2021年9月2日，上交所发布公告，深圳华大智造科技股份有限公司首发获通过。本次科创板IPO，华大智造拟募集25亿元，冲击国内基因测序设备的第一股。基因测序的发展，历经多代技术革新，小编带你回顾。

1952年，Alfred Hershey和Matha Chase通过同位素标记的T2噬菌体增殖实验，证实DNA才是遗传物质。

1953年3月7日，沃森和克里克在实验室中联手搭建的DNA双螺旋模型宣告成功^[1]。

1954 年，Whitfeld等用化学降解法测定多聚核糖核苷酸序列，是关于DNA测序技术的较早报道。

图.1980年诺贝尔化学奖获奖情况

1966年，在众多科学家的努力下，遗传密码被全部破解，64个密码子中有61个编码对应的氨基酸，有3个编码终止子。

第一代基因检测技术(1977年~2005年)

1977 年，Sanger发明DNA双脱氧核苷酸末端终止测序法( chain terminator sequencing) ，A.M.Maxam和W. Gilbert发明DNA化学降解测序法(chemical degradation sequencing)，2项技术的出现，标志第1代测序技术诞生。

并在1977年，Sanger测定了第一个基因组序列，是噬菌体X174的，全长5375个碱基^[2]。自此，人类获得了窥探生命遗传差异本质的能力，并以此为开端步入基因组学时代。

1980年，Sanger首次测序和拼接出重叠的DNA片段，并相继完成一部分病毒基因组如巨细胞病毒基因组及天花病毒基因组的测序工作。

1986年，第一台商业化DNA测序仪——ABI prism 310型基因分析仪诞生，每日产量为1,000个碱基，标志着DNA测序开始商业化。

1990年，与曼哈顿原子弹计划和阿波罗计划并称为三大科学计划的人类基因组计划（HGP）启动。美国、英国、法国、德国、日本及中国科学家共同参与，并预计探明人体4万个基因的 30 亿个碱基对。

1996年，第一个真核生物―—酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)基因组测序完成，大小约12.5Mb，包括6,275个基因。

1998年，第一个多细胞真核生物——线虫(Caenorhabditis elegans）基因组测序完成

2000年，第一个植物——拟南芥(Arabidopsis thaliana)基因组测序完成。

2001年，人类基因组系列草图在《Nature》及《Science》公布。

2004年，人类基因组测序公共组在《Science》发表了人类基因组常染色质全序列测定的论文，宣布人类基因组的常染色质部分中 99%的序列已被测定，第一代基因测序技术的基因测序程序暂告一段落，并为肿瘤基因检测技术奠定技术基础。

第二代基因检测技术(2005年~2007年)

2005年，美国第二代基因测序企业454 Life Science推出超高通量基因组测序系统，创造“边合成边测序”方法，并且每日产量超过20,000,000个碱基，是第一代基因检测技术的两万倍，第二代基因检测技术阶段由此开启。

2007年，美国完成了世界首位个人基因组测序计划，为肿瘤基因检测提供充足数据资源。

2008年，中国华大基因成功破译首位亚洲人全基因序列图谱，同年，首个肿瘤基因组图谱问世，肿瘤基因检测行业迎来重大机遇。

第三代基因检测技术(2008年)

2008年，首台单分子测序仪问世,可将单分子为目标物边合成边测序,并且不需经PCR扩增，实现对单条DNA检测，标志基因检测进入第三代技术阶段。

第四代基因检测技术(2009年至今)

2009年，纳米级别的单分子测序平台问世，标志基因检测技术进入纳米量级。

2012年，基因测序企业Oxford Nanopore推出首款纳米孔 DNA测序仪，将第四代基因检测技术商业化。

第一代基因测序及Sanger法核心原理

DNA的正常单体是脱氧核苷酸三磷酸 (dNTP)，而双脱氧核苷三磷酸（ddNTP）的缺乏延伸所需要的3-OH基团，其结合在DNA链上之后不能形成磷酸二酯键，因此可以用来中断DNA合成反应，在反应液中分别加入一定比例带有放射性同位素标记的ddNTP（分为：ddATP,ddCTP,ddGTP和ddTTP），形成在4个DNA合成反应体系。反应结束后，通过凝胶电泳和放射自显影后可以根据电泳带的位置确定待测分子的DNA序列。

该测序技术的具体做法如下:将模板、引物、4种dNTP（其中含有一种为放射性同位素标记的核苷酸)与DNA聚合酶共同保温，形成的混合物包含许多长短不一的片段，最后利用聚丙烯酰胺变性凝胶电泳( SDS-PAGE）分离该混合物，得到放射性同位素自显影条带图谱，人们依据凝胶电泳图即可读出DNA双链的碱基序列组成。

图. Sanger法核心原理

代表公司及仪器

上世纪80年代早期，加州理工学院的Leroy Hood发明了四色荧光标记——用4种荧光物质分别标记四种ddNTP。荧光标记代替放射性物质标记后，分辨率大为提高，使得一条电泳道可以分析一个标本的四种测序反应产物，显著提高了测序反应效率。

基于这一技术，美国应用生物系统公司（ABI，成立于1981年）于1986年推出了第一台商品化的平板电泳全自动测序仪ABI 370A。但该仪器测序的主要步骤如制胶与加样，还需要手工完成。

随后，ABI开发了毛细管凝胶电泳技术，并于90年代早期推出了ABI Prism 310、3100等机型。其中310型是临床检测实验室中使用最多的一种型号。1998年，其推出的ABI Prism 3700毛细管测序仪则真正实现了测序规模化。此后，在ABI 3700基础上的发展出3730，至今仍是一代测序的主力机型，也是用于验证其他新测序设备所发现变异是否准确的标准。

图. ABI 3700

参考文献：

【1】Watson, J.D. and Crick, F.H.C. (1953) Molecular Structure of Nucleic Acids. Nature, 171, 737-738. 

【2】Sanger, F. & Nicklen, S. DNA sequencing with chain-terminating. 74, 5463–5467 (1977).