illumina 测序原理

Illumina测序技术（也称为 Solexa 测序，尽管 Solexa 是 Illumina 收购的一个早期公司名称）是一种高通量测序技术，它能够在一块小型的固相支持物上进行大规模并行的DNA测序。Illumina平台因其高精度、灵活性和相对较低的成本而成为了当今基因组学研究中最广泛使用的测序技术之一。下面是Illumina测序的基本原理：

### 初始步骤：文库构建
1. **片段化**：首先将待测的DNA样品通过机械破碎或酶切的方法切割成一定长度的小片段。
2. **末端修复**：使用DNA聚合酶和相关酶类修复DNA片段的末端，使其变为平末端。
3. **接头添加**：在DNA片段两端加上特定的接头序列，这些接头含有用于后续测序的引物结合位点和用于固定在测序芯片上的序列。
4. **富集**：通过PCR扩增（桥式PCR或簇生成）来增加文库DNA的数量，并将其固定在测序芯片上的表面上。

### 测序步骤
1. **桥式PCR或簇生成**：在测序之前，文库DNA会被固定在一个固体表面上（如测序芯片），并且通过多次循环的原位PCR（桥式PCR）或者通过非PCR方法（如簇生成）来生成大量的DNA簇，每个簇代表一个相同的DNA模板。
2. **边合成边测序（Sequencing by Synthesis, SBS）**：在测序过程中，每次只加入一种带有荧光标记的dNTP（脱氧核苷酸三磷酸），并且这种dNTP只有一个碱基。当dNTP与模板配对时，它会被DNA聚合酶添加到新合成的链上，并且发出荧光信号。通过光学系统捕捉到这些信号，即可知道哪个碱基被加入了新链。
3. **信号读取与处理**：每次循环后，未结合的标记dNTP被洗去，然后读取信号。之后，信号被记录下来，并且循环重复，直到整个DNA片段被完全测序。

### 数据分析
1. **数据输出**：每次测序完成后，都会得到大量的短序列reads。
2. **数据处理**：这些reads需要经过一系列的生物信息学分析步骤，如去除接头序列、质量控制、比对参考基因组、变异检测等，最终生成可用于科学研究的数据。

### 特点
- **高通量**：一次运行可以产生数百万甚至数十亿个序列reads。
- **准确性**：由于多次循环的合成和检测，测序错误率相对较低。
- **灵活性**：可以适应不同长度的读长需求，并且适用于各种类型的DNA样品。

Illumina测序技术的发展极大地推动了基因组学、转录组学、表观遗传学等领域的研究进展，使得个人基因组测序、疾病基因定位、物种进化研究等成为可能。随着技术的进步，Illumina也在不断地改进其平台性能，提高测序效率和降低成本。