常用的五種基因測(cè)序儀器的比較

1、慣用五種基因測(cè)序儀器比較學(xué) 院 生命科學(xué)學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 級(jí)生物技術(shù)4班 學(xué)生姓名 徐 志 超 指導(dǎo)教師 高 玉 千 常用的五種基因測(cè)序儀器的比較第1頁(yè)主要內(nèi)容三代測(cè)序技術(shù)簡(jiǎn)況五種測(cè)序儀器原理和特征五種測(cè)序儀器比較常用的五種基因測(cè)序儀器的比較第2頁(yè)以試驗(yàn)方法和試驗(yàn)儀器改進(jìn)為標(biāo)志DNA測(cè)序技術(shù)迄今經(jīng)歷了三代發(fā)展代數(shù)測(cè)序技術(shù)特點(diǎn)代表儀器第一代sanger測(cè)序法低通量，高成本ABI 3730XL第二代循環(huán)芯片技術(shù)高通量高效率成本底Illumina GA ROCH-454 ABI-SOLID第三代單分子測(cè)序試劑用量少，成本更低HeliScope常用的五種基因測(cè)序儀器的比較第3頁(yè)一、測(cè)序儀之ABI 373

2、0XLABI 3730XL測(cè)序原理 sanger 法：毛細(xì)管電泳分離電腦熒光檢測(cè)數(shù)據(jù)分析可得到DNA堿基序列。常用的五種基因測(cè)序儀器的比較第4頁(yè)2. ABI 3730 xl特征經(jīng)過(guò)幾十年逐步改進(jìn), ABI 3730 xl測(cè)序儀讀長(zhǎng)能夠超出1000 bp, 原始數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率能夠高達(dá)99.999%測(cè)定每千堿基序列成本是 0.5 美元, 天天數(shù)據(jù)通量能夠到達(dá) 600 000 堿基 不過(guò)ABI 3730 xl測(cè)序技術(shù)在速度和成本方面都已到達(dá)了極限. 因?yàn)槠鋵?duì)電泳分離技術(shù)依賴(lài),使其難以深入提升分析速度,而且難以經(jīng)過(guò)微型化降低測(cè)序成本. 盡管如此, ABI 3730 xl方法可靠、準(zhǔn)確,且已形成規(guī)模化, 尤

3、其是在 PCR 產(chǎn)物測(cè)序、質(zhì)粒和細(xì)菌人工染色體末端測(cè)序、以及STR基因分型方面,將繼續(xù)發(fā)揮主要作用. 常用的五種基因測(cè)序儀器的比較第5頁(yè)二、測(cè)序儀之ABI SOLID ABI SOLID測(cè)序原理：制備DNA文庫(kù)乳液PCR/微珠富集連接酶測(cè)序:SOLiD連接反應(yīng)底物是8堿基單鏈熒光探針混合物。連接反應(yīng)中，這些探針按照堿基互補(bǔ)規(guī)則與單鏈DNA模板鏈配對(duì)。這么經(jīng)過(guò)五輪測(cè)序反應(yīng)后便能夠得到全部堿基序列SOLID雙堿基編碼矩陣常用的五種基因測(cè)序儀器的比較第6頁(yè)探針5末端標(biāo)識(shí)了1種顏色熒光染料。探針3端15位為隨機(jī)堿基，其中第1、2位組成堿基對(duì)表征探針染料類(lèi)型，而35位“n”為隨機(jī)堿基，68位“z” 是能

4、夠和任何堿基配正確特殊堿基。SOLiD測(cè)序反應(yīng)每一輪測(cè)序反應(yīng)會(huì)連接第15位堿基，同時(shí)切除第68位堿基，同時(shí)統(tǒng)計(jì)下第12位堿基決定熒光顏色，常用的五種基因測(cè)序儀器的比較第7頁(yè)SOLID雙堿基編碼矩陣兩個(gè)堿基共同決定一個(gè)顏色，能夠極大提升測(cè)序準(zhǔn)確率常用的五種基因測(cè)序儀器的比較第8頁(yè)五輪測(cè)序反應(yīng)反應(yīng)后，按照第0、1位，第1、2位. 次序把對(duì)應(yīng)于模板序列顏色信息連起來(lái)，就得到由“0，1，2，3”組成SOLiD原始顏色序列。常用的五種基因測(cè)序儀器的比較第9頁(yè)2. ABI SOLID特征無(wú)以倫比通量 當(dāng)前SOLiD 3系統(tǒng)單次運(yùn)行能產(chǎn)生50 GB人基因組序列數(shù)據(jù)，相當(dāng)于基因組17倍覆蓋度，這顯然是其它任一

5、臺(tái)新一代測(cè)序系統(tǒng)都無(wú)法到達(dá)準(zhǔn)確性。 新超準(zhǔn)確檢測(cè)模塊（ECC模塊）將提供高達(dá)99.99%準(zhǔn)確性；多達(dá)98%可定位堿基質(zhì)量值高于45；更多標(biāo)簽以提升靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍；高準(zhǔn)確性原始讀序，支持無(wú)參考序列數(shù)據(jù)分析。 常用的五種基因測(cè)序儀器的比較第10頁(yè)三、測(cè)序儀之Illumina Genome Analyze Illumina GA測(cè)序原理制備DNA文庫(kù)橋式PCR產(chǎn)生DNA簇測(cè)序加入DNA聚合酶和帶有4種熒光標(biāo)識(shí)dNTP。 每個(gè)循環(huán)摻入單個(gè)堿基。用激光掃描反應(yīng)板表面，讀取所聚合上去核苷酸種類(lèi)。之后，將這些基團(tuán)化學(xué)切割，恢復(fù)3端粘性，繼續(xù)聚合第二個(gè)核苷酸。如此繼續(xù)下去，直到每條模板序列都完全被聚合為雙鏈

6、。這么，就能夠得知每個(gè)模板DNA片段序列。 常用的五種基因測(cè)序儀器的比較第11頁(yè)橋式PCR常用的五種基因測(cè)序儀器的比較第12頁(yè)2. Illumina GA特征1. 可擴(kuò)展超高通量Genome Analyzer系統(tǒng)當(dāng)前每次運(yùn)行后可取得超出20 GB高品質(zhì)過(guò)濾數(shù)據(jù)。經(jīng)優(yōu)化后通量還有望上升到95 GB，相當(dāng)于人類(lèi)基因組30倍覆蓋度。2. 需要樣品量少Genome Analyzer系統(tǒng)需要樣品量低至100ng，能應(yīng)用在很多樣品有限試驗(yàn)（比如免疫沉淀、顯微切割等）中。3. 簡(jiǎn)單、快速、自動(dòng)化Genome Analyzer系統(tǒng)提供了最簡(jiǎn)單和簡(jiǎn)練工作流程。制備樣品文庫(kù)能夠在幾小時(shí)內(nèi)完成，一個(gè)星期內(nèi)就能得到高

7、準(zhǔn)確度數(shù)據(jù)。自動(dòng)化流程不降低了手工操作誤差和污染可能性，也不需要機(jī)器人操作或潔凈室。常用的五種基因測(cè)序儀器的比較第13頁(yè)四、測(cè)序儀之ROCH-454 454測(cè)序原理及流程文庫(kù)制備 乳液PCR擴(kuò)增 焦磷酸測(cè)序 常用的五種基因測(cè)序儀器的比較第14頁(yè)乳液PCR擴(kuò)增焦磷酸測(cè)序常用的五種基因測(cè)序儀器的比較第15頁(yè)2. ROCH-454優(yōu)勢(shì)454平臺(tái)突出優(yōu)勢(shì)是讀長(zhǎng)。當(dāng)前454系統(tǒng)序列讀長(zhǎng)已超出400 bp。即使454平臺(tái)測(cè)序成本比其它平臺(tái)要高很多，不過(guò)對(duì)于那些需要長(zhǎng)讀長(zhǎng)應(yīng)用，如從頭拼接和環(huán)境微生物組學(xué)，它仍是最理想選擇。 常用的五種基因測(cè)序儀器的比較第16頁(yè)五、測(cè)序儀之HeliScope HeliScop

8、e 測(cè)序原理將基因組DNA切割成隨機(jī)小片段DNA分子，而且在每個(gè)片段末端加上poly-A尾經(jīng)過(guò)poly-A尾和固定在芯片上poly-T雜交，將待測(cè)模板固定到芯片上，制成測(cè)序芯片最終借助聚合酶將熒光標(biāo)識(shí)單核苷酸摻入到引物上。采集熒光信號(hào)，切除熒光標(biāo)識(shí)基團(tuán)，進(jìn)行下一輪測(cè)序反應(yīng)，如此重復(fù)，最終取得完整序列信息。常用的五種基因測(cè)序儀器的比較第17頁(yè)2. HeliScope 優(yōu)勢(shì)單分子測(cè)序降低了試劑使用，測(cè)序成本價(jià)格大大降低，使得人基因組測(cè)序低于1000美元慢慢走向可能。不需要擴(kuò)增建立DNA庫(kù)，從而切斷數(shù)據(jù)結(jié)果中潛在錯(cuò)誤起源 常用的五種基因測(cè)序儀器的比較第18頁(yè)五種測(cè)序儀器比較由上表能夠看出，第二代和第

9、三代測(cè)序儀因?yàn)橄脑噭┥僭跍y(cè)序費(fèi)用上有了顯著降低，不過(guò)在讀長(zhǎng)上3730 xl依然含有絕正確優(yōu)勢(shì)，不過(guò)伴隨技術(shù)完善，新一代測(cè)序儀依然擁有極大提升空間。常用的五種基因測(cè)序儀器的比較第19頁(yè)測(cè)序儀器所采取測(cè)序技術(shù)校錯(cuò)方法高通量?jī)?yōu)勢(shì)方面上市時(shí)間3730XL鳥(niǎo)槍Sanger測(cè)序法 毛細(xì)管電泳技術(shù)主要用于KBMB級(jí)別測(cè)序常規(guī)測(cè)序，高準(zhǔn)確度ABI SOLiD微乳液PCR擴(kuò)增連接酶法測(cè)序雙堿基編碼技術(shù)最高可達(dá)180 GB第二代測(cè)序儀中準(zhǔn)確度最高1月SolexaGA橋式PCR技術(shù)合成測(cè)序法經(jīng)過(guò)質(zhì)量?jī)?yōu)化將錯(cuò)誤率降低到0.1%可取得超出20 GB高品質(zhì)數(shù)據(jù)檢測(cè)同聚物ROCH-454GS FLX大規(guī)模并行焦磷酸合成測(cè)序法每輪運(yùn)行能取得4-6億個(gè)堿基對(duì)超長(zhǎng)讀長(zhǎng)400bpHeliScope大規(guī)模并行單分子焦磷酸合成測(cè)序法重新以反方向再次 測(cè)序當(dāng)前測(cè)序讀長(zhǎng)較短檢測(cè)堿基替換突變，費(fèi)用低 2月常用的五種基因測(cè)序儀器的比較第20頁(yè)怎樣選擇適當(dāng)測(cè)序儀 測(cè)序準(zhǔn)確度和各自?xún)?yōu)勢(shì)考慮：比如是善于發(fā)覺(jué)插入、缺失突變還是善于發(fā)覺(jué)堿基替換突變。 項(xiàng)目考量：比如重測(cè)序?qū)τ跍y(cè)序長(zhǎng)度要求沒(méi)有從 頭測(cè)序要求高；對(duì)于需要依靠標(biāo)簽計(jì)數(shù)測(cè)序項(xiàng)目，會(huì)更 加需要能將待測(cè)片段分割成盡可能多、盡可能小片段