测序原理
一代测序
sanger测序:双脱氧链终止法
由于ddNTP的2’和3’都不含羟基,其在DNA的合成过程中不能形成磷酸二酯键,因此可以用来中断DNA合成反应。在4个DNA合成反应体系中分别加入一定比例带有放射性同位素标记的ddNTP,得到片段大小不一致的DNA混合物,然后通过凝胶电泳分离和放射自显影后识别确定待测分子的DNA序列。
特点:金标准,人类基因组计划应用一代测序完成
二代测序
Roche公司的454技术、Illumina公司的Solexa技术和Life technologies(ABI)公司的SOLiD技术;Life technologies公司的Ion Torrent和Ion Proton技术等,经过不断的竞争,454、SOLiD 和Helicos平台不再开发新的仪器,Illumina平台最终成为市场主流,其方法为边合成边测序。
1.DNA文库构建
将基因组DNA随机片段化,然后通过末端修复、磷酸化、加A等步骤修补成平末端,最后加上特定的接头(Adaptor),构建成DNA文库。
2.簇的生成——桥式PCR
Flowcell :流动池,就是一张芯片,如Hiseq2500有2张flowcell,即一次运行的测序量
Lane:每张flowcell上通常都有多个通道,每个通道可以单独测不同的样品。
Flowcel上面连有两种接头(P5、P7),当DNA经变性后流经Flowcell时,利用Flowcell上的接头与DNA两端的接头相互匹配。DNA进行桥式PCR扩增,从而将碱基信号放大。通过桥式PCR不断循环获得上百万条成簇分布的双链待测片段。
3.测序
4.数据产出
特点:通量高、时间短、读长短。
三代测序
单分子测序技术原理
SMRT技术:
也采用边合成边测序方法,以SMRT芯片为测序载体,芯片上众多小孔中的DNA聚合酶和模板结合,4色荧光标记4种碱基(dATP,dTTP,dCTP,dGTP),在碱基配对阶段,加入不同碱基会发出不同的光,根据光的波长与峰值可判断进入的碱基类型。另外,若碱基存在修饰,则通过聚合酶的速度会减慢,因此可以通过检测相邻两个碱基之间的测序时间、两峰之间的距离来检测甲基化等碱基修饰情况。SMRT测序速度快(每秒约数个dNTP),但是,测序错误率也较高(达到15%,可通过多次测序进行有效的纠错)。
Complete Genomics公司的复合探针-锚定连接技术:
这项技术有点像升级版的SOLiD系统,但比之更复杂,这次是一次性结合9个碱基,只有第五个碱基是确定的A、T、C或G,而其他8个碱基则是随机的。所以每个探针的长度是9个碱基,荧光种类还是4种,有每个探针的第五个碱基的种类确定。具体过程如图。
纳米孔单分子测序技术:
纳米孔测序理论自1989年被提出以来,历经近三十年的发展,终于从理论到商业化并得到越来越广泛地应用。该技术的原理是当在膜两侧施加电压,分子马达驱动DNA分子通过纳米孔,导致电荷发生变化,每种碱基引起的电流变化是不同的,通过检测这些电流进而转化为对应的碱基序列。
Ion Torrent电子流检测技术
这也是新一代测序技术中并不用到荧光检测的一种,它检测的是在合成过程中,不同碱基加入而释放出的不同强弱的离子流。
特点:无需PCR扩增,读长长,精准、高效