Illumina 454 、ABI 测序仪比较.doc

Illumina 、454 、ABI 测序仪比较
Illumina 测序仪
Illumina公司的新一代测序仪Genome Analyzer最早由Solexa公司研发,利用其专利核心技术“DNA簇”和“可逆性末端终结(reversible terminator)”,实现自动化样本制备及基因组数百万个碱基大规模平行测序。Illumina公司于2007年花费6亿美金的巨资收购了Solexa,就是为了促成Genome Analyzer的商品化。Genome Analyzer作为新一代测序技术平台,具有高准确性,高通量,高灵敏度,和低运行成本等突出优势,可以同时完成传统基因组学研究(测序和注释)以及功能基因组学(基因表达及调控,基因功能,蛋白/核酸相互作用)研究。
Genome Analyzer自上市以来,已经为千人基因组计划立下了赫赫战功。今年早期,荷兰科学家利用它首次绘出女性的基因组图谱。而就在前两周,《Nature》杂志上一连出现三个人类基因组图谱:炎黄一号-第一个亚洲人图谱;第一个癌症病人图谱;第一个非洲人图谱。它们全是依赖Genome Analyzer完成的。哗,一下就来仨!这和第一个人类基因组图谱的13年形成了多么鲜明的对照。
 
根据去年底的数据,Genome Analyzer已售出约200台,估计是市场占有率最广的。前不久,华大基因再添置了12台,准备放在香港和深圳的实验室,至此华大基因已经有29台Genome Analyzer。而著名的麻省理工学院和哈佛大学Broad研究院拥有47台Illumina测序仪。众多实验室之所以选择Illumina,看中的无疑是Genome Analyzer的高性价比。
上个月,Illumina将Genome Analyzer II升级到Genome Analyzer IIx,距年底实现单次运行获得95 GB数据的宏伟目标又近了一步。Genome Analyzer IIx有两个核心特征:其一是更大的试剂冷却器,支持超过100个测序循环,进一步提升了系统的易用性和自动化;其二是全新的流动池支架,让每轮运行所得的高质量数据增加20%。依靠系统软件和试剂的改进,Genome Analyzer IIx现在能够支持100 bp以上的配对末端读长,并在每次运行中产生超过20 GB的高质量数据。
Genome Analyzer技术的基本原理:
1. 文库制备
将基因组DNA打成几百个碱基(或更短)的小片段,在片段的两个末端加上接头(adapter)。
2. 产生DNA簇
利用专利的芯片,其表面连接有一层单链引物,DN***段变成单链后通过与芯片表面的引物碱基互补被一端“固定”在芯片上。另外一端(5’或3’)随机和附近的另外一个引物互补,也被“固定”住,形成“桥(bridge) “。反复30轮扩增,每个单分子得到了1000倍扩增,成为单克隆DNA簇。DNA簇产生之后,扩增子被线性化,测序引物随后杂交在目标区域一侧的通用序列上。
3. 测序
Genome Analyzer系统应用了边合成边测序(Sequencing By Synthesis)的原理。加入改造过的DNA聚合酶和带有4种荧光标记的dNTP。这些核苷酸是“可逆终止子”,因为3’羟基末端带有可化学切割的部分,它只容许每个循环掺入单个碱基。此时,用激光扫描反应板表面,读取每条模板序列第一轮反应所聚合上去的核苷酸种类。之后,将这些基团化学切割,恢复3'端粘性,继续聚合第二个核苷酸。如此继续下去,直到每条模板序列都完全被聚合为双链。这样,统计每轮收集到的荧光信号结果,就可以得知每个模板DN***段的序列。目前的配对末端读长可达到2×50 bp,更长的读长也能实现,但错误率会增高。读长会受到多个引起信号衰减的因素所影响,如荧光标记的不完全切割。
4. 数据分析
自动读取碱基,数据被转移到自动分析通道进行二次分析。
 
Genome Analyzer系统之所以如此畅销,关键在于其技术上的优势。
1. 可扩展的超高通量
Genome Analyzer系统目前每次运行后可获得超过20 GB的高品质过滤数据。这个技术的可扩展性保证了更高的数据密度和输出,能用更少的经费完成更复杂的项目。到今年底,通量还有望上升到95 GB,相当于人类基因组的30倍覆盖度。
2. 需要样品量少
Genome Analyzer系统需要的样品量低至100ng,能应用在很多样品有限的实验(比如免疫沉淀、显微切割等)中。这也是很多研究人员所考虑的因素。
3. 简单、快速、自动化
Genome Analyzer系统提供了最简单和简洁的工作流程。即使是最小的实验室也能像大型基因组中心一样进行大规模的实验。制备样品文库可以在几小时内完成,一个星期内就能得到