概述
基因測序是對目标DNA進行堿基的序列測定，并進行各種相關分析。是現代生物學的重要手段之一，同時也是生物學迅猛發展的重要動力。它推動了生物學的發展，它促使生物學從DNA水平上進行各種研究。
基因（Gene,Mendelian factor）是指攜帶有遺傳信息的DNA或RNA序列，也稱為遺傳因子，是控制性狀的基本遺傳單位。基因通過指導蛋白質的合成來表達自己所攜帶的遺傳信息，從而控制生物個體的性狀表現。基因有控制遺傳性狀和活性調節的功能。基因通過複制把遺傳信息傳遞給下一代，并通過控制酶的合成來控制代謝過程，從而控制生物的個體性狀表現。基因還可以通過控制結構蛋白的成分，直接控制生物性狀。因此對生物從分子生物學水平上進行研究，在醫學上對某種遺傳疾病的研究等都離不開對DNA或RNA的序列進行測定。基因測序也成為生物學研究的重要手段。
在基礎生物學研究中，和在衆多的應用領域，如診斷，生物技術，法醫生物學，生物系統學中，DNA序列知識已成為不可缺少的知識。具有現代的DNA測序技術的快速測序速度已經有助于達到測序完整的DNA序列，或多種類型的基因組測序和生命物種，包括人類基因組和其他許多動物，植物和微生物物種的完整DNA序列。RNA測序則通常将RNA提取後，反轉錄為DNA後使用DNA測序的方法進行測序。應用最廣泛的是由弗雷德裡克·桑格發明的Sanger雙脫氧鍊終止法（Chain Termination Method）。新的測序方法，例如454生物科學的方法和焦磷酸測序法。
原理
基因就是DNA大分子的一個片斷。核酸分為DNA（脫氧核糖核酸）和RNA（核糖核酸）兩類，它們共同執掌着細胞的新陳代謝，核酸作為生命的根源是遺傳因子的本體，能完全控制細胞的分裂、成長與能量的産生。
現代遺傳學家認為，基因是DNA(脫氧核糖核酸)分子上具有遺傳效應的特定核苷酸序列的總稱，是具有遺傳效應的DNA分子片段。基因位于染色體上，并在染色體上呈線性排列。基因不僅可以通過複制把遺傳信息傳遞給下一代，還可以使遺傳信息得到表達。不同人種之間頭發、膚色、眼睛、鼻子等不同，是基因差異所緻。
由于DNA上的每一個堿基出現在可變終止端的機會均等，因此上述每一組産物都是一些寡核苷酸混合物，這些寡核苷酸的長度由某一種特定堿基在原DNA全片段上的位置所決定。
在可以區分長度僅差一個核苷酸的不同DNA分子的條件下，對各組寡核苷酸進行電泳分析，隻要把幾組寡核苷酸加樣于測序凝膠中若幹個相鄰的泳道上，即可從凝膠的放射自影片上直接讀出DNA上的核苷酸順序。
測序方法
Sanger測序法
Sanger（桑格）雙脫氧鍊終止法是Frederick Sanger于1975年發明的。測序過程需要先做一個聚合酶連鎖反應（PCR）。PCR過程中，雙脫氧核糖核苷酸可能随機的被加入到正在合成中的DNA片段裡。由于雙脫氧核糖核苷酸多脫了一個氧原子，一旦它被加入到DNA鍊上，這個DNA鍊就不能繼續增加長度。最終的結果是獲得所有可能獲得的、不同長度的DNA片段。
目前最普遍最先進的方法，是将雙脫氧核糖核苷酸進行不同熒光标記。将PCR反應獲得的總DNA通過毛細管電泳分離，跑到最末端的DNA就可以在激光的作用下發出熒光。由于ddATP, ddGTP, ddCTP, ddTTP（4種雙脫氧核糖核苷酸）熒光标記不同，計算機可以自動根據顔色判斷該位置上堿基究竟是A，T，G，C中的哪一個。
Maxam－Gilbert DNA化學降解法
在這一方法（Maxam和Gilbert，1980）中，一個末端标記的DNA片段在5組互相獨立的的化學反應分别得到部分降解，其中每一組反應特異地針對某一種或某一類堿基。因此生成5組放射性标記的分子，從共同起點（放射性标記末端）延續到發生化學降解的位點。每組混合物中均含有長短不一的DNA分子，其長度取決于該組反應所針對的堿基在原DNA全片段上的位置。
此後，各組均通過聚丙烯酰胺凝膠電泳進行分離，再通過放射自顯影來檢測末端标記的分子。這一方法的成敗，完全取決于上述這些佞兩步進行的降解反應的特異性。
第一步先對特定堿基（或特定類型的堿基）進行化學修飾，而第二步修飾堿基從糖環上脫落，修飾堿基5'和3'的磷酸二酯鍊斷裂在每種情況下，這些反應都要在精心控制的條件下進行，以确保每一個DNA分子平均隻有一個靶堿基被修飾。随後用哌啶裂解修飾堿基的5'和3'位置，得到一組長度從一到數百個核苷酸不等的末端标記分子。比較G、A＋G、C＋T、C和A>C各個泳道，右從測序凝膠的放射自顯影片上讀出DNA序列。Maxam-Gilber法所能測定的長充要比Sanger法短一些，它對放射性标記末端250個核苷酸以内的DNA序列效果最佳。
化學降解較之鍊終止法具有一個明顯的優點：所測序列來自原DNA分子而不是酶促合成所産生的拷貝。因此，利用Maxam-Gilbert法可對合成的寡核苷酸進行測序，可以分析諸如甲基化等DNA修飾的情況，不可以通過化學保護及修飾幹擾實驗來研究DNA二級結構及蛋白質與DNA的相互作用。
霰彈槍定序法
霰彈槍定序法（Shotgun sequencing，又稱鳥槍法）是一種廣泛使用的為長DNA測序的方法，比傳統的定序法快速，但精确度較差。曾經使用于塞雷拉基因組（Celera Genomics）公司所主持的人類基因組計劃。
下一代測序技術
高通量測序技術（High-throughput sequencing）又稱“下一代”測序技術（"Next-generation" sequencing technology），以能一次并行對幾十萬到幾百萬條DNA分子進行序列測定和一般讀長較短等為标志。
MPSS
由Lynx Therapeutics公司在90年代發展的Massively Parallel Signature Sequencing, MPSS技術是“下一代”測序技術發展的先驅。MPSS 是一種基于磁珠（bead）和接頭（adaptor）連接和解碼的複雜技術，測定結果短，多用于轉錄組測序，測定基因表達量。MPSS測定結果有序列偏好性而易丢失DNA中某些特定序列，且操作複雜，已逐漸淡出，被新的方法替代。Lynx Therapeutics公司于2004年和Solexa合并，随後被Illumina收購。
Polony Sequencing
2005年哈佛George Church實驗室發展起來的，基于乳化PCR(emulsion PCR)和自動顯微鏡等技術的測序方法。相關技術已整合進ABI公司的SOLiD測序技術平台。
454 焦磷酸測序
由454公司發展的并行焦磷酸測序方法。該方法在油溶液包裹的水滴中擴增DNA（即emulsion PCR）,每一個水滴中開始時僅包含一個包被大量引物的磁珠和一個鍊接到微珠上的DNA模闆分子（控制DNA濃度出現的大概率事件）。
将emlusion PCR産物加載到特制的PTP闆上，闆上有上百萬個孔，每個微孔隻能容納一個磁珠。DNA Polymerase在将一個dNTP聚合到模闆上的時候，釋放出一個PPi（焦磷酸分子）；在ATP-Sulfurylase（ATP硫酸化酶）催化下，PPi與APS生成一個ATP分子；ATP分子在Luciferase（熒光素酶）的作用下，将luciferin（熒光素）氧化成oxy luciferin，同時産生的可見光被CCD光學系統捕獲，獲得一個特異的檢測信号，信号強度與相應的堿基數目成正比。
通過按順序分别并循環添加四種dNTP，讀取信号強度和發生時間，實現DNA序列測定。這一技術的讀長和每一堿基耗費都介于Sanger法測序和Solexa和SOLiD方法之間。454公司現下屬于Roche公司。
Illumina (Solexa) sequencing
Solexa公司開發了一種可反轉的染料終止法。DNA模闆首先連接到與固體介質（如玻璃闆）交聯的引物上，并擴增形成本地微克隆。四種ddNTPs依次添加到體系中，未結合的ddNTPs在添加下一種核苷酸前被沖洗走。與454的焦磷酸測序不同，這種方法一次隻延伸一個堿基。
應用
測序應用（genesequence）
對目标DNA進行堿基的序列測定，并在此基礎上，進行各種相關分析。
基因治療
把正常基因導入病人體内，使該基因的表達産物發揮功能，從而達到治療疾病的目的，這是治療遺傳病的最有效的手段。基該方法是：基因置換、基因修複、基因增補和基因失活等。
片段分析應用(genescan）
在測序儀上走一個熒光标記的高精度電泳，通過條帶和分子量标準比較，判定分子量，并進行相關分析。醫學測序（基因突變、缺失等與疾病的關系等），細菌、真菌鑒定（16SrRNA、D2rDNA測序），雜合子、突變檢測（SNP檢測、微生物基因變異等），基因進化分析（微生物溯源研究等）。
疾病診斷
1996年，一對雙胞胎出生了，男孩叫諾亞，女孩叫艾麗西斯。然而，他們的行為舉止與别的孩子有所不同。從回到家的那天起，這對雙胞胎就開始腹痛，并且一天要嘔吐好幾次。在孩子們兩歲的時候，他們被确診為腦癱。在精心的治療和護理之下，這對雙胞胎的病情似乎得到了控制。然而，5歲半的時候，雙胞胎的病情又開始惡化。女孩艾麗西斯的眼珠開始上翻，手也無法正常下垂；男孩諾亞則是一天24小時地不斷嘔吐。他們甚至無法像正常人一樣走路、說話。此後，雙胞胎的病情又幾次反複，一直沒有找到能治愈他們的方法。
2003年，機緣巧合，這對雙胞胎和他們的哥哥以及父母進行了一次基因測序。經過對比分析，最終發現雙胞胎緻病的罪魁禍首是體内一種還原酶發生了基因突變。它破壞了産生多巴胺以及其他兩種神經遞質的細胞途徑。找到病因後，醫生立刻做出了精确的治療方案。一個月後，這對雙胞胎被治愈。讓這對雙胞胎重獲健康的，便是來自于生命技術公司的基因測序技術。
體檢
基因測序，本是一種實驗室研究技術手段，因“名人效應”應用于高端體檢、産前診斷等領域，價格不菲。基因測序最廣為人知的，是影星安吉麗娜·朱莉通過基因檢測，選擇手術切除乳腺以降低患乳腺癌風險。2011年去世的蘋果公司創始人史蒂夫·喬布斯患癌時，曾經花費10萬美元将他的癌腫瘤和正常的DNA進行測序
NGS是一種高通量的大規模平行測序技術，可以同步獲得腫瘤患者個體特定樣本中數以十億計的DNA堿基序列信息，是發現已知和未知疾病相關基因變異的高效手段。雖然在單基因遺傳病、産前診斷方面已有廣泛應用，但NGS用于腫瘤基因檢測尚缺乏統一規範和共識。我國腫瘤患者數目龐大，基因診斷和檢測需求巨大，而實際應用中，因為準入門檻低、缺乏業界公認的指導規範，可能存在檢測質量低下、結果準确性差、解讀不專業，甚至盲目追求基因檢測結果等現象。
官方叫停
2014年2月17日晚，國家食品藥品監督管理總局相關負責人坦言，基因測序的臨床應用多出現于醫療機構和體檢中心的高端體檢，但其使用的基因測序儀及相關診斷試劑和軟件，很多沒有經過醫療器械的注冊審批。 對于突然叫停的原因，這是通知裡最接近答案的一句話：“基因測序相關産品和技術已由實驗室研究演變到臨床應用，其中涉及到倫理、隐私和人類遺傳資源保護、生物安全以及醫療機構開展基因診斷服務技術管理、價格、質量監管等問題。”
