solexa测序技术原理

Solexa测序原理及流程

深圳华大基因研究院

Agenda

DNA样品制备 Cluster Formation

Binding to flowcell Bridge Amplification One Cycle One Base

SBS (Sequencing By Synthesize)

Pair End

DNA样品制备

Cluster formation

Cluster Formation

Bridge Amplification Cycle

DNA synthesization

P7

SBS oligo

P5

Sequencing By Synthesization

三种特殊序列

P7序列：flowcell上结合的序列，边合成边边 测序（SBS）过程模板序列的5’端。 P5序列：flowcell上结合的序列。 SBS引物序列(oligo)

Genomic DNA

sample prep

Fragment DNA

5’ 3’ 5’ + 5’ 3’ 5’ 5’ + 3’ 3’ 5’

1.End repair

T4 polymerase , DNA Pol 1 (Klenow fragment)

SBS oligo

P7 反向互补序列

Phosphorylation T4 polynucl

碱基测序技术原理及其进展

摘要：自1953年，剑桥大学科学家弗朗西斯.克里克(Francis crick)

和博士詹姆斯华生(Jamers waston)发现DNA双螺旋结构以来，已经走过近60年。在这期间，有关DNA的研究如火如荼。DNA碱基排列顺序中存在生物的遗传信息，为了的到DNA碱基顺序，研究者先后研发出不同的测序技术获得碱基信息。从1953年至今，碱基测序技术可以划分为三代，下面主要介绍第一代、第二代测序原理及其存在的优劣。

关键词：cDNA sanger测序法 焦磷酸测序法 第二代测序法

1.1977第一代—sanger测序法及Maxam-Gilbert化学裂解法。

1.1sanger测序法

1977年英国的F.sanger设计了 Sanger双脱氧链终止法[1]，其原理：双脱氧链末端终止法通过使用链终止剂—类似于正常dNTP的2’, 3’-双脱氧核苷三磷酸ddATP、ddTTP、ddCTP、ddGTP，将延伸的DNA链特异性地终止。其反应体系也包括单链模板、引物、4种dNTP和DNA聚合酶。共分四组，每组按一定比例加入一种ddNTP，它能随机渗入合成的DNA链，一旦渗入合成即终止，于是各种不同大小片段的末端核苷酸必定

三代测序技术和原理介绍

导读从1977年第一代DNA测序技术（Sanger法）1，发展至今三十多年时间，测序技术已取得了相当大的发展，从第一代到第三代乃至第四代，测序读长从长到短，再从短到长。

摘要：从1977年第一代DNA测序技术（Sanger

法）1，发展至今三十多年时间，测序技术已取得了相当大的发展，从第一代到第三代乃至第四代，测序读长从长到短，再从短到长。虽然就当前形势看来第二代短读长测序技术在全球测序市场上仍然占有着绝对的优势位置，但第三和第四代测序技术也已在这一两年的时间中快速发展着。测序技术的每一次变革，也都对基因组研究，疾病医疗研究，药物研发，育种等领域产生巨大的推动作用。在这里我主要对当前的测序技术以及它们的测序原理做一个简单的小结。

图1：测序技术的发展历程

生命体遗传信息的快速获得对于生命科学的研究有着十分重要的意义。以上（图1）所描述的是自沃森和克里克在1953年建立DNA双螺旋结构以来，整个测序技术的发展历程。

第一代测序技术

第一代DNA测序技术用的是1975年由桑格（Sanger）和考尔森（Coulson）开创的链终止法或者是1976-1977年由马克西姆（Maxam）和吉尔伯特（Gilbert）发明的化学法（链降解）. 并在

Peptide sequencing by mass spectrometry

lab-5102 reporter:feng li

Introduction: there is two main approaches for protein sequencinga) Peptide mass finger printing(PMF),based on a huge peptide databse b) Mandem mass spectrometry(MS/MS)

Pros and cons of PMF Pros robust & inexpensive form of MS(MALDI) can be done by a moderately skilled operator

Cons need sequence in the database generally found to only be avout 40% effective

MS/MS vs PMF Advantages provides precise sequencespecific data more informative than PMF

测序技术比拼

深度测序技术（Deep sequencing technology）可能很快就能和现有的某些芯片技术一较高下了。但目前科研界对这两项技术前景的看法并不一致，究竟哪种技术更好，应用范围更广泛还没有定论。

两款新型测序仪——Polonator与HeliScop新型测序技术平台多样化的市场市场大角力

新旧测序技术整合效应测序设备公司的“钱景”更新一代测序技术前景如何呢？

1

两款新型测序仪——Polonator与HeliScop

新一代测序技术（Next-generation sequencing, NGS）正以它强大的测序能力风靡整个科研界。仅仅2008年，就有两款全新型测序仪面世，一款是美国Danaher Motion公司推出的Polonator，另一款是美国Helicos公司的HeliScop。与其它新一代测序仪一样，这两款测序仪也因其测序快速、测序费用低廉而备受好评，也因此被测序界誉为革命性的、突破性的成果。这两款产品不仅能实现人们期待已久的个体基因诊断和个体化用药治疗

，

更有分析家认为，它们将取代功能类似的芯片类产品。

Polonator测序仪

HeliScope单分子测序仪

2

新型测序技术平台

自从2005年454 Life Sciences公

1. 高通量测序技术应用范围：

1) 遗传病诊断

2) 产前筛查与诊断

3) 植入前胚胎遗传学诊断

4) 肿瘤诊断与治疗

其中，前三个专业已经经过国家卫计委批准，肿瘤诊断与治疗暂未批

准。

2. 国家批准进行高通量测序服务的单位有北京的四家单位和广州的三家单位：

1） 中国医学科学院北京协和医院

2） 北京博奥医学检验所

3） 安诺优达基因科技（北京）有限公司医学检验所

4） 北京爱普益医学检验中心

广州的三家单位：

5） 深圳华大临床检验中心

6） 广州达安临床检验中心

7） 南方医科大学南方医院

具体内容如下。 2014年的最后一天，一则消息让整个基因测序行业提前进入了新年的火热气氛当中。国家卫计委医政医管局发布了关于《开展高通量基因测序技术临床应用试点工作的通知》（以下简称《试点名单通知》），公布了北广两地第一批高通量测序技术临床应用试点单位。通知中共涉及3个专业（遗传病诊断、产前筛查与诊断、植入前胚胎遗传学诊断），批准4家北京地区机构（中国医学科学院北京协和医院，北京博奥医学检验所，安诺优达基因科技（北京）有限公司医学检验所以及北京爱普益医学检验中心）以及3家广州地区机构（深圳华大临床检验中心，广州达安临床检验中心，南方医科大学南方医院）。

这一次发布，与同年3月份卫

测序常见峰图及原因说明

1.PCR产物电泳检测条带单一，为什么测序结果说模板杂？ 2. 什么是碱基缺失？ 3. 什么是引物不纯？

4. 重复结构对测序有哪些影响？ 5. 什么是模板不单一？

6. Poly结构的测序结果是怎样的？

7. 含有回文结构的模板测序结果是怎样的？ 8. 测序峰图为前双峰的结果是什么样的？ 9. 测序峰图为后双峰是什么样的？

10. 无信号的结果：信号值(ATGC的平均值)皆小于100

11. 飘峰：这是由于用3.0特殊试剂盒时碱基产生替代而出现碱基位移 12. 没有任何干扰的结果

Q-1.PCR产物电泳检测条带单一，为什么测序结果说模板杂？ 返回顶端 A-1.PCR产物电泳检测的结果只是一个粗略的定性结果。对于与目的片段条带大 小只相差几个碱基的非特异性PCR扩增产物是无法用肉眼区分开的。但是DNA测序反应敏感而客观，可以直接反应出模板本身的情况。需要强调的是，高质量的 PCR产物才可能得到高质量的测序结果，如果您对PCR产物的纯度不很确定，希望您可以将PCR产物进行克隆处理，以确保得到好的测序结果。以下图为例： 该反应的背景信号较高，不利于碱基的判读。 查看大图

解决办法：改变PCR条件，重新扩增。或者可以将该

转录组分析

研究背景：

RNA-Seq是通过结合实验和计算方法来鉴定生物样品中RNA序列的种类和丰度的一种技术。通过RNA-seq，我们就能够确定单链RNA分子中ATCG的顺序。整个过程主要包括：从细胞或组织中提取RNA分子、文库的构建以及后继的生物信息学数据分析。RNA-Seq技术具有许多早期研究方法（如：微阵列）所不具备的优点，如：RNA-Seq平台的高通量、新技术所带来的高灵敏度、发现新转录本、新基因模型以及非编码RNA的能力等。

RNA-Seq技术的到来，使人们认识到，无论是单细胞模式生物还是人类，我们对其转录组的认知异常匮乏。而RNA-Seq产生的新的数据，则可以帮助我们发现基因结构上的巨大差异、鉴定出新的转录本以及能够对small non-coding RNA和lncRNAs有着更好的了解。而且随着测序花费的降低，RNA-Seq的优势体现的更加明显。

服务流程：

样品选取

利用Oligo-dT富集mRNA

mRNA片段化

cDNA合成

末端修复、加polyA、加接头，PCR扩增

数据分析

测序方案：

内容：TotalRNA检测，普通转录组文库构建及测序及信息分析。 测序方式：H

高通量测序

高通量测序技术（High-throughput sequencing）又称“下一代”测序技术（\），以能一次并行对几十万到几百万条DNA分子进行序列测定和一般读长较短等为标志。 名词解释

根据发展历史、影响力、测序原理和技术不同等，主要有以下几种：大规模平行签名测序（Massively Parallel Signature Sequencing, MPSS)、聚合酶克隆（Polony Sequencing）、454焦磷酸测序（454 pyrosequencing）、Illumina (Solexa) sequencing、ABI SOLiD sequencing、离子半导体测序（Ion

semiconductor sequencing）、DNA 纳米球测序 （DNA nanoball sequencing）等。

高通量测序技术是对传统测序一次革命性的改变，一次对几十万到几百万条DNA分子进行序列测定，因此在有些文献中称其为下一代测序技术(next generation sequencing)足见其划时代的改变，同时高通量测序使得对一个物种的转录组和基因组进行细致全貌的分析成为可能，所以又被称为深度测序(deepsequencing

高通量测序入门第一帖http://bbs.bioon.net/bbs/thread-368220-1-1.html 很高兴成为论坛特邀专家，鄙人会接下来的一段时间内写一些高通量测序数据方面的帖子，由浅入深，可能刚开始会比较简单一些，后面会有一些针对性的专题，也欢迎各位大侠或小菜提出建议或问题大家一起探讨。 为了活跃论坛建议大家直接跟帖或发新帖，我会尽快回复大家。

本人方向也仅限在RNA-seq 领域，所以其他领域的问题可能不太了解，只能按照自己的背景知识和请教别人解答，请大家慢拍砖！

另外，由于实验室课题比较忙，所以可能不能及时发帖或回复大家，也请见谅。

既然是入门专题，那就先简单说一下，要分析高通量测序数据的配置要求吧： 声明：该配置不适用与从华大拿回分析结果直接写paper 的同学。我认识的一位同学一点生物信息背景也没有，直接用华大返回分析结果发了很好的文章，如果想这样的同学可直接跳过这篇，等待以后的专题。 言归正传： 1. 软配置：

生物理论知识：熟悉生命活动的基本过程，对复制、转录、翻译、转录后修饰有较清晰的认识，如果知道cis-element 和 trans-factor 的区别就更好了。推荐朱玉贤的分子生物学，能够掌握60%