Iso-seq 必备基础

Iso-seq , 全称叫做 Isoform-sequencing, 是 Pacbio 公司对自己开发的转录本测序技术的规范化命名;是利用三代测序长读长的特点,不打断转录本,直接测序,从而得到全长转录本的一种测序技术。

对于iso-seq 的分析而言,必须掌握以下几个基本概念:

1)ROI

了解过三代测序数据分析的人,对于CCS 环形一致性序列的概念肯定不会陌生,在iso-seq中,提出了比CCS 更加灵活的一个概念:ROI

ROI , 全称 reads of insert,可以理解为插入片段,首先看下三代测序文库构建阶段的reads示意图:

Iso-seq 必备基础

对于上述的文库片段,测序产生的reads 示意图如下:

Iso-seq 必备基础

由于是一个环状分子, 随着测序反应的进行,会循环测序;如果把插入片段的正负链都测了一次,就做1个full pass;

对于CCS 而言,要求至少有2个full pass , 才能去生成CCS  reads; 三代测序的特点就是读长很长,可以达到十几kb, 对于短的插入片段而言,CCS这样定义当然没有问题,但是对于全长转录本

而言,转录本长度很长,比如转录本长度1kb, 读长3kb, 此时在一个零模波导孔(ZMW)中测序的reads 就不可能达到2个full pass , 也就产生不了CCS reads, 为了解决这个问题,提高reads的利用率,提出了ROI 的概念,ROI 指的就是插入片段,上图测序reads 产生的ROI 如下:

Iso-seq 必备基础

ROI 不要求满足2个full pass, 相对CCS 而言,更加适合全长转录本的分析;

2)artifacts

可以理解为,共有两种来源:

# Artificial Concatemer

Iso-seq 必备基础

这种序列是由于文库制备阶段,adapter 序列错误的将两条转录本的序列链接构成了一个环状分子,这个和adapter 浓度有关,通常这种reads 产生的比例很少,小于0.5%, 在后续的分析中,这部分reads 需要去除

# PCR Chimera

Iso-seq 必备基础

在PCR 反应中,由于不完全延伸的产物作为了下次扩增反应的引物,导致出现嵌合体序列,直观上看,就是PCR产物来源于两条或者多条reads;

PCR 产生的嵌合体序列,在PCR 反应体系中,这种序列是不可避免的,大约有3%的比例,在后续的分析过程中,可以借助软件去除这部分reads;

3) FL Reads

FL , Full-length reads, 全长转录本

从raw data 到 ROI , 在从ROI 去除  artifacts reads 之后,我们就得到了用于后续分析的clean reads;

clean reads 就已经是转录本的序列了,我们首先看一下clean reads 当中,哪些是全长转录本;哪些不是全长转录本,这个操作就是分类,classify

全长转录本的示意图如下:

Iso-seq 必备基础

对于全长转录本而言,其ROI reads 中包含5‘ primer 和 3‘ primer; 而且会出现polyA 为结构;(polyA 针对mRNA和部分lncRNA)

对于不同大小的文库,其全长转录本的比例也不同:

Iso-seq 必备基础

可以看到,文库片段越长,全长转录本的比例越低;

4) consensus transcript isoforms

一致性转录本序列,一个ZMW 产生一个转录本的reads, 肯定会有冗余的reads 出现,这是通过聚类(cluster)的方式,就全长转录本序列进行聚类,可以得到一致性的转录本序列;

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