二代测序
一、原理
第二代测序（Next-generation sequencing，NGS）又称为高通量测序，其开创性的引入了可逆终止末端，从而实现边合成边测序，在DNA复制过程中通过捕捉新添加的碱基所携带的特殊标记来确定DNA序列。
二、实验步骤
1、文库构建
PCR产生的片段或基因组打断的片段两端需要添加接头（Adaptor）修饰才能进行测序。
1）末端修饰。打断的片段是随机断裂，其末端可能是不平的。因此，建库第一步是补齐不平的末端。
2）添加接头。经过末端修饰后的DNA片段3’末端具有突出的A尾，而接头具有突出的T尾，可以使用连接酶将接头添加到DNA片段两端，形成“Y”形接头。加接头是为了区分样本。
3）PCR扩增。添加了接头的DNA片段，可通过与接头互补的引物来扩增，富集文库。
2、上机测序
单链化的文库DNA片段进入Illumina测序平台的流通池后，可以与流通池表面的寡核苷酸结合，从而进入测序过程。测序具体流程如下：
1）首先以寡核苷酸（2个）为引物、文库片段为模板进行DNA复制。复制完成后解链，将文库片段洗去，留在流通池表面的是与文库模板互补的DNA链。
2）“桥”式扩增。单链DNA另一端为不同的接头序列，可以与相邻的另一种寡核苷酸互补结合，进行“桥”式扩增。扩增25~28个循环完成后，原来散布在表面的单核苷酸序列变成散布的DNA簇，基因簇在测序时比单分子产生的光信号强很多，更易于检测到。
3）边合成边测序。流通池中加入测序引物Read1 SP、DNA聚合酶，连有不同颜色的可逆终止荧光基团的dNTP，一个循环只能延长一个碱基，然后清除游离的dNTP，使用激光扫描，判断是哪种碱基。一个循环结束之后就加入一些化学试剂把叠氮基团和标记的荧光基团切掉，使3’端的羟基暴露出来，再加入新的dNTP和聚合酶进入下一个碱基的测序反应。
4）Read1结束后，解链并洗掉测序中已经合成的部分，加入测序引物Index引物（也即Read2 SP互补的寡核苷酸），这时会继续在3’端进行复制，读出接头中Index序列，从而可以确定出每个位点的DNA属于哪个文库。
三代测序
一、原理
第三代测序技术原理主要分为两大技术阵营：
第一大阵营是单分子荧光测序，代表性的技术为美国螺旋生物(Helicos)的SMS技术和美国太平洋生物(Pacific Bioscience)的SMRT技术。脱氧核苷酸用荧光标记，显微镜可以实时记录荧光的强度变化。当荧光标记的脱氧核苷酸被掺入DNA链的时候，它的荧光就同时能在DNA链上探测到。当它与DNA链形成化学键的时候，它的荧光基团就被DNA聚合酶切除，荧光消失。这种荧光标记的脱氧核苷酸不会影响DNA聚合酶的活性，并且在荧光被切除之后，合成的DNA链和天然的DNA链完全一样。
第二大阵营为纳米孔测序，代表性的公司为英国牛津纳米孔公司。新型纳米孔测序法（nanopore sequencing）是采用电泳技术，借助电泳驱动单个分子逐一通过纳米孔来实现测序的。由于纳米孔的直径非常细小，仅允许单个核酸聚合物通过，而ATCG单个碱基的带电性质不一样，通过电信号的差异就能检测出通过的碱基类别，从而实现测序。
二、实验步骤
（1）Helico BioScience 单分子测序技术。
该测序是基于边合成边测序的思想，将待测序列随机打断成小分子片段并用末端转移酶在 3' 末端加上poly(A),以及在poly(A)的末端进行荧光标记和阻断，把这些小片段与带有poly(T)的平板杂交成像来获得已经杂交模板所处的位置，建立边合成边测序的位点加入聚合酶和被Cy3荧光标记脱氧核苷酸进行DNA 合成，每次只加入一种脱氧核苷酸，然后将未参与合成的dNTP和DNA聚合酶洗脱，直接对Cy3成像，观测模板位点上是否有荧光信号，然后化学裂解核苷酸上的燃料并释放加入下一种脱氧核苷酸和聚合酶的混合物，进行下一轮反应。
（2）Pacific BioscienceSMRTT技术。
该测序也是基于边合成边测序的原理，这项技于使用了Zero-ModeWaveguide(ZMW)(零级波导)。测序的过程：被荧光标记磷酸集团的核苷酸在聚合酶活性位点上与模板链结合（每种脱氧核苷酸被不用颜色的染料标记），被激发出荧光，在荧光脉冲结束后，被标记的磷酸集团被切割并释放，聚合酶转移到下一个位置，下一个脱氧核苷酸连接到位点上开始释放荧光脉冲，进行下一个循环。
（3）Oxford NanoporeTechnologies 的纳米孔单分子测序技术。
大多数纳米孔测序技术的基本原理是当DNA分子或者它的组成碱基从一个孔洞经过时而检测到被影响的电流或光信号。OxfordNanopore 测序技术是以α- 溶血素来构建生物纳米孔，核酸外切酶依附在孔一侧的外表面，一种合成的环糊精做为传感器共价结合到纳米孔的内表面。这个系统被镶嵌在一个脂双分子层内，为了提供既符合碱基区分检测又满足外切酶活性的物理条件，脂双分子层两侧为不同的盐浓度在适合的电压下，核酸外切酶消化单链 DNA，单个碱基落入孔中，并与孔内的环糊精短暂的相互作用，影响了流过纳米孔原本的电流，腺嘌呤与胸腺嘧啶的电信号大小很相近，但胸腺嘧啶在环糊精停留是时间是其他核苷酸的2-3倍，所以每个碱基都因其产生电流干扰振幅是特有的而被区分开来。
