TGS

TGS（Third-Generation Sequencing，又称 三代测序 或 长读长测序）是继 NGS 之后的又一次测序技术革命。其核心特征是 单分子测序，无需经过 PCR 扩增即可直接对单个 DNA 或 RNA 分子进行序列读取。TGS 的读长通常在 10kb 至数 Mb 之间，能够轻松跨越基因组中的高度重复序列和复杂结构区域。在 2026 年的精准医学研究中，TGS 已成为实现“端粒到端粒”（T2T）完整基因组组装、检测 结构变异（SV）以及分析 全长转录组 的金标准技术。

三代测序 (TGS)

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TGS Long Read
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单分子实时技术

主流平台	PacBio, Oxford Nanopore
典型读长	10 kb - 1 Mb+
单碱基准确率	>99.9% (HiFi模式)
核心特点	长读长, 无需扩增, 实时
修饰检测	直接检测 DNA甲基化
主要局限	单机产出及成本 (相对于NGS)

技术原理：两种主流路径的博弈

目前三代测序市场由 PacBio 的光信号路径与 Oxford Nanopore 的电信号路径共同主导：

• PacBio (SMRT 技术)： 利用 零模波导孔（ZMW）捕获 DNA 聚合酶。当带有荧光标记的核苷酸被并入新合成链时，会释放光脉冲信号。通过 HiFi Reads（环形一致性测序）模式，其单碱基准确率已达到 Q30 以上，兼具长读长与高精度。
• Oxford Nanopore (纳米孔测序)： 使 DNA/RNA 分子通过嵌入绝缘膜的 生物纳米孔。不同碱基穿过孔道时会引起特征性的 离子电流 变化，通过算法实时解码碱基序列。其优势在于极长的读长（超长读长可达 2Mb+）及便携式设备。

对比矩阵：NGS 与 TGS 的核心性能差异

特征维度	NGS (二代测序)	TGS (三代测序)	TGS 优势点
读长 (Read Length)	50 bp - 300 bp	10 kb - 2 Mb	跨越高度重复区。
文库构建	需 PCR 扩增	单分子 直接测序	无 PCR 偏好性。
变异检测	擅长单碱基变异 (SNV)	擅长 结构变异 (SV)	识别倒位、易位及大片段插入。
表观遗传学	需亚硫酸氢盐处理	直接读取 甲基化	无需复杂前处理，数据更真实。

应用策略：2026 年的科研与临床标准

• 复杂基因组重头组装 (De novo Assembly)： TGS 已取代 NGS 成为构建高质量 参考基因组 的核心手段。通过长读长连接，研究者能够完成包含高度重复区域（如着丝粒）的 T2T 基因组 组装。
• 罕见病诊断： 对于 NGS 无法解释的疑似遗传病患者，TGS 能够识别隐藏在非编码区或高度复杂区域的 结构变异，特别是涉及三核苷酸重复扩增的疾病（如亨廷顿舞蹈症）。
• 全长转录组测序 (Iso-Seq)： TGS 可以直接读取从 5' 端到 3' 端的完整 mRNA 分子，无需拼接即可精确识别 可变剪接（Alternative Splicing）亚型。
• 病原体实时监测： 利用纳米孔技术的便携性，TGS 在 2026 年已广泛应用于传染病爆发的现场 实时测序，几小时内即可完成病毒基因组重组分析。

关键相关概念

HiFi Reads：PacBio 的核心技术，通过多次循环读取提高单分子测序的准确率。

Ultra-Long Reads：ONT 平台特有，读长可超过 100 kb，是跨越复杂基因岛的关键。

Structural Variation (SV)：基因组中 >50 bp 的变异，TGS 对其灵敏度远高于二代。

T2T Consortium：端粒到端粒联盟，利用 TGS 补全了人类基因组最后的“黑洞”。

       学术参考文献与权威点评
       

[1] Eid J, et al. (2009). Real-time DNA sequencing from single polymerase molecules. Science. 2009;323(5910):133-138.
[基础点评]：SMRT 技术的开山之作，奠定了光信号单分子实时测序的基础。

[2] Jain M, et al. (2018/2025 更新). The Oxford Nanopore MinION: delivery of nanopore sequencing to the genomic community. Genome Biology.
[学术点评]：[Academic Review] 详细评估了纳米孔技术在长读长、实时性方面的突破性价值。

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