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测序新技术速览

2020.7.21

454技术 样品制备 

将基因组打成较短的DNA片段,再将片段与接头相连,以便使其更容易与磁珠结合在一起(一个DNA片段结合于一个磁珠)。将PCR产物包被于“油包水”的乳化剂中,每一滴乳化剂内除PCR产物外,还含有一个结合了一个DNA片段的磁珠,这样,PCR扩增过程就可以在每一滴乳化剂内独立进行,而没有其它竞争性或者污染性序列的影响。如此,使整个DNA片段进行平行扩增。扩增反应完成后,每个磁珠上的DNA片段拥有了成千上万个相同的拷贝。经过富集以后,这些片段仍然和磁珠结合在一起,随后就可以放入到PicoTiterPlate板(一种光纤载板)的样品孔内供后继测序使用了。

焦磷酸测序(Pyrosequencing)

在光纤PicoTiterPlate板样品孔内还有测序过程所需的酶类及引物(引物与DNA片段末端的接头序列互补),当未经荧光标记的核苷酸流经过样品孔时,每次只允许一个互补dNTP接入,进行互补新链的合成。每当一个核苷酸连接到新链上时,就会释放一分子的焦磷酸盐(PPi),而后PPi与相应底物反应形成1分子ATP,ATP再驱动荧光素酶转变为氧化荧光素酶,而氧化荧光素酶可以发出可见光,可被检测仪器捕获,形成峰图。该技术的序列阅读长度介于100到150个核苷酸之间。(具体原理见文后扩展阅读)


Solexa测序技术  样品制备


将基因组DNA打成几百个碱基(或更短)的小片断,在片断的两个末端加上接头,利用专利的芯片:其芯片表面连接有一层单链引物,DNA片断成单链后通过芯片表面的引物碱基互补被一端“固定”在芯片上,引物扩增使得单链DNA成为双链,该双链变性后成为单链,其一端“固定”在芯片上,另外一端(5'或3')随机和附近的另外一个引物互补,被“固定”住,形成“桥”。这样的反应在上千万DNA单分子上发生,形成的单链桥以周围的引物为扩增引物,在芯片表面进行扩增,形成双链。双链经变性成单链,再次形成桥,成为下一轮扩增的模板继续扩增,经过30轮扩增,每个单分子得到了1000倍扩增,成为单克隆“DNA簇群”。“DNA簇群”在Genome Analyzer 综合分析仪上进行序列分析 。
 

采用“可逆性末端终止反应”进行序列分析(图片来源:Katie Ris-Vicari)

序列合成反应体系包括有引物、DNA聚合酶、4种标记了不同荧光的核苷酸,每个核苷酸的碱基被保护基团封闭。每次反应掺入一个核苷酸,该核苷酸类别可通过标记荧光进行识别,经过扫描,读取该次反应颜色后,位于碱基3'末端的保护基团被除去,继续下一轮反应,如此反复,得出片段的精确序列。该技术读长为30–35个核苷酸。

SOLiD技术 样品制备 

DNA经物理方法处理成几百碱基左右的片段,两端与接头相连接,与Adaptor相连的DNA片段和固定有与接头序列互补序列的磁珠混合后,进行Emulsion PCR。PCR扩增结束后,将变性DNA单链与磁珠移至载玻片上。

连接法测序

测序引物与接头可以互补杂交,其5’端可与和邻近序列互补的寡核苷酸相连。八聚体寡核苷酸可竞争性与引物相连接(该寡聚体的第四位和第五位为荧光标记位点)。当其标记颜色被读取后,即将连接上的寡核苷酸在第五位和第六位之间切断,以移除标记,进行下一轮反应,依此循环。在第一轮反应中,可以得到确定的碱基位点为:4、5、9、10、14、15位碱基等。重复该反应过程,偏移一位碱基,使用较第一轮少一个碱基的引物进行反应,可以确定的碱基位点包括:3、4、8、9、13、14等,如此往复,直至偏移至引物的第一个碱基(即待测序列0位点碱基)。由于该位点碱基已知,可通过读取的荧光颜色得知位点1的碱基类型,然后,又以位点1碱基荧光颜色推知位点2的碱基类型,依此类推,直至整个序列读序完成。此技术目前的读长为30至35个碱基。



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