ProductHighlights:
HiSeq3000/4000SBS(SequencingbySynthesis)Kitssupportawiderangeofsequencingapplications,makingthemidealforhigh-throughputlabsperformingvariousgenomicapplications.CompatIBLewiththeHiSeq3000andHiSeq4000SequencingSystems,thenewkitsleveragepatternedflowcelltechnologyforevenclusterspacinganduniformfeaturesize,todeliverextremelyhighclusterdensitiesandsignificantincreasesindataoutputanddailythroughput.
TheHiSeq3000/4000SBSKitsenableupto1500Gb(1.5Tb)ofoutputperdualflowcellrunwhenusedwiththeHiSeq3000/4000PEClusterKit.Thishighcapacitymeansthatmoresamplescanbesequencedsimultaneouslyatagreatdepth,generatingrichandmeaningfuldata.
Specifications:
| MaximumOutput | Upto1500Gb(HiSeq4000with2flowcells),Upto750Gb(HiSeq3000) |
| MaximumReads | Upto5billion(HiSeq4000),Upto2.5billion(HiSeq3000) |
| ReagentType | SequencingbySynthesis |
| SystemCompatibility | HiSeq3000,HiSeq4000 |
| Technology | Sequencing |
ebiomall.com
>
>
>
>
>
>
>
>
>
>
>
>
二代测序技术给生命科学领域带来了彻底的改变，而NGS领域本身也在经历着某种意义上的变革。本文对二代测序领域的最新进展做了小结，其涉及的公司包括454LifeSciences,Illumina,LifeTechnologies,PacificBiosciences,OxfordNanopore等。
自从哈佛大学遗传学家GeorgeChurch和454LifeSciences公司JonathanRothberg掀起二代测序NGS的**以来，已经过去了将近十年。毫不夸张地说，这段时间以来NGS技术已经发生了翻天覆地的变化，在测序通量突飞猛进的同时，测序成本直线下降。
想当年454LifeSciences公司测序580-kb的细菌基因组，需要四小时的工作循环。而今年一月份Illumina公司发布的HiSeqX?Ten测序系统，能够以千元成本测序完整的人类基因组，最多每天能测序600billionbp。
如今，二代测序技术给生命科学领域带来了彻底的改变。而NGS领域本身也在经历着某种意义上的变革。正因如此，基因组学ArchonX奖（ArchonGenomicsXPrize）不得不于去年八月宣布取消，因为测序成本的直线下降已经使竞赛变得毫无意义。
Church的团队是该竞赛仅有的两只报名队伍之一，他认为参赛者们是否能够完成竞赛任务还很难预料。但无论如何，既然竞赛已经启动，总得让人家比完吧。
言归正传，二代测序领域的2013年既忙碌又喧嚣，在开年之际让我们对这一领域发生的最新进展做个小结吧。
454LifeSciences
去年十月，454LifeSciences宣布将于2016年中旬逐步淘汰其焦磷酸测序仪器，GSJunior和GSFLX+。据该公司介绍，从扩展性和成本角度看，454平台作为首个商业化的NGS系统已经基本上走到尽头，很难再对其进行升级和改良。Roche的BethButton指出，公司正在寻求新的测序合作伙伴。2013年9月，该公司宣布与昔日的竞争对手PacificBiosciences合作，拟基于PacBio公司的SMRT技术进行诊断产品的开发。
Illumina
今年一月Illumina公司发布了两个以Solexa测序技术为基础的新测序平台，HiSeqXTen和NextSeq?500。
据该公司的新闻稿介绍，定价$250,000的台式NextSeq500兼具了样品制备和测序功能。“它按钮式的操作，可以在许多常见测序应用之间切换。该系统能够在一天内测序整个人类基因组和多达16个外显子组。”NextSeq500运行75个测序循环只需12小时。
HiSeqXTen系统以10台仪器为单位销售，据称可以实现千元成本的人类基因组测序。该系统现定价1000万美元，能够在三天时间内生成1.8terabases的数据，相当于每天约600Gb，比HiSeq2500强十倍。
华盛顿大学的ElaineMardis表示，HiSeqXTen系统针对的应该是提供人类基因组测序的服务产业，因为很少有研究机构能用到如此高的通量。“要想实现千元成本，就需要正确的样本量，”她说。当然，高通量还意味着更为复杂的数据分析。
Mardis的团队曾作过计算，为了跟上HiSeqXTen他们可能需要花费八百万美元在信息学设施上。此外，实现千元成本意味着每年需要测序18,000到20,000个基因组。“我要测序许多肿瘤基因组，”她说。“但数量还远远不够。”
LifeTechnologies
已被ThermoFisher收购的LifeTechnologies拥有两款NGS平台，SOLiD和IonTorrent。据Thermo的AndyFelton介绍，公司已经将工作的重心放在后者身上。“绝大多数研发工作已经转移到Ion上，”他说。
目前的IonPGM系统可使用最新的Ion318芯片，产出多达6million400bp的读取，也就是说四小时运行的产量能达到2Gb。而新IonProton?使用IonPI?芯片，能够产出80million200bp的读取，即每次运行产量达到10Gb至14Gb。
据介绍，今年公司将会推出用于转录组测序的新IonPII芯片，每张这样的芯片可产出300million100bp的读取，随着系统改良甚至可能达到200bp。
此外，LifeTechnologies公司正在研发一种新的聚合酶，Hi-Q。据Felton介绍，Hi-Q能“显著提高精确性”，减少90%的插入/缺失误差。这种酶将于今年的中旬实现全面商业化。
PacificBiosciences
PacificBiosciences公司以长读取的二代测序技术著称。据该公司的创始人SteveTurner介绍，在新测序化学P5-C3的帮助下，如今PacificBio的测序读长已经达到了8.5kb。P5-C3“提供了一个保护性的支架”，可以阻止酶和荧光团之间发生身体接触，避免酶受到潜在的光学损伤。
“我们已经很大程度上减少了系统中的光学损伤，我们相信现在测序读长受到的限制，只来自于样品本身，”Turner说。样品本身的限制是指，读长越长就越难生成不含损伤位点或缺口的测序模板，而这样的缺口会导致测序过早中止。
目前PacBio®RSII和SMRTCell系统，每次运行可产出50,000个读取（约400millionbp）。这一数字会在接下来的一年中继续增涨，Turner说。“我们预计在2014年内，令测序读长再增加50%，并于2015年达到20,000bp。”
最近研究人员发表文章向人们展示，在新装配方法HGAP的帮助下（hierarchicalgenome-assemblyprocess），可以实现只利用PacBio化学法对真核基因组进行从头装配。一月份，该公司公布了对黑腹果蝇（Drosophilamelanogaster）进行的完整二倍体基因组装配，生成了长达24.6Mb的重叠群（contigs），N50值为15.2Mb（N50值反映了重叠群的长度）。就在上周，PacBio公司又公布了一个54x覆盖度的单倍体人类基因组装配，生成了“3.25Gb的基因组装配，重叠群N50值为4.38Mb，其中最长的重叠群达到44Mb。”
OxfordNanopore
OxfordNanopore公司无疑是纳米孔测序的领导者，这一技术也被称为第三代测序。该公司去年十月份宣布，将在2014年年初推出USB大小的MinION?测序仪，为客户提供先期体验（early-access）。
与其他类似先期体验项目不同的是，OxfordNanopore公司不会局限于传统的测序中心，而是向广大的个人用户敞开大门。该公司准备在接下来的一周发出邀请。
OxfordNanopore公司强调，不是每个MinIONAccessProgram（MAP）申请者都会在第一轮受到邀请，而且公司提供的MinION数量也可能少于申请者的要求。这些仪器将在六周内进行发送。
2012年，OxfordNanopore公司在AGBT上描述了两个测序系统，MinION就是其中之一，另一个产品是GridION?。据公司发言人称，MinION的大小使其更容易受到人们的关注，它的灵活性和测序能力将推动NGS进一步迈向普罗大众。
OxfordNanopore公司希望通过MinIONAccessProgram评估测序系统的实用性、对不同应用的适应性、数据分析、以及公司的物流运输和试剂分配等。这些数据将有助于未来开展的GridION先期体验项目，不过该公司还未公布这一项目的具体启动时间。
广泛的应用前景
在二代测序技术不断进步的同时，它的应用也越来越广泛。据Mardis介绍，二代测序在临床领域的应用快速增涨。越来越多的研究者选择二代测序的多基因panel对肿瘤进行研究，或者通过外显子测序鉴定潜在的药物靶点。在诊断儿童遗传学疾病时，人们也逐渐抛开了传统的诊断方法，转而使用全外显子组测序。
Mardis补充到，NGS检测有两大优势，它既可以帮助人们确定治疗方案，也可以为患儿父母评估他们未来子女患同样疾病的风险。实际上Church认为，用二代测序进行（致病基因）携带者筛查，是NGS的“杀手锏”。
“任何考虑使用辅助生殖手段的人…都应当知道精子捐献者是否携带与严重疾病有关的隐性等位基因，”他说。“人们已经发现了数百个能够预测疾病的基因，现在也有不少服务可以对它们进行准确的检测。”
最近，Church作为共同作者发表了一项新研究。据他介绍，这是首次发表用NGS进行携带者筛查的文章，他们的方法“充分提高了质量并且降低了成本”。研究团队使用padlock探针，在194个细胞系中抽出并测序了15个有临床意义的基因，其中55个细胞系来自于携带上述基因突变的个体。
二代测序的另一个新兴的应用领域是单细胞RNA测序。“单细胞RNA测序能向我们展示，相同细胞中RNA表达的天然随机性，这一点非常吸引人。”Mardis说。
Church介绍到，他即将发表的一篇文章描述了一种新的测序方案，称为荧光原位测序（fluorescentinsitusequencing）。这一技术将荧光原位杂交和RNA-Seq结合起来，能够计数并确定不同转录本在组织切片中的空间定位。
Church的团队通过荧光原位测序证实，转录本会依据伤口的愈合情况在成纤维细胞中呈不对称分布。（Science禁止透露进一步的细节）
这样的数据在十年前简直难以想象。同样，我们也很难想象NGS在未来十年又会发生怎样的翻天覆地的变化。
来源：生物探索
1，测序技术的改进：全基因组主要应用的是illumina的Hiseq X10的测序平台，该平台在图片信息处理和flowcell上都有很大的改进（原来是平板上长簇，现在上面有小孔），另外在扩增的技术上也有一点改进（RPA扩增技术）。以上几点使得数据的通量大大调高。所以相应的测序价格也会降低。
2，市场占有策略：这一点我个人理解比技术更新更重要，illumina的战略思路，占有测序市场。其实illumina的Hiseq X10的测序平台试剂要比其他平台的试剂便宜很多。不过这个平台签有协议，只能做人的全基因组重测序项目。
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1977年，桑格测定了第一个基因组序列，是噬菌体X174的，全长5375个碱基1。自此，人类获得了窥探生命遗传差异本质的能力，并以此为开端步入基因组学时代。研究人员在Sanger法的多年实践之中不断对其进行改进。在2001年，完成的首个人类基因组图谱就是以改进了的Sanger法为其测序基础，Sanger法核心原理是：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（图2）。这个网址为sanger测序法制作了一个小短片，形象而生动。
值得注意的是，就在测序技术起步发展的这一时期中，除了Sanger法之外还出现了一些其他的测序技术，如焦磷酸测序法、链接酶法等。其中，焦磷酸测序法是后来Roche公司454技术所使用的测序方法2–4，而连接酶测序法是后来ABI公司SOLID技术使用的测序方法2,4，但他们的共同核心手段都是利用了Sanger1中的可中断DNA合成反应的dNTP。
图2：Sanger法测序原理
第二代测序技术
总的说来，第一代测序技术的主要特点是测序读长可达1000bp，准确性高达99.999%，但其测序成本高，通量低等方面的缺点，严重影响了其真正大规模的应用。因而第一代测序技术并不是最理想的测序方法。经过不断的技术开发和改进，以Roche公司的454技术、Illumina公司的Solexa，Hiseq技术和ABI公司的Solid技术为标记的第二代测序技术诞生了。第二代测序技术大大降低了测序成本的同时，还大幅提高了测序速度，并且保持了高准确性，以前完成一个人类基因组的测序需要3年时间，而使用二代测序技术则仅仅需要1周，但在序列读长方面比起第一代测序技术则要短很多。表1和图3对第一代和第二代测序技术各自的特点以及测序成本作了一个简单的比较5，以下我将对这三种主要的第二代测序技术的主要原理和特点作一个简单的介绍。
图3.测序成本的变化
Illumine
Illumina公司的Solexa和Hiseq应该说是目前全球使用量最大的第二代测序机器，这两个系列的技术核心原理是相同的2,4。这两个系列的机器采用的都是边合成边测序的方法，它的测序过程主要分为以下4步，如图4.
（1）DNA待测文库构建
利用超声波把待测的DNA样本打断成小片段，目前除了组装之外和一些其他的特殊要求之外，主要是打断成200-500bp长的序列片段，并在这些小片段的两端添加上不同的接头，构建出单链DNA文库。
（2）Flowcell
Flowcell是用于吸附流动DNA片段的槽道，当文库建好后，这些文库中的DNA在通过flowcell的时候会随机附着在flowcell表面的channel上。每个Flowcell有8个channel，每个channel的表面都附有很多接头，这些接头能和建库过程中加在DNA片段两端的接头相互配对（这就是为什么flowcell能吸附建库后的DNA的原因），并能支持DNA在其表面进行桥式PCR的扩增。
（3）桥式PCR扩增与变性
桥式PCR以Flowcell表面所固定的接头为模板，进行桥形扩增，如图4.a所示。经过不断的扩增和变性循环，最终每个DNA片段都将在各自的位置上集中成束，每一个束都含有单个DNA模板的很多分拷贝，进行这一过程的目的在于实现将碱基的信号强度放大，以达到测序所需的信号要求。
（4）测序
测序方法采用边合成边测序的方法。向反应体系中同时添加DNA聚合酶、接头引物和带有碱基特异荧光标记的4中dNTP（如同Sanger测序法）。这些dNTP的3’-OH被化学方法所保护，因而每次只能添加一个dNTP。在dNTP被添加到合成链上后，所有未使用的游离dNTP和DNA聚合酶会被洗脱掉。接着，再加入激发荧光所需的缓冲液，用激光激发荧光信号，并有光学设备完成荧光信号的记录，最后利用计算机分析将光学信号转化为测序碱基。这样荧光信号记录完成后，再加入化学试剂淬灭荧光信号并去除dNTP3’-OH保护基团，以便能进行下一轮的测序反应。Illumina的这种测序技术每次只添加一个dNTP的特点能够很好的地解决同聚物长度的准确测量问题，它的主要测序错误来源是碱基的替换，目前它的测序错误率在1%-1.5%之间，测序周期以人类基因组重测序为例，30x测序深度大约为1周。
图4.Illumina测序流程
Roche454
Roche454测序系统是第一个商业化运营二代测序技术的平台。它的主要测序原理是（图5abc）2：
（1）DNA文库制备
454测序系统的文件构建方式和illumina的不同，它是利用喷雾法将待测DNA打断成300-800bp长的小片段，并在片段两端加上不同的接头，或将待测DNA变性后用杂交引物进行PCR扩增，连接载体，构建单链DNA文库（图5a）。
（2）EmulsionPCR（乳液PCR，其实是一个注水到油的独特过程）
454当然DNA扩增过程也和illumina的截然不同，它将这些单链DNA结合在水油包被的直径约28um的磁珠上，并在其上面孵育、退火。
乳液PCR最大的特点是可以形成数目庞大的独立反应空间以进行DNA扩增。其关键技术是“注水到油”（水包油），基本过程是在PCR反应前，将包含PCR所有反应成分的水溶液注入到高速旋转的矿物油表面，水溶液瞬间形成无数个被矿物油包裹的小水滴。这些小水滴就构成了独立的PCR反应空间。理想状态下，每个小水滴只含一个DNA模板和一个磁珠。
这些被小水滴包被的磁珠表面含有与接头互补的DNA序列，因此这些单链DNA序列能够特异地结合在磁珠上。同时孵育体系中含有PCR反应试剂，所以保证了每个与磁珠结合的小片段都能独立进行PCR扩增，并且扩增产物仍可以结合到磁珠上。当反应完成后，可以破坏孵育体系并将带有DNA的磁珠富集下来。进过扩增，每个小片段都将被扩增约100万倍，从而达到下一步测序所要求的DNA量。
（3）焦磷酸测序
测序前需要先用一种聚合酶和单链结合蛋白处理带有DNA的磁珠，接着将磁珠放在一种PTP平板上。这种平板上特制有许多直径约为44um的小孔，每个小孔仅能容纳一个磁珠，通过这种方法来固定每个磁珠的位置，以便检测接下来的测序反应过程。
测序方法采用焦磷酸测序法，将一种比PTP板上小孔直径更小的磁珠放入小孔中，启动测序反应。测序反应以磁珠上大量扩增出的单链DNA为模板，每次反应加入一种dNTP进行合成反应。如果dNTP能与待测序列配对，则会在合成后释放焦磷酸基团。释放的焦磷酸基团会与反应体系中的ATP硫酸化学酶反应生成ATP。生成的ATP和荧光素酶共同氧化使测序反应中的荧光素分子并发出荧光，同时由PTP板另一侧的CCD照相机记录，最后通过计算机进行光信号处理而获得最终的测序结果。由于每一种dNTP在反应中产生的荧光颜色不同，因此可以根据荧光的颜色来判断被测分子的序列。反应结束后，游离的dNTP会在双磷酸酶的作用下降解ATP，从而导致荧光淬灭，以便使测序反应进入下一个循环。由于454测序技术中，每个测序反应都在PTP板上独立的小孔中进行，因而能大大降低相互间的干扰和测序偏差。454技术最大的优势在于其能获得较长的测序读长，当前454技术的平均读长可达400bp，并且454技术和illumina的Solexa和Hiseq技术不同，它最主要的一个缺点是无法准确测量同聚物的长度，如当序列中存在类似于PolyA的情况时，测序反应会一次加入多个T，而所加入的T的个数只能通过荧光强度推测获得，这就有可能导致结果不准确。也正是由于这一原因，454技术会在测序过程中引入插入和缺失的测序错误。
图5.Roche454测序流程
Solid技术
Solid测序技术是ABI公司于2007年开始投入用于商业测序应用的仪器。它基于连接酶法，即利用DNA连接酶在连接过程之中测序（图6）2,4。它的原理是：
图6-a.Solid测序技术
（1）DNA文库构建
片段打断并在片段两端加上测序接头，连接载体，构建单链DNA文库。
（2）EmulsionPCR
Solid的PCR过程也和454的方法类似，同样采用小水滴emulsionPCR，但这些微珠比起454系统来说则要小得多，只有1um。在扩增的同时对扩增产物的3’端进行修饰，这是为下一步的测序过程作的准备。3’修饰的微珠会被沉积在一块玻片上。在微珠上样的过程中，沉积小室将每张玻片分成1个、4个或8个测序区域（图6-a）。Solid系统最大的优点就是每张玻片能容纳比454更高密度的微珠，在同一系统中轻松实现更高的通量。
（3）连接酶测序
这一步是Solid测序的独特之处。它并没有采用以前测序时所常用的DNA聚合酶，而是采用了连接酶。Solid连接反应的底物是8碱基单链荧光探针混合物，这里将其简单表示为：3’-XXnnnzzz-5’。连接反应中，这些探针按照碱基互补规则与单链DNA模板链配对。探针的5’末端分别标记了CY5、TexasRed、CY3、6-FAM这4种颜色的荧光染料（图6-a）。这个8碱基单链荧光探针中，第1和第2位碱基（XX）上的碱基是确定的，并根据种类的不同在6-8位（zzz）上加上了不同的荧光标记。这是Solid的独特测序法，两个碱基确定一个荧光信号，相当于一次能决定两个碱基。这种测序方法也称之为两碱基测序法。当荧光探针能够与DNA模板链配对而连接上时，就会发出代表第1，2位碱基的荧光信号，图6-a和图6-b中的比色版所表示的是第1，2位碱基的不同组合与荧光颜色的关系。在记录下荧光信号后，通过化学方法在第5和第6位碱基之间进行切割，这样就能移除荧光信号，以便进行下一个位置的测序。不过值得注意的是，通过这种测序方法，每次测序的位置都相差5位。即第一次是第1、2位，第二次是第6、7位……在测到末尾后，要将新合成的链变性，洗脱。接着用引物n-1进行第二轮测序。引物n-1与引物n的区别是，二者在与接头配对的位置上相差一个碱基（图6-a.8）。也即是，通过引物n-1在引物n的基础上将测序位置往3’端移动一个碱基位置，因而就能测定第0、1位和第5、6位……第二轮测序完成，依此类推，直至第五轮测序，最终可以完成所有位置的碱基测序，并且每个位置的碱基均被检测了两次。该技术的读长在2×50bp，后续序列拼接同样比较复杂。由于双次检测，这一技术的原始测序准确性高达99.94%，而15x覆盖率时的准确性更是达到了99.999%，应该说是目前第二代测序技术中准确性最高的了。但在荧光解码阶段，鉴于其是双碱基确定一个荧光信号，因而一旦发生错误就容易产生连锁的解码错误。
图6-b.Solid测序技术
第三代测序技术
测序技术在近两三年中又有新的里程碑。以PacBio公司的SMRT和OxfordNanoporeTechnologies纳米孔单分子测序技术，被称之为第三代测序技术。与前两代相比，他们最大的特点就是单分子测序，测序过程无需进行PCR扩增。
其中PacBioSMRT技术其实也应用了边合成边测序的思想5，并以SMRT芯片为测序载体。基本原理是：DNA聚合酶和模板结合,4色荧光标记4种碱基（即是dNTP）,在碱基配对阶段,不同碱基的加入,会发出不同光,根据光的波长与峰值可判断进入的碱基类型。同时这个DNA聚合酶是实现超长读长的关键之一,读长主要跟酶的活性保持有关,它主要受激光对其造成的损伤所影响。PacBioSMRT技术的一个关键是怎样将反应信号与周围游离碱基的强大荧光背景区别出来。他们利用的是ZMW（零模波导孔）原理：如同微波炉壁上可看到的很多密集小孔。小孔直径有考究,如果直径大于微波波长,能量就会在衍射效应的作用下穿透面板而泄露出来，从而与周围小孔相互干扰。如果孔径小于波长,能量不会辐射到周围，而是保持直线状态（光衍射的原理）,从而可起保护作用。同理,在一个反应管(SMRTCell:单分子实时反应孔)中有许多这样的圆形纳米小孔,即ZMW(零模波导孔),外径100多纳米,比检测激光波长小(数百纳米),激光从底部打上去后不能穿透小孔进入上方溶液区,能量被限制在一个小范围(体积20X10-21L)里,正好足够覆盖需要检测的部分,使得信号仅来自这个小反应区域,孔外过多游离核苷酸单体依然留在黑暗中,从而实现将背景降到最低。另外，可以通过检测相邻两个碱基之间的测序时间，来检测一些碱基修饰情况，既如果碱基存在修饰，则通过聚合酶时的速度会减慢，相邻两峰之间的距离增大，可以通过这个来之间检测甲基化等信息（图7）。SMRT技术的测序速度很快，每秒约10个dNTP。但是，同时其测序错误率比较高（这几乎是目前单分子测序技术的通病），达到15%,但好在它的出错是随机的，并不会像第二代测序技术那样存在测序错误的偏向，因而可以通过多次测序来进行有效的纠错。
图7.PacBioSMRT测序原理
OxfordNanoporeTechnologies公司所开发的纳米单分子测序技术与以往的测序技术皆不同，它是基于电信号而不是光信号的测序技术5。该技术的关键之一是，他们设计了一种特殊的纳米孔，孔内共价结合有分子接头。当DNA碱基通过纳米孔时，它们使电荷发生变化，从而短暂地影响流过纳米孔的电流强度（每种碱基所影响的电流变化幅度是不同的），灵敏的电子设备检测到这些变化从而鉴定所通过的碱基（图8）。
该公司在去年基因组生物学技术进展年会(AGBT)上推出第一款商业化的纳米孔测序仪，引起了科学界的极大关注。纳米孔测序（和其他第三代测序技术）有望解决目前测序平台的不足，纳米孔测序的主要特点是：读长很长，大约在几十kb，甚至100kb;错误率目前介于1%至4%，且是随机错误，而不是聚集在读取的两端;数据可实时读取;通量很高(30x人类基因组有望在一天内完成);起始DNA在测序过程中不被破坏;以及样品制备简单又便宜。理论上，它也能直接测序RNA。
纳米孔单分子测序计算还有另一大特点，它能够直接读取出甲基化的胞嘧啶，而不必像传统方法那样对基因组进行bisulfite处理。这对于在基因组水平直接研究表观遗传相关现象有极大的帮助。并且改方法的测序准确性可达99.8%，而且一旦发现测序错误也能较容易地进行纠正。但目前似乎还没有应用该技术的相关报道。
图8.纳米孔测序
其他测序技术
目前还有一种基于半导体芯片的新一代**性测序技术——IonTorrent6。该技术使用了一种布满小孔的高密度半导体芯片，一个小孔就是一个测序反应池。当DNA聚合酶把核苷酸聚合到延伸中的DNA链上时，会释放出一个氢离子，反应池中的PH发生改变，位于池下的离子感受器感受到H+离子信号，H+离子信号再直接转化为数字信号，从而读出DNA序列（图9）。这一技术的发明人同时也是454测序技术的发明人之一——JonathanRothberg，它的文库和样本制备跟454技术很像，甚至可以说就是454的翻版，只是测序过程中不是通过检测焦磷酸荧光显色，而是通过检测H+信号的变化来获得序列碱基信息。IonTorrent相比于其他测序技术来说，不需要昂贵的物理成像等设备，因此，成本相对来说会低，体积也会比较小，同时操作也要更为简单，速度也相当快速，除了2天文库制作时间，整个上机测序可在2-3.5小时内完成，不过整个芯片的通量并不高，目前是10G左右，但非常适合小基因组和外显子验证的测序。
图9.IonTorrent
小结
以上，对各代测序技术的原理做了简要的阐述，这三代测序技术的特点比较汇总在以下表1和表2中。其中测序成本，读长和通量是评估该测序技术先进与否的三个重要指标。第一代和第二代测序技术除了通量和成本上的差异之外，其测序核心原理（除Solid是边连接边测序之外）都是基于边合成边测序的思想。第二代测序技术的优点是成本较之一代大大下降，通量大大提升，但缺点是所引入PCR过程会在一定程度上增加测序的错误率，并且具有系统偏向性，同时读长也比较短。第三代测序技术是为了解决第二代所存在的缺点而开发的，它的根本特点是单分子测序，不需要任何PCR的过程，这是为了能有效避免因PCR偏向性而导致的系统错误，同时提高读长，并要保持二代技术的高通量，低成本的优点。
表1：测序技术的比较
表2：主流测序机器的成本测序比较
以下图10展示了当前全球测序仪的分布情况。图中的几个热点区主要分布在中国的深圳（主要是华大），南欧，西欧和美国。
特别声明：本文转载仅仅是出于传播信息的需要，并不意味着代表本网站观点或证实其内容的真实性；如其他媒体、网站或个人从本网站转载使用，须保留本网站注明的“来源”，并自负版权等法律责任；作者如果不希望被转载或者联系转载稿费等事宜，请与我们接洽。
医学科研干货免费下载，请搜索“肽度时界”公众号，关注后回复“指定数字”获取：
1.【测序大数据】2016年全球二代基因测序行业投研报告--回复“006”领取
2.lncRNA超级干货（68篇文献免费阅读）--回复“007“领取
3.SCI论文超级干货合集（SCI论文写作技巧+配图软件+施一公大咖经验+文献检索+SCI经验书籍）--回复“008”领取
4.【PDF报告】中国移动医疗市场年度研究报告2016--回复“009”领取
肽度时界
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。 基因分析仪(即DNA测序仪)，采用毛细管电泳技术取代传统的聚丙烯酰胺平板电泳，应用该公司专利的四色荧光染料标记的ddNTP(标记终止物法)，因此通过单引物PCR测序反应，生成的PCR产物则是相差1个碱基的3'末端为4种不同荧光染料的单链DNA混合物，使得四种荧光染料的测序PCR产物可在一根毛细管内电泳，从而避免了泳道间迁移率差异的影响，大大提高了测序的精确度。由于分子大小不同，在毛细管电泳中的迁移率也不同，当其通过毛细管读数窗口段时，激光检测器窗口中的CCD(charge-coupled device)摄影机检测器就可对荧光分子逐个进行检测，激发的荧光经光栅分光，以区分代表不同碱基信息的不同颜色的荧光，并在CCD摄影机上同步成像，分析软件可自动将不同荧光转变为DNA序列，从而达到DNA测序的目的。分析结果能以凝胶电泳图谱、荧光吸收峰图或碱基排列顺序等多种形式输出。
它是一台能自动灌胶、自动进样、自动数据收集分析等全自动电脑控制的测定DNA片段的碱基顺序或大小和定量的高档精密仪器。PE公司还提供凝胶高分子聚合物，包括DNA测序胶(POP 6)和GeneScan胶(POP 4)。这些凝胶颗粒孔径均一，避免了配胶条件不一致对测序精度的影响。它主要由毛细管电泳装置、Macintosh电脑、彩色打印机和电泳等附件组成。电脑中则包括资料收集，分析和仪器运行等软件。它使用最新的CCD摄影机检测器，使DNA测序缩短至2.5h，PCR片段大小分析和定量分析为10～40min。
由于该仪器具有DNA测序，PCR片段大小分析和定量分析等功能，因此可进行DNA测序、杂合子分析、单链构象多态性分析(SSCP)、微卫星序列分析、长片段PCR、RT-PCR(定量PCR)等分析，临床上可除进行常规DNA测序外，还可进行单核苷酸多态性(SNP)分析、基因突变检测、HLA配型、法医学上的亲子和个体鉴定、微生物与病毒的分型与鉴定等。
一、准备工作
1. BigDye测序反应试剂盒 主要试剂是BigDye Mix，内含PE专利四色荧光标记的ddNTP和普通dNTP，AmpliTaq DNA polymerase FS，反应缓冲液等。
2. pGEM-3Zf (+) 双链DNA对照模板 0.2 g/L，试剂盒配套试剂。
3. M13(-21)引物 TGTAAAACGACGGCCAGT，3.2 μmol/L，即3.2 pmol/μl，试剂盒配套试剂。
4. DNA测序模板 可以是PCR产物、单链DNA和质粒DNA等。模板浓度应调整在PCR反应时取量1 μl为宜。本实验测定的质粒DNA，浓度为0.2 g/L，即200 ng/μl。
5. 引物需根据所要测定的DNA片段设计正向或反向引物，配制成3.2 μmol/L，即3.2 pmol/μl。如重组质粒中含通用引物序列也可用通用引物，如M13(-21)引物，T7引物等。
6. 灭菌去离子水或三蒸水。
7. 0.2 ml或和0.5 ml的PCR管 盖体分离。
8. 3 mol/L 醋酸钠(pH5.2) 称取40.8 g NaAc·3H2O溶于70 ml蒸馏水中，冰醋酸调pH至5.2，定容至100 ml，高压灭菌后分装。
9. 70%乙醇和无水乙醇。
10. NaAc/乙醇混合液 取37.5 ml无水乙醇和2.5 ml 3 mol/L NaAc混匀，室温可保存1年。
11. POP 6测序胶 。
12. 模板抑制试剂(TSR) 。
13. 10×电泳缓冲液 。
14. 全自动DNA测序仪。
15. PCR仪。
16. 台式冷冻高速离心机。
17. 台式高速离心机或袖珍离心机。
二、PCR测序反应
1. 取0.2 ml的PCR管，用记号笔编号，将管插在颗粒冰中，按下表加试剂：
所加试剂 测定模板管 标准对照管
BigDye Mix 1 μl 1 μl
待测的质粒DNA 1 μl －
pGEM-3Zf (+) 双链DNA － 1 μl
待测DNA的正向引物 1 μl －
M13(-21)引物 － 1 μl
灭菌去离子水 2 μl 2 μl
总反应体积5 μl，不加轻矿物油或石蜡油，盖紧PCR管，用手指弹管混匀，稍离心。
2. 将PCR管置于9600或2400型PCR仪上进行扩增。98℃变性2 min后进行PCR循环，PCR循环参数为96℃ 10 s，50℃ 5 s，60℃4 min，25个循环，扩增结束后设置4℃保温。
三、醋酸钠/乙醇法纯化PCR产物
1. 将混合物离心，将扩增产物转移到1.5 ml EP管中。
2. 加入25 μl醋酸钠/乙醇混合液，充分振荡，置冰上10 min以沉淀DNA。12 000 r/min于4℃离心30 min，小心弃上清。
3. 加70%(V/V)的乙醇50 μl洗涤沉淀2次。12 000 r/min于4℃离心5 min，小心弃上清和管壁的液珠，真空干燥沉淀10～15 min。
四、电泳前测序PCR产物的处理
1. 加入12 μl的TSR于离心管中，剧烈振荡，让其充分溶解DNA沉淀，稍离心。
2. 将溶液转移至盖体分离的0.2 ml PCR管中，稍离心。
3. 在PCR仪上进行热变性(95℃ 2 min)，冰中骤冷，待上机。
五、上机操作 1. 按仪器操作说明书安装毛细管，进行毛细管位置的校正，人工手动灌胶和建立运行的测序顺序文件。 2. 仪器将自动灌胶至毛细管，1.2 kV预电泳5 min，按编程次序自动进样，再预电泳(1.2 kV，20 min)，在7.5 kV下电泳2 h。 3. 电泳结束后仪器会自动清洗，灌胶，进下一样品，预电泳和电泳。 4. 每一个样品电泳总时间为2.5 h。 5. 电泳结束后仪器会自动分析或打印出彩色测序图谱。
六、序列分析 仪器将自动进行序列分析，并可根据用户要求进行序列比较。如测序序列已知，可通过序列比较以星号标出差异碱基处，提高工作效率。
七、仪器清洗 测序完毕按仪器操作规程进行仪器清洗与保养。
八、计算
1. 测序反应精确度计算公式：100%－差异碱基数(不包括N数)/650×100%。
2. 差异碱基即测定的DNA序列与已知标准DNA序列比较不同的碱基，N为仪器不能辨读的碱基。 SILVER SEQUENCETM DNA测序系统是一种无放射性的序列分析系统，它通过灵敏的银染方法检测凝胶中的条带。 银染提供了一种对于放射性或荧光法来说更加快速，廉价的替代方法。测序结果可以在同一天内得到；电泳完成后经90分钟就可读序，这是常规的放射性测序法做不到的。 此外，SILVER SEQUENCETM系统用未修饰的5'OH寡聚核苷酸作为引物，减少了特殊修饰寡聚核苷酸的花费。该系统不需要放射性方法中对同位素的谨慎操作，也不需要荧光法或化学发光技术的昂贵试剂。另外，也不需要象大多数荧光法那样用仪器来检测序列条带。
Taq DNA聚合酶在95℃时极强的热稳定性。本系统利用的测序级Taq DNA聚合酶是一种Taq DNA聚合酶的修饰产品，对于双链DNA模板有非常好的效果，具有高度的准确性，能产生均一的条带，且背景低。
SILVER SEQUENCETM系统包含被修饰的核苷酸混合物，如7-去氮dGTP（7-deaza dGTP，或dITP）替代dGTP可清除由GC丰富区域所引起的条带压缩现象。
退火温度是热循环测序中最重要的因素。高退火温度可减少模板二级结构。提高引物结合模板配对的严谨性。链重退火和模板二级结构则限制了小片断PCR产物（<500bp）得到清楚的序列数据的能力。引物延伸起始于每个循环的退火阶段。在较低温度时，聚合酶可能会遇到坚固的二级结构区域，它可导致聚合酶解离。则在四个电泳道中均有同一相对位置的条带。因为这些原因，应该使用尽可能高的退火温度。对于有牢固二级结构的模板建议使用95℃变性、70℃退火/延伸的循环模式。一般来说，较长的引物及GC含量高的引物能得到较强的信号。实验结果表明，>24mer的GC含量约为50%的引物可得到最佳结果。
由于本系统采用热循环装置, 与常规的测序方法相比具有如下几点好处：(1).本方法线性扩增模板DNA产生足够的产物使银染技术能够检测序列条带，测序反应需要0.03～2pmol模板DNA，随模板种类而定。(2). 在每一个变性循环中的高温可以取代对双链DNA（dsDNA）模板的碱变性及乙醇沉淀过程，变性循环也有助于消除由于线性dsDNA模板（如PCR反应产物）快速重退火所引起的问题。(3). 高温聚合酶反应减弱了DNA模板的二级结构，允许聚合酶穿过高度二级结构化的区域。
一、试剂准备
1. SILVER SEQUENCETM DNA测序试剂盒。
2. 丙烯酰胺和甲叉双丙烯酰胺储备液（38%丙烯酰胺 W/V，2%甲叉双丙烯酰胺 W/V）：95 g丙烯酰胺，5 g甲叉双丙烯酰胺溶于140 ml 双蒸水中，定容至250 ml，0.45 mm过滤器过滤后，贮于棕色瓶中，置于4℃冰箱可保存2周。
3. 10%过硫酸铵，0.5 g过硫酸铵溶于4 ml水中，定容至5 ml，应新配新用。
4. 10×TBE缓冲液（1 mol/L Tris， 0.83mol/L 硼酸，10 mmol/L EDTA）： 121.1 g Tris，51.35 g硼酸，3.72 g Na2EDTA ·2H2O，溶于双蒸水中定容至1升，置于4℃下可贮存2周，其pH约为8.3。
5. TBE电极缓冲液：10×TBE 缓冲液稀释至1×TBE备用。
6. TEMED
7. 固定/停止溶液：10%冰醋酸（V/V）配制2升备用。
8. 染色溶液：硝酸银2 g，甲醛3 ml，溶于2升超纯水中备用。
9. 显影溶液：60 g碳酸钠（Na2CO3)溶于2升超纯水中，使用前加3 ml 37%甲醛和40 ml硫代硫酸钠溶液（10 mg/ml）。
10. 95%乙醇。
11. 0.5%冰乙酸。
12. Sigmacote （Sigma CAT. #SL-2）。
二、测序反应
1. 对于每组测序反应，标记四个0.5 ml eppendorf管（G、A、T、C）。每管加入2 ml适当的d/ddNTP混合物（d/ddNTP Mix）。各加入1滴（约20 μl）矿物油，盖上盖子保存于冰上或4℃备用。
2. 对于每组四个测序反应，在一个eppendorf管中混合以下试剂：
（1） 样品反应：
质粒模板DNA ：2.1 pmol
5×测序缓冲液 ： 5 ml
引物： 4.5 pmol
无菌ddH2O 至终体积16 ml
（2）对照反应
pGEM-3Zf（+）对照DNA（4 mg） ：4.0 ml
5×测序缓冲液： 5 ml
pUC/M13正向引物（4.5 pmol） ：3.6 ml
3. 在引物/模板混合物（以上第2步）中加入1.0 ml测序级Taq DNA聚合酶（5 μ/ml）。用吸液器吸动几次混匀。
4. 从第3步的酶/引物/模板混合物中吸取4 ml加入每一个d/ddNTP混合物的管内。
5. 在微量离心机中离心一下，使所有的溶液位于eppendorf管底部。
6. 把反应管放入预热至95℃的热循环仪，以【注意】中循环模式为基准，开始循环程序。对于每个引物/模板组合都必须选择最佳退火温度。下列程序一般能读出从引物开始350碱基的长度。
7. 热循环程序完成后，在每个小管内加入3 μlDNA测序终止溶液，在微量离心机中略一旋转，终止反应。
【注意】
（1）测序所用模板DNA的量一般按下面要求加入：
模板种类/长度 模板量
200 bp（PCR产物）：16 ng（120 fmol）
3000～5 000 bp（超螺旋质粒DNA）： 4 mg（2 pmol）
48 000 bp（λ,粘粒DNA）： 1 mg（31 fmol）
由于超螺旋质粒产生的信号比松弛的线性双链DNA弱，因此使用超螺旋质粒作为模板时其用量要比其它模板大一些。
（2）计算与4.5 pmol相当的引物纳克数可用以下一般公式：
4.5 pmol=1.5 ng×n，其中n为引物碱基数
计算与1p mol相当的引物微克数可用以下一般公式：
dsDNA：1 pmol=（6.6×10mg）×n，其中n为模板碱基对数
ssDNA：1pmol=（3.3×10mg）×n，其中n为模板碱基数
（3）为阻止Taq DNA聚合酶延伸非特异性退火引物， 热循环仪必须预热至95℃。温度变换应越快越好。下面的循环时间不包括变温时间。如果你无法确定使用何种模式，建议从模式1开始。
模式1：适用于引物<24碱基或GC含量<50%
95℃ 2分钟，然后： 95℃ 30秒（变性），42℃ 30秒（退火），70℃ 1分钟（延伸）。
模式2：适用于≥24碱基或略短的GC含量≥50%的引物。
95℃ 2分钟，然后：95℃ 30秒（变性），70℃ 30秒（退火/延伸）。
（4）在加入终止溶液之后样品可在4℃保存过夜。
三、测序凝胶板的制备
1. 玻璃板的处理
银染测序的玻璃板一定要非常清洁，一般先用温水和去污剂洗涤，再用去离子水冲洗玻璃板，除去残留的去污剂，最后用乙醇清洗玻璃板。玻璃板上遗留的去污剂微膜可能导致凝胶染色时背景偏高（棕色）。短玻璃板经粘合溶液处理可将凝胶化学交联于玻璃板上。这一步对于在银染操作过程中防止凝胶撕裂至关重要。
（1）短玻璃板的处理
① 在1 ml95%乙醇，0.5%冰乙酸中加入5 ml粘合硅烷（Bind Silane），配成新鲜的粘合溶液。
② 用经浸透新配的粘合溶液浸透的吸水棉纸擦拭仔细清洗过并已经自然干燥的玻璃板，整个板面都必须擦拭。
③ 4～5分钟后，用95%乙醇单向擦玻璃板，然后略用力沿垂直方向擦拭。重复三次这一清洗过程，每次均须换用干净的纸，除去多余的粘合溶液。
【注意】
① 在95%乙醇单向擦玻璃板时过度用力会带走过多的粘合硅烷，使凝胶不能很好地粘附。
② 准备长玻璃板之前要更换手套，防止粘染粘合硅烷。
③ 防止粘合溶液沾染在长玻璃板上是很重要的，否则将导致凝胶撕裂。
（2）长玻璃板的处理：
① 用浸透Sigmacote溶液的棉纸擦拭清洗过的长玻璃板。
② 5～10分钟后用吸水棉纸擦拭玻璃板以除去多余的Sigmacote溶液。
【注意】
① 用过的凝胶可在水中浸泡后用剃须刀片或塑料刮刀刮去。玻璃板须用去污剂完全清洗。或者凝胶用10%NaOH浸泡后除去。为防止交叉污染，用于清洗短玻璃板的工具必须与清洗长玻璃板的工具分开，如果出现交叉污染，以后制备的凝胶可能撕裂或变得松弛。
2. 凝胶的制备
（1）玻璃板经粘合硅胶和Sigmacote处理后，即可固定玻璃板。该方法是用0.2 mm或0.4 mm厚的边条置于玻璃板左右两侧，将另一块玻璃板压于其上。在长玻璃板的一侧插入鲨鱼齿梳平的一面边缘，用夹子固定住。
（2）根据所需要的凝胶浓度，按下表制备测序凝胶，一般6%～8%的胶浓度可获得较好的结果。配制过程中，先用适量双蒸水溶解尿素，再加入Acr&Bis和10×TBE缓冲液，再用双蒸水调终体积至99.2 ml，并用0.45 mm的滤膜过滤，然后加过硫酸铵和TEMED。溶解尿素时不必加热。如果确需加热则应等溶液完全冷却后，方可加入TEMED和过硫酸铵。一般在胶灌制后4～6分钟，即开始聚合，如果聚合不好，则应使用高浓度的TEMED和过硫酸铵。
（3）胶配制好后，即可灌制胶板。一般是将凝胶沿着压条边缘缓慢地倒入玻璃板的槽中，倒完后，静止放置使之聚合完全。
【注意】
① 使用夹子固定玻璃板时，最好夹子的力量稍大一些，防止因力量不足使灌胶的过程中出现漏胶液现象。
② 灌制凝胶的过程中要严防产生气泡，否则影响测序的结果。
四、电泳
1. 预电泳
（1）当凝胶聚合完全后，拨出鲨鱼齿梳，将该梳子反过来，把有齿的一头插入凝胶中，形成加样孔。
（2）立即将胶板固定在测序凝胶槽中，一般测序凝胶槽的上下槽是分开的，因而只有在固定好凝胶板后，方能加入TBE缓冲液。
（3）稀释10×TBE缓冲液至1×TBE，将该缓冲液加入上下二个电泳槽中，去除产生的气泡，接上电源准备预电泳。
（4）有些电泳槽，如LKB的Macrophor等是使用水浴加热的，则应先将水浴加热至55℃后进行预电泳。有的不使用水浴加热，依靠电泳过程中自身产生的热进行保温，如上海求精有机玻璃仪器生产的测序电泳槽，这种槽需夹上二块散热铝板，使整个凝胶板的温度一致。
（5）按30 V/cm的电压预电泳20～30分钟。预电泳的过程是去除凝胶的杂质离子，同时使凝胶板达到所需的温度。高温电泳可防止GC丰富区形成的发夹状结构，影响测序的结果。
【注意】
① 用鲨鱼齿梳制作加样孔时，应注意将齿尖插入胶中0.5mm左右，千万注意不能使加样孔渗漏，否则得不到正确的结果。
② 应时刻注意上面电泳槽中的缓冲液是否渗漏，否则极易造成短路而损坏电泳仪。
2. 样品的制备
当在预电泳时，即可进行样品的制备，将反应完毕的样品在沸水浴中加热1～3分钟，立即置于冰上即可。如果样品长时间不用，则应重新处理。可使用4～6%聚丙烯酰胺凝胶，胶厚0.4 mm。厚度小于0.4 mm的胶可能导致信号太弱。加样时不必吸去上层覆盖的矿物油，但要小心地吸取矿物油下的蓝色样品。
3. 上样及电泳
关闭电泳仪，用移液枪吸缓冲液清洗样品孔，去除在预电泳时扩散出来的尿素，然后立即用毛细管进样器吸取样品，加入样品孔中。上样顺序一般为G、A、T、C。加样完毕后，立即电泳。开始可用30 V/cm进行电泳，5分钟后可提高至40～60 V/cm，并保持恒压状态。一般来说，一个55 cm长，0.2 mm厚的凝胶板，在2500 V恒压状态下电泳2小时即可走到底部，同时在电泳过程中，电流可稳定地从28 mA降至25 mA。为了能读到更长的序列，可采用两轮或多轮上样。
【注意】
① 上样电泳时，一定要注意凝胶板的温度是否达到55℃左右，如果还没有达到，则应等温度达到后才能上样电泳。
② 一般来说电泳时，不宜使用太高的电压，因为太高的电压会使凝胶的分辨率降低，并且使带扩散。电泳中可进行恒功率电泳。
五、测序凝胶的银染
染色过程要求凝胶浸在塑料盘中。因而至少使用两个盘子，大小与玻璃板类似。在盘中加入新鲜溶液之前须用高质量的水洗涤盘子。
1. 电泳完毕后用一个塑料片子小心地分开两板，凝胶应该牢固地附着在短玻璃板上。
2. 固定凝胶：将凝胶（连玻璃板）放入塑料盘，用固定/停止溶液浸没，充分振荡20分钟或直至样品中染料完全消失，胶可在固定/停止溶液中保存过夜（不振荡）。保留固定/停止溶液，用于终止显影反应。
3. 洗胶：用超纯水振荡洗胶3次，每次2分钟。从水中取出，当转移至下一溶液时拿着胶板边沿静止10～20秒，使水流尽。
4. 凝胶染色：把凝胶移至染色溶液充分摇动30分钟。
5. 凝胶显影
（1）在显影溶液中加入甲醛（3 ml）和硫代硫酸钠溶液（400 μl）以完成显影液的配制。
（2）从染色溶液中取出凝胶放入装有超纯水的盘中浸洗5～10秒。注意，把凝胶从超纯水转移到显影溶液的总时间不能长于5～10秒。浸泡时间过长则导致信号微弱或丧失信号。若浸泡时间过长，可重复第五步用染色液浸泡。
（3）立刻将凝胶转移至1升（总量的一半）预冷的显影液充分振荡直至模板带开始显现或开始出现第一批条带，把凝胶移入剩下的1升显影液中继续显影2～3分钟或直至所有条带出现。
6. 固定凝胶：在显影液中直接加入等体积的固定/停止溶液。停止显影反应，固定凝胶。
7. 在超纯水中浸洗凝胶两次，每次2分钟，注意在本操作中戴手套拿着胶板边缘避免在胶上印上指纹。
8. 将凝胶置于室温干燥或用抽气加热法干燥。在可见光灯箱或亮白，黄色背景（如纸）上观察凝胶，若需永久保存的记录, 则可用EDF胶片保留实验结果。
【注意】
测序产物的银染是显现序列信息的一种新方法，本系统的成败受几个因素的影响
① 水的质量对于染色的成功极其重要。超纯水（NANOpureR或Milli-QR的水）或双蒸水可获得较好的效果，如果水中有杂质，则低分子量条带可能无法出现。
② 碳酸钠也非常重要。使用新鲜的，美国化学学会级碳酸钠较好，如Fisher和Kodak ACS试剂级碳酸钠（Fisher Cat #S263-500或S262-3，或Kodak Cat #109-1990），一般可获得较好的结果。
③ 色后的洗涤步骤是非常关键的。如果凝胶洗涤时间太长，银颗粒会脱离DNA，产生很少或没有序列信号。如果洗涤时间过长，染色步骤可以重新进行。
④ 如果凝胶厚度超过0.4 mm或丙烯酰胺浓度高于4～6%，则有必要延长固定和染色的时间。如果凝胶比0.4 mm薄，染色反应后的洗涤必须缩短至不超过5秒。
⑤ 在室温下进行所有步骤，显影反应除外。显影溶液必须预冷至10～12℃以减小背景杂色。注意：临用前在显影溶液中加入甲醛和硫代硫酸钠。用新配的染色及显影溶液。不要重复使用任何溶液。
六、EDF胶片显影
使用EDF胶片可增强测序条带的对比度，如果测序胶上条带很淡，我们建议把数据转移至EDF胶片，银染胶在其影像转移至EDF胶片之后可增强条带可读性。
1. 在暗室内，将染色过的粘于玻璃板的凝胶（胶面向上）置于荧光灯箱上。如有合适的漫射板，亦可用白灯箱，为确保曝光时间，用一小条EDF胶片曝光不同时间，检查不同的曝光强度，一般曝光20～40秒可得较好结果。
2. 在红灯下找到EDF胶片有缺刻的一角，然后把胶片置于凝胶上，使缺口位于左上角。由于EDF胶片是单面的，因此必须确保缺口在左上角。
3. 在EDF胶片上放置一干净、干燥的玻璃板，开亮灯箱约20秒。
4. 用冲显放射自显影胶片的步骤手工显影EDF胶片，可使用下列操作过程：
（1） 在Kodak GBX显影液中显影1～5分钟；
（2） 水洗1分钟；
（3）在Kodak GBX定影液中定影3分钟；
（4）水洗1分钟。
【注意】
① 进行EDF胶片显影之前凝胶必须完全干燥。戴手套进行操作，以免印上指纹。同时注意EDF胶片不能用自动胶片处理器。
② 对于不同的光源最佳曝光时间可能不同，通过对一小条EDF胶片曝光不同时间以选择你所用光源的最佳曝光时间，参阅胶片说明书。
③ 曝光时间短则EDF胶片影像较深，曝光时间长则有助于减弱背景。 “鸟枪法”是一种由生物基因组提取目的基因的方法。首先利用物理方法(如剪切力、超声波等)或酶化学方法(如限制性内切核酸酶)将生物细胞染色体DNA切割成为基因水平的许多片段，继而将这些片段与适当的载体结合，将重组DNA转入受体菌扩增，获得无性繁殖的基因文库，再结合筛选方法，从众多的转化子菌株中选出含有某一基因的菌株，从中将重组的DNA分离、回收。
这种方法也就是应用基因工程技术分离目的基因，其特点是绕过直接分离基因的难关，在基因组DNA文库中筛选出目的基因。可以说这是利用“溜散弹射击”原理去“命中”某个基因。由于目的基因在整个基因组中太少太小，在相当程度上还得靠“碰运气”，所以人们称这个方法为“鸟枪法”或“散弹枪”实验法。
一、用限制酶切下目的片段的大片段InsertDNA，并用Agarose凝胶电泳进行回收。
二、对回收的大片段DNA用物理方法（如超声波等）进行切断处理，然后用T4DNAPolymerase对小片段DNA进行末端平滑化。
三、进行Agarose电泳，切胶回收1kbp～2kbp的小片段DNA。然后用BcaBestDNAPolymerase在DNA的3'端加上一个A碱基。
四、把加上A-tail的DNA片段连入T-Vector中，然后转化，挑选克隆。
五、对阳性克隆（含1kbp～2kbpInsert）进行DNA测序。
六、对数据进行编辑，最后连成一条大片段的DNA序列。向左转|向右转
来源：高特佳投资/李新颜2015-09-2310:10
2015年将成为我国精准医疗的元年，基因测序作为精准医疗的前端，行业面临爆发性的增长机遇，同时在实际操作中也面临一定的挑战。
第一部分：基因测序被关注的原因
测序技术和大数据分析能力的发展使得精准医学成为可能。精准医学是以患者的个人基因组信息为基础为病人量身设计出最佳治疗方案，和传统的循证医学相比，精准医学有望成为治疗效果最大化和副作用最小化的一门定制医疗模式。
1.1基因测序的价格以超摩尔定律下降，使得基因测序经济性推广成为可能
现在人类全基因组测序成本已经降到1000美元以下，未来这一数字还将继续下降；
2008年，二代测序技术NGS的出现和推广，让测序成本开始加速下降，并明显超过摩尔定律的预测。
基因测序技术成本迅速下降（每兆碱基）
针对大量基因组数据，大数据处理能力提升也为分析和解读基因数据提供支持，测序技术及大数据分析能力的不断提升将会推动精准医学进入快速增长的轨道。
1.3传统医学需要突破，精准医疗的政策风口助推基因测序发展
政策风口：2015年2月，习近平总书记批示科技部和国家卫生计生委，要求国家成立中国精准医学战略专家组。
2015年3月11日，科技部召开国家首次精准医学战略专家会议，并决定在2030年前在精准医疗领域投入600亿元。2015年1月，国家公布了产前筛查与诊断高通量测序试点单位，4月公布了肿瘤诊断与治疗高通量基因测序试点单位，表明了政府推动精准医疗发展的决心。
5月14日，国务院颁布《关于取消非行政许可审批事项的决定》，再取消49项非行政许可审批事项，不再保留“非行政许可审批”这一审批类别。与医药相关的包括：第31项：第三类医疗技术临床应用准入审批；第52项：国家食品药品监督管理总局负责的药品行政保护证书的核发。取消非行政许可审批，松绑第三类医疗技术临床应用，变事前审批为事中事后监管。预计未来，由省级卫生计生行政部门负责的第二类医疗技术实施准入审批也将逐步取消。轻审批，重监管的趋势明确。
第二部分：基因测序的特点及发展趋势
目前基因测序技术已经发展到第三代（也有把纳米孔外切酶测序成为第四代）。
第一代DNA测序技术用的主要是1975年由桑格（Sanger）和考尔森（Coulson）开创的链终止法。
第二代DNA测序技术（NGS）目前使用最为广泛，以Roche公司的454技术、Illumina公司的Solexa，Hiseq技术和Life公司的Solid技术为标志。
第三代DNA技术（TGS）以PacBio公司的SMRT和OxfordNanoporeTechnologies的纳米孔单分子测序技术为代表，测序过程无需进行PCR扩增。
二代测序在5-10年内仍然是基因测序的主流方法
二代测序技术凭借其高通量、低成本和高准确度取代第一代测序技术成为测序市场的主流。由于第三代DNA测序技术目前面临测序成本高和测序结果准确度相对较低的市场化瓶颈，因此TGS仪器大规模商业化仍然需要较长的时间。
NGS各环节对测序结果有重要影响：NGS测序流程包括样本收集、基因提取、文库构建、基因测序和数据分析，各环节的准确性对测序结果有重要影响，比对数据库的规模直接影响数据分析结果的准确性。
二代测序技术兼具通量和准确度优势，有望引领分子诊断方法革新
常用的分子诊断技术包括聚合酶链式反应（PCR）、转录介导的扩增（TMA）、荧光原位杂交（FISH）、基因测序、以及基因芯片技术。
基因检测主要技术的细分市场增速概况（全球）
不同发展阶段的分子诊断技术都有其特定的应用场景，随着NGS成本的下降，商业模式的丰富，传统的分子诊断方法将受到挑战。二代测序技术兼具通量和准确度优势，更为快速、低廉，极大地拓宽了基因测序的应用范围，尤其促进了分子诊断方法的革新。
第三部分：基因测序产业格局投资机会及挑战分析
3.1基因测序产业格局概览
基因测序市场的细分领域，包括了仪器、耗材、测序服务、数据处理、终端应用等多个方面，如下图所示。
中游：测序服务（样品制备、检测和分析），信息分析（大数据存储、解读、共享）
下游：终端用户（应用场景）
3.2上游：仪器技术壁垒最高且形成寡头垄断格局，试剂耗材国内企业有一定机会
二代测序市场主流测序平台主要是四大家：Illumina、IonTorrent/LifeTechnologies(2014年被ThermoFisher收购)、454LifeSciences/Roche、PacificBiosciences。
Genomeweb2013度年全球测序仪器市场调查显示：Illumina占据了全球测序仪器市场71%的份额，Lifetechnologies则排名第二分得16%的市场份额，罗氏和PacBio则以10%和3%分列第三和第四位。前两家测序仪公司的全球市场占有率接近90%，基因测序仪行业已经形成寡头垄断的格局。
国内的三大家华大基因、达安基因、贝瑞和康和仪器供应商合作，已经在仪器和试剂层面均获得注册证。从盈利模式角度看，仪器未来不排除出现免费赠送，主要赢利点从试剂耗材及服务端获得，因此国内企业在试剂和服务端突破的可能性最大。
测序试剂、耗材、检测项目的开发，国内企业已经开始有所布局。
2014年7月，华大基因的新一代测序产品也获得了CFDA的批准，包括BGISEQ-100、BGISEQ-1000，以及胎儿染色体非整倍体（T21、T18和T13）检测试剂盒。
2014年11月5日，国家食品药品监督管理总局批准了达安基因的基因测序仪和胎儿染色体非整倍体21三体、18三体和13三体检测试剂盒（半导体测序法）医疗器械注册。
2015年4月，贝瑞和康的基因测序仪（NextSeqCN500），以及胎儿染色体非整倍体（T13/T18/T21）检测试剂盒已通过国家食品药品监督管理总局（CFDA）的批准。NextSeqCN500基因测序仪是贝瑞和康与Illumina公司合作，为满足中国临床需求而设计制造的一款新型高通量的基因测序仪。
3.3中游：第三方测序服务机构和生物信息分析（数据分析），数据分析是目前行业发展的瓶颈环节
Illumina推出HiSeq系列高通量测序仪后，终端的数据分析成为行业发展的瓶颈。由于数据库是决定检测比对结果准确度和精确度的重要因素之一，因此是数据分析软件提供商主要的竞争壁垒之一。
测序服务——中国成为全球“测序工厂”
测序服务技术壁垒较低，主要面向科研市场，国家缺乏准入标准和质量控制规范，众多碎片化的小企业呈现疯狂生长的状态，仅提供一代测序服务的企业就有上百家。
在二代测序方面，2010年高通量测序平台中国拥有量仅次于美国，如今二者的差距很可能已经非常小。
全世界规模最大的基因组研究中心有多个在中国，其中华大基因（BGI）拥有世界上最多的新一代测序仪，产能约占全球的10%-20%（按illumina，Life等销总量计算）。
国内主要第三方基因测序机构覆盖的基因检测相关服务
科技服务仅约10亿元的外包市场，企业未来转型的出口是健康管理、医院、独立体检中心。因此有越来越多的科技服务测序公司在转向做第三方医学检验所。
临床测序有三个主体，第三方医学检验所、医院和体检中心，前者更加市场化，未来发展空间较大。
生物信息分析——挑战与机遇并存
基因测序所生成的原始数据并不能反映任何有价值的信息，必须通过专业人员进行分析和解读。现今的生物信息分析涉及的数据存储、解读、及共享是整个基因测序行业目前面临的最大难题，主要原因一是来自于数据量的庞大，二是源于数据的复杂性。
目前这一市场份额基数较小，蕴含着巨大的市场潜力。关注国内企业在这方面的的机会。
数据解读已被全球公认为是比测序还要重要的环节，分析和解读可能会成为中国企业的优势。但短期只能烧钱看不到回报，门槛是数据库，这是限制企业数量和规模的主要原因。
生物信息的所有权和应用领域，目前仍以科研为主，商业化应用瓶颈在于伦理和政策，但随着市场培育的加快，政府和保险的参与，基因组信息未来将归个人所有，政府负责建立数据中心和安全中心，授权个人对数据的使用权。
数据解读服务的市场格局将分为两大阵营：（1）、自行解读，有仪器研发和实力较强的大企业或科研机构会自己解读；（2）外包解读，中小企业、科研人员、医生个人则会交由第三方公司进行数据分析，因此市场对差异化的个性化的服务需求会增加，此类公司会越来越多。外包解读将催化产业不断涌现出各种创新服务模式。
至于数据库的建设，更看好通过市场化的竞争，由企业投资整合资源来积累数据的途径。
解读服务发展的催化剂在需求，落脚点在市场教育。数据库如果不用那就只是个数据库而已，没有附加价值。而医生和患者认识的基因越多，到更大平台去解读和挖掘数据的需求就越大，想要发现已知或未知疾病机理的欲望就越强烈，未来买单的将是保险公司。
3.4下游：二代基因测序的应用领域及其挑战
3.4.1未来市场容量
其中，肿瘤学120亿美元、生命科学50亿美元（包括生命科学工具、复杂病症，农业基因以及影响因子和宏基因组）、生育和基因健康20亿美元（孕妇和新生儿童的检测，以及基因健康）、其他应用10亿美元。
目前，我国基因测序市场中，产前基因检测较为著名，如以国家规定的3500元/次的费用计，按照我国每年2000万左右的新生儿计算，产前基因检测市场能达到七百亿元人民币。
具体来看：
生育健康领域（应用相对成熟）
新生儿出生缺陷不仅给家庭带来了沉重的复单，而且已经成为严重影响我国经济发展和人口素质的重要问题。一些特定的遗传性疾病往往在出生一定时间后才会表现出明显症状，因此初生儿早期的基因筛查能够帮助尽快在医学上进行早期干预，达到及早发现、及早治疗的效果。目前新一代测序技术在生育健康领域主要应用在以下方面。
●无创产前检测（NIPT）
无创产前检测即胎儿染色体非整倍体无创基因检测，是一种基于大规模平行基因组测序技术的高科技检测手段。这种检测只需抽取孕妇少量静脉血，分离其中的胎儿游离DNA，通过高通量二代测序技术平台测序，并对测序结果进行生物信息学分析，即可判断胎儿是否换染色体非整倍体疾病。该技术是国际人类基因组学研究成果被成功孵化的应用技术之一，在欧美等发达国家普遍开展。该法操作简单，易行，安全，准确，孕妇早期就可进行，更具有无创的特点，不会导至流产、胎儿宫内感染等不良后果。
无创产前检查不仅可以筛查唐氏综合症（21三体），还可以筛查爱德华氏综合症(18三体)、帕特氏综合症（13三体）以及提示其他非整倍体型遗传病。
●胚胎植入前遗传学诊断（PGD）
也就是第三代“试管婴儿”，主要用于检查胚胎是否携带具有遗传缺陷的基因。它是在试管婴儿技术基础上出现的，精子卵子在体外结合形成受精卵并发育成胚胎后，在其植入子宫前进行基因检测，以便使试管婴儿避免一些遗传疾病。通过DNA检测技术对胚胎的染色体异常或者遗传性疾病进行诊断，选择无异常的胚胎植入母体，从根本上提高“试管婴儿”的妊娠成功率，降低自然流产率，提高妊娠质量，并且可大大提高出生后婴儿的质量。
●新生儿单基因遗传病检测
单基因病是指由一对等位基因控制的疾病或病理性状。常见的单基因病有短指症、地中海贫血症、白化病、苯丙酮尿症、色盲、血友病、C6PD（葡萄糖-6-磷酸脱氢酶）缺乏症等。已知的单基因病的致病基因及遗传方式大部分已经明确，早起单基因遗传病大部分通过染色体核型分析进行检测，染色体和性分析不可避免的缺点是分辨率低，对技术人员的经验依赖度高，对于微小缺失或者基因突变导至的遗传病不能进行检测。现在通过先进的二代高通量测序技术可以对上千种由于基因变异（基因突变、平衡异位、微缺失等）导至的遗传病进行检测，并且可以在早期通过胎儿的脱落细胞或者绒毛膜进行检测，在产前确认胎儿是否患有遗传病，为遗传病携带者或者已经生育遗传儿的家庭提供明确的遗传咨询和产前检测，从而做到优生，提高人口素质。
肿瘤的个体化治疗
肿瘤的发生发展中，基因的改变在其中居于中心地位，致癌基因的异常表达和抑癌基因失活，是肿瘤细胞无限制生长的分子基础。肿瘤临床表现多种多样，且发病率逐年升高，迄今尚无简单的治疗方法或使用单一药物能治愈所有的肿瘤。询证医学、诊疗规范化和个体化已经成为肿瘤治疗的公认趋向。
基因测序技术对于肿瘤个体化治疗主要有两方面应用：一是检测患者携带的肿瘤基因，二是检测肿瘤靶向药的靶点。
药物研发领域应用（CRO及医药公司）
新一代测序技术早期主要应用在肿瘤和传染病治疗领域，现在越来越多的使用在新兴生物药的开发和疫苗生产。目前药物研发部门使用的各种高通量技术，例如基因芯片、代谢组学建模、酵母双杂、蛋白质组学、高通量化学筛选、电子杂交定位，有望被新一代测序技术替代或作为补充。
个人DNA信息咨询
近几年兴起的直接面向用户（directtoconsumer）的个人DNA信息咨询产业其实是基因检测市场化产物，基本模式是利用互联网和快递寄送，将检测试剂盒送至用户手中，再由其将采集的唾液及送回公司，并从中提取用户的DNA，检测结果也可直接从网上查询获取。
3.4.2在应用领域主要趋势及挑战
业界认为，基因测序技术应用市场的先后顺序：无创产前筛查（NIPT）、癌症的个体化用药、癌症早筛、人人基因组、检测与筛查。
其中，植入前胚胎遗传学诊断（PGS/PGD）30亿市场、产前筛查与诊断（NIPT）160亿市场、肿瘤诊断与治疗千亿市场。此外，目前已经试点的方向，并不能说明技术已经很成熟，相反有些还很不成熟，需要通过很长时间的试点来积累样本和数据。未来可能的试点方向包括，免疫系统疾病、移植类疾病配型检测、传染病检测、公共卫生领域等都有可能。
生育健康领域
NIPT作为公认的第一个产业化项目，市场格局基本形成华大和贝瑞占90%的市场份额，包括108家试点单位及其他中小医院。
NIPT进入壁垒目前只是渠道
1、测序成本和客户体验，如果成本降到目前的1/10，或客户体验有颠覆性改变，都能形成替代，但短期还看不到；
2、测序服务上，主要是产科医院的渠道壁垒。
肿瘤诊断领域
目前的第二大应用，未来有可能成为第一大应用领域，个性化用药、靶向治疗、早诊是必然的发展方向，空间很大，但短期内还达不到无创的市场高度。
（1）肿瘤是多基因病，没有标准的用药方案，需要个性化治疗，并且机理尚未厘清，医院更倾向于自己做，不容易商业化。
（2）从基于组织到基于血液的肿瘤诊断，对医生而言需要有至少五年的市场培育过程，病种的增加则受制于样本量的积累。
（3）肿瘤的早诊，技术上，血液循环肿瘤细胞DNA(ctDNA)和循环肿瘤细胞（CTC）目前通过测序的检出率还很低，需求取决于人们保健意识的发展程度，未来可能成为健康保险的一个重要产品。
其他
其他应用领域主要的挑战：耳聋基因的筛查（检出率低，假阴性高）、罕见病筛查（无有效干预手段）、地中海贫血、靶向药物伴随诊断（尚无标准）。
2C端的应用的挑战，需要有一个较长的市场教育和科普过程，并且受限于伦理和法律。（生物谷Bioon.com）
本人刚接触二代测序不久，因此对于测序定量这方面存在一些问题，希望大神们能帮助解一下，谢谢！！
我们使用的仪器是Illumina公司的nextseq500。在混样前会先进行荧光定量PCR（ABI7500），我一般是将文库稀释到4ng左右，稀释10000倍进行定量
1.同一批构建的同一种类型的文库，在定量时会有个别文库定量结果不准，复孔没问题（依据是我已将文库稀释到同样的ng数进行定量，所以得到的pm数应该在一个接近的范围内，但有的样本差异比较大），这种情况我一般会根据qubit定量将定量不准的个别样本参考其他样本的浓度进行稀释，下机数据量确实与校准的结果一致，说明应该是荧光定量的问题，这种情况在几种类型的文库中都有发生，文库一般在400bp左右。想问下这种情况是属于定量的问题还是文库自身的问题。
2.按照荧光定量的结果进行混样然后上机，每次我们混合后的文库都会进行qubit定量，大概会有一个上机参考值
（前提是不含有大片段的文库），但qubit值接近的文库上机的clusterdensity却相差很大，这是什么原因造成的？不同项目的文库会有影响，但我们文库的片段大小基本一致。有什么好的办法解决么？
3.最近按照荧光定量的浓度混合的文库上机，数据量总会超过预期很多，致使Q30很低，影响数据质量，采用的是7500机器，KAPA的定量试剂盒，机器才校准过，会不会是测序仪自身的问题？如果不是我们应该如何解决？
4.我们一般采用中通量测序盒子，大概每次上机在30个文库左右，数据量分配有时差别比较大（500M-8G），这样分配数据量可以完全按照荧光定量的结果分配么，数据量大的文库会不会成簇效率更高一些，使数据量小的文库得不到相应的数据量了？
5.除了2100和荧光定量这两种方法，还有什么其他的方法可以评价文库质量么？
6.现在上机文库得到的数据量有时与预期偏差较大，问题都在定量混合这块么？还有什么其他地方可能有问题么？
DNA测序是指分析特定DNA片段的碱基序列，也就是腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）与鸟嘌呤的（G）排列方式。快速的DNA测序方法的出现极大地推动了生物学和医学的研究和发现。
其原理是化学试剂处理末段DNA片段，造成碱基的特异性切割，产生一组具有各种不同长度的DNA链的反应混合物，经凝胶电泳分离。化学切割反应：包括碱基的修饰修饰的碱基从其糖环上转移出去在失去碱基的糖环处DNA断裂。
另一个原理是利用一种DNA聚合酶来延伸结合在待定序列模板上的引物。直到掺入一种链终止核苷酸为止。每一次序列测定由一套四个单独的反应构成，每个反应含有所有四种脱氧核苷酸三磷酸(dNTP)，并混入限量的一种不同的双脱氧核苷三磷酸(ddNTP)。由于ddNTP缺乏延伸所需要的3-OH基团，使延长的寡聚核苷酸选择性地在G、A、T或C处终止。终止点由反应中相应的双脱氧而定。每一种dNTPs和ddNTPs的相对浓度可以调整，使反应得到一组长几百至几千碱基的链终止产物。它们具有共同的起始点，但终止在不同的的核苷酸上，可通过高分辨率变性凝胶电泳分离大小不同的片段，凝胶处理后可用X-光胶片放射自显影或非同位素标记进行检测。
暂无品牌分类
暂无品牌问答
