Metody sekwencjonowania nowej generacji oraz ich wykorzystanie w genetyce, hodowli i biotechnologii roślin

Orłowska, M.; Sobczyk, M.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Metody sekwencjonowania nowej generacji oraz ich wykorzystanie w genetyce, hodowli i biotechnologii roślin

Autorzy

Orłowska M. , Sobczyk M.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

Warianty tytułu

Application of Next Generation Sequencing methods in genetics, plant breeding and biotechnology

Języki publikacji

Abstrakty

W niniejszej pracy przedstawiono i scharakteryzowano metody sekwencjonowania nowej generacji – NGS (ang. Next-Generation Sequencing). W tym krótkim przeglądzie zaprezentowano najważniejsze techniki sekwencjonowania drugiej generacji. Metody te umożliwiają odczytanie kolejności nukleotydów w łańcuchu DNA. Szybki rozwój technik sekwencjonowania zaczął się na początku lat 70. XX wieku, kiedy to opublikowano dwie techniki pierwszej generacji – metodę Sangera, na której bazują techniki NGS, oraz metodę Maxama i Gilberta. Późniejsze ich modyfikacje (m.in. wprowadzenie elektroforezy kapilarnej, fluorescencyjne znakowanie nukleotydów, zastosowanie mikroprocesora) doprowadziły do pełnej automatyzacji procesu i przyczyniły się do jego udoskonalenia. Obecnie metody NGS są narzędziem wykorzystywanym w wielu dziedzinach nauki, m.in. w genetyce, biotechnologii, biologii molekularnej i w nowoczesnej hodowli roślin. Technologie prezentowane w artykule cechują się wieloma zaletami, ale nie są też pozbawione wad. Dokładność odczytu sekwencji oraz ogólne koszty eksploatacyjne wskazują na to, że najbardziej obiecująca metoda sekwencjonowania nowej generacji opiera się na systemie SOLiD. Z kolei zaś sekwencjonowanie poprzez ligację (platforma SOLIiD) oprócz dużej dokładności charakteryzuje się dłuższym czasem analiz w porównaniu do innych omawianych metod.

In this article next generation sequencing (NGS) methods were characterized. This short review focus on the most important methods of second and third generation sequencing techniques. NGS techniques give unique opportunity to read nucleotides order in DNA strand. Fast, rapid development and progress of genetic sequencing methods began in the seventies. Then two new sequencing techniques were established – enzymatic method (Sanger’s sequencing), chemical method (Maxam’s and Gilbert’s sequencing). Later modifications such as use of capillary electrophoresis, fluorescent nucleotides and application of microprocessor led to total automation of the process and contributed to the methods improvements. Nowadays NGS methods are tools used in many scientific fields e.g. genetic, biotech- nology, molecular biology and modern plant breeding programs. Technologies presented in this article have many advantages, but are also not without flaws. Reading accuracy and the overall costs indicate that method based on SOLiD system is the most promising next generation sequencing. Sequencing by ligation (SOLiD) characterized by high precision but also run time is longer compared to the other method described in this article.

Słowa kluczowe

NGS pirosekwencjonowanie sekwencjonowanie nowej generacji sekwencjonowanie przez ligację sekwencjonowanie przez syntezę

pyrosequencing next generation sequencing sequencing by ligation sequencing by synthesis

Wydawca

Centralny Ośrodek Badawczo-Rozwojowy Aparatury Badawczej i Dydaktycznej, COBRABiD sp. z.o.o

Czasopismo

Aparatura Badawcza i Dydaktyczna

Rocznik

2017

Tom

T. 22, nr 1

Strony

54--61

Opis fizyczny

Bibliogr. 26 poz., tab.

Twórcy

autor

Orłowska M.

Katedra Genetyki, Hodowli i Biotechnologii Roślin, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie, Szczecin, Polska

autor

Sobczyk M.

Katedra Genetyki, Hodowli i Biotechnologii Roślin, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie, Szczecin, Polska

Bibliografia

1. Buermans H. P., den Dunnen J. T., Next generation sequencing technology: Advances and applications. Biochimica et Biophysica Acta,1842, (2014), 1932-1941.
2. Gurgul A., Ząbek T., Bugno-Poniewierska M., Wykorzystanie wysokowydajnych technik analiz genomu w badaniach naukowych i hodowli zwierząt gospodarskich. Rocz. Nauk. Zoot., 42, (2015),81-91.
3. Shendure J., Ji H., Next-generation DNA sequencing. Nat. Biotech., 26, (2008), 1135-1145.
4. Raszka A., Ziembińska A., Wiechetek A., Metody i techniki biotechnologii molekularnej w biotechnologii środowiskowej. Czasopismo Techniczne, 2(106), (2009), 101-114.
5. Maxam A., Gilbert W., A new method for sequencing DNA. Proceedings of National Academy of Sciences of the USA, 74(2), (1977), 560-564.
6. Sanger F., Nicklen S., Coulson A. R., DNA sequencing with chain-terminating inhibitors. Proc. Natl. Acad. Sci. USA., 74(12), (1975), 5463-5467.
7. Piątkowski J., Skalniak A., Bodzioch M., Pach D., Hubalewska-Dydejczyk A., Wprowadzenie do sekwencjonowania ludzkiego genomu w diagnostyce. Przegląd Lekarski, 70(7), (2013), 458-462.
8. Brautigam A., Gowik U., What can next generation sequencing do for you? Next generation sequencing as a valuable tool in plant research. Plant Biology, 12, (2010), 831-841.
9. Kotowska M., Zakrzewska-Czerwińska J., Kurs szybkiego czytaniaDNA – nowoczesne techniki sekwencjonowania. Biotechnologia, 4(91), (2010), 24-38.
10. Kieleczawa J., Fundamentals of sequencing of difficult templatesan overview. J. Biomol. Tech., 17(3), 2006, 207-217.
11. Prober J. M., Trainor G. L., Dam R. J., Hobbs F. W., Robertson C. W., Zagursky R. J.,Cocuzza A. J., Jensen M. A., Baumeister K., A system for rapid DNA sequencing with fluorescent chainterminating dideoxynucleotides. Science, 238(4825), (1987), 336-341.
12. Sanger, A., Coulson R., A rapid method for determining sequences in DNA by primed synthesis with DNA polymerase. Journal of Molecular Biology, 94(3), (1975), 441-448.
13. Ronaghi M., Uhlēn M., Nyrēn P., A Sequencing Method Based on Real-Time Pyrophosphate. Science, 281(5375), (1998), 363-365.
14. Ronaghi M., Karamohamed S., Pettersson B., Uhlēn M., Nyrēn P., Real-time DNA sequencing using detection of pyrophosphate release. Analytical Biochemistry, 242(1), (1996), 84-89.
15. Dressman D., Yan H., Traverso G., Kinzler K. W., Vogelstein B., Transforming single DNA molecules into fluorescent magnetic particles for detection and enumeration of genetic variations, Proc. Natl. Acad. Sci., 100, (2003), 8817-8822.
16. Nakano M., Komatsu J., Matsuura S., Takashima K., Katsura S., Mizuno A., Single-molecule PCR using water-in-oil emulsion, J. Biotechnol., 102, (2003), 117-124.
17. Mardis R. E., Next-generation DNA sequencing methods. Annual Review of Genomics and Human Genetics, 9, (2008), 387-407.
18. Valouev A., Ichikawa J., Tonthat T., Stuart J., Ranade S., Peckham H., Zeng K., Malek J., Costa G., McKernan K., Sidow A., Fire A., Johnson S., A high-resolution, nucleosome position map of C. elegans reveals a lack of universal sequence-dictated positioning. Genome Res., 18, (2008), 1051- 1063.
19. Loman N. J., Misra R. V., Dallman T. J., Constantinidou C., Gharbia S. E., Wain J., Pallen M. J., Performance comparison of benchtop high-throughput sequencing platforms. Nat. Biotechnol., 30(5), (2012), 434-439.
20. Merriman B., Ion Torrent R&D Team, Rothberg J. M., Progress in Ion Torrent semiconductor chip based sequencing. Electrophoresis, 33(23), (2012), 3397-3417.
21. Rothberg J. M., Hinz W., Rearick T. M., Schultz J., Mileski W., Davey M., et al., An integrated semiconductor device enabling non-optical genome sequencing. Nature, 475(7356), (2011), 348-352.
22. Shendure J., Ji H., Next-generation DNA sequencing. Nat. Biotech., 26, (2008), 1135-1145.
23. The Arabidopsis Genome Initiative, Analysis of the genome sequence of the flowering plant Arabidopsis thaliana. Nature, 408, (2000),796-815.
24. Michael T. P, VanBuren R., Progress, challenges and the future of crop genomes. Curr. Opin. Plant Biol. 24, (2015), 71-81.
25. Pérez-de-Castro A. M., Vilanova S., Cañizares J., Pascual L., Blanca J. M., Díez M. J., Prohens J., Picó B., Application of Genomic Tools in Plant Breeding. Curr. Genomics, 13, (2012), 179-195.
26. Egan A. N., Schlueter J., Spooner D. M., Applications of next-generation sequencing in plant biology. Am. J. Bot., 99(2), (2012), 175-185.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-95df8166-731f-4729-8376-9d03a0ef0a4b