2018年12月7日 星期五

Illumina® SBS次世代定序技術

Sequence by Synthesis (SBS) 是Illumina公司的次世代定序技術,官方介紹如下:


包含了四個主要的步驟:
  1. Sample preparation:樣品準備。
  2. Cluster generation:每個上述的片段都會在定溫下放大(isothermally amplified)
  3. Sequencing:使用標有螢光的核苷酸(nucleotide)來測定序列
  4. Data analysis:將讀出來的小片段組裝起來

下面詳細說明這四個步驟:
  1. Sample preparation:在這個步驟中,一個大個基因組被打成許多片段(DNA fragments),每個片段的兩端會接上不同的adaptors;purple adaptor與blue adaptor。這些adaptor從內至外會有:
    • sequence binding site:
    • indices:
    • sequence complementary to the flow cell oligos:
  2. Cluster generation:在一片叫做flow cell的玻璃片上有著許多的通道(glass slide with lanes,影片中是八通道)。每個通道上面黏著許多DNA小片段,稱之為oligos,分成兩種:blue oligo與purple oligo,依據下面的步驟進行放大
    1. purple adaptor與purple oligo結合,聚合酶(polymerase)複製樣板的序列形成reverse strand,然後把樣板洗掉
    2. 上述序列的blue adaptor與blue oligo結合,聚合酶複製後會產生forward strand(和樣板的序列一樣),此片段會因為blue oligo黏在flow cell上面所以不會被洗掉
    3. 上面兩個步驟不斷的重複,直到整個區域產生了數百萬的複製片段。這些片段因為oligo的關係而黏在玻璃板上。這個小區域就叫做一個cluster
    4. 放大完成後,移除掉reverse strand(也就是purple oligo黏在板子上面的片段)、留下forward strand(也就是blue oligo黏在板子上的片段);然後把3'-end給封住。
  3. Sequencing:此法叫做sequencing by synthesis(SBS)
    1. 加入含有螢光物質的核苷酸
    2. 使用特定的光線照射,這時候就會有螢光跑出來
    3. 在flow cell這塊玻璃板上面會有數億個clusters,隨著時間會放射出不同的螢光顏色。每個cluster隨時間會有一連串的螢光變化、反映出上面的序列。這次讀取的內容會叫做Read 1,內容會是forward strand也就是模板的序列
    4. 再讓blue adaptor去黏到blue oligos,加入聚合酶複製。這次去除blue oligo的片段而只留下用purple oligo黏在板子上的片段。這次讀取的內容會叫做Read 2,內容是reverse strand
  4. Data analysis:
    1. 所有讀出來的東西會根據indices來分群,因此相同片段的read 1 (forward read)與read 2 (reverse read)可以被配對在一起
    2. 這些片段可以對應到reference genome上面,或是用其他演算法組起來
    3. 這些序列資訊就可以存在雲端空間上

上面的流程也可以參考2014年的影片,在sequenceing的步驟比較清楚


參考資料

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