illumina测序原理

发布于 2024-01-04  16 次阅读


第一代测序

在DNA链的合成过程中加入ddNTP(双脱氧核苷酸),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(分为:ddATP,ddCTP,ddGTP和ddTTP),通过凝胶电泳和放射自显影后可以根据电泳带的位置确定待测分子的DNA序列。

illumina测序原理

开始建库:

  • 首先把基因组DNA用超声波打断;
  • 打断之后会出现末端不平整的情况,所以我们先要将它补齐成平末端;
  • 补平之后要在3’端使用klenow酶加上一个特异性碱基A;
  • 加上A之后就可以用连接酶加上特异性接头;
  • 连好了接头的DNA混合物我们就称为DNA文库;

桥式PCR

  • 首先把文库加入到flowcell上,等文库和flowcell上的引物杂交完之后加入dNTP和聚合酶,就会以文库为模板合成一条新的互补链。

  • 在flowcell中加入NaOH碱溶液使DNA双链解链,然后文库那条链会被冲走,新合成的链由于与种植在lane内表面的引物连接,所以会被保留。

  • 在flowcell中加入中性液体中和碱液,使环境变为中性。这时DNA链上的另外一端会弯曲下来与另一个引物发生互补杂交。加入聚合酶和dNTP,聚合酶沿着第二个引物,合成出一条新的链。

  • 再加入碱液,使两条链解开,然后再加入中和液,两条DNA单链会和新的引物杂交互补,再加酶和dNTP,又从新的引物合成新的链。

  • 连续重复第四步,DNA链的数量就会以指数方式增长。

读取Read1

测序时需要加入带荧光标记的dNTP和聚合酶,在聚合酶作用下dNTP会根据碱基互补的原则与模板链互补生成一条新链。但是,dNTP的一个特点就是它的3’末端是被一个叠氮基团堵住的,所以它一个循环只能延长一个碱基。延长一个碱基之后就用水把多余的dNTP和聚合酶洗掉,然后进行激光扫描,根据发出来的颜色判断加入的是哪种碱基。加入的4种dNTP所标的荧光素都不一样,根据红黄蓝绿判断加入的是哪种碱基,然后得出与它互补的DNA链上的碱基,这就完成了一个循环。

读取Index

要读取index的序列,先用碱把测完“read1”序列的链解链掉,然后加入中性液,再加入“read2”的测序引物,“read2”引物的结合位点刚好在index序列的旁边,然后开始进行第二轮测序,一般读特异接头的6-8个碱基,然后就可以知道这一段DNA来自哪个样本。

双端测序

双端测序是illumina的核心技术,简单来说就是将一条DNA链的一端测序得到“read1”,然后再测出互补链的与“read1”互补的这段的序列,得到“read2”。图九是双端测序概念图。Read1的测序过程已经在文章中交代过。测“read2”需要倒链。倒链的过程是先让测“read1”的DNA合成双链,有了互补链之后,用化学试剂将原来的模板链从根部切断。然后从互补链上开始进行“read2”的测序,测序原理同“read1”测序原理相同。

最后更新于 2024-01-04