基因测序

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基因测序仪
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基因测序仪
产品型号DNBSEQ-T7MGISEQ-2000MGISEQ-200MGISEQ-2000 FAST
产品特点超高日通量灵活高效快速
最强应用大中型测序项目全基因组、外显子组、转录组测序,以及更多小型基因组测序,靶向DNA和RNA测序,低深度全基因组测序全外显子组,肿瘤检测和Metagenomics
芯片类型FCFCL & FCSFCL & FCSFCS
LANE/芯片++1 lane2 或4 lane1 lane2 lane
运行模式超高通量大通量中通量中高通量
最大通量/RUN6Tb1440Gb150Gb330Gb
有效READS数/芯片5000M1500-1800M500M / 100M550M
平均运行时间PE150<24小时~38小时10-66小时12-37小时
最小读长PE100SE50SE50SE100
最大读长PE150SE400PE150PE150
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MGI测序仪应用推荐

方向应用样品来源文库制备推荐机型测序及分析应用分析和报告解读
孕产NIPT外周血
MGISEQ-200
PGS单细胞
MGISEQ-200
CNV羊水,绒毛,流产组织
MGISEQ-200
遗传病检测WGS血液,唾液,gDNA
MGISEQ-2000,DNBSEQ-T7
WES血液,唾液,gDNA
MGISEQ-200,MGISEQ-2000 FAST,MGISEQ-2000
微生物检测病原快检血液,脑脊液,肺泡灌洗液
MGISEQ-200,MGISEQ-2000 FAST
肠道微生物粪便
MGISEQ-200,MGISEQ-2000 FAST
单菌鉴定和耐药分析血液培养
MGISEQ-200
肿瘤全外显子肿瘤解决方案FFPE,组织,血液
MGISEQ-2000 FAST,MGISEQ-2000
突变热点检测FFPE,组织
MGISEQ-2000 FAST,MGISEQ-200
BRCA1/2检测血液、唾液、宫颈脱落组织
MGISEQ-2000 FAST,MGISEQ-200
肺癌ALK、NTRK1、NRG1、 RET、ROS1、FGFR3等常见 融合变异FFPE、组织
MGISEQ-2000 FAST,MGISEQ-200
植物分子育种组织,GDNA
MGISEQ-2000 FAST,MGISEQ-2000
植物WGS组织,GDNA
MGISEQ-2000 FAST,MGISEQ-2000,DNBSEQ-T7
RNA转录组测序组织,细胞,GDNA,RNA
MGISEQ-2000 FAST,MGISEQ-2000
RNASEQ组织,细胞,GDNA,RNA
MGISEQ-2000 FAST,MGISEQ-2000
法医个体识别血液、毛发、唾液等MGISEQ-2000 FAST,MGISEQ-2000
亲子鉴定血液、毛发、唾液等
MGISEQ-200
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DNA纳米球测序技术DNBSEQ<span class="tm">TM</span>
DNA纳米球测序技术DNBSEQTM
完美结合了DNB的低错误积累和规则阵列芯片的高信号密度,大幅提高检测的准确性。具体表现在如
WGS/WES等应用,产出数据重复序列率低,减少数据浪费。
MGI基因测序仪核心技术
华大智造基因测序仪采用先进的DNBSEQTM测序核心技术,通过仪器气液系统先将 DNA纳米球 (DNA nanoball, DNB)泵入到规则阵列芯片(Patterned Array)并加以固定,然后泵入测序模板及测序试剂。测序模板与芯片上的DNB的接头互补杂交,在DNA聚合酶的催化下,测序模板与测序试剂中的带荧光标记的探针相结合。然后由激光器激发荧光基团发光,不同荧光基团所发射的光信号被相机采集,经过处理后转换成数字信号,传输到计算机进行处理,可以获取待测样本的碱基序列信息。
所有跟DNB相关的测序技术都属于DNBSEQTM。DNBSEQTM测序技术主要包括: DNA单链环化和DNB制备,规则阵列芯片(Patterned Array),DNB 加载, cPAS (combinatorial Probe Anchor Synthesis 联合探针锚定聚合测序法), 双端测序技术,以及配合的流体和光学检测技术和碱基识别算法等。cPAS已经广泛地应用于BGISEQ-500,BGISEQ-50,MGISEQ-200,MGISEQ-2000以及DNBSEQ-T7等测序平台。
DNBSEQTM测序技术与其他现有的测序技术相比,比较突出的特点是完美结合了DNB的低错误积累和规则阵列芯片的高信号密度,大幅提高检测的准确性。具体表现在如WGS/WES等应用,产出数据重复序列率低,减少数据浪费;基于PCR free的建库方法,有更好的SNP和InDel准确性;此外,BGISEQ/MGISEQ系列测序平台的标签跳跃少,能有效降低“张冠李戴”的情况。
DNB制备技术
DNB制备技术包括DNA单链环化及DNB 制备。
DNA单链环化
是将带有接头序列的双链DNA(DOUBLE-STRANDED DNA,DSDNA),通过高温变性形成单链DNA (SINGLE-STRANDED DNA,SSDNA),环化引物与SSDNA的两端互补配对,在连接酶的催化下,SSDNA的首尾相连接,形成单链环状DNA
DNB制备
以单链环状DNA为模板,在DNA聚合酶作用下进行滚环扩增(ROLLING CIRCLE AMPLIFICATION, RCA),将单链环状DNA扩增到100-1000拷贝扩增产物称为DNB(图2)。DNB通过简单的质量浓度质控后,就可以用于下一步的上机测序,操作简单,且不需要昂贵的定量设备和耗材。

基于RCA的线性扩增技术,每次扩增都是以原始的DNA单链环为模板,使用保真性极高的聚合酶,使得在DNB的所有拷贝的同一个位置上出同样的错的几率几乎是零。RCA扩增技术有效的避免了PCR扩增错误指数积累的问题,从而大大提高测序的准确性。
规则阵列芯片和DNB加载

规则阵列芯片(PatternedArray)

采用先进的半导体精密加工工艺,在硅片表面形成结合位点阵列,实现DNA纳米球的规则排列吸附。阵列芯片修饰位点的间距均一,每个位点只固定一个DNB,可保证不同纳米球的光信号不会互相干扰,这不仅保证了测序准确度,而且提高了测序芯片的利用效率,提供了最高的成像效率和最优的试剂用量。

DNB加载
DNB在酸性条件下带负电,在表面活化剂的辅助下,通过正负电荷的相互作用,被加载到芯片中有正电荷修饰的活化位点的过程,称为DNB加载。DNB与芯片上活化位点的直径大小相当,尽可能避免了多个DNB 结合到同一个位点的情况,从而大大提高了有效的DNB的利用比率
cPAS技术

在DNA聚合酶的催化下,DNA分子锚和荧光探针于DNB上进行聚合,洗脱掉未结合的探针后,在激光的作用下荧光信号被激发,随后高分辨率成像系统对光信号进行采集,光信号经过数字化处理后,获得当前待测碱基的信息,然后加入再生洗脱试剂,去除荧光基团,进入下一个循环的检测。

华大智造优化了大量的反应条件,从上万个酶突变体中筛选得到最优秀的测序酶,使生化反应时间可以缩短到1分钟以内。



二链测序

在完成一链测序后,加入具有链置换功能的DNA聚合酶进行DNA二链合成反应,在持续的延伸过程中,当遇到双链结构的时候,在DNA聚合酶的解旋作用下,完成边解旋边复制的反应,形成大量的单链DNA作为二链测序的模板(图5-中),然后杂交二链测序引物,开始二链的cPAS测序。

利用DNA聚合酶的链置换特性,实现了DNB的双端测序,而且重新合成的二链拷贝数更多,能够获得更强的荧光信号,有效的提高了测序的准确性。


碱基识别(Base calling)算法

旨在根据各个通道的光信号强度完成碱基识别并计算每个碱基的质量得分。通过对已有数据模型的训练,建立信号的特征和测序错误的对应关系,在进行碱基识别的时候,根据每个碱基的信号特征输出预估的错误率。 质量得分根据phred-33质量得分标准。

华大智造自主开发的Sub-pixel Registration算法,使图像配准精确度达到了亚像素级别,大大提高了碱基识别的准确度。

此外,通过GPU加速的方法,在更高精度的算法条件下实现了200倍以上的加速,在提高识别准确率的同时实现了图像处理和碱基识别的实时化,数据处理速度处于同行业领先水平。