随着基因领域研究的不断深入,自sanger测序实现对碱基信息的可读取后,更高通量的需求使得二代测序在基因组测序、临床检测和生物制药等领域展现出无与伦比的潜力。 对于刚入行的小伙伴,面对各式各样的测试平台好奇又迷茫,Roche454、Illumina、Thermo Fisher,以及国产MGI平台等,这么多测序仪,他们的特点是什么?背后的发展历程是怎样的? 今天小翊借花献佛,梳理了目前主流的二代测序平台,让我们了解二代测序这十几年的发展历程。 表1二代测序部分仪器展示 罗氏454 Illumina Thermo Fisher体系 华大智造 GS FLX Ion Proton BIGseq50 MiniSeq 备注:图片来源于各仪器品牌官网和网络 一、罗氏454 GS测序系统——昔日的辉煌 二代测序于2005年初登舞台,454公司基于焦磷酸测序法推出了Genome Sequencer 20 System(GS 20)系统,开启了边合成边测序(sequencing-by-synthesis)高通量测序的进程。2007年,罗氏公司收购了454,并推出了一系列性能更优的NGS系统,极大的提升测序通量和准确性,也进一步增加了测序读长。虽然罗氏454具有读长优势,但是测序通量和成本始终限制了454平台的推广,因此罗氏在2016年底终止了454 NGS测序相关的业务。 表2罗氏454 GS测序仪器参数对比 读长 平均读长 测序通量 测序长度分布 GS FLX ~600bp 450bp 450M-650M 85%以上的GS FLX+ ~1,000bp 700bp >700M** 85%以上的GS Junior ~500bp 400-500bp 35Mb 99%以上的reads>400bp ; GS Junior+ ~1,000bp 700bp 70Mb reads>300bp;reads>500bp ; 20%以上的45%以上的- reads>500bp 最大reads数 准确度 运行时间 100M 99.995% 10h DNA、cDNA样本要求 或PCR产物 reads>700bp 100M 99.997% 23h DNA或cDNA 10M - 10h 基因组DNA、扩增子、cDNA或BAC等 10M - 18h 基因组DNA、扩增子、cDNA或BAC等 微生物群落多样性分析、复杂环境样品的宏基因组学研究、微生物基应用领域 因组的de novo测序、转录组测序研究,此外还可应用于外显子测序、目标区域捕获、病原菌检测等研究。 备注:数据来源于罗氏官网和网络 二、Illumina测序仪——测序界的巨鳄 2006年,Solexa公司推出了Genome Analyzer系统(简称GA),其包括DNA簇(DNA cluster)、桥式PCR(Bridge PCR)和可逆阻断(Reversible terminator)等核心技术,这使得GA系统在高通量、低成本、应用范围广等方面具有明显优点。2007年,Illumina公司收购了Solexa,并在随后几年间发布了多种测序仪,主要包括两类:低通量的桌面式测序仪和高通量台式测序仪,基本覆盖行业内的各种测序应用,目前占据的测序市场份额超8成。 1、Illumina HiSeq系列 HiSeq系列由Illumina公司2010年推出,该系列非常适合全基因组、转录组测序。2014年1月,Illumina宣布推出HiSeq X Ten测序平台,适用于大规模人群分析,包括10个可平行测序的超高通量测序仪,此系统号称为首个将人类全基因组测序成本降至1000美元或更低的测序平台。 测序原理:利用可逆性末端边合成边测序技术、四通道成像技术,每轮测序反应中存在4种核苷酸。
仪器特点:该系列仪器成本低,灵活性高,通量大。缺点是读长短和对每个测序反应产生的大量
数据的存储和分析系统不足。 应用领域:Hiseq2500适合大规模基因组学,Hiseq3000/4000适合生产级模板的基因组学,Hiseq X Five适合生产级规模的人类全基因组测序,Hiseq X Ten适合群体规模的测序。总体来说,Hiseq系列适合全基因组测序、靶向重测序、全转录组测序、de novo测序、表观遗传调控等。
2、Illumina MiSeq
MiSeq系列由Illumina公司2011年推出,与Hiseq分享主要的核心技术,但是体积和通量更小、价格低,Miseq更佳便于扩增子和细菌样本测序,更佳适合临床使用。
测序原理:可逆性末端边合成边测序技术、四通道成像技术。 仪器特点:易于操作,体积小巧,可进行双向扩增子测序,样本制备简易,具有2x300 bp的读长,
实现高达15 Gb的产出。缺点是不适合WGS和WES测序。