邊連接邊測序(SOLiD和Complete Genomics)
從根本上來說,SBL法包含了雜交和對標記的探針的連接15。探針包含了一到兩個特定堿基序列和一系列通用序列,這可以使得探針與模板之間進行互補配對。錨定的片段則包含一段已知的和接頭互補的序列用于提供連接位點。連接之后,模板被系統進行測序反應16。在錨和探針復合物或者熒光基團被完全移除之后,也或者連接位點重新生成之后,新的循環又重新開始了。
SOLiD平臺使用的是雙堿基編碼的探針,每個熒光基團信號代表了一個二核糖核酸17。因此,原始輸出的數據并非直接和已知的核糖核酸相連。因為有16種可能的二核糖核酸組合并不能單獨結合熒光基團。每四種組合使用一種熒光信號,共有四種熒光信號。所以,每種連接信號代表了幾種可能的二核糖核酸組合。SOLiD測序過程由一系列的探針-錨的結合,連接,圖像獲取以及切割的循環組成。
Complete
Genomics使用探針-錨的連接方式(cPAL)或者探針-錨的合成方式(cPAS)來進行測序14。在cPAL中(圖2b),錨的序列(與四種接頭序列其中之一的互補)以及探針雜交到DNA微球的不同位置。每個循環中,雜交探針是一組特定位置已知堿基序列的探針的一員。每個探針包涵一段已知序列的堿基以及對應的熒光基團。獲取圖像之后,全部的探針-錨復合物被移除,新的探針-錨復合物被雜交。cPAS方法是cPAL的修改版,增加了read的長度;然而,目前來說,該方法還是有局限性的。

圖2: SBL測序原理。
邊合成邊測序(Sequencing-by-synthesis)
SBS的方法是指那些依賴于大量的DNA聚合酶來進行測序的方法。但是,SBS中依然包括了各種不同的測序原理。本文中,SBS方法被分為循環可逆終止(Cyclic
reversible termination, CRT)以及單核糖核酸增加(single-nucleotide addition,
SNA)18。
邊合成邊測序:CRT(Illumina,Qiagen)
CRT方法是根據類似于Sanger測序的終止反應來界定的,其3'-OH基團被屏蔽而被阻止繼續延伸19,20。在反應開始時,DNA模板被一段和探針序列互補的接頭結合,DNA聚合酶也是從這段序列開始結合。每個循環過程中,四種單獨標記的復合物和3'屏蔽的脫氧核糖核酸被添加進反應中。在延伸過程中每結合一個dNTP,其他沒有被結合的dNTPs被移除,并且獲取圖像來確定是那個堿基在某個簇中被結合。熒光基團以及屏蔽基團隨后被移除并且開始一輪新的反應。
Illumina的CRT和其他平臺相比,代表了最大的測序平臺市場。Illumina短讀長測序的設備可以從臺式的低通量單位到大型的超高通量,如應用于全基因組關聯分析(whole-genome
sequencing,WGS)。dNTPs是通過兩個或者四個激光通道來對熒光進行分析的。在絕大多數Illumina平臺上,每種dNTP結合一種熒光基團,因此需要四種不同的激光通道。而NextSeq和Mini-Seq則使用的是雙熒光基團系統。

圖3: SBS測序原理。
2012年,Qiagen獲得了Intelligent BioSystems
CRT平臺,并且在2015年將該平臺命名為GeneReader重新推出并且使之商業化22(圖3b)。與其他平臺不同的是,該平臺打算做一站式的NGS平臺,從樣本制備到數據分析,全部一站式解決。為此,GeneReader系統整合了QIAcube樣本制備系統和Qiagen
Clinical
Insight平臺用于不同的數據分析。GeneReader平臺的技術原理與Illumina平臺基本一致。然而,該平臺并非讓每個DNA模板都去結合帶有熒光基團的dNTPs23,而是只要足夠的dNTPs結合到模板上就可以完成鑒定。