅助用品及配件）

第16类（纸品、办公用品、文具教具）

第17类（橡胶制品、绝缘隔热隔音材料）

第18类（箱包、皮革皮具、伞具）

第19类（非金属建筑材料）

第20类（家具、家具部件、软垫）

第21类（厨房器具、家用器皿、洗护用具）

第22类（绳缆、遮蓬、袋子）

第23类（纱、线、丝）

第24类（纺织品、床上用品、毛巾）

第25类（服装、鞋帽、袜子手套）

第26类（饰品、假发、纽扣拉链）

第27类（地毯、席垫、墙纸）

第28类（玩具、体育健身器材、钓具）

第29类（熟食、肉蛋奶、食用油）

第30类（面点、调味品、饮品）

第31类（生鲜、动植物、饲料种子）

第32类（啤酒、不含酒精的饮料）

第33类（酒、含酒精饮料）

第34类（烟草、烟具）

第35类（广告、商业管理、市场营销）

第36类（金融事务、不动产管理、典当担保）

第37类（建筑、室内装修、维修维护）

第38类（电信、通讯服务）

第39类（运输仓储、能源分配、旅行服务）

第40类（材料加工、印刷、污物处理）

第41类（教育培训、文体活动、娱乐服务）

第42类（研发质控、IT服务、建筑咨询）

第43类（餐饮住宿、养老托儿、动物食宿）

第44类（医疗、美容、园艺）

第45类（安保法律、婚礼家政、社会服务）

谈谈基因测序技术经历了哪几个发展阶段，这些技术的特点分别是什么

基因测序也称DNA测序，是现代生物学研究中重要的手段之一。基因测序技术经过了三个发展阶段。第一代DNA测序技术是1975年由桑格(Sanger)和考尔森(Coulson)提出的链终止法。第一代技术准确率高，读取长，是至今唯一可以进行“从头至尾”测序的方法，但存在成本高、速度慢等方面的不足，并不是最理想的测序方法。使用第一代Sanger测序技术完成的人类基因组计划，花费了30亿美元巨资，用了十三年的时间。

随后的二、三代测序技术以高通量为共同特征，也被称为“新一代测序技术(NGS)”。Roche公司的454测序平台、Illumina公司的Solexa测序系统以及ABI公司的SOLID测序系统标志着第二代测序技术诞生。尽管各系统在高通量水平、测序准确度、存储格式、技术方法上各有差异，但共同特征是大大降低了测序成本并极大地提高了测序速度，完成一个人的基因组测序只需一周左右时间。然而第二代测序技术在测序前要通过PCR段对待测片段进行扩增，增加了测序的错误率。而且二代测序产生的测序结果长度较短，需要对测序结果进行人工拼接，因此比较适合于对已知序列的基因组进行重新测序，而在对全新的基因组进行测序时还需要结合第一代测序技术。

近期出现的Helicos公司的Heliscope单分子测序仪、Pacific Biosciences公司的SMRT技术、Oxford Nanopore Technologies公司正在研究的纳米孔单分子技术，被认为是第三代测序技术。与前两代技术相比，其最大的特点是单分子测序。第三代测序技术解决了错误率的问题，通过增加荧光的信号强度及提高仪器的灵敏度等方法，使测序不再需要PCR扩增这个环节，实现了单分子测序并继承了高通量测序的优点。更多基因相关资讯可登陆盛景基因查看。

电脑硬盘什么样子的啊？结构什么样啊？工作原理是什么样的？

DIY装机指的是自行选择电脑的各个硬件，这些硬件包括处理器、主板、内存、显卡、硬盘、机箱、电源等，在保证兼容、合理搭配的同时将所有的DIY硬件搭配组装为一**整的电脑，也是所谓的“组装机”、“兼容机”，今天小编再来帮大家科普一下硬盘选购知识和硬盘知识，教你如何挑选合适的硬盘。

硬盘分为固态硬盘和机械硬盘以及混合硬盘三个类型，而绝大数的用户都是采用固态硬盘和机械硬盘双硬盘方案，现在混合硬盘市场需要很小，市场上装机常见主要是固态硬盘和机械硬盘，我们先来简单介绍一下这三个类型的硬盘知识吧。

一、硬盘 选购 的类型：

1、机械硬盘(HDD)

是一款传统式硬盘，在没有固态硬盘之前都是搭配的机械硬盘，现在装机搭配机械硬盘多数作为储存副盘。机械硬盘的结构主要是由一个或者多个铝制或者玻璃制成的磁性碟片、磁头、转轴、磁头控制器、控制电机、数据转换器、接口以及缓存等几个部分组成。在机械硬盘在工作的时候，磁头悬浮在高速旋转的磁性碟片上进行读写数据。

优点主要是容量大，价格便宜，技术成熟，硬盘破坏可做数据恢复，而缺点主要是速度相比固态硬盘要慢，发热大，噪音大，防震抗摔性差。

2、固态硬盘(SSD)

固态硬盘是在机械硬盘之后推出的一款新型硬盘，也是现在装机首选硬盘之一，都是设为主盘运用，大大提升系统速度。固态硬盘主要是由多个闪存芯片加主控以及缓存组成的阵列式储存，属于以固态电子储存芯片阵列制成的一种硬盘。

优点主要是相比机械硬盘，读取速度更快，寻道时间更小，能够提升系统、软件、游戏等读写速度，静音、防震抗摔性佳，低功耗、轻便、发热小。而缺点主要是价格偏贵、容量较小，大储存需要的时候，往往需要搭配机械硬盘来运用。

3、混合硬盘(SSHD)

混合硬盘相当于机械硬盘和固态硬盘的结合产品，采用容量较小的闪存颗粒作为储存常用文件，而磁盘才是最为重要的储存介质，而闪存仅仅是起了缓冲的作用，将更多的常用文件保存到闪存内减小寻道时间，从而提升效率。

混合硬盘优缺点主要是读写速度相比机械硬盘要快，但是速度不如固态硬盘，与机械硬盘同样，发热显著，有显著噪音，有震动。

二、硬盘 选购 的品牌

1、机械硬盘：西部数据(WD)、希捷(ST)

2、固态硬盘：三星、Intel、浦科特、Toshiba、建兴、闪迪、金士顿、威刚、WD、影驰、七彩虹、台电等。

一般来说，首选三星、intel、浦科特，不过价格偏贵，其次金士顿、闪迪、Toshiba等，性价比品牌可以影驰、威刚、台电、七彩虹等。

三、硬盘 选购 的容量

同价位情况下，机械硬盘的容量要比固态硬盘要大很多，因此大储存的情况下，必须搭配机械硬盘作为储存运用，除非你是土豪，直接购买大容量的固态硬盘。

固态硬盘容量通常：120G、240G、320G、500G、1T、2T或者以上等。不过现在基本都是选用120G、240G容量为主，因为大容量的固态硬盘价格绝对让你怀疑人生，不过相信经过固态硬盘多年的发展，大容量会越来越主流，越来越便宜。

机械硬盘容量通常：1T、2T、3T、4T或者以上等。一般基本都是选用1T、2T机械硬盘，再大的基本用不到，除非真有这样的储存需要。

四、硬盘 选购 的接口

机械硬盘现在都是SATA3接口，而固态硬盘常见的有：SATA 3接口，PCI-E接口，M.2接口，其中M.2之间也有不一样的规格，主要由2242、2260、2280三种规格。

SATA3接口的固态硬盘是现在运用广泛的，而M.2接口固态硬盘慢慢主流起来，而PCI-E接口一般运用在高端机上，拥有更高的速度体验。

五、硬盘 选购 的尺寸

台式电脑机械硬盘都是3.5英寸，而SATA3接口的固态硬盘是2.5寸的，与笔记本的机械硬盘尺寸相似，因此也可以运用在笔记本上。PCI-E接口的固态硬盘只适于台式电脑，并不合适笔记本，而M.2和SATA的固态硬盘，台式电脑和笔记本都是通用的。

不过对于现在的笔记本和台式电脑来说，M.2接口的固态硬盘外形小巧，打破了SATA接口带来的性能瓶颈，因此装机之家小编坚信，M.2接口的固态硬盘才是未来趋势。

是什么决定了固态硬盘和机械硬盘速度?

固态硬盘主要是颗粒与主控， 固态的颗粒与主控好坏决定了一款固态硬盘的性能，颗粒与主控越好，无疑固态硬盘的速度越强。

SSD的颗粒的传统分类：SLC、MLC、TLC，SLC颗粒要强于MLC，而MLC颗粒又强于TLC，不过SLC颗粒在现在市场基本很少，(装机之家原创)主要是价格偏贵，现在中高端的固态还是MLC颗粒的天下，而TLC颗粒成本较低，性能与寿命不如MLC，定位市场入门级固态硬盘。

SLC = Single-Level Cell ，即1bit/cell，速度快寿命长，价格超贵(约MLC 3倍以上的价格)，约10万次擦写寿命。

MLC = Multi-Level Cell，即2bit/cell，速度一般寿命一般，价格一般，约1000--3000次擦写寿命。

TLC = Trinary-Le