CN114134025A - 基因测序系统及其测序方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基因测序系统及其测序方法，基因测序方法具体为：对转运核糖核酸中不同位点的碱基进行荧光分子染料的标记；对标记后的荧光分子染料进行排列组合；对激发并采集碱基所发出的荧光信号；通过对荧光信号进行识别，进而识别碱基的种类，实现对转运核糖核酸类别的识别。基因测序系统及其测序方法减少不同tRNA对于荧光分子染料的依赖，通过单位点、双位点与三位点组合排列的方式可实现全部氨基酸密码子的覆盖，同时采用相邻激发波长同一激光器的激发照明方式进一步减少了系统的复杂程度，基因测序系统及其测序方法可以实现在tRNA移位过程中的实时测序。

Description

基因测序系统及其测序方法

技术领域

本发明属于核糖核酸测序技术领域，具体涉及一种基因测序系统及其测序方法。

背景技术

核糖核酸(Ribonucleic acid，RNA)具有多种多样的功能，可在遗传编码、翻译、调控、基因表达等过程中发挥作用。在细胞中，根据结构功能的不同，RNA主要分为三类，及tRNA、rRNA以及mRNA。mRNA依据DNA序列转录而成的蛋白质模板，tRNA是mRNA上遗传密码的识别者和氨基酸的转运者，rRNA是组成核糖体的部分，而核糖体是蛋白质合成的场所。RNA测序是全转录组水平分析差异基因表达和研究mRNA差异剪接必不可少的工具，比如单细胞基因表达、RNA翻译和RNA结构等，目前主要是基于二代测序技术平台的方法，通过提取生物样品全部转录的RNA，然后反转录为cDNA后进行测序。结合新型的三代测序长读长技术对于RNA生物学的理解越来越全面。短读长测序适合做基因定量，研究基因差异表达，长读长测序适合于研究转录本结构信息，如异构体、可变剪切、基因融合等，RNA直接测序可以研究转录本结构信息和修饰信息，但是对RNA样本要求会更高。

tRNA是一种由80个左右核苷酸所组成的RNA，其3’端可以在氨酰-tRNA合成酶催化之下接附特定种类的氨基酸。在转录过程中，tRNA可借由自身的反密码子识别mRNA上的密码子。核糖体催化的蛋白质翻译是一个连续和高度调控的过程，需要tRNA和翻译因子将mRNA编码的遗传信息转化为肽链。移位是翻译过程中最重要的事件之一，需要核糖体构象的大规模变化以及tRNA-mRNA沿着核糖体的精确移动。目前对其研究主要是基于生化和结构生物学的方法，翻译延伸过程中核糖体的运动机制以及更深层次的转录分子机制仍有待进一步地解决。现有技术中的不能实现边移位边测序，并且一般的测序系统过于依赖荧光分子染料，且现有技术中的系统过于复杂笨重，成本高。

发明内容

本发明克服现有技术的不足，本发明提供基因测序系统及其测序方法。

本发明提供一种基因测序系统，包括荧光激发单元和测序芯片，待测基因样品经荧光分子染料进行标记后，放置于测序芯片中进行测序，还包括分光成像单元，荧光激发单元发出不同波长的激光光束，照射在测序芯片上，激发待测基因样品发出荧光信号，荧光信号入射至分光成像单元进行成像，分光成像单元包括：多通道滤光片组、图像传感器组。

荧光信号入射至多通道滤光片组，经多通道滤光片组进行分束后入射至图像传感器组中对应的图像传感器进行成像，通过对产生荧光信号的图像传感器进行分析，识别产生荧光信号的荧光分子染料的种类，进而识别待测基因样品的转运核糖核酸的密码子，实现转运核糖核酸类型的判别。

进一步地，荧光激发单元包括：激光器组、光学成像物镜、滤光片组件、滤光片组；其中，激光器组同时发出不同波长的激光光束，不同波长的激光光束经滤光片组入射至滤光片组件，经滤光片组件透射至光学成像物镜进行放大，放大后入射至测序芯片并激发荧光信号，荧光信号经成像物镜入射至分光成像单元。

进一步地，激光器组包括发出三个不同波长的脉冲激光器，分别为第一激光器、第二激光器、第三激光器，第一激光器、第二激光器、第三激光器分别用于激发两种相邻的荧光分子染料并产生相应的两路荧光信号。

进一步地，荧光激发单元还包括第一4-f成像组件、第二4-f成像组件、第三4-f成像组件，第一激光器、第二激光器、第三激光器分别发出的三个不同波长的激光光束，分别经第一4-f成像组件、第二4-f成像组件、第三4-f成像组件匀光后，分别入射至滤光片组。

进一步地，滤光片组包括反射镜、第一滤光片、第二滤光片；第一激光器发出的激光光束进入第一4-f成像组件进行匀光，再进入反射镜，经反射镜反射后，依次经过第一滤光片的透射、第二滤光片的透射进入滤光片组件；第二激光器发出的激光光束进入第二4-f成像组件进行匀光，再依次经过第一滤光片的反射、第二滤光片的透射进入滤光片组件；第三激光器发出的激光光束进入第三4-f成像组件进行匀光，再经第二滤光片反射进入滤光片组件。

进一步地，基因测序系统还包括第一准直透镜组，荧光激发单元激发的荧光信号经第一准直透镜组准直后，入射至分光成像单元进行成像。

进一步地，多通道滤光片组包括第一多通道滤光片、第二多通道滤光片、第三多通道滤光片、第四多通道滤光片、第五多通道滤光片；图像传感器组包括第一图像传感器、第二图像传感器、第三图像传感器、第四图像传感器、第五图像传感器、第六图像传感器；荧光信号入射至第一多通道滤光片被分为第一荧光信号和第二荧光信号；第一荧光信号入射至第二多通道滤光片被分为第一透射荧光信号和第一反射荧光信号，第一透射荧光信号和第一反射荧光信号分别入射至第一图像传感器、第二图像传感器成像；第二荧光信号入射至第三多通道滤光片被分为第三荧光信号和第四荧光信号；第三荧光信号入射至第四多通道滤光片被分为第二透射荧光信号和第二反射荧光信号，第二透射荧光信号和第二反射荧光信号分别入射至第三图像传感器、第四图像传感器成像；第四荧光信号入射至第五多通道滤光片被分为第三透射荧光信号和第三反射荧光信号，第三透射荧光信号和第三反射荧光信号分别入射至第五图像传感器、第六图像传感器成像。

进一步地，分光成像单元还包括第二准直透镜组，第二准直透镜组包括N个准直透镜，其中N为大于等于1的整数，准直透镜的数量与图像传感器组中图像传感器的数量相对应，分别设置于相应的图像传感器前，分别用于对入射至相应的图像传感器的荧光信号进行准直。

本发明还提供一种基因测序的方法，包括如下步骤：

S1、使用六种不同的荧光分子染料对待测基因样品的转运核糖核酸中的碱基进行标记，并将标记后的待测基因样品放置在测序芯片中；

S2、激光器组发出的不同波长的激光光束依次经滤光片组、滤光片组件、光学成像物镜后入射至测序芯片，激发碱基所发出的荧光信号，荧光信号入射至相对应的图像传感器上进行成像；

S3、通过对产生荧光信号的图像传感器进行分析，识别产生荧光信号的荧光分子染料的种类，进而识别待测基因样品的转运核糖核酸的密码子，实现转运核糖核酸类型的判别。

进一步地，在步骤S1之前还包括如下步骤S0a和S0b：

S0a、将核糖体和信使核糖核酸的复合体加入到测序芯片上，在延伸因子、释放因子、酶作用下进行转运核糖核酸移位，对待测基因样品进行预处理；

S0b、使用六种不同的荧光分子染料中的至少一种以排列组合的方式对64种转运核糖核酸的碱基所对应的密码子进行单位点标记方法、双位点标记方法或三位点标记方法。

进一步地，在步骤S1中标记位置具体为：转运核糖核酸的二级结构中的D环、反密码子环或TψC环，或者转运核糖核酸的二级结构的可变区中的一个碱基端、两个碱基端或三个碱基端。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的基因测序系统及其测序方法减少不同转运核糖核酸(以下简称tRNA)对于荧光分子染料的依赖，通过单位点、双位点与三位点组合排列的方式可实现全部氨基酸密码子的覆盖，同时采用相邻激发波长同一激光器的激发照明方式进一步减少了系统的复杂程度，基因测序系统及其测序方法可以实现在tRNA移位过程中的实时测序。

附图说明

图1是本发明实施例1中的基因测序系统的结构示意图；

图2是本发明实施例2中的基因测序方法的流程示意图；

图3是本发明实例2中的tRNA的标记位点示意图。

其中的附图标记如下：

第一激光器101、第二激光器102、第三激光器103、反射镜201、第一滤光片202、第二滤光片203、滤光片组件3、光学成像物镜4、测序芯片5、第一多通道滤光片601、第二多通道滤光片602、第三多通道滤光片603、第四多通道滤光片604、第五多通道滤光片605、第一图像传感器701、第二图像传感器702、第三图像传感器703、第四图像传感器704、第五图像传感器705、第六图像传感器706、第一4-f成像组件801、第二4-f成像组件802、第三4-f成像组件803、第一准直透镜组9、第一准直透镜1001、第二准直透镜1002、第三准直透镜1003、第四准直透镜1004、第五准直透镜1005、第六准直透镜1006。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示出了本发明实施例1中的基因测序系统的结构示意图。

本发明实施例1提供一种基因测序系统，包括荧光激发单元和分光成像单元，待测基因样品放置于荧光激发单元的测序芯片5中，荧光激发单元激发的待测基因样品的荧光信号入射至分光成像单元进行成像，荧光激发单元包括：激光器组、光学成像物镜4、滤光片组件3、滤光片组；分光成像单元包括：多通道滤光片组、图像传感器组；激光器组用于同时发出不同波长的激光光束，激光光束经滤光片组入射至滤光片组件3，经滤光片组件3透射至成像物镜进行放大，放大后入射至测序芯片5并激发荧光信号，荧光信号经成像物镜入射至滤光片组件3；经滤光片组件3反射至多通道滤光片组，经多通道滤光片组滤光后入射至图像传感器组成像，通过对成像信号进行分析得到待测基因样品的tRNA的类别。由于测序芯片尺寸比较小无法直接探测，因此需要用光学成像物镜4对其进行放大，此外光学成像物镜4还起到收集荧光信号的作用。本发明实施例1中的光学成像物镜4的放大倍数为40，数值孔径0.55。激光器组包括三个发出不同波长的脉冲激光器，分别为第一激光器101、第二激光器102、第三激光器103。为了减少基因测序系统复杂性采用三个不同波长的激光器，用于激发荧光信号，每个波长的激光器可以激发两种相邻激发波长的荧光分子染料，波长选择分别对应不同组合形式的荧光标记方案，并一一对应。

当本发明实施例中第一激光器101发出激光光束的波长最长，进入第一4-f成像组件801进行匀光，匀光后进入反射镜201，经反射镜201反射后进入后续光路中，第一滤光片202、第二滤光片203为带通滤光片，需要满足发射波长激光高反射，同时在发射波长以上的波长可以实现高透过率的长波带通。为保证光场均匀分布以及与测序芯片5成像视场匹配，在激光器组与滤光片组件3光路之间分别加入第一4-f成像组件801、第二4-f成像组件802、第三4-f成像组件803。同理，当第一激光器101发出的波长最短，进入第一4-f成像组件801进行匀光，匀光后进入反射镜201，经反射镜201反射后进入后续光路中，第一滤光片202、第二滤光片203为带通滤光片，需要满足发射波长激光高反射，同时在发射波长以下的波长可以实现高透过率的短波带通。本发明实施例1中的4-f成像组件为现有技术，因此本发明实施例1对此不进行限定。

激光器组中激光器按照发射波长大或小的顺序排布对于第一滤光片202、第二滤光片203的选择比较容易实现，但是不仅仅局限与上述排布方式，随机排布的形式对于滤光片的选择需要多通道滤光片，针对不同的光路设计不同的滤光片结构。可以根据实际应用情况进行选择，本发明实施例1对此不进行限定。

下面进行举例详细说明，本发明实施例1中第一激光器101的波长为561nm、第二激光器102的波长655nm、第三激光器103的波长为760nm。因此，本实施例中的反射镜201为400-750nm波长范围高反射平面反射镜201；第一滤光片202的反射波长为655±10nm，透射波长为561±10nm；第二滤光片203的反射波长为760±10nm，其他波长透射。

三种不同激光器按照波长大小依次顺序排布。本发明实施例1中第一激光器101的波长为561nm，能够激发荧光分子染料Cy3、Cy3.5；第二激光器102的波长655nm，能够激发荧光分子染料Cy5、Cy5.5；第三激光器103的波长为760nm，能够激发荧光分子染料Cy7、Cy7.5。不限制在上述几种常规荧光分子染料，此外还可以选择Alexa Fluor系列等不同类型的荧光分子染料，可以根据实际应用情况进行选择，本发明实施例对此不进行限定。本发明实施例1中采用的荧光分子染料的激发、发射波长特性如下表1所示：

表1：荧光分子染料的激发、发射波长特性

荧光分子染料	Cy3	Cy3.5	Cy5	Cy5.5	Cy7	Cy7.5
							激发波长(nm)	555	591	646	673	750	788
发射波长(nm)	570	604	662	707	773	808

本发明实施例1提供一种优选实施例，还包括第一准直透镜组9，荧光激发单元激发的荧光信号经第一准直透镜组9准直后，入射至分光成像单元进行成像。

本发明实施例1提供一种优选实施例，多通道滤光片组包括第一多通道滤光片601、第二多通道滤光片602、第三多通道滤光片603、第四多通道滤光片604、第五多通道滤光片605；图像传感器组包括第一图像传感器701、第二图像传感器702、第三图像传感器703、第四图像传感器704、第五图像传感器705、第六图像传感器706；荧光信号入射至第一多通道滤光片601被分为第一荧光信号和第二荧光信号。其中，第一荧光信号由波长808nm和波长773nm的荧光信号组成。第二荧光信号由波长707nm、662nm、604nm、570nm的荧光信号组成。第一荧光信号入射至第二多通道滤光片602被分为波长808nm的第一透射荧光信号和波长773nm的第一反射荧光信号，波长808nm的第一透射荧光信号和波长773nm的第一反射荧光信号依次入射至第一图像传感器701、第二图像传感器702成像；第二荧光信号入射至第三多通道滤光片603被分为第三荧光信号和第四荧光信号。第三荧光信号由波长707nm和波长662nm的荧光信号组成。第四荧光信号由波长604nm和波长570nm的荧光信号组成。第三荧光信号入射至第四多通道滤光片604被分为第二透射荧光信号和第二反射荧光信号，波长707nm的第二透射荧光信号和波长662nm的第二反射荧光信号依次入射至第三图像传感器703、第四图像传感器704成像；第四荧光信号入射至第五多通道滤光片605被分为第三透射荧光信号和第三反射荧光信号，波长604nm的第三透射荧光信号和波长570nm的第三反射荧光信号依次入射至第五图像传感器705、第六图像传感器706成像。第一多通道滤光片601、第三多通道滤光片603均为为带通滤光片，第一多通道滤光片601为对波长773nm和波长808nm的荧光信号有高透射率长波带通，同时对波长为707nm、662nm、604nm、570nm的荧光信号有高反射率的短波截止。第二多通道滤光片602、第四多通道滤光片604、第五多通道滤光片605为二向色滤光片。

为了可以实现对6种激发的不同荧光信号的识别，采用六种不同的图像传感器进行成像，其中每相邻激发波长的荧光信号采用同一探测器进行信号采集。本发明实施例1中第一图像传感器701、第二图像传感器702、第三图像传感器703、第四图像传感器704、第五图像传感器705、第六图像传感器706分别接收808nm、773nm、707nm、662nm、604nm、570nm波长的荧光信号。即第一图像传感器701接收荧光分子染料Cy3的荧光信号，第二图像传感器702接收荧光分子染料Cy3.5的荧光信号，第三图像传感器703接收荧光分子染料Cy5的荧光信号，第四图像传感器704接收荧光分子染料Cy5.5的荧光信号，第五图像传感器705接收荧光分子染料Cy7的荧光信号，第六图像传感器706接收荧光分子染料Cy7.5的荧光信号。本发明实施例1中图像传感器为sCMOS、EMCCD或CCD，本发明实施例1对此不进行限定，可以根据实际情况进行选择。

对待测基因样品的tRNA中不同位点的碱基进行多荧光分子染料的标记，采用排列组合的形式构建不同氨基酸与tRNA反密码子之间一一对应关系，并采用多个波长的激光器通过高数值孔径、宽视场的光学成像物镜4同时激发待测物的荧光信号，利用基因测序系统中的多通道二向色镜与多通道截止滤光片对激发的荧光信号进行选择并传输至相应的高速、高灵敏sCMOS中，通过不同荧光信号的识别实现对tRNA的识别以及序列判别。

tRNA本身具有一级、二级和三级结构，一级结构由80个左右碱基序列，二级结构为三叶草形状，tRNA的三级结构即空间立体结构由二级结构折叠呈“倒L”型，为了了解其结构特点，以二级结构为例进行说明，其中3’端的CCA是氨基酸的结合点，三叶草形状中的三个环分别为D环、反密码子环、TψC环，包含的一个可变区位于反密码子茎和TψC茎直径的部分。在核糖体上，通过反密码子-密码子相互作用，识别mRNA上的密码子，从而将具有遗传意义的核苷酸序列翻译成蛋白质中的氨基酸序列。不同生物的密码子基本相同，共用一套密码子，共计64种，除了其中的三种密码子用来参与终止蛋白质翻译的，剩余的61中密码子对应20中氨基酸。

本发明实施例1提供一种优选实施例，分光成像单元还包括第二准直透镜组，第二准直透镜组包括6个准直透镜，准直透镜的数量与图像传感器组中图像传感器的数量相对应，分别为第一准直透镜1001、第二准直透镜1002、第三准直透镜1003、第四准直透镜1004、第五准直透镜1005、第六准直透镜1006，分别设置于第一图像传感器701、第二图像传感器702、第三图像传感器703、第四图像传感器704、第五图像传感器705、第六图像传感器706前，用于对入射至相应的图像传感器的荧光信号进行准直，使图像传感器能够更有效地接收到荧光信号。

本发明实施例1还可以三种不同激光器按照波长从小到大依次顺序排布。本发明实施例1以三种不同激光器按照波长从大到小依次顺序排布进行具体说明，激光器按照波长从小到大的情况同理，不再赘述。

实施例2：

本发明实施例2提供一种基因测序方法，本发明的实施例2是使用基因测序系统相配合。

本发明的实施例2的原理是：tRNA本身具有一级、二级和三级结构，一级结构由80个左右碱基序列，二级结构为三叶草形状，tRNA的三级结构即空间立体结构由二级结构折叠呈“倒L”型，为了了解其结构特点，以二级结构为例进行说明，其中3’端的CCA是氨基酸的结合点，三叶草形状中的三个环分别为D环、反密码子环、TψC环，包含的一个可变区位于反密码子茎和TψC茎直径的部分。

不同生物的密码子基本相同，共用一套密码子，共计64种，除了其中的三种密码子用来参与终止蛋白质翻译的，剩余的61中密码子对应20中氨基酸。因此在核糖体上，通过反密码子-密码子相互作用，识别信使RNA上的密码子，从而将具有遗传意义的核苷酸序列翻译成蛋白质中的氨基酸序列。通过识别tRNA上的密码子就能够实现tRNA的测序和氨基酸的序列、种类。

图2示出了本发明实施例2中的基因测序方法的流程示意图。

本发明实施例2提供一种基因测序方法，包括如下步骤：

S1、使用六种不同的荧光分子染料对待测基因样品的转运核糖核酸中的碱基进行标记，并将标记后的待测基因样品放置在测序芯片5中；

S2、激光器组发出的不同波长的激光光束依次经滤光片组、滤光片组件3、光学成像物镜4后入射至测序芯片5，激发并采集碱基所发出的荧光信号，荧光信号入射至相对应的图像传感器上进行成像；

S3、通过对产生荧光信号的图像传感器进行分析，识别产生荧光信号的荧光分子染料的种类，进而识别待测基因样品的转运核糖核酸的密码子，实现转运核糖核酸类型的判别。

本发明实施例2提供一种优选方案，在步骤S1之前还包括如下步骤S0a和S0b：

S0a、将核糖体和信使核糖核酸的复合体加入到测序芯片上，在延伸因子、释放因子、酶作用下进行转运核糖核酸移位；

S0b、使用六种不同的荧光分子染料中的至少一种以排列组合的方式对64种转运核糖核酸的碱基所对应的密码子进行单位点标记方法、双位点标记方法或三位点标记方法。

本发明实施例2采用荧光分子染料和激发荧光分子染料的激光器组的激光器也与实施例1中的相同，具体参见表1。如表2所示，tRNA对应64种不同的密码子，为了实现对每种tRNA的识别，最佳的方案是采用尽量少的荧光标记，采用排列组合的方式对几种常规的荧光分子染料进行标记。其中，单位点标记方法用1种荧光分子染料标记可以实现6种不同tRNA的标记，即能够对

数量的tRNA进行标记。双位点标记方法采用2种荧光分子染料标记可以实现21种不同tRNA的标记，即能够对

(两个同样种类的荧光分子染料)

(两个不同样种类的荧光分子染料)数量的tRNA进行标记。三位点标记方法采用3种荧光分子染料标记可以实现多达56种不同tRNA的标记，即能够对

(三个同样种类的荧光分子染料)

(两个同样种类的荧光分子染料)

数量的tRNA进行标记。三种不同标记方法共可实现83种不同排列组合形式的荧光分子染料标记形式，满足64种使用要求。本发明实施例2的技术方案中不限制在上述几种常规荧光分子染料，此外还可以选择Alexa Fluor系列等不同类型的荧光分子染料。如图3所示，分别在tRNA的三个环形区或者茎的碱基端实现最多3个不同位点的荧光分子染料标记，其中A、B、C分别代表三个不同的标记位点，均可以选择是否标记。

表2：氨基酸种类与密码子对应示意图

本发明实施例2中，tRNA上碱基上不同位点标记的荧光分子染料分别在Cy3，Cy3.5，Cy5，Cy5.5，Cy7和Cy7.5六种荧光分子染料中选择，不限制于上述几种常规荧光分子染料。对表2中半胱氨酸(UGU,UGC)、苯丙氨酸(UUU,UUC)、吡咯赖氨酸(UAG)、丙氨酸(GCU)多对应的tRNA通过化学修饰实现单荧光分子染料的标记，分别对应Cy3、Cy3.5、Cy5、Cy5.5、Cy7和Cy7.5，荧光分子染料的种类和与氨基酸对应关系可以任意分配；对应丙氨酸(GCC)至酪氨酸(UAU)共计21种的tRNA实现双荧光分子染料标记，分别对应上述6种荧光分子染料中的任意两种，其余氨基酸类型的tRNA均是3种荧光分子染料标记，分别对应上述6种荧光分子染料中的任意三种。使用六种不同的荧光分子染料以排列组合的方式标记，可根据实际情况进行标记，本发明是实施例2的仅就部分标记情况举例说明：

表3：标记与密码子对应示意图

通过基因测序系统中的图像传感器上的荧光信号进行分析，获取荧光信号所对应的荧光分子染料的种类，对比步骤S0b中的标记识别待测基因样品的密码子，以及实现tRNA序列的判别。例如，只有第六图像传感器706接收到了荧光信号，则说明只有Cy3的荧光分子染料被激发发出了荧光信号，则说明待测基因样品的密码子中含有的密码子是UGU，相对应的氨基酸种类为半胱氨酸。若有第六图像传感器706和第四图像传感器704接收到了荧光信号，则说明Cy3、Cy5的荧光分子染料被激发发出了荧光信号，则说明待测基因样品的密码子中含有的密码子是UAU，相对应的氨基酸种类为酪氨酸。如果使用双位点标记方法或三位点标记方法时，当用同一种荧光分子染料进行标记时，此时只在同一个图像传感器上显示相对应的荧光信号，需要通过在碱基的不同的点位所成像进行进一步的识别，可以通过发出荧光信号的位点进行识别或者通过发出荧光信号的强度判断出同一种荧光分子的数目。

本发明实施例2提供一种优选方案，在步骤S1中标记位置具体为：转运核糖核酸的二级结构中的D环、反密码子环或TψC环，或者转运核糖核酸的二级结构的可变区中的一个碱基端、两个碱基端或三个碱基端。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (11)

1.一种基因测序系统，包括荧光激发单元和测序芯片，待测基因样品经荧光分子染料进行标记后，放置于所述测序芯片中进行测序，其特征在于，还包括分光成像单元，所述荧光激发单元发出不同波长的激光光束，照射在所述测序芯片上，激发所述待测基因样品发出荧光信号，所述荧光信号入射至所述分光成像单元进行成像，

所述分光成像单元包括：多通道滤光片组、图像传感器组；

所述荧光信号入射至所述多通道滤光片组，经所述多通道滤光片组进行分束后入射至所述图像传感器组中对应的图像传感器进行成像，通过对产生所述荧光信号的图像传感器进行分析，识别产生所述荧光信号的荧光分子染料的种类，进而识别所述待测基因样品的转运核糖核酸的密码子，实现转运核糖核酸类型的判别。

2.根据权利要求1所述的基因测序系统，其特征在于，所述荧光激发单元包括：激光器组、光学成像物镜、滤光片组件、滤光片组；其中，

所述激光器组同时发出不同波长的激光光束，不同波长的激光光束经所述滤光片组入射至所述滤光片组件，经所述滤光片组件透射至所述光学成像物镜进行放大，放大后入射至所述测序芯片并激发所述荧光信号，所述荧光信号经所述成像物镜入射至所述分光成像单元。

3.根据权利要求2所述的基因测序系统，其特征在于，所述激光器组包括发出三个不同波长的脉冲激光器，分别为第一激光器、第二激光器、第三激光器，所述第一激光器、所述第二激光器、所述第三激光器分别用于激发两种相邻的荧光分子染料并产生相应的两路荧光信号。

4.根据权利要求2所述的基因测序系统，其特征在于，所述荧光激发单元还包括第一4-f成像组件、第二4-f成像组件、第三4-f成像组件，所述第一激光器、所述第二激光器、所述第三激光器分别发出的三个不同波长的激光光束，分别经所述第一4-f成像组件、所述第二4-f成像组件、所述第三4-f成像组件匀光后，分别入射至所述滤光片组。

5.根据权利要求2所述的基因测序系统，其特征在于，所述滤光片组包括反射镜、第一滤光片、第二滤光片；

所述第一激光器发出的激光光束进入所述第一4-f成像组件进行匀光，再进入所述反射镜，经所述反射镜反射后，依次经过所述第一滤光片的透射、所述第二滤光片的透射进入所述滤光片组件；

所述第二激光器发出的激光光束进入所述第二4-f成像组件进行匀光，再依次经过所述第一滤光片的反射、所述第二滤光片的透射进入所述滤光片组件；

所述第三激光器发出的激光光束进入所述第三4-f成像组件进行匀光，再经所述第二滤光片反射进入所述滤光片组件。

6.根据权利要求1所述的基因测序系统，其特征在于，还包括第一准直透镜组，所述荧光激发单元激发的荧光信号经所述第一准直透镜组准直后，入射至所述分光成像单元进行成像。

7.根据权利要求1所述的基因测序系统，其特征在于，

所述多通道滤光片组包括第一多通道滤光片、第二多通道滤光片、第三多通道滤光片、第四多通道滤光片、第五多通道滤光片；

所述图像传感器组包括第一图像传感器、第二图像传感器、第三图像传感器、第四图像传感器、第五图像传感器、第六图像传感器；

所述荧光信号入射至所述第一多通道滤光片被分为第一荧光信号和第二荧光信号；

所述第一荧光信号入射至所述第二多通道滤光片被分为第一透射荧光信号和第一反射荧光信号，所述第一透射荧光信号和所述第一反射荧光信号分别入射至所述第一图像传感器、所述第二图像传感器成像；

所述第二荧光信号入射至所述第三多通道滤光片被分为第三荧光信号和第四荧光信号；

所述第三荧光信号入射至所述第四多通道滤光片被分为第二透射荧光信号和第二反射荧光信号，所述第二透射荧光信号和所述第二反射荧光信号分别入射至所述第三图像传感器、所述第四图像传感器成像；

所述第四荧光信号入射至所述第五多通道滤光片被分为第三透射荧光信号和第三反射荧光信号，所述第三透射荧光信号和所述第三反射荧光信号分别入射至所述第五图像传感器、所述第六图像传感器成像。

8.根据权利要求7所述的基因测序系统，其特征在于，所述分光成像单元还包括第二准直透镜组，所述第二准直透镜组包括N个准直透镜，其中N为大于等于1的整数，所述准直透镜的数量与所述图像传感器组中所述图像传感器的数量相对应，分别设置于相应的所述图像传感器前，分别用于对入射至相应的所述图像传感器的所述荧光信号进行准直。

9.一种使用如权利要求1-8中任一项所述的基因测序系统进行测序的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、使用六种不同的荧光分子染料对待测基因样品的转运核糖核酸中的碱基进行标记，并将标记后的待测基因样品放置在测序芯片中；

S2、激光器组发出的不同波长的激光光束依次经所述滤光片组、滤光片组件、光学成像物镜后入射至所述测序芯片，激发所述碱基所发出的荧光信号，所述荧光信号入射至相对应的图像传感器上进行成像；

S3、通过对产生所述荧光信号的图像传感器进行分析，识别产生所述荧光信号的所述荧光分子染料的种类，进而识别所述待测基因样品的转运核糖核酸的密码子，实现转运核糖核酸类型的判别。

10.根据权利要求9所述的基因测序方法，其特征在于，在所述步骤S1之前还包括如下步骤S0a和S0b：

S0a、将核糖体和信使核糖核酸的复合体加入到测序芯片上，在延伸因子、释放因子、酶作用下进行转运核糖核酸移位，对待测基因样品进行预处理；

S0b、使用六种不同的荧光分子染料中的至少一种以排列组合的方式对64种转运核糖核酸的碱基所对应的密码子进行单位点标记方法、双位点标记方法或三位点标记方法。

11.根据权利要求10所述的基因测序方法，其特征在于，在所述步骤S1中所述标记位置具体为：所述转运核糖核酸的二级结构中的D环、反密码子环或TψC环，或者所述转运核糖核酸的二级结构的可变区中的一个碱基端、两个碱基端或三个碱基端。

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