高通量基因测序相位问题的校正研究_叶丙刚
DNA测序技术中的错误校正算法研究
DNA测序技术中的错误校正算法研究DNA测序是现代生命科学的关键技术之一。
它可以揭示生物体的基因组信息，为研究生物学和医学提供强有力的工具。
然而，测序过程中会出现许多难以控制的误差和噪声，对结果的精确度和准确性造成很大的影响。
在过去几年中，错误校正算法已经成为提高DNA测序精确性的重要方法之一。
本文将对DNA测序技术中的错误校正算法进行研究和介绍。
I. 介绍DNA测序技术是一种利用化学或物理方法确定DNA核酸序列的技术，是基因组研究和诊断学的基础之一。
在测序过程中，由于DNA的碱基彼此十分接近，并且DNA的长链序列很容易出现误差和噪声。
这些误差包括机械、化学和光学方面的系统误差，以及生物学上的随机错误。
为了提高DNA测序的精确性和准确性，研究人员已经开发出许多方法和算法来校正这些错误，并提高测序的质量。
当前，研究人员主要采用的方法是统计学、概率论、贝叶斯定理和机器学习等方法，以及各种错误校正算法。
II. DNA测序技术中的错误校正算法DNA测序的错误校正算法包括基于阈值的算法、距离阈值算法、宏基因组算法、卷积神经网络算法等。
这些算法不仅可以提供更好的质量测量，而且还可以有效提高正确率和准确率，并提高对测序错误的容忍度和适应能力。
下面对其中的一些算法进行介绍。
1. 基于阈值的算法基于阈值的算法是一种简单而直观的方法，它基于数量阈值或质量阈值来过滤低质量或不可靠的序列信息。
它实际上是对DNA测序数据进行预处理，去除不必要的或错误的数据，减小误差和噪音对测序结果的影响。
2. 距离阈值算法距离阈值算法是一种通过计算序列间距离、相似度、匹配度等来筛选测序结果的算法。
它可以将相似的序列归为同一类别，对同一类别的序列采用一些特定的处理方式，从而提高测序结果的准确性和精确性。
3. 宏基因组算法宏基因组算法是一种通过将整个序列分成多个小区域，然后对这些子序列进行分析的方法。
这样做可以提高序列的可重复性、可预测性和稳定性，从而降低误差和噪音对测序结果的影响。
《甲基弯曲菌PRM1全基因组测序及植物互作相关基因组比较分析》范文
《甲基弯曲菌PRM1全基因组测序及植物互作相关基因组比较分析》篇一一、引言近年来，微生物与植物互作关系的研究成为了生命科学领域的热点之一。
甲基弯曲菌PRM1作为一种常见的植物内生菌，其与植物之间的互作关系对于理解微生物与植物共生的机制具有重要意义。
全基因组测序技术的快速发展为研究甲基弯曲菌PRM1与植物互作的分子机制提供了新的工具。
本文旨在通过对甲基弯曲菌PRM1全基因组测序及其与植物互作相关基因组进行比较分析，揭示其与植物互作的分子机制及潜在的应用价值。
二、材料与方法2.1 样品采集与基因组测序本实验选取甲基弯曲菌PRM1作为研究对象，采集其纯培养物，进行全基因组测序。
首先，利用提取试剂盒提取细菌总DNA，然后构建基因组文库并进行高通量测序。
2.2 基因组比较分析将测序得到的甲基弯曲菌PRM1基因组序列与已知的植物内生菌基因组进行比对，分析其基因组成、基因表达及调控等方面的差异。
同时，结合植物与甲基弯曲菌PRM1的互作实验数据，分析基因在互作过程中的作用。
三、结果与分析3.1 全基因组测序结果通过高通量测序技术，我们得到了甲基弯曲菌PRM1的高质量全基因组序列。
经初步分析，该菌株基因组大小为X百万碱基对（Mb），包含多个编码区和非编码区。
3.2 基因组比较分析将甲基弯曲菌PRM1的基因组与其他植物内生菌的基因组进行比较，发现其具有较高的相似性。
在基因组成方面，两者共享了许多共同的基因，同时也存在一些独特的基因。
这些独特基因可能涉及到甲基弯曲菌PRM1与植物的特异互作。
3.3 植物互作相关基因分析通过分析甲基弯曲菌PRM1与植物的互作实验数据，我们发现了一些与互作过程相关的基因。
这些基因主要涉及到细菌的附着、定殖、信号传导及代谢等方面。
其中，某些基因的表达水平在互作过程中发生了显著变化，可能对互作结果产生重要影响。
四、讨论通过全基因组测序及与植物内生菌的基因组比较分析，我们揭示了甲基弯曲菌PRM1的基因组成及其与植物互作的分子机制。
高通量基因组学分析下种子萌发的基因表达
高通量基因组学分析下种子萌发的基因表达种子萌发是植物生长的重要阶段之一，也是植物生命周期的起点。
对于农业生产和林业经营而言，种子质量的好坏直接影响到产量。
因此，研究种子萌发及其过程中的基因表达调控机制对于植物生长发育的研究和种植业的发展具有重要意义。
高通量基因组学技术的发展为种子萌发的研究提供了新的思路和手段。
一、高通量基因组学分析高通量基因组学是指应用多种高通量技术对生命体系中的特定生物分子（如DNA、RNA、蛋白质等）进行大规模分析的方法，它是生命科学研究的重要工具之一。
高通量基因组学技术包括DNA芯片技术、RNA测序技术和蛋白质组学技术等。
在种子萌发的研究中，RNA测序技术是最常用的高通量技术之一。
RNA测序技术可以对种子萌发过程中的基因表达进行全基因组范围内的检测和分类，进而系统性地研究种子萌发相关基因的表达调控机制。
此外，在RNA测序技术的基础上，还可以应用足够的测序深度和均衡性来检测低表达基因和不同表达剪接变异。
二、种子萌发的基因表达调控机制种子萌发过程中，伴随着物质代谢、细胞分裂和细胞分化等生理过程的展开，大量基因会表达出来以影响植物的生长发育。
不同基因表达的时机和水平的调控对于种子萌发的成功和植物的生长发育有着至关重要的作用。
以拟南芥为例，半乳糖凝胶酶（β-galactosidase, BGLU）基因在种子萌发与干旱早期诱导反应中发挥重要作用。
研究表明，BGLU基因在种子萌发过程中表达的峰值与种子萌发后期细胞分裂和细胞伸长的发生密切相关。
在种子萌发过程中，ABA（abscisic acid）和GA（gibberellin）等激素对于种子萌发的进程和细胞分化发挥着重要作用。
这些激素参与基因表达的调控、信号传导和修饰，从而对种子萌发过程中的基因表达产生影响。
三、高通量基因组学技术在种子萌发研究中的应用高通量基因组学技术在种子萌发研究中发挥着重要作用。
通过RNA测序技术检测种子萌发过程中的基因表达情况，可以识别出许多关键的调节因子和代谢途径，以及不同物质在种子萌发过程中的作用。
基因调节和表观遗传学研究中的分析方法
基因调节和表观遗传学研究中的分析方法基因调节和表观遗传学是现代分子生物学中的研究热点。
随着技术的进步，人们对基因的调控机制和表观遗传学的影响研究也越来越深入。
在这一过程中，分析方法起到了至关重要的作用。
1. 表观遗传学的分析方法表观遗传学是指细胞内遗传信息的非 DNA 序列层面的调控和遗传传递。
主要是指 DNA 上修饰或非编码 RNA 调控基因表达和遗传状态的稳定性。
表观遗传学的主要研究内容包括 DNA 甲基化、组蛋白修饰、非编码 RNA、染色质重构等多个方面。
因此，对表观遗传学的研究需要采用多种分析方法。
(1) Chip-seq技术Chip-seq技术是一种高通量测序技术，可以直接测序分析DNA结合蛋白的结合区域。
如去甲基化DNA甲基转移酶1（DNMT1）可以通过特定抗体沉淀，采用Chip-seq技术可以高通量测定转录调节因子在基因组上的结合区域以及甲基化状态。
Chip-seq 平台的开发和应用解决了过去无法对某些关键成分的定位问题，在表观遗传学领域中得到广泛应用。
(2) RNA测序技术RNA测序技术是指以高通量测序为基础，对RNA分析的一种方法。
早期的RNA测序技术只能分析转录本的数量和区域，而现在RNA测序技术发展到了单细胞水平，可以分析基因的表达量的动态变化。
这种技术广泛用于研究基因表达调控的细节和动态过程。
(3) MeDIP-seq技术MeDIP-seq 技术是一种依靠甲基化特异性抗体检测基因组 DNA 甲基化水平的技术。
可以高通量测定转录调节因子在基因组上的结合区域以及甲基化状态。
这种技术广泛应用于研究 DNA 甲基化模式和人类疾病的关联。
2. 基因调节的分析方法基因调节是指细胞在外界刺激或内在信号调节下对基因表达的调节。
基因调节技术的发展可以帮助科学家更好地探究基因表达的调控机制和对疾病的影响。
(1) CRISPR/Cas9技术CRISPR/Cas9技术是目前最常用的基因编辑技术。
基于高通量测序技术的基因组结构变异检测算法
基于高通量测序技术的基因组结构变异检测算法高敬阳;齐飞;管瑞【摘要】基因组结构变异的检测是生物信息学的重要方向之一.本文分别对基于高通量测序技术的双末端映射方法、映射分布方法、分裂片段方法和序列拼接方法等检测技术的四种算法进行详细的解读和说明,阐述了以上四种方法两两结合的检测算法,并分析了各种检测方法的性能和适用的条件,说明混合结合的方法将会成为未来发展的方向.【期刊名称】《生物信息学》【年(卷),期】2014(012)001【总页数】5页(P5-9)【关键词】生物信息学;高通量测序技术;结构变异(SV)【作者】高敬阳;齐飞;管瑞【作者单位】北京化工大学信息科学与技术学院,北京100029;北京化工大学信息科学与技术学院,北京100029;北京化工大学信息科学与技术学院,北京100029【正文语种】中文【中图分类】R318.04DNA测序技术即基因测序技术是研究基因组结构变异的重要方法。
基因组结构变异是指一定长度范围的DNA序列上的差异，包括缺失、插入、重复、倒置等［1］。
如何利用测序技术检测基因组结构变异中的插入、缺失、重复、倒置等情形是问题的关键。
目前基于测序技术的算法主要有四种，分别是双末端映射、映射分布、分裂片段和序列拼接技术。
前三种技术均通过将短序列片段(Reads)映射到参考基因组上，通过对比个体基因组和参考基因组之间的差异信息来确定基因组结构变异，而序列拼接方法是通过拼接算法将短序列片段组装还原个体的整个基因，然后将这个拼接好的基因同参考基因组做对比来检测结构变异。
相比之前的 sanger测序技术［2－3］而言，高通量测序技术有着测序速度快、耗费低等优点［1，4］，人类全基因组测序使用高通量测序仪只需数千美元不到一个月即可完成［5－6］，但高通量测序产生的测序片段并没有sanger测序结果准确，所以使得基于高通量测序的四种算法在未来的研究中有很大的改进和提升空间［7］。
1 结构变异检测方法1.1 双末端映射方法双末端映射方法(Paird-end mapping)也称为片段对方法(Read-pair)，其首先通过高通量测序技术获得大量个体基因片段对，得到这些片段对中的如碱基的组成、片段的长度以及片段对之间的距离等信息，然后利用基于比对算法BWT、BWA、MAQ等的映射工具，将这些片段对映射到参考基因组上，获得如片段对在参考基因组的映射距离以及映射方向，最后将这些映射的信息与个体基因片段对信息进行对比，从而检测出基因组的结构变异。
改良CTAB法在核桃叶片基因组DNA提取中的应用研究
改良CTAB法在核桃叶片基因组DNA提取中的应用研究宋艳波;吴国良;牛洪斌
【期刊名称】《山西农业大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2011(031)002
【摘要】核桃叶片中酚类、多糖和蛋白含量丰富,影响了基因组DNA的提取.以CTAB法为基础进行了改良,并对核桃叶片基因组DNA进行提取.结果表明,通过在研磨时添加PVPP后的改良CTAB法不仅操作简单,经济高效,而且去除多糖和多酚类物质彻底,能成功用于核桃的基因克隆研究,在核桃DNA提取中值得大力推广使用.
【总页数】4页(P109-112)
【作者】宋艳波;吴国良;牛洪斌
【作者单位】山西农业大学生命科学学院,山西太谷030801;河南农业大学园艺学院,河南郑州450002;河南农业大学国家小麦工程技术研究中心,河南郑州450002【正文语种】中文
【中图分类】Q343.1+2
【相关文献】
1.增稠、乳化剂在可冲调型核桃燕麦谷物浓浆中的应用研究 [J], 杜长江;范俊华;肖志剑;张文
2.面向对象技术在压气机叶片造型设计中的应用研究—通用压气机叶片造型系统[J],
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一种高通量筛选植物基因组差异等位表达的基因的方法[发明专利]
![一种高通量筛选植物基因组差异等位表达的基因的方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/365358ddeefdc8d377ee325b.png)
专利名称：一种高通量筛选植物基因组差异等位表达的基因的方法
专利类型：发明专利
发明人：张德强,轩安然,宋跃朋
申请号：CN201811563126.4
申请日：20181220
公开号：CN109338011A
公开日：
20190215
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供了一种高通量筛选植物基因组等位不平衡表达的杂合变异位点的方法，属于遗传学研究领域，包括以下步骤：1)外源调控因素处理植物材料获得处理样品；2)提取处理样品和对照样品的总RNA，构建链特异性测序文库并进行高通量测序；3)过滤所述原始测序数据获得clean reads；4)将所述clean reads分别与参考基因组进行比对获得比对结果；5)删除比对结果中多余复制读段，将出现INDEL位点周围的序列进行重新比对获得最终比对结果数据；6)将所述最终比对结果数据进行等位位点变异筛选获得等位不平衡表达的杂合变异位点。
所述方法解决了在等位水平上解析基因组对外界环境响应的分析难题。
申请人：北京林业大学
地址：100000 北京市海淀区清华东路35号
国籍：CN
代理机构：北京高沃律师事务所
代理人：刘奇
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DNA测序错误校正和基因组重建方法研究
DNA测序错误校正和基因组重建方法研究DNA测序是基因组研究中的一项关键技术，它通过测量DNA链中的碱基序列来获取基因组的信息。
然而，由于测序技术本身的限制和实验中的误差，测序结果往往存在错误。
为了准确地还原基因组的信息并开展后续的研究，科学家们不断研究改进DNA测序错误校正和基因组重建的方法。
错误校正是DNA测序过程中必要且关键的步骤，它目的是对测序结果中的错误进行纠正，以提高数据的准确性。
当前的错误校正方法主要包括基于质量值的方法和基于参考基因组的方法。
基于质量值的错误校正方法主要利用DNA测序中伴随测序数据的质量值信息来纠正错误。
质量值是对测序结果可信度的评估，它通常以ASCII码形式存储在测序数据中。
在基于质量值的错误校正方法中，首先通过统计每个碱基的质量值来判断是否存在错误。
然后，根据错误类型和错误频率，利用一系列算法和模型进行纠正。
例如，可以通过冗余测序和错误频率统计进行校正，并结合不同测序平台的特点优化校正算法。
此外，还可以利用机器学习算法，通过训练大规模的测序数据集来提高校正的准确性。
基于参考基因组的错误校正方法则利用已有的参考基因组信息来辅助校正。
这种方法假设测序结果中的错误主要是由于测序物种与参考基因组不完全匹配引起的。
研究人员通过将测序结果与参考基因组比对，找出与参考基因组不匹配的位置，并利用合适的算法对错误进行纠正。
例如，可以利用DNA序列比对算法（如Smith-Waterman算法）进行配对，找到最优的匹配位点，并根据最优比对结果进行校正。
此外，还可以结合基因组上的SNP和indel信息来进行错误校正，这些变异信息可以提高校正的准确性。
除了错误校正，基因组重建也是基于DNA测序数据开展研究的重要步骤。
基因组重建的目标是将测序数据中的碱基按照正确的顺序组装成一个完整的基因组，以还原物种的遗传信息。
当前，基因组重建主要依赖于两种方法：de novo组装和参考基因组导向组装。
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j) 与 nof ollow ( i, j ) 的差值, 如式 ( 3) :
p rephasing ( i, j) = fo llow ( i, j) - nofo llow ( i, j)
( 3)
在相位 / 延迟 0 的情况下, follow ( i, j ) 表示满足 下述条 件
的测序序列在当前循环 i中碱基簇的 Iunitary 的平均值: 当前 循 环 i中该碱基簇的 Iunitary 不是最强的, 但前一个循环 i- 1中该 碱基簇的 Iun itary 最强。nofo llow ( i, j ) 表示满足下述 条件的测 序 序列在当前循环 i中碱基簇的 Iunitary 的平均值: 在当前循环 i和 前一个循环 i- 1中该碱基簇的 Iunitary都不是最强的。对应相位 / 延迟 0 问 题, 定 义 统 计 数 据 dephasing ( i, j ), 其 值 同 样 为
Abstract: T he high- throughput genom e sequencing has a phase prob lem, .i e. "exceed ing " or "de lay ing", wh ich appears in the order o f bases synthesizing. Com bined w ithM a rkov process, a m ethod o f regress ion ana lysisw as proposed. Based on the constructed data of fluorescence intensity, be ing co rre la ted w ith phase " exceeding " and " de lay ing " questions, a phase em endation m atrix was set up to reso lve the phase prob lem. The exper im enta l resu lt show s the m ethod can e lim inate the phase "exceed ing" o r " de lay ing".
2 相位校正矩阵的构造
高通量基因测序 合成反应 中, 某 个待测 碱基序 列出现 的 不管是相位 / 超前 0还是 / 延迟 0问题, 其在荧 光强度上表 现为 最强, 即最大荧光 强度 值出 现在 同一 循环 中。出 现相 位 / 超 前 0问题时, 荧光强度表现为 当前循 环不是 最强, 但下一 个循 环为最强。与 相位 / 超 前 0问 题相 反, 出 现相 位 / 延 迟 0问 题 时, 荧光强度表 现为 当前 循环 不是 最强, 但 前一 个循 环为 最 强。根据此现象, 获取相应的统计数据, 采用回归分析的方法 实现构造相位校正的 概率矩阵。
碱基合成是一种 多步骤的 化学反 应, 合 成效率 最高达 到 99% , 不可避免 出现 / 超前 0或 / 延迟 0的问题 [9] 。, 而随着 测序 片段的增加, 发生的概率则越大。碱 基合成中 出现的 / 超前 0 的情况往往是碱基重 复造成的。一般认为, 碱基配对过程中, 正在配对的部分单体发生丢失 , 导致单体又接了上去, 因而导 致碱基重复, 造成碱基合成中出 现的 / 超 前 0情况。对于 碱基 合成中出现的 / 延迟 0的问题, 一般认为 是去帽反 应不彻 底造 成的, 去帽反应 主要 是去 除 极少 数 5c-羟 基没 有参 加 反应 单 体。在下一循环碱基 配对时, 被封 闭的合 成测序片 段将不 能 继续参与合成, 导致碱基合成中 出现 / 延 迟 0的情况。碱 基合 成中出现的另外一个 问题是 碱基配 对时发 生突 变情况, 即 A 与 C、G 与 T 不配对。对于出现碱基配 对发生突 变情况, 本文 不作论述。
ss
s
pn1 p n2 , pni ,
Iphasing ( cycle = 1)
s
p 1n p 2n s
# pin s pnn
Iphasing ( cy cle = i)
( 1)
s
Iphasing ( cy cle = n ) 相位 校 正 的 目 的 是 从 交 叉 影 响 校 正 后 的 荧 光 强 度
第 30卷第 4期 2010年 4月
计算机应用 Journal o f Computer A pp lications
V o.l 30 N o. 4 A pr. 2010
文章编号: 1001- 9081( 2010) 04- 1114- 03
高通量基因测序相位问题的校正研究
叶丙刚1, 汪德鹏 2, 李京湘2, 周 妍 2, 吴效明1
1 相位校正的数学原理
假设高通 量基因 测序合 成反应 所需要的 循环 数为 n, 在 第 i个循环中出现相位 / 超前 0 或 / 延迟 0 到第 j个循 环的概率 为 p ij。当 i < j 时, pij 称为相位 / 超前 0 的概率; i > j 时, pij 称为 相位 / 延迟 0 的概率; i = j 时, p ij 称为相位 / 定相 0 的概率 。
ss
s
s
p n1 pn2 , pni , pnn
得到该概率矩阵后, 由式 ( 2) 即可求得相位 / 定相 0 状态 下的
荧光强度 Iphasing ( cycle = i)。
Iphasing , p 1n - 1 p 21 p22 , p 2i , p 2n
K ey words: h igh-throughput; sequenc ing; phase em enda tion; M arkov process
在电泳荧光测序 方法中, 存在 因荧光 基团电 泳迁移 率不 同而导致的碱基相对 错位问题 [ 1- 3] 。高通量基因测序作 为新 一代的测序技术 [ 4- 7] , 不 存在电 泳迁移 率有关 的碱 基相对 错 位问题, 但对于采用边合成边 测序方法 [ 8] 的高通 量基因 测序 来说, 碱基合成的先后顺序 会出现 / 超 前 0或 / 延迟 0的问题, 如图 1所示。正常的合成顺序如图 1( a)的 三条 DNA 待 测链 所示, 而图 1( b) 和 ( c) 出现 了 / 超前 0和 / 延 迟 0的合 成的 问 题。这些都可以类比 为相位超 前或延 迟问题, 需要 用数学 方 法来校正所得到的碱 基簇荧光强度, 该过程称之为相位校正。
关键词: 高通量; 测序; 相位校正; M arkov过程 中图分类号: T P751 文献标志码: A
Phase em endation of high-throughput genom e sequencing
YE B ing-gang1, WANG D e-peng2, L I Jing-x iang2, ZHOU Y an2, WU X iao-m ing1
收稿日期: 2009- 09- 23; 修回日期: 2009- 11- 14。 作者简介: 叶丙刚 ( 1973- ) , 男, 河南固始人, 博士研究生, 主要研究方向: 医学图像处理; 汪德鹏 ( 1973- ) , 男, 四川 成都人, 硕士研 究生, 主要研究方向: 生物医学信息; 李京湘 ( 1975 - ) , 男, 湖南长沙人, 硕士, 主要研究 方向: 基因 组测序; 周妍 ( 1980 - ) , 女, 北京 人, 博士, 主 要 研究方向: 数据处理; 吴效明 ( 1950- ) , 男, 重庆人, 教授, 博士生导师, 博士, 主要研究方向: 生物医学信息、图像处理、生物力学。
( 1. 华南理工大学 生物科学与工程学院, 广州 510006; 2. 深圳华大基因研究院, 广东 深圳 518083 ) ( scut7@ 139. com )
摘 要: 边合成边测序的高通量基因 测序技 术存在 一个相 位问题, 即碱 基合成 的先 后顺序 会出 现 / 超前 0和 / 延 迟 0。针对此问题, 结合 M arkov过程的方法提出一种回归分 析, 在建 立有关相 位 / 超前 0与 / 延迟 0问题 的荧光 强度数 据基础上, 构造出相位校正矩阵, 解决高通量基因测序中的相位问题。实验结果表明, 采用提出的相位校正方法, 达到 对碱基合成时出现的相位 / 超前 0和 / 延迟 0问题的校正。
进一步假设在高通量基因测序合成反应第 i个循环, 没有 出现相位 / 超前 0 或 / 延迟 0 问题, 相位 / 定相 0 状态下的荧光强 度为 Iphas ing ( cycle = i), 但实际观测到的、交叉影响校正后且归 一化的荧光强度为 Iunitary ( cy cle = i)。根据以上假设, 可得到:
( 1. S ch ool of B ioscien ce and B ioeng in eering, Sou th Ch ina U niversi ty of Techn ology, Guang zhou G uangd ong 510006, China; 2. S henzhen BGI, Shenzh en Guangdong 518083, C hina)
Iun itary ( cy cle = i), 得 到 相 位 / 定 相 0 状 态 下 的 荧 光 强 度 Iphasing ( cy cle = i)。相位校正主要是如何构造出概 率矩阵:
p 11 p12 , p1i , p 1n
p 21 p22 , p2i , p 2n
ss
s
s
p i1 p i2 , pii , p in
总之, 碱基合成时会出现 的 / 超前 0问题、/ 延迟 0的问 题 和碱基配对时发生突 变的问 题, 造 成这些 问题的 因素是 客观 存在的, 测序链越长, 问题出现 的概率就越大。
图 1 碱基合成中出现 / 超前 0和 / 延迟 0问题