2021-08-27 学习小组Day7笔记--动感光波

测序技术

第一代测序技术:Sanger测序原理

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:读长长(1000 bp),准确性高(99.999%),通量低。

第二代测序技术:边合成边测序(Sequencing by Synthesis,SBS)

在Sanger等测序方法的基础上,通过技术创新,用不同颜色的荧光标记四种不同的dNTP,当DNA聚合酶合成互补链时,每添加一种dNTP就会释放出不同的荧光,根据捕捉的荧光信号并经过特定的计算机软件处理,从而获得待测DNA的序列信息。

第二代测序技术代表有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。

  • 流程

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
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。

第三代测序技术:单分子实时DNA测序

DNA测序时,不需要经过PCR扩增,实现了对每一条DNA分子的单独测序,凭借超长的读长和可直接检测表观修饰等特点使其成为市场的新宠。目前以Pacific Biosciences公司的SMRT技术和Oxford Nanopore Technologies公司的纳米孔单分子技术为主流。
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)。
特点:无需PCR扩增,读长长,无视GC含量的影响

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。

(我只摘抄了我感兴趣的部分,全文详见测序技术原理及常用数据格式简介 (qq.com)
第三代测序技术详见DNA 测序技术的发展:第三代测序法 (qq.com)
测序发展史详见:测序发展史:150年的风雨历程 (qq.com)
一个非常详细的测序文章测序的世界 - 简书 (jianshu.com)
illumina SBS视频原理讲解https://share.weiyun.com/5qojuBY
最后推荐【陈巍学基因】
(感谢生信星球分享资源)

三种测序技术对比

一些高通量测序分类的名词

主要包括基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学。详见下图。


测序类别
small RNA(sRNA)

写在最后

通过一周对生信的接触,感觉很新鲜,也真的很有意思,我很喜欢。在这个过程中,好奇心和好胜心驱使我自我搜索学习了很多,很有成就感和自我价值感。感谢“生信星球”提供的资源,感谢花花和群里小伙伴热心的答疑。如果要独立操作独立分析,未来还有很多要学习的地方,一些基础的理论要自己去了解。路还很长,真心感谢“生信星球”引路。

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