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T4 DNA连接酶(T4 DNA Ligase)实战指南:NGS文库构建中接头连接优化方案

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2026-07-14

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二代测序(NGS)凭借高通量、低成本、高分辨率优势,现已广泛应用于肿瘤液体活检、单细胞基因组分析、病原微生物检测、遗传变异筛查、群体基因组学等科研与临床检测领域。完整 NGS 检测流程分为核酸提取、文库构建、上机测序、数据分析四大环节,文库构建是承上启下的核心步骤,直接决定下机数据质量、有效比对率与突变检出灵敏度。其中接头连接作为文库制备关键节点,连接效果优劣会直接影响最终测序产出,是建库流程中不可忽视的关键环节。

标准 NGS 建库流程:DNA 片段化→末端修复 + 加 A 尾→接头连接→PCR 富集。

接头连接依靠 T4 DNA 连接酶将测序接头共价结合至 DNA 片段两端,赋予文库分子与测序芯片结合、扩增的能力。Illumina、MGI 两大主流平台接头结构存在差异,但二者连接反应均依赖 T4 DNA Ligase 催化完成。

图1. DNA建库流程示意图

T4 DNA 连接酶以 ATP 为辅因子,催化 DNA 5’磷酸端与 3’羟基端形成磷酸二酯键;建库场景中主要负责完成 dA 尾 DNA 与 dT 尾测序接头的 TA 粘性末端连接。

翌圣 Premium T4 DNA Ligase(14966ES)针对 NGS 建库场景专项优化,核心优势:

  • 超凡热稳定性:42℃处理 4 小时仍保持 60% 以上酶活残留,在较宽温度区间内持续发挥高效酶活,无论是高温反应场景,还是高通量实验室温预装体系、多步实验室温衔接等复杂场景,都能稳定适配,无需担忧酶活衰减。
  • 超低接头自连率:0.5 ng gDNA 建库实验中,接头自连率显著优于竞品,尤其适配肿瘤活检、单细胞测序、cfDNA 等微量样本建库,既能避免珍贵样本与接头浪费,又能减少无效序列干扰,保障数据真实性与精准度。

  

标准化接头连接操作方案

1、100 μL 标准连接反应体系:

组分

体积(μL)

dA-tailed DNA

60

10× T4 DNA Ligase Buffer

10

50% PEG6000 *

10

DNA Adapter **

x

Premium T4 DNA Ligase (400 U/μL) ***

1-5

ddH₂O

To 100

【注】* 试剂盒内未提供50% PEG6000,需自行准备。

** 接头用量根据Input DNA量参考下表。

*** Premium T4 DNA Ligase用量可根据需要添加1-5 μL。

2、接头用量参考

接头质量和使用浓度直接影响连接效率及文库产量。下表为不同Input DNA量推荐的Adapter使用比例:

Input DNA

Adapter : Input DNA 摩尔比

1 μg

10:1

500 ng

20:1

250 ng

40:1

100 ng

100:1

50 ng

100:1

25 ng

200:1

1 ng

200:1

500 pg

400:1

【注】:Input DNA摩尔数(pmol)≈ Input DNA质量(ng)/ [0.66 × Input DNA平均长度(bp)]。

   

【接头添加计算举例】:当Input DNA为100 ng,Input DNA长度为300 bp时,接头应该添加多少?

第一步,计算Input DNA摩尔数。公式:Input DNA摩尔数(pmol)≈ Input DNA质量(ng)/ [0.66 × Input DNA平均长度(bp)];

Input DNA摩尔数(pmol)=100 ÷(0.66×300)=0.5 pmol;

第二步,计算接头添加摩尔数。根据表2查询接头添加比例;

根据表2,查得Input DNA 100ng时接头添加比例100:1,则接头添加摩尔数=100×0.5 pmol=50 pmol;

第三步,计算接头添加体积。接头浓度=15 μmol/L(如使用其他接头,浓度需要依据其他接头浓度参数);

接头添加体积=接头添加摩尔数(50 pmol)÷接头浓度(15 μmol/L)=3.34 μL(注:15 μmol/L=15 pmol/μL);

综上,接头可添加3.4 μL。(注:接头最大加入体积不超过5 μL)。

3、 反应操作步骤

① 按上述体系表,依次加入各组分,配制反应体系。

② 涡旋混匀,低速离心使粘附在管壁上的液体沉降至管底。

③ 置于PCR仪中,20°C孵育15分钟。

④ 反应完成后,使用磁珠或PCR纯化柱进行产物纯化,去除接头二聚体和未连接接头。

4、注意事项

· 缓冲液(10× T4 DNA Ligase Buffer)在融解时如出现少量沉淀,属正常现象,请颠倒混匀后使用,不影响性能。

· 接头投入量是影响自连率和连接效率的核心变量——接头过多易产生大量Adapter Dimer,接头过少则连接效率不足。建议严格按接头用量参考表添加。

· 50% PEG6000 不可省略;若后续电转感受态,连接产物必须纯化。

FAQ

Q1:500 pg 微量 DNA 连接后文库产量低怎么办?

A1:接头摩尔比调至 400:1,酶添加 5 μL 上限;完整添加 PEG6000,可延长孵育至 20–30 min,磁珠分选保留短片段。

  

Q2:测序接头二聚体占比过高如何改善?

A2:减少接头添加量,严格遵循摩尔配比;反应结束后必须磁珠纯化去除游离接头。

  

Q3:是否兼容 Illumina 与 MGI 两种测序平台接头?

A3:完全兼容,针对 Y 型、泡状特殊接头均有稳定连接效果。

  

Q4:自动化预装室温放置半小时会不会失活?

A4:本品热稳定性经过优化,室温放置 30–60 min 后建库产量无明显衰减,适配批量自动化操作。

  

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产品名称

货号

规格

DNA建库酶原料

Klenow Fragment

14458ES

Klenow Fragment (3'→5' exo-)

14460ES

T4 DNA Polymerase

12901ES

T4 Polynucleotide Kinase

12902ES

Premium T4 DNA Ligase

14966ES

RNA建库酶原料

Hifair® Ultra Reverse Transcriptase

14604ES

DNA Polymerase I

12903ES

RNase H

12906ES

Terminal Deoxynucleotidyl Transferase

10302ES

 

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