细菌16S rRNA基因测序平台比较

1.细菌16SrRNA基因测序平台介绍

1.1 Roche454 测序平台

罗氏454测序系统是454生命科学公司推出的454测序技术,是基于焦磷酸测序法的高通量测序系统,开创了第二代测序技术的先河。该技术是通过合成反应而测序(Seqencing-by-synthesis,SBS)的原理进行测序的。

原理:GSFLX(+) 系统的测序原理是基于焦磷酸测序法,依靠生物发光对DNA序列进行检测。在DNA聚合酶,ATP硫酸化酶,荧光素酶和双磷酸酶的协同作用下,GSFLX(+)系统将引物上每一个dNTP的聚合与一次荧光信号释放偶联。通过检测荧光信号释放的有无和强度,就可以达到实时测定DNA序列的目的。

此技术不需要荧光标记的引物或核酸探针,也不需要进行电泳;具有分析结果快速、准确、高灵敏度和高自动化的特点。

温馨提示:罗氏宣布2016年逐步关闭454测序业务~!


Roche 454测序仪示意图

1.2 illumina Hiseq 2500等测序平台

Illumina Hiseq系列测序仪器包含Hiseq2000/2500/3000/4000、X-(five)ten、Nova Seq、MiniSeq等。但由于测序最大读长的限制,仅有Hiseq2500快速测序模式可以应用在细菌16SrRNA基因测序领域中,最大读长可以达到2×250bp;近日,Illumina推出新款试剂可以使得NovaSeq平台运行读长达到2×250bp。

原理:Solexa是一种基于边合成边测序技术(Sequencing-By-Synthesis,SBS)的新型测序技术。通过单分子阵列实现在小型芯片(FlowCell)上进行桥式PCR反应。通过可逆阻断技术实现每次只合成一个碱基,再利用相应的激光激发荧光集团,捕获激发光,从而读取碱基信息。


Hiseq测序仪示意图

1.3 illumina Miseq测序平台

快速简约,适合靶向和小型基因组测序。

MiSeq桌上型测序仪能实现更专门的应用。比如靶向基因测序、宏基因组测序、小型基因组测序、靶向基因表达、扩增子测序,以及HLA分型。


Miseq测序仪示意图

1.4 Ion torrent测序平台(二代半测序,ion S5[XL、Prime、GeneStudio]等)

Ion Torrent 测序仪是第一个不需要光学系统的商业测序仪,所采用的技术为半导体测序,通过半导体芯片直接将化学信号转换为数字信号。一种非常适合扩增子测序的革命性技术。

原理:使用半导体技术在化学和数字信息之间建立直接的联系。在半导体芯片的微孔中的微球上固定DNA链,随后依次掺入ACGT。随着每个碱基的掺入,释放出氢离子,在它们穿过每个孔底部时能被检测到,通过对H+ 的检测,实时判读碱基。


Ion S5系列测序仪示意图

1.5 PicBio Sequal/RS II测序平台(三代测序)

Pacific Biosciences公司研发的单分子实时测序系统(SingleMolecule Real Time, SMRT)。

原理:PacBioSMRT技术应用了边合成边测序的思想,并以SMRT芯片为测序载体,芯片上有很多小孔,每个孔中均有DNA聚合酶。测序DNA聚合酶和模板结合,4色荧光标记4种碱基(即是dNTP),在碱基配对阶段,不同碱基的加入,会发出不同光,根据光的波长与峰值可判断进入的碱基类型。


Pcibio测序仪示意图

2. 测序平台间比较​

测序平台比较汇总表

备注:

数据量:1G=1000M;1M=1000Kb;1Kb=1000bp。

3. 测序平台的选择

3.1 选择测序平台考虑的因素

①欲研究的目标区域;

②确定目标区域的长度;

③根据读长限制和成本等综合考虑选择合适测序平台。

3.2 如何判断目标区域长度是否适合测序平台

双端测序需要考虑到拼接的问题,因此目标区域长度应该短于测序仪器的读长,~小于50bp。例如:Miseq2×300bp。


PE测序示意图

备注:Read2 & Read3测的是标签序列(index序列),主要用于区分Read1 & Read4隶属于哪个样本。

4. 选择测序服务商时应注意的问题

①研究16S rRNA基因的可变区是哪个或哪几个?

②采用的引物名称是什么?

③测序时采用什么测序平台?

④测序平台是否与扩增目标区域长度匹配?

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