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Nanopore 第四代测序技术简介

已有 32506 次阅读 2017-10-25 10:21 |个人分类:Nanopore|系统分类:科研笔记| 基因组, 测序, DNA, nanopore

  • 测序原理

Nanopore是一种单分子,实时测序的新一代测序方法,其以单分子DNARNA)通过生物纳米孔的电流变化推测碱基组成而进行测序。具体测序原理如下图所示:


1 Nanopore 测序原理

1.        解螺旋,将双链DNA解开成单链。

2.        DNA单链分子通过一个孔道蛋白,孔道中有个充当转换器的蛋白分子。

3.        DNA单分子停留在孔道中,有一些离子通过带来电流变化,而不同的碱基带来的电流变化是不同的。

4.        转化器蛋白分子感受5个碱基的电流变化。

5.        根据电流变化的频谱,应用模式识别算法得到碱基序列。

测序读长

因为测序原理无需要DNA聚合酶的链式反应,所以不存在DNA聚合酶的失活问题,理论上只要DNA分子不断开,就一直可以通过纳米孔,目前在对于人和大肠杆菌的测序种观测到的read1Mb

要问测多长,请问您提取的DNA是否够长?下边让我给出人基因组的Nanopore测序的数据吧2


表格1三种不同建库方法Nanopore测序情况2

DNA建库方法

序列数

平均读长

Read N50

Ligation Library

451020

8,012

13,920

Rapid Kit Library

315684

13,796

30,397

Ultralong reads Protocol

694659

24,179

99,790


数据说话,Ligation建库方法测序读长的readN50达到14k左右,超长建库方法read N50达到 100k


测序准确率

Nanopore测序准确率和Pacbio持平,为86%左右1-3

测序read的平均准确率为90%(如图二所示),如果选择测序方式,即对于DNA的正负链都进行测序,可以达到96%的准确率。详细的情况见图2



2  ANanopore 对于DNA进行1D和1D2 测序的read平均质量值B: Nanopore测序错误率分布。



高质量基因组

目前,Nanopore的长read主要应用于高质量基因组的组装,尤其是对于高杂合,高重复,大基因组等复杂基因组。2016年前,主要用于一些小基因组如大肠杆菌,酵母,线虫等,目前已经应用在在人,野生番茄,香蕉,欧洲鳗等多个复杂基因组组装上。



3Nanopore 基因组分析流程图。



参考文献

1              Magi, A., Semeraro, R., Mingrino, A., Giusti, B. &D'Aurizio, R. Nanopore sequencing data analysis: state of the art, applicationsand challenges. Briefings inbioinformatics, doi:10.1093/bib/bbx062 (2017).

2              Jain, M. et al. Nanopore sequencing and assembly of a human genome withultra-long reads. bioRxiv,doi:10.1101/128835 (2017).

3              Schmidt, M. H. et al. De novo Assembly of a New Solanum pennellii Accession UsingNanopore Sequencing. The Plant cell,doi:10.1105/tpc.17.00521 (2017).





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1 杨正瓴

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