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Nanopore是一种单分子,实时测序的新一代测序方法,其以单分子DNA(RNA)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:
图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。
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read是1Mb。
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
序列数 | 平均读长 | Read N50 | |
Ligation Library | 451,020 | 8,012 | 13,920 |
Rapid Kit Library | 315,684 | 13,796 | 30,397 |
Ultralong reads Protocol | 694,659 | 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。
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。
图2 A:Nanopore 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。
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。
图3:Nanopore 基因组分析流程图。
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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