我感觉看着这个教程自己做应该是没什么问题了。我已经把我知道的所有细节都写清楚了。
本教程主要针对16s这类文库,供参考使用。具体的操作流程还是以Illumina的官方文件为准。
Illumina 机器及试剂介绍
仪器
Illumina测序仪可包括三个部分:Flow cell,试剂及界面。
开机之后就会直接进到这个界面:
上面那个就是sequence测序,左下是perfrom wash仪器清洗。我们一般只会用到这两个。
试剂
共需要三个试剂盒的试剂。
1.是测序试剂盒,包含上机测序需要的各种试剂,以及HT1缓冲液。600 cycle就是2*300 bp;500 cycle就是2*250 bp的盒子。
2.装了测序时使用的Buffer及Flow cell。Flow cell保存在盐溶液中。
3.装了上机前变性需要的NaOH,Phix,和EBT。
其中1和2是必备试剂盒,3号不是测试必备试剂盒,而是最开始安装时调试用的。一般NaOH是自备,PhiX需要单独购买,是个小包装,和这个试剂盒不一样。
这三个盒子上的沙漏表示溶剂过期时间。据别人经验,过期一年内问题不大,还能使用(但是可能会影响测序质量Q)。
1和3需要放在-20度保存。1需要在提前一天从-20放到4度解冻。如果忘了,可以当天直接常温用水泡1.5h。
2一直存放在4度。
注意事项&仪器保养
注意事项
1. 提前开好空调,控制房间温度和湿度!!!
温度和湿度极大地影响试剂效果和光路。温度高测序速度下降,且质量不好。
机器自带制冷装置,理想温度是2-4度。但是一般实验室温度不可能这么低,放测序试剂的地方一定要低于11度,温度符合条件才能测序。
Flow cell温度不能太高,影响测序过程中的升降温,延长测序时间。
湿度大不仅会影响光路,还会使得flowcell上面凝结水滴,导致测序直接失败。
如果机器不用了,即使关了,空调也要一直开着!
界面最下面两个温度,左边是测序试剂地方的温度;右边是Flow cell温度
2. 搬运仪器的时候需要锁住零部件,要让工程师来做。否则机器可能出问题,影响光路。
仪器维修:
仪器的液路和光路可能会出现问题,这时候需要工程师来检查和维修。
机器拆开后的样子。那个黄黄的一坨就是泡沫,用于机器自带制冷的保温。
液路检查,大概半个小时。
先生成Bubble,再全部跑一遍检查。如果都是Pass就没问题。
光路检查,在旁边拍了两张,不明觉厉。
这个需要illumina公司做好的特殊Flow cell,所以这一步我们自己肯定做不了。Z轴(上下)偏差在0.135-0.195之间可以接受。太大说明光路偏差太大,需要调节光路。
仪器清洗
进入主界面后点Perform wash,会出来几个清洗选项。
清洗的时候需要在buffer的瓶子加超纯水,平时放在仪器里的Wash tray所有孔里也要加满超纯水。
Post run wash:每次用完仪器后都要做一下;
Maintance wash:等于3次 post run wash。每次wash~16ml (准确值17.25 ml),一次Maintance wash应该出来48ml废液 (51.75ml)。这个每个月要做一下;
Standby wash: 如果超过7天不用的话就要做一下。
上机前的文库前处理及变性
这一大块最是麻烦的,也是上机前花时间最长的步骤。
文库准备
正常样本的处理过程如下:
-提DNA
-PCR
-切胶回收
-测单个样本浓度
-一定数量样本(~50)混合为一个测序文库
-Qubit定量每个测序文库
-建库过程
-跑胶确认条带正确
-每个文库Qubit定量,测准浓度
需要知道的几个信息
扩增产物 建库adaptor后的总长度;
文库浓度;
每个文库样本量;
每个文库序列类型(16S;ITS;功能基因)
哪些文库更重要,一定要测出来。
可以建立一个表:
文库的稀释与混合
好了,接下来可以开始准备工作了。
-首先要将定量的文库浓度(ng/uL)转化为文库摩尔数(nM),公式为:
浓度*10^6/660/片段长度
其中330为单碱基摩尔质量,双链DNA*2为660。
得到摩尔数后先要稀释到4 nM。这个数是Illumina规定的,必须是4 nM。
(如果上机浓度大于10pM小于20pM,起始变性的文库的浓度是4nM。如果上机浓度小于10pM ,起始变性的文库可以是2nM)
稀释的时候用超纯水稀释。稀释后再用Qubit定量。误差在20%以内就行。
-摩尔数转化为浓度公式:
4*660*片段长度/10^6
公式说明:
稀释完,就要根据数据量;文库的重要性以及片段长度将所有文库按照不同比例混合了。
-哪个文库需要的数据量越多,比例要越高;
-Illumina上机片段长度一般为中值是450bp,一般范围是200-700,大于700bp的长度就要相应减小上机浓度,以保证更好地数据产出。密度如果太高,长的太多了可能会导致Flow cell上的簇一致性比较差,由于片段长,两个簇离得近,在反转的过程中会相互交叉,可能多个簇长到一起,也会降低测序质量Q值。
-文库越重要,比例要越高,保证能多测数据。
如果自己实在拿不准,可向有经验的人请教。
上表最后一列根据这个比例填进去。
把所有文库混到一个小管中,为4 nM的总文库。
变性
变性需要上面做好的文库和Phix一起变性。
Phix:
考虑文库的碱基均衡度需要添加Phix。如一次测序全是16S序列的话,序列同一个位置可能是同一个碱基的几率很高。这样的话荧光全是一个信号,太强了不利于成像。因此需要加入Phix平衡碱基,使每个位置都有不同的碱基。
Phix正常可加10%,非常不均衡可以加到25%。
Phix为10 nM,先取2uL Phix 3uL EBT,稀释为4 nM。(这一步可用EBT或者无核酸酶的水,不能用HT1)
NaOH为2N的,需要先稀释到0.2N。如5uL NaOH 45uL 水。(不要只取1uL稀释,误差太大)
然后5uL的文库和5uL的Phix分别加入5uL NaOH,室温放置5 min变性。
之后两者分别加入990 uL的HT1,这样就构建好了20 pM的文库和Phix。体系为1000 uL。
一般来说20 pM浓度有点高,可进一步将文库和Phix用HT1稀释到16 pM(个人经验,可根据片段类型调整)。再加入250 uL的HT1就好了。
如果要加25%的Phix,可取450 uL文库,加入150 uL Phix。
总体积不要小于600 uL就行。因为最后测序需要加入的总体积为600 uL。
注意:
- NaOH稀释好及最后上机前,最好测一下pH。两次pH值大约为~13和~8。如果上机前这一次pH偏高,需要重新稀释及混合试剂。
- HT1会剩下来很多,尽量不要留着下次接着用,可能会引入污染。
- 测序试剂盒用之前要颠倒混匀。之后要从下面看,确认每个孔都没有气泡。
- 将上述600 uL溶液加入试剂盒左上标有Load sample的孔,确认不要有气泡。
Flow cell
Flow cell装在一个盐溶液的小管中,拿出来用超纯水反复冲洗,把盐溶液都冲洗干净。
然后用擦镜纸小心地擦干净待用。
变性过程还可参考Illumina官方文档:
Denature and Dilute Libraries Guide
上机
建立sample sheet
先打开Illumina experiment manager软件,点create sample sheet.
选择测序仪:
因为我们是扩增子测序,要的是Fastq文件,category选Other,Application选Fastq Only.
测序试剂盒的编号要完全正确且唯一。机器可以识别出来是不是真的,是不是用过的,以及啥时候会过期。
文库类型选哪个都行。
Index类型根据自己使用的选就行。我们用的是单端Index就选1。双端选2。
Cycle数,填的数字要 1,即我们是2*300的盒子,写301,最后测序出来的序列长度为301。如果是250的盒子,写251。
右边选项默认选最后两个,测序完按照Index将不同的文库拆分出来。
然后把文库的名字以及对应的Index填进去就行了。Illumina有两种Index,分别是6个碱基和8个碱基。可以直接在下拉菜单中选Illumina的Index,也可以自己输进入。
这个Index即使填错了也没关系,等测序结束后重新输入进去再拆分样本就可以了。
放入各种试剂
直接点击Sequence,数据是否要连网上传,不用选:
把flow cell放进去:
把测序试剂放进去:
把buffer和废液瓶放进去:
确定文件存放位置:
再确认一下测序信息:
最后一步程序自检,等几分钟全是对号没有问题就可以Start Run了~
测一个碱基~4min。如果是2*250 bp的测序,大概整个流程需要40h。2*300 bp时间就更长些。
测序开始之后~2.5h成簇,即Cluster Density值会显示。再过一会Clusters Passing Filter(簇通过率),Estimated Yield(估计测序产量)以及Q30的比例都会出现。
Cluster Density推荐是V2的盒子950-1200,V3盒子1200-1400,但是对于16S碱基不均衡文库,建议簇密度在1000左右比较好。密度太低是序列没有成功的“长”在Flow cell上,最后产物会很低。密度太高表明长的太多了,荧光信号太强同样不利于成像,测序结果也不好。
其他参数值当然越高越好。
测序之后
测序完成后别忘了进行Post wash。下机以后是需要0.5%的吐温20清洗2次后,再超纯水清洗后放置。
测序试剂盒的废液有毒,不能直接倒入下水道,需存放在装废液的地方。
要查看测序质量信息,可在Illumina Sequencing Analysis Viewer这个软件中进行。
打开后需要导入同一个文件夹中的三个文件:
在左上角分为四块:
Analysis中有各种质量信息:
Imaging一般用不到,Summary总结了测序的产出,错误率,Q30比例等信息。Read1和Read3分别是正向和反向序列;Read2(I)是Index。
最后一个Indexing包含了测出来的Phix的比例,以及每个文库的产出。
到此,Illumina上机测序全流程就结束了。
之前写过两篇文章介绍测序相关内容:
测序踩的坑
MER:评估Miseq测序仪测序质量的工具