測序儀和PCR儀是現(xiàn)代分子生物學實驗中重要的實驗室儀器，它們在基因研究和核酸檢測等領域發(fā)揮著重要作用。雖然兩者都與 DNA相關(guān)，但它們的功能和原理卻大相徑庭。測序儀和PCR儀有什么不同？

一、工作原理

1. PCR儀（聚合酶鏈式反應儀）工作原理

PCR儀的主要功能是進行聚合酶鏈式反應（Polymerase Chain Reaction，簡稱PCR），這是一種在體外模擬DNA自然復制的過程。PCR儀通過控制溫度變化，使DNA樣本在以下幾個階段循環(huán)：

（1）變性：將雙鏈DNA加熱至94-98℃，使DNA雙鏈分離成單鏈。

（2）退火：將溫度降至50-65℃，使引物與單鏈DNA模板結(jié)合。

（3）延伸：將溫度升至72℃，DNA聚合酶開始沿著引物方向合成新的DNA鏈。

通過這三個階段的循環(huán)，PCR儀可以在短時間內(nèi)實現(xiàn)DNA的指數(shù)級擴增。

2. 測序儀工作原理

目前常用的測序技術(shù)是Sanger測序和二代測序（Next-Generation Sequencing, NGS）。

Sanger測序（第一代測序技術(shù)）

• Sanger測序是一種鏈終止法，其基本原理如下：

• DNA模板準備：先需要將待測序的DNA片段克隆到適當?shù)妮d體中，并通過PCR擴增出大量的單鏈DNA模板。

• 測序反應混合物的制備：將DNA模板與四種不同的脫氧核糖核苷酸（dNTPs）、適量的DNA聚合酶和一種或多種帶有不同熒光標記的鏈終止核苷酸（ddNTPs）混合。

• 鏈延伸與終止：在DNA聚合酶的作用下，DNA鏈會不斷地延伸。當鏈終止核苷酸（ddNTPs）被加入到正在延伸的DNA鏈中時，由于它沒有3’羥基，無法形成磷酸二酯鍵，導致DNA鏈的延伸在此處終止。

• 電泳分離：將測序反應產(chǎn)物加載到毛細管電泳儀中，通過電泳根據(jù)片段長度進行分離。由于鏈終止核苷酸帶有不同的熒光標記，因此在電泳過程中會發(fā)出不同顏色的熒光。

• 熒光檢測與數(shù)據(jù)分析：電泳過程中，熒光檢測器會記錄下熒光信號，并生成測序峰圖。通過分析峰圖，可以確定DNA序列。

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二代測序（NGS）

二代測序技術(shù)包括多種不同的平臺，如Illumina/Solexa、Roche/454、Ion Torrent等，它們的工作原理各有不同，但基本步驟相似。以下以Illumina/Solexa平臺為例解釋其工作原理：

• 文庫構(gòu)建：將待測序的DNA或RNA片段化，并在片段兩端添加特定的適配器（ adapters ），通過 PCR 擴增形成測序文庫。

• 測序芯片加載：將測序文庫加載到測序芯片上，每個芯片上有數(shù)百萬到數(shù)十億個獨立的測序反應微孔。

• 橋式PCR擴增：在微孔中，通過橋式PCR擴增，使每個微孔中只含有一個特定的 DNA片段的多個拷貝。

• 測序循環(huán)：測序循環(huán)包括以下幾個步驟：

• 加堿基：向微孔中加入四種不同的熒光標記的核苷酸，但它們不含有鏈終止基團。

• 成像：檢測并記錄每個微孔中的熒光信號，對應于加入的核苷酸。

• 化學降解：去除未結(jié)合的核苷酸和熒光標記，為下一輪測序循環(huán)做準備。

• 數(shù)據(jù)分析：通過分析每個循環(huán)的熒光信號，生成原始測序數(shù)據(jù)。然后，通過生物信息學分析，將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成DNA序列。

• 二代測序技術(shù)因其高通量、高效率、低成本的特點，在基因組學、轉(zhuǎn)錄組學、表觀遺傳學等領域得到了廣泛應用。

二、PCR儀和測序儀的應用領域

1. PCR儀

PCR儀廣泛應用于以下領域：

（1）基因克隆：通過PCR擴增目的基因片段，用于后續(xù)的基因克隆、突變等實驗。

（2）核酸檢測：用于病原體檢測、遺傳病診斷、法醫(yī)學鑒定等。

（3）基因表達分析：通過實時熒光定量PCR（qPCR）技術(shù)，研究基因表達水平。

2. 測序儀

測序儀應用于以下領域：

（1）基因組學研究：如人類基因組計劃、動植物基因組測序等。

（2）疾病研究：通過全外顯子組測序、全基因組測序等技術(shù)，研究遺傳性疾病、腫瘤等疾病的發(fā)病機制。

（3）微生物研究：對微生物群落進行多樣性分析，揭示微生物與環(huán)境的相互關(guān)系。

PCR儀和測序儀雖然都與DNA相關(guān)，但它們的工作原理和應用領域有很大差異。簡而言之，PCR儀主要用于DNA的擴增，而測序儀則用于測定DNA序列。

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