個要給大家講的,是它這個flowcell。Flowcell翻成中文,就叫“流動池”。
我們來看這個圖片。圖片當中,我們看到一個象載玻片大小的芯片。這個芯片里面,是做了8條通道。在這個通道的內表面,是做了專門的化學修飾。它的化學修飾,主要是用2種DNA引物,把它(2種DNA引物)種在玻璃表面。
這兩種(DNA引物的)序列是和接下來要測序的DNA文庫的接頭序列相互補的。而且這2種引物是通過共價鍵,連到Flowcell上去。之所以要用共價鍵連到Flowcell上去,是因為接下來有大量的液體要流過這個Flowcell,只有有共價鍵連接的這些DNA,才不會被沖掉。這就是Flowcell。
文庫制作
再接下來,講一下文庫、和文庫的制作(過程)所謂的DNA文庫,實際上是許多個DNA片段,在兩頭接上了特定的DNA接頭,型成的DNA混合物。
文庫有2個特點,第1個特點,是當中這一段插入的DNA,它的序列是各種各樣的。第2個特點,它的兩頭的接頭序列,是已知的,而且是人工特地加上去的。要做這個文庫,首先是把基因組DNA,用超聲波打斷。然后打斷之后,兩頭用酶把它補平,再用Klenow酶在3'端加上一個A堿基。然后,再用連接酶把這個接頭給連上去。
連好了接頭的DNA混合物,我們就稱為一個“文庫”。英文也稱作“library”。
橋式PCR
做好了Library之后,就要做橋式PCR了。橋式PCR,實際上是把文庫種到芯片上去,然后進行擴增,這樣的一個過程。
這個過程,首先是把文庫加入到芯片上,因為文庫兩頭的DNA序列,和芯片上引物是互補的,所以,就會產(chǎn)生互補雜交。
雜交完了之后,我們在這里面加入dNP和聚合酶。聚合酶會從引物開始,延著模板合成出一條全新的DNA鏈來。
新的這條鏈,和原來的序列是*互補的。
接下來,我們再加入NaOH堿溶液。DNA雙鏈在NaOH堿溶液存在下,就解鏈了。而且被液流一沖,原來的那個(模板)鏈,也就是沒有和芯片共價連接的鏈,就被沖走了。而和芯片共價連接的鏈,就被保留下來。
然后,我們再在液流池里加入中性液體,主要是為了中和這個堿液,在加入中和液之后,整個環(huán)境變成中性了。這時侯,DNA鏈上的另外一端,就會和玻璃板上的第二種引物,發(fā)生互補雜交。
接下來,我們加入酶和dNTP,聚合酶就延著第二個引物,合成出一條新鏈來;然后,我們再加堿,把2條鏈解鏈解開;然后,我們再加中和液,這時侯,DNA鏈會和新的引物雜交。再加酶,再加dNTP,又從新引物合成出新的鏈來。
連續(xù)重復這一過程,DNA鏈的數(shù)量,就會以指數(shù)方式增長。
制備單鏈
在橋式PCR完成之后,接下來要做的工作,就是要把合成的雙鏈,變成可以測序的單鏈。
辦法是通過一個化學反應,把其中一個引物上的一個特定的基團給切斷掉。
然后,再用堿溶液來洗這個芯片。這時侯,堿讓DNA的雙鏈解鏈,那根被切斷了根的DNA鏈就被水沖掉了。留下那根共價鍵連在(芯片)上面的鏈。
接下來,再加入中性溶液,然后在這個中性溶液里面加入測序引物。
正式測序
好,接下來正式的測序工作就開始了。
那么,在測序的時侯,加入進去的,主要是2個東西:一個是帶熒光標記的dNTP。而這個dNTP,它還有一個特點,它的3'末端是被一個疊氮基堵住的。
然后,再加一個聚合酶,聚合酶就會選擇:哪一個dNTP是和原來位置上的那個堿基是互補的,根據(jù)互補性原理,把這個dNTP合成到新的這個DNA鏈上去。
因為這個dNTP的3'端是被一個疊氮基團堵住了,所以,它一個循環(huán)只能延長一個堿基。然后,它就停在那兒了。
合成完了之后,就用水把多余的dNTP和酶給沖掉。
沖掉之后,就放到顯微鏡下,去進行激光掃描。根據(jù)發(fā)出來的熒光來判斷它是哪個堿基。
因為4種dNTP,它每一種dNTP上面標的熒光素都不一樣,根據(jù)紅、黃、藍、綠,它出來的哪種顏色,那么,就可以倒過來推出來,這個新合成上去的堿基,是哪種堿基。
因為新合成的堿基,是和原來位置(的堿基)是互補的,所以,又推出模板上那個堿基是哪個。
這一個循環(huán)完成之后,就加入一些化學試劑,把疊氮基團和旁邊標記的熒光基團切掉。切完了之后,3'端的羥基就暴露出來。
再接下來,加入新的dNTP和新的酶,然后,又延長一個堿基。新延長完一個堿基之后,把多余的酶和dNTP沖掉,再進行一輪顯微的激光掃描,再讀一下這個堿基是什么。
不斷重復這個過程,可以重復上百次,到幾百次,就可以把上百個堿基,甚至更多堿基的序列讀出來。
讀Index
那么,什么是Index哪?是因為Illumina的評委會個測序量很大,往往一個樣本,用不了那么幾億條DNA。所以,科學家就想了一個辦法。在文庫的接頭上做了一些標記,每一個樣本,它有一個特定的接頭,每個接頭里面,它有一段特定的序列。
這段特定的序列,我們就稱為Index。也有人把它叫做Barcode,反正,表達的是一個意思:這么一段特定的序列,標記了樣本的來源。
那么,要讀這個Index的序列,先用堿把上面這根測完“Read1”的序列,把上面這根DNA鏈給解鏈掉。
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