簡介
Ion Torrent是最新一代的測序技術,它的核心技術是使用半導體技術在化學(xué)和數字信息之間建立直接的聯系。在半導體芯片的微孔中的微球上固定DNA鏈,随後(hòu)依次摻入ACGT。随著(zhe)每個堿基的摻入,釋放出氫離子,在它們穿過(guò)每個孔底部時(shí)能(néng)被檢測到,通過(guò)對(duì)H+ 的檢測,實時(shí)判讀堿基。
Ion Torrent由于硬件設備無需光學(xué)檢測和掃描系統,并且使用天然核苷酸和聚合酶、無需焦磷酸酶化學(xué)級聯,無需标記熒光染料和化學(xué)發(fā)光的配套試劑,因此測序成(chéng)本低,其應用範圍涵蓋Sanger方法和已有高通量測序技術的應用,如基因組DNA序列測定(微生物基因組測序、線粒體測序、靶向(xiàng)測序)、DNA擴增子測序等。
技術原理
DNA聚合酶以單鏈DNA爲模闆,按堿基互補原理,合成(chéng)互補的DNA鏈。DNA鏈每延伸一個堿基時(shí),就(jiù)會(huì)釋放一個質子,導緻局部PH變化。
Ion Torrent半導體測序芯片的每個微孔裡(lǐ)微球表面(miàn)含有大約 100萬個 DNA分子拷貝。測序時(shí)一個個核苷酸分子連續流過(guò)芯片微孔。如果核苷酸與特定微孔中的 DNA分子互補,則該核苷酸被合成(chéng)到 DNA分子中,并且釋放氫離子,該孔溶液的 PH發(fā)生變化。離子傳感器檢測到 PH變化後(hòu),即刻便從化學(xué)信息轉變爲數字電子信息。如果 DNA鏈含有兩(liǎng)個相同的堿基,則記錄電壓信号是雙倍的。如果堿基不匹配,則無氫離子釋放,也就(jiù)沒(méi)有電壓信号的變化。這(zhè)種(zhǒng)方法屬于直接檢測 DNA的合成(chéng),因少了CCD掃描,熒光激發(fā)等環節,幾秒鍾就(jiù)可檢測合成(chéng)插入的堿基,大大縮短了運行時(shí)間。
微孔中有Ion SphereTM微粒,微粒上含有DNA模闆,結合一個核苷,則釋放一個質子,導緻微孔中PH變化。離子傳感器檢測PH變化,并將(jiāng)化學(xué)信号轉換成(chéng)數字信号。
■技術流程
■數據分析
綜合使用Ion Torrent PGMTM的開(kāi)源數據分析軟件Torrent Suite及其功能(néng)豐富的插件系統,結合Torrent Browser軟件以及多種(zhǒng)第三方軟件,可實現從測序儀上的信号捕獲和轉換、測序數據結果的可視化展示直到深入的生物學(xué)意義的完整分析方案。
Torrent Suite軟件可對(duì)Ion Torrent PGMTM産生的數據進(jìn)行初步分析,實現捕獲電信号值,并經(jīng)計算轉換爲堿基序列。進(jìn)一步可通過(guò)Torrent Browser軟件得到質量控制指标及堿基序列,從而确定測序實驗的質量,參照指控信息篩選出的高質量的序列進(jìn)入下一步分析。
Torrent Suite功能(néng)豐富的插件系統可實現對(duì)測序數據的多種(zhǒng)分析,包括序列拼接、突變分析、SNP分析等。配合使用其他第三方軟件,即可現完整靈活的生物信息分析,如定量、功能(néng)注釋、功能(néng)分類、新基因及調控區域預測等,從而深入挖掘測序數據的生物學(xué)意義。
■技術優勢
l 更簡單:系統無激光光源,無光學(xué)系統,無照相系統;
使用無标記的核苷酸及酶進(jìn)行測序,本底幹擾低;
通過(guò)對(duì) H+的檢測,可以改善堿基判讀準确性。
l 更快速:标準測序時(shí)間僅爲2~3小時(shí),24小時(shí)之内可完成(chéng)6~8輪實驗;
達 Sanger測序方法每天測序通量的數千倍以上;
彌補了已有高通量測序方法“無快速測序模式”的缺陷。
l 更靈活:通量爲10M,100M和1G測序芯片可以任意選擇。