NGS测序为什么需要文库构建?
NGS即Next-generation sequencing,又叫第二代测序技术或者高通量测序技术或者下一代测序技术。
文库是DNA/RNA样本在测序前做的一系列准备,因为原始的核酸样本无法直接用于测序,只有经过处理的样本才能满足测序平台的要求,比如在DNA样本两端添加测序bi备的接头;样本量不足时,可以通过PCR扩增达到上机的要求等。NGS测序为什么需要文库构建?让我们一起来看看吧!
一、DNA文库构建的内容
(1)片段化及末端修复
(2)加接头
(3)PCR
注意:此处忽略磁珠纯化的步骤。
RNA样本的文库构建更加复杂,需将RNA逆转录为cDNA才能进行上述的建库流程,原理相同。
二、gDNA样本在NGS建库前要进行片段化的原因
Illumina测序仪可读取的片段长度范围在50-600bp(图1), 不同测序芯片和测序试剂,对应测序长度不同。而大部分完整人类gDNA长度≥10kb。所以对于大片段的DNA/RNA样本,打断是文库构建的前提。(这个理由同样适用于MGI平台)
DNA测序应用
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应用
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推荐读长
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全基因组测序
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2 X 150 bp
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全外显子测序
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2 X 150 bp
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靶向捕获测序
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2 X 150 bp
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扩增测序
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整个扩增子插入片段长度
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从头测序
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2 X 150 – 2 X 300 bp
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RNA测序应用
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应用
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推荐读长
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转录组分析
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2 X 75 bp
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基因表达谱分析
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1 X 50 bp
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小RNA测序
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1 X 50 bp
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图1.Illumina测序平台针对不同应用推荐的测序读长
三、DNA片段化后要加接头(adapter/index)的原因和意义
一个完整的接头包含三部分:通用引物(P5&P7) + index(i7/i5) + 测序引物(SP1&SP2)(图2)
1. 通用引物用于簇生成,测序引物用于插入片段的测序;
2. 测序平台决定接头序列;
3. index用于区分同一批测序数据的不同样本。当同一张芯片测序样本数≥2时,由index来区分样本。如果一张flow cell只上一个样本,index可以不需要,但是通用引物(P5&P7)和测序引物(SP1&SP2)是必需的。
备注:样本加上完整接头的方式有至少有3种,但是最终文库的接头序列是一致,找时间专门写一个接头不同结构与连接方式的文章。
图2 不同接头结构的文库
四、PCR和PCR-free两种文库的常见性问题
PCR是实现样本量的手段之一。当投入的起始量较低,构建的文库量较少,需要通过 PCR复制模板量,最终达到上机需求的量。反之,当样本起始量足够多的情况下,只需完成接头连接,纯化后即可上机测序。
但是PCR文库比较常见。
1. 大部分样本的起始量并不能直接满足上机需求
2. 不经过PCR扩增的文库,由于接头呈现Y型,其物理结构特殊,容易导致文库质控结果出现偏差
3. 接头与模板比例高,纯化不干净,导致文库的接头残留严重,降低整个文库质量
五、不同试剂盒对样本起始量要求不同
不同试剂盒会有不同的样本起始量要求。试剂盒能满足的样本起始量主要是由它自身酶的灵敏度、特异性以及稳定性决定的。样本起始量越低 (如新冠鼻咽拭子样本),对酶的要求越高,相对的价格也越高。而且针对低起始量样本建库的试剂盒都有各自的技术zhuan利和优势,所以也是价格高的另一个原因。
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