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  • xgene:之illumina,,ion-torrent

    illumina技术:

      工具:flowcell(流动池):8通道,每个通道都有 2种DNA引物 种在玻璃表面(用共价键连到Flowcell上),这引物和文库中的接头互补

            Flowcell:8个line,,line:上下两个表面,,面:3个扫描通道swath,,swath:16个方块tile

      文库制作:超声打断DNA,用酶补平,用Klenow酶加碱基,用连接酶 在双端 加特定接头,形成DNA混合物 称为DNA文库。

        特点1,中间为待测序列;

        特点2,两端接头序列人工加上去,已知,大有文章可做。

      桥式PCR:把文库种到芯片上,扩增

        种文库:引物接头互补,会互补杂交,完成种文库。加入dNTP和酶  沿着作为模板的文库 生成一条新DNA链,与要测的链完全互补。

            加NaOH碱溶液,解链,冲走文库模板链,留下刚生成的链(因为其长在芯片上),加中和液,弯曲 接头另一端与芯片上另一种引物互补杂交

        扩增:加入dNTP和酶 ,合成出一条新链,加碱解链,加中和液中和,弯曲互补杂交,,,重复之。。

      制备单链:通过把其中一个引物上一个特定集团切掉,加碱解链,水冲,只留一半的 某一种引物连接DNA链,

      正式测序:加入两种东西,一是带荧光标记的dNTP,其3'端堵住了;二是聚合酶。每次只能加上一个碱基,后停止。水冲。激光扫描 推断碱基。这个推断的与要测的片段完全一致,都是与芯片上的模板互补的。

              一个循环后,加入化学试剂,切掉3'叠氮集团和荧光集团。。下一轮……

      index (即barcode):每个样本有特定的接头,每个接头里有一段特定序列——index。用于标记样本的来源。

           先把测完序的Read1解链掉,加入中性液,,加入Read2引物  这个引物就在index序列旁,开始第二轮测序 读取index,一般6-8bp

      双端测序:正向读一遍,从另一个方向再读一遍。方法:先用桥式合成一个互补链,后把自己切掉,冲走,让互补链再测长度的另一半。

           解答:本链在芯片上,互补链是从上到下(3'-->5')方向合成 测序,,,,桥式合成互补链后,互补链的上端种在芯片上 成了下端,

                       互补链从下到上(3'-->5'),那用它测序时 还是从上到下(3'-->5'),与原来方向一致 3'-->5'也不违背。只是base calling时要取互补。

      phasing 和 prephasing:每次反应,各种原因,总有少量分子没有完成参加反应,下次反应时发的荧光就与大部队不一样,形成噪音;或遇到一个3'没有叠氮集团的碱基 一次加入了两个碱基,就超前了,又是噪音。

      chastity 和 Pass filter:对荧光纯粹程度的描述。Chastity的定义,就是浓度最高的那个荧光素的量,除以浓度第二的荧光量,》=1.5,则为好碱基。

                  对每个read的质量都要做一个叫“pass filter”的检验。看前25个碱基当中,如果只有一个、或者没有坏碱基,则Pass filter就通过;如果有超过一个以上的坏碱基,Pass filter就不能通过。

    ion-torrent——Thermo Life公司

     建库过程:

    建库:是在样本DNA片段的两侧加上标准接头的这样一个过程。 

    在加接头时,一端(连珠子)加入P1接头,同时另一端(测序起始段)加入X接头或者A接头。 其中X带barcode 故可一个芯片测多个样本文库 后由barcode分辨,A不带barcode 一芯片测一样本。

    AmpliSeq是Ion Torrent平台上很好用的一个建库方案。它的核心,就是通过多重PCR的方法,一次从样本中把要测序的多个DNA片段给扩增出来,然后转化成文库进行测序。。

    AmpliSeq文库通过多重PCR扩增出来的DNA,再加上接头,做的文库。

    Thermo Life公司在设计 Ampliseq 的 PCR引物 的时侯,在这个引物上特别设计了一种化学修饰,这种化学修饰可以被 Fupa试剂 所切断。Fupa试剂把 PCR扩增产物 上大部分的引物序列都给切掉。测序时,就可以尽可能多地测到样本序列。

    油包水PCR,成为可上机的珠子:

    第二步:就是把文库种到测序珠子上去,并且进行扩增。

    油包水PCR包括两个相:油相和水相。其中水相是核心,油相起到分隔作用。水相中包括文库、引物、酶、Master Mix、测序珠子,这5种PCR反应的主要成份。

    测序珠子是接下来测序的核心载体。PGM上珠子直径是2.4微米;Proton直径约一微米。珠子的表面共价连接了许多PCR引物,与文库的P1接头是互补的。

    游离的PCR引物,它的5’端标记了生物素。引物的序列,是和前面的A接头、或者X接头相一致的。

    水混合 --> 油混合。在整个油包水PCR反应当中,文库分子和测序微珠是限量因素。几乎每个小水滴中都会有足够量的引物、酶、和dNTP。

    PCR反应,一文库一珠子才可用。

    珠子的纯化 富集,用带链霉亲和素的磁珠吸附,pcr扩增反应后带生物素的珠子。洗脱液洗脱测序珠子,分离磁珠。

    上机测序及数据质量:

    测PH值的变化,

    Key sequence,测序最先的四个碱基。分别是A、C、G、T。因为每个珠子上长多少个DNA链,它的变化范围是很大的,所以用Key Sequence的A/C/G/T四个碱基所测到的 PH值变化的强度,来确定这个珠子的正常的信号强度。后面测到的信号与这四个信号强度进行比对。

    影响有效数据的因素:

      1. ISP density:芯片上有珠子的孔占的比例。在把珠子加到芯片上的过程中决定了这个值
      2. 珠子上是否长了DNA 链。这过程由磁珠纯化过程来决定。
      3. 单克隆、多克隆珠子的比例。只有单克隆珠子才能产生有用 的数据。在油包水PCR过程中决定。符合泊松分布理想的有70-80%单克隆
      4. 珠子上是不是带的有用样本序列
        • 文库中的引物二聚体序列,无效数据
        • 低质量数据
        • 阳性对照珠子,质控的,无用数据

    优缺点:

    Ion Torrent平台的主要测序优势,是可以从很少量的起始DNA来进行测序。一般情况下,5~10个ng的DNA就足够进行一次质量良好的测序了。

    这个优势,是基于Thermo Life公司推出了一系列基于多重PCR的建库方案。

    Homopolymer问题:就是测序仪在测到一连串相同的碱基时,就读不准到底有几个碱基。

    改进:推出了Hi-Q酶,这个酶的特点就是聚合反应非常快,它所产生的PH值的变化的峰,更高、更尖、更利于判读。提高准确性

    油包水PCR反应是一个对操作很敏感的实验步骤。为了提高实验结果的一致性,也为了减少人工消耗,Thermo Life公司还在Ion Torrent平台上推出:

    • 半自动的油包水PCR反应仪:“One Touch”,
    • 全自动的油包水PCR反应仪:“Ion Chef” 

        

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