焦磷酸测序.docx

罗氏454测序系统中文名罗氏454测序系统测试原理基于焦磷酸测序法特点依靠生物发光对DNA序列进行检测测序流程支持各种不同来源的样品序列测定1测试原理GS FLX系统的测序原理是基于焦磷酸测序法，依靠生物发光对DNA序列进行检测。在DNA聚合酶，ATP硫酸化酶，荧光素酶和双磷酸酶的协同作用下，GSFLX系统将引物上每一个dNTP的聚合与一次荧光信号释放偶联起来。通过检测荧光信号释放的有无和强度，就可以达到实时测定DNA序列的目的。此技术不需要荧光标记的引物或核酸探针，也不需要进行电泳；具有分析结果快速、准确、高灵敏度和高自动化的特点。2测序流程1. 样品种类：GS FLX系统支持各种不同来源的样品序列测定，包括基因组DNA，PCR产物，BACs，cDNA及小分子RNA等，不同类型的样品测序都可在一台仪器上完成。2. 样品DNA打断：样品如基因组DNA或BAC等被打断成300到800bp的片段；对于小分子的非编码RNA，这一步骤并不需要。短的PCR产物则可利用GS融合引物扩增后直接进行步骤4。3. 加接头：借助一系列标准的分子生物学技术，将3端和5端有特异性的A和B接头连接到DNA片段上。接头也将在后继的纯化，扩增和测序步骤中用到。图中仅仅显示了后续步骤中要用到的单链的DNA片段。4. 一条DNA片段=一个磁珠：接头使成百上千条DNA片段分别结合到一个磁珠上，磁珠被单个油水混合小滴包被后，在这个小滴里进行独立的扩增，而没有其他的竞争性或者污染性序列的影响，从而实现了所有DNA片段进行平行扩增（emPCR）。5. 一个磁珠=一条读长：经过emPCR扩增后，每个磁珠上的DNA片段拥有了成千上万个相同的拷贝。经过富集以后，这些片段仍然和磁珠结合在一起，随后就可以放入到Pico Titer Plate板中供后继测序使用了。6. 数据读取和分析工具：GS FLX系统提供三种不同的生物信息学工具对测序数据进行分析，适用于不同的应用。例如多达3Gb序列的重测序，对比已知参考序列进行的扩增产物差异分析及120Mb的从头测序工作等。罗氏454测序系统是最早出现的新一代测序系统，其应用成果在Nature，Science上发表了多篇论文。454系统自推出以来进行了多次升级，最新的GS FLX序列分析仪的配合Titanium系列测序试剂具有更高的测序通量（400Mb每反应），具有更加广泛的灵活性和准确性，并且保持了新一代测序技术中运行速度最快（3-5天）和最高单序列读长（400bp）的优势，而且单一读长的准确性可以超过99.5%，完整测序结果一致准确性大于99.99%。Titanium系列中的新成员，长距离Paired-End试剂盒更能对长达3-20kb的插入片段进行双端测序，突破了新一代测序技术对重复序列较差的瓶颈。此外，具备完整的软件包是GS FLX的一大特色，其简单易用的图形界面，可以用来进行作图、拼接和扩增产物差异检测等研究。同时GS FLX因为其超高的测序读长，可以和传统的序列分析软件相互接轨，也是其他新一代测序技术所不能实现的。正因为其优异的性能，GS FLX 系统可以广泛应用在全基因组de novo测序和BAC文库重测序、扩增产物重测序、转录组分析、基因调节的研究等基因组学研究中1。3TBC服务内容（一）全基因组de novo测序（二）转录组测序（三）全基因组或基因组区域重测序（四）扩增产物重测序（五）宏基因组测序4TBC服务承诺每个样本提供15倍以上的454测序数据；全基因组精细图达到全基因组覆盖度大于95%，基因区覆盖度达到98%以上；完成图得到完整全基因组序列，无片段错拼和遗漏，单碱基错误率低于十万分之一；基因组一次成型计划：原核基因组单独使用454测序，达到全基因组少于10个scaffolds，无片段错拼和遗漏；超高通量、高效率、高重复性、高准确率、低成本、完备的生物信息分析。焦磷酸测序(Pyrosequencing)原理日期：2013-01-17 摘要 : 焦磷酸测序技术(pyrosequencing)是一种新型的酶联级联测序技术，焦磷酸测序法适于对已知的短序列的测序分析，其可重复性和精确性能与SangerDNA测序法相媲美，而速度却大大的提高。iLab，做最好的免费试剂耗材管理软件Qiagen：10个窍门助你更好掌控qPCR实验沐赛生物:快速建立基因敲除细胞系焦磷酸测序技术(pyrosequencing)是一种新型的酶联级联测序技术，焦磷酸测序法适于对已知的短序列的测序分析，其可重复性和精确性能与SangerDNA测序法相媲美，而速度却大大的提高。焦磷酸测序技术产品具备同时对大量样品进行测序分析的能力，为大通量、低成本、适时、快速、直观地进行单核苷酸多态性(single nucleotide potymorphisms，SNPs)研究和临床检验提供了非常理想的技术操作平台。该技术进行改进后可以满足上百个核苷酸序列的测序工作， 这样该技术又可以满足对重要微生物的鉴定与分型，特定DNA片段的突变检测和克隆鉴定等方面的应用。1.焦磷酸测序技术原理焦磷酸测序技术是由4种酶催化的同一反应体系中的酶级联化学发光反应。焦磷酸测序技术的原理是：引物与模板DNA退火后，在dna聚合酶(DNA polymerase)、ATP硫酸化酶(ATP sulfurytase).荧光素酶(1uciferase)和三磷酸腺苷双磷酸酶(Apyrase)4种酶的协同作用下，将引物上每一个dNTP的聚合与一次荧光信号的释放偶联起来，通过检测荧光的释放和强度，达到实时测定DNA序列的目的。焦磷酸测序技术的反应体系由反应底物、待测单链、测序引物和4种酶构成。反应底物为5-磷酰硫酸(adenosine- 5-phosphosulfat，APS)、荧光素(1uciferin)。2.焦磷酸测序技术的反应过程在每一轮测序反应中，反应体系中只加入一种脱氧核苷酸三磷酸(dNTP)。如果它刚好能和DNA模板的下一个碱基配对，则会在DNA聚合酶的作用下，添加到测序引物的3末端，同时释放出一个分子的焦磷酸(PPi)。在ATP硫酸化酶的作用下，生成的PPi可以和APS结合形成ATP,在荧光素酶的催化下，生成的ATP又可以和荧光素结合形成氧化荧光素，同时产生可见光。通过微弱光检测装置及处理软件可获得一个特异的检测峰，峰值的高低则和相匹配的碱基数成正比。如果加入的dNTP不能和DNA模板的下一个碱基配对，则上述反应不会发生，也就没有检测峰。反应体系中剩余的dNTP和残留的少量ATP在Apyrase的作用下发生降解。待上一轮反应完成后，加入另一种dNTP，使上述反应重复进行，根据获得的峰值图即可读取准确的DNA序列信息。3.焦磷酸测序技术基因分析上的应用焦磷酸测序技术可以用来研究单核苷酸多态性(single ucleotide polymorphism，SNP)，遗传多态性，植物多态性分析，分子诊断细菌与病毒分型、甲基化分析、法医鉴定及药物基因组学等方面都有广泛的应用。该技术不需要凝胶电泳，也不需要对DNA样品进行任何特殊形式的标记和染色，具有大通量、低成本、快速、直观的特点。与Sanger测序法相比，焦磷酸测序技术有其特定的优势，已经成为DNA分析研究的重要手段。目前已经有很多关于该技术在分子生物学上的应用研究，而且随着技术的不断成熟和改进，在实践中的应用将越来越广泛。Jonasson等运用焦磷酸测序技术通过检测病原菌16S rRNA基因，快速鉴定临床标本中抗生素抵抗菌;Monstein等用焦磷酸测序技术检测幽门螺杆菌16S rRNA基因(16S rDNA)易变的Vl和V3区序列，证明该技术可满足对临床病原菌标本的快速鉴定和分型;Unnerstad等利用该技术对106株不同血清型的单核细胞增生李斯特氏菌进行了分型，在短时间内完成大量的样本测序，其并行性和高效率非常显著，如果用常规的测序技术，工作量会很大。Gharizadeh等人用此技术对67个人乳头瘤病毒(HPV)样品进行了鉴定和分型，结果证明该技术也非常适于HPV等病原体的大规模鉴定、分型和突变的研究。瑞典Uppsala大学利用焦磷酸测序技术建立了新的鉴定炭疽热细菌(Bacillus anlhracis)及其致病状态的方法，他们利用此技术分析染色体上的Ba813基因(此基因长度为277bp，在染色体上为单拷贝是炭疽热杆菌区别于其他土壤杆菌的标志)20bp的特异序列来鉴定炭疽热细菌.准确率达99.6 %，通过分析菌株是否含有两个质粒(鉴定pX0l的lef基因和pX02的cap基因)来确定炭疽热细菌的致病状态.准确率达100。Edvinsson B等应用焦磷酸测序技术对T弓形体虫的三个亚型进行区分，采用Real-Time PCR技术扩增出目的片段，在此基础上运用焦磷酸测序技术测定GRA6基因中两个单核甘酸多态性确定其分型,该技术对典型虫株的准确率达到100%,对包括非典型性虫株的分型准确率也达到81%。该技术还被应用于百日咳杆菌(Bordetella pertussis)与副百日咳杆菌(Parapertussis) 等细菌的快速鉴定及分型。在国内，该技术应用受到越来越多研究者的重视。赵锦荣等，首先运用PCR扩增含耐药决定区一297 bp长的rpoB基因片段，借用链亲和素包被磁珠纯化单链PCR产物，设计2个正向测序引物，运用pyrosequen cing技术对耐药决定区进行序列测定.通过对一系列10倍稀释的结核分枝杆菌H，R标准株DNA进行分析，评价所建立方法的检测特异性.结果：PCR扩增后，可在2 h内得到耐药决定区序列.所建立方法的检测灵敏度为50 fg DNA/反应.在所分析的利福平敏感株中均未检测到耐药决定区突变，而在耐利福平菌株中均检测到耐药决定区突变.所建立的方法具有自动化程度高和结果准确等特点，适用于对耐利福平结核分枝杆菌进行快速高通量检测。程绍辉等，从感染人sars病毒的Vero-6细胞中提取病毒RNA，反转录为cDNA后，PCR扩增目的基因片段，采用焦磷酸测序技术(Pyro- sequencing Technology，PSQ)进行第2601、7919、9479、119838多个碱基突变位点测序和突变频率分析。通过测序分析多个可能出现突变的位点，确定了该病毒为北京流行株，同时发现第7919位碱基发生了A/G突变。宋家武等应用该技术建立了高通量测定乙型肝炎病毒YMDD突变区的方法，经标准的YMDD突变质粒及血清标本的重复性及可靠性检测，质粒标准品的突变检出率及重复率均达100%，而血清标本达98.8%。另外，在法医鉴定，以及SNP分析上都有应用该技术的研究报道，并且可以起到快速，准确的效果。在动物如猪的多态性分析研究中，Milan等 利用焦磷酸测序技术发现猪骨骼肌糖原含量增高与PRKAG3基因的一个不可逆转的碱基置换相关，该基因编码猪肌肉特异性的腺苷单磷酸激活的蛋白激酶异构体的调节亚单位。优点：1.不需要制胶，不需要毛细管，也不需要荧光染料和同位素。2.10分钟内可分析96个样品的SNP,可满足高通量分析的要求。3.每个样品孔都可进行独立的测序或SNP分析，实验设计灵活。4.序列分析简单，结果准确可靠。454生命科学公司所研发的新一代测序平台基于光纤微流体技术和包裹了待测DNA片段的乳化液滴技术（炸药中的表面活性剂来维持乳液的热稳定性）。基于焦磷酸测序法的超高通量基因组测序系统Genome Sequencer 20 System，被Nature杂志以里程碑事件报道，开创了边合成边测序（sequencing-by-synthesis）的先河。GSFLX系统是一种依靠生物发光进行DNA序列分析的新技术：在DNA聚合酶，ATP硫酸化酶，荧光素酶和双磷酸酶的协同作用下，将引物上每一个dNTP的聚合与一次荧光信号释放偶联起来(见下图)。通过检测荧光信号释放的有无和强度，就可以达到实时测定DNA序列的目的。此技术不需要荧光标记的引物或核酸探针，也不需要进行电泳；具有分析结果快速、准确、灵敏度高和自动化的特点。 454高通量测序方法原理示意图优缺点：1）454平台的突出优势是读长，每轮测序能产生100万个读长片段，读长可达到400-500bp；2）通量为0.4-0.5Gb；3）读出的片段较短，而且不能提供配对端点测序信息；4）不需要任何克隆；但是这也造成了这一技术的一些缺陷：无克隆反应导致无法获得材料来覆盖序列缺口，而且在基因组测序完成过程中的一个重要部分就是补充低丰度区域。应用：包括基因组学的从头测序和重测序、小RNA的研究、转录图谱的分析以及染色体结构表观遗传学等GS FLX系统的工作流程GS FLX系统的流程概括起来，就是“一个片段 = 一个磁珠 = 一条读长（One fragment = One bead = One read）”。1）样品输入并片段化：GS FLX系统支持各种不同来源的样品，包括基因组DNA、PCR产物、BAC、cDNA、小分子RNA等等。大的样品例如基因组DNA或者BAC等被打断成300800 bp的片段；对于小分子的非编码RNA或者PCR扩增产物，这一步则不需要。短的PCR产物则可以直接跳到步骤3)。2）文库制备：借助一系列标准的分子生物学技术，将A和B接头（3和5端具有特异性）连接到DNA片段上。接头也将用于后续的纯化，扩增和测序步骤。具有A、B接头的单链DNA片段组成了样品文库。3）一个DNA片段一个磁珠：单链DNA文库被固定在特别设计的DNA捕获磁珠上。每一个磁珠携带了一个独特的单链DNA片段。磁珠结合的文库被扩增试剂乳化，形成油包水的混合物，这样就形成了只包含一个磁珠和一个独特片段的微反应器。4）乳液PCR扩增：每个独特的片段在自己的微反应器里进行独立的扩增，而没有其他的竞争性或者污染性序列的影响。整个片段文库的