高通量测序技术的原理
高通量测序技术,又称下一代测序技术,是一种基于能一次并行对几十万到几百万条DNA分子进行序列测定的技术。这项技术的原理涉及到多个步骤,主要包括样本准备、文库构建、测序反应和数据分析等。
1.样本准备(Sample
fragmentation)
首先,待测的DNA样品会被打断成300800bp的片段。这些片段的3'和5'端分别加上接头,这些接头会使DNA片段结合到微珠上。每个油滴系统只包含1个DNA模板,扩增后,每个DNA分子可以得到富集,每个微珠只能形成一个克隆集落。454测序仪的测序通道体积非常狭小,只能容纳一个微珠。
2.文库构建(Library
preparation)
接下来,待测DNA片段通过接头随机的附着于固相表面,并在固相的表面经过桥式扩增。这样就形成了数千份相同的单分子簇,被用做测序模板。DNA连接酶优先连接和模板配对的探针,并引发该位点的荧光信号的产生。三个厂家的高通量测序仪器虽然各具特点,但在原理上有很多的共同之处:1)将目标DNA剪切为小片段;2)单个小片段DNA分子结合到固相表面;3)单分子独立扩增;4)每次只***一个碱基(A,C,T,G)并检测信号;5)高分辨率的成像系统。
3.测序反应(Sequencing
reaction)
在测序反应阶段,不同的平台采用了不同的技术。例如,454焦磷酸测序技术中,酶级联化学发光反应被用于检测。首先将PCR扩增的单链DNA与引物杂交,并与DNA聚合酶、ATP硫酸化酶、荧光素酶、三磷酸腺苷双磷酸酶、底物荧光素酶和5'磷酸硫酸腺苷共同孵育。焦磷酸盐被硫酸化酶转化为ATP,ATP就会促使氧合荧光素的合成并释放可见光,CCD检测后通过软件转化为一个峰值,峰值与反应中掺入的核苷酸数目成正比。
另一家公司的Solexa基因组分析平台则采用了合成测序法。测序时将基因组DNA的随机片段附着到光学透明的玻璃表面(即Flowcell),这些DNA片段经过延伸和桥式扩增后,在Flowcell上形成了数以亿计Cluster,每个Cluster是具有数千份相同模板的单分子簇。
4.数据分析(Data
***ysis)
最后,收集到的信号会被转换成电子信号,并通过计算机进行分析。这些电子信号会被转化成一系列的碱基序列,也就是我们所说的测序
reads。通过对这些
reads进行组装和比对,我们可以得到整个DNA分子或者某些感兴趣的区域的完整序列。
总的来说,高通量测序技术的原理是通过一系列复杂的步骤,将DNA分子断裂成小片段,并对这些小片段进行测序。然后通过计算机算法将这些测序数据组装起来,得到整个DNA分子的序列信息。这种技术的最大优点是能够在短时间内对大量的DNA分子进行测序,大大提高了基因组学和其他相关领域的研究效率。