Illumina 測序原理

Illumina測序原理—NGS技術

原理上，illumina NGS技術類似桑格測序。DNA合成測序循環中，DNA聚合酶催化熒光標記的dNTPs到DNA模板鏈上。每次循環，dNTP被摻入的同時，核苷被熒光激發識別。但zui關鍵的不同是，不同于合成完后測序整個DNA片段，NGS通過平行測序模式將過程高通量化了。

Illumina NGS流程包括四個步驟：

1. 文庫制備

DNA或cDNA樣本隨機片段化后，5′端和 3′端連接接頭。連接好接頭的DNA片段進行PCR擴增和純化。

圖A 文庫制備。基因組DNA—片段化—接頭連接—得到測序文庫

NGS 文庫制備：片段化基因組DNA，然后在DNA片段兩端連接特殊接頭。

2. 簇生成

文庫上樣到流動槽，DNA片段通過接頭和槽內寡核苷酸配對連接。接著，每個片段通過橋式法擴增成簇克隆。之后，就可以測序了。

圖B：簇擴增

3. 測序

Illumina SBS 技術（邊合成邊測序）在單個堿基被合成到DNA模板鏈的同時識別它。因為每個測序循環都整合4種dNTPs，自然競爭機制使得偏差zui小化，相比其他測序技術原始錯誤率低很多。即使用于序列重復區域和同聚物，堿基測序準確率也是很高的。

圖C 測序 測序試劑，包括熒光標記的核苷酸，加入后合成。流動槽有圖像功能的，每個簇的熒光激發都會被記錄。激發的波長和強度可以識別堿基。這一循環重復N次，得到讀長為N個堿基的序列。

4. 數據分析

數據分析和比對過程中，測序序列（reads）與參考基因組進行比對，能檢測到多種基因突變，比如單核苷酸多態性（SNP）或DNA插入缺失（indel），RNA，系統發育（phylogenetic）或 宏基因組學分析等。

圖D：序列比對和數據分析 序列（Reads）通過生物信息學軟件和參考基因組比對。比對后，就能識別新測序的序列（reads）和參考基因組的不同。

Illumina*SBS技術視頻

http://v.youku.com/v_show/id_XMTI1MjA5Mzg5Mg==.html?spm=a2hzp.8253869.0.0

原文 illumina*資料

Illumina NGS workflows include four basic steps:

 1. Library Preparation—The sequencing library is prepared by random fragmentation of the DNA or cDNA sample, followed by5′and 3′adapterligation (Figure 3A). Alternatively,“tagmentation” combines the fragmentation and ligation reactions into a single step that greatly increases the efficiency of the library preparation process.9 Adapter-ligated fragments are then PCR amplified and gelpurified.

2. Cluster Generation—For cluster generation, the library isloaded into a flow cell where fragments are captured on a lawn of surface-bound oligos complementary to the library adapters. Each fragment is then amplified into distinct, clonalclusters through bridge amplification (Figure 3B). When cluster generation is complete, the templates are ready for sequencing.

3 Sequencing—Illumina SBS technology uses a proprietary reversible terminator–based method that detects single bases as they are incorporated into DNA template strands(Figure 3C). As all four reversible terminator–bound dNTPs are present during each sequencing cycle, natural competition minimizes incorporation bias and greatly reduces raw error rates compared to other technologies.6,7 The result is highly accurate base-by-base sequencing that virtually eliminates sequence context–specific errors, even within repetitive sequence regions and homopolymers.

5. Data Analysis—During data analysis and alignment, the newly identified sequence reads are aligned to a reference genome (Figure 3D). Following alignment, many variations of analysis are possible, such as single nucleotide polymorphism (SNP)or insertion-deletion (indel) identification, read counting for RNA methods, phylogenetic or metagenomic analysis, and more.

基因測序背景知識-illumina版

DNA測序簡介

Illumina下一代測序（NGS）技術使用克隆擴增和邊合成邊測序（sequencing by synthesis, SBS）的方法來實現快速、 準確的測序。這一過程在將DNA堿基加入核酸鏈的同時對其進行識別。每個堿基在加入不斷延伸的鏈的同時發出*的熒光信號，這些信號可以被用來確定DNA序列的順序。

NGS 技術可以用來對任何一種生物的DNA進行測序，提供有價值的信息，解答幾乎任何的生物學問題。作為一種高度可擴展的技術，DNA 測序可以通過多種方法應用于小的、靶向的區域或整個基因組，有利于研究人員調查，并更好地了解健康和疾病。

通過NGS開展DNA測序的好處

以大規模并行的方式測序大段的DNA，與基于毛細管電泳的Sanger測序相比，具有通量和規模上的優勢

提供高分辨率，可在到每個堿基的水平上查看基因、外顯子組或基因組

根據信號強度可實現定量測定

可檢測幾乎所有類型的基因組改變，包括單核苷酸變異、插入和缺失、拷貝數變化和染色體畸變

為擴展研究和同時測序多個樣品提供高通量和靈活性

主要的DNA測序方法

全基因組測序

全基因組測序是分析基因組的zui全面的方法。迅速降低的測序成本，以及從完整遺傳密碼中獲得寶貴信息的能力，使得全基因組測序成為一種強大的研究工具。

靶向重測序

通過靶向重測序，一組基因或基因組區域被分離出來并測序，讓研究人員能夠將時間、經費和分析集中在感興趣的特定區域上。

ChIP測序

通過將染色質免疫沉淀（ChIP）檢測和測序相結合，ChIP測序（ChIP-Seq）是鑒定轉錄因子及其他蛋白在全基因組范圍內的DNA結合位點的有力方法。

DNA測序主要應用

癌癥DNA測序

利用NGS進行癌癥DNA測序，可為全基因組研究、靶向的基因圖譜分析、腫瘤-正常樣本的比較等研究提供信息。NGS所提供的靈敏度，足以用于檢測稀有體細胞變異、腫瘤亞克隆和循環DNA片段。

微生物測序

利用DNA測序來分析微生物物種，可為環境宏基因組學研究、傳染病監測、分子流行病學等研究提供信息。

致病變異的發現

高通量的DNA測序技術可實現大規模數量樣本的快速篩查，從而發現與復雜疾病相關的致病變異。

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