表一:NGS平臺概述。


單分子長讀長測序(PacBio和ONT)
最近這段時間,最常用的長讀長測序法平臺就是使用PacBio Biosciences(PacBio)57的單分子實時測序法(single-molecule real-time sequencing, SMRT)(圖5a)。該設備使用了一個特制的流動單元,其中包含了成千上萬的單獨的底部透明的皮升孔(picolitre wells)——zero-mode waveguides(ZMW)58。短讀長SBS技術需要使得聚合酶結合DNA,沿著DNA進行擴增,而PacBio則固定聚合酶在空的底部,讓DNA鏈通過ZMW。由于有聚合酶有固定的位置,因此該系統可以對單分子DNA進行測序。dNTP結合在每個孔的單分子模板上,通過激光或者成像設備記錄ZMW底部標記在核糖核酸上的發射波長的顏色與持續時間來進行序列的讀取。聚合酶在結合dNTPs的過程中,切割dNTP結合的熒光基團,使得熒光基團在第二個標記的堿基進入ZMW前將前一個熒光基團去除。SMRT平臺也使用了獨特的環狀模板,這種方式的模板可以使得聚合酶反復讀取模板的序列。盡管這種方法不太容易對長度大于3kb的片段反復讀取,但是短的模板卻可以反復讀取多次57,59。由于多次讀取同一序列,因此系統會產生多次測序后的保守序列(consensus sequence, CCS)。
2014年,第一個消費級別的nanopore測序儀的原型機——MinION在Oxford Nanopore Technologies(ONT)誕生。與其他平臺不同的是,nanopore測序儀并不監測模板DNA結合或雜交的核糖核酸。其它平臺通過監測次級信號,光,顏色或pH等來進行堿基序列的讀取,二nanopore則直接對天然的ssDNA分子進行讀取。為達成此,DNA需要通過一個蛋白孔(protein pore)(圖5b),孔也會因為DNA分子的通過導致的電壓阻塞(voltage blockade)的發生。對這些電荷瞬時的追蹤稱為squiggle space,特定DNA序列通過孔會產生特定的電壓改變,這被稱為k-mer。相比于1-4種可能的信號,nanopore擁有1000多種可能的k-mer,尤其是當天然DNA序列中存在修飾的堿基的時候。最近的MK1 MinION流動單元由特殊應用的芯片組成,包涵了512個獨立的通道,每秒可以讀取70bp長度,到2016年預計能夠增加到500bp/秒。新推出的PromethION設備是包含了48個獨立流動單元的高通量平臺。該項工作最多可以在2天內輸出~2-4Tb的數據量,這使可能其成為HiSeq X系列的強力競爭者。與PacBio的環狀模板類似的是,ONT MinION使用一個leader-harpin library結構。這使得正向DNA鏈可以通過孔,接著harpin蛋白結合雙鏈,最后是反義鏈。這產生了1D和2D reads,1D鏈可以通過比對產生一個保守的2D read。