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基于毛细管凝胶电泳检测的微滴聚合酶链式反应分析方法.pdf

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  • 文档编号:1260330
  • 上传时间:2018-04-11
  • 格式:PDF
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  • 摘要
    申请专利号:

    CN201010299121.2

    申请日:

    2010.10.02

    公开号:

    CN101948926A

    公开日:

    2011.01.19

    当前法律状态:

    撤回

    有效性:

    无权

    法律详情:

    发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):C12Q 1/68申请公布日:20110119|||实质审查的生效IPC(主分类):C12Q 1/68申请日:20101002|||公开

    IPC分类号:

    C12Q1/68; G01N27/447

    主分类号:

    C12Q1/68

    申请人:

    上海交通大学

    发明人:

    杨立桃; 张大兵; 郭金超

    地址:

    200240 上海市闵行区东川路800号

    优先权:

    专利代理机构:

    上海交达专利事务所 31201

    代理人:

    王锡麟;王桂忠

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    内容摘要

    一种生物基因检测技术领域的基于毛细管凝胶电泳检测的微滴聚合酶链式反应分析方法,通过多重模板的合成、通用微滴PCR扩增以及毛细管凝胶电泳分析得以实现。本发明可做为生物学研究中高通量DNA分子分析的一种手段,对多个DNA分子同时进行检测,提高了分析的通量,极大的减少了宝贵的样品和试剂的消耗。

    权利要求书

    1: 一种基于毛细管凝胶电泳检测的微滴聚合酶链式反应分析方法, 其特征在于, 包括 如下步骤 : 第一步 : 多重模板的合成 : 将含有不同目标 DNA 分子的纯化 DNA 模板通过一个或几个 常规复合 PCR 应用目标特异性引物进行预扩增, 产生含有通用序列尾巴的多重模板 ; 第二步 : 通用微滴 PCR 扩增 : 在通用微滴 PCR 中, 使用一对与通用序列尾巴互补的通用 引物在水油乳化剂中对纯化的复合 PCR 预扩产物进行微滴 PCR 扩增 ; 第三步 : 毛细管凝胶电泳分析 : 根据目标序列的大小不同, 应用毛细管凝胶电泳对纯 化的微滴 PCR 扩增产物进行自动分离检测。
    2: 根据权利要求 1 所述的基于毛细管凝胶电泳检测的微滴聚合酶链式反应分析方法, 其特征是, 所述的纯化 DNA 模板是指应用 DNA 提取试剂盒, 从原材料中分离纯化的获得的用 于 PCR 扩增的基因组 DNA。
    3: 根据权利要求 1 所述的基于毛细管凝胶电泳检测的微滴聚合酶链式反应分析方法, 其特征是, 所述的目标特异性引物是指长度为 43±6Nt 的寡核苷酸链, 由 5’ 端的通用序列 尾巴和 3’ 端目标特异性互补序列组成, 其 3’ 端的目标特异性序列部分与目标基因序列完 全互补或者相同, 5’ 端的通用尾巴序列部分与通用引物序列相同。
    4: 根据权利要求 3 所述的基于毛细管凝胶电泳检测的微滴聚合酶链式反应分析方法, 其特征是, 所述的通用引物是指长度为 20Nt 的寡核苷酸链, 正、 反向通用引物分别与目标 特异性引物的的 5’ 端相同。
    5: 根据权利要求 1 所述的基于毛细管凝胶电泳检测的微滴聚合酶链式反应分析方法, 其特征是, 所述的多重模板是指, 通过复合 PCR 预扩增所产生的不同 PCR 产物的混合模板, 其产物的两端分别含有一段来自目标特异性引物的通用序列尾巴。
    6: 根据权利要求 1 所述的基于毛细管凝胶电泳检测的微滴聚合酶链式反应分析方法, 其特征是, 所述的微滴是指, 25 摄氏度条件下, 取 1 体积份的 PCR 反应混合液在 1.5 分钟 内逐滴加入到 2 体积份的油 - 表面活性剂混合物中, 同时利用涡旋混合器进行混匀得到水 油乳化剂, 该水油乳化剂中微滴的直径在 1 ~ 8μM, 每微升的水油乳化剂中包含 3×106 到 1×107 个微滴。
    7: 根据权利要求 1 或 6 所述的基于毛细管凝胶电泳检测的微滴聚合酶链式反应分析 方法, 其特征是, 所述的水油乳化剂的组分及其含量为 : 1 体积份的水相和 2 体积份的油相, 其中的水相的组分为 : 1×KOD-Plus- 反应缓冲液、 10g/L BSA、 1.5mM MgSO4、 200μM dNTP、 400nM 引物 Uni-F/R、 5.2U KOD-Plus-DNA 聚合酶、 以及适量模板 DNA 分子 ; 油相组分为 : Span804.5% (v/v)、 Tween 80 0.4% (v/v)、 Triton X-100 0.05% (v/v)、 矿物油 95.05% (v/v)。
    8: 根据权利要求 1 所述的基于毛细管凝胶电泳检测的微滴聚合酶链式反应分析方法, 其特征是, 所述的 PCR 产物纯化是指应用 PCR 产物纯化试剂盒纯化复合 PCR 预扩增产物。
    9: 根据权利要求 1 所述的基于毛细管凝胶电泳检测的微滴聚合酶链式反应分析方法, 其特征是, 所述的纯化是指微滴 PCR 完成后, 收集相同反应的水油乳化剂 16000g, 并在室温 环境下离心处理 5 分钟后取下层包含微滴 PCR 扩增产物的水相, 并用 PCR 产物纯化试剂盒 纯化该水相。

    说明书


    基于毛细管凝胶电泳检测的微滴聚合酶链式反应分析方法

        技术领域 本发明涉及的是一种生物基因检测技术领域的检测方法, 具体是一种基于毛细管 凝胶电泳检测的微滴聚合酶链式反应分析方法。
         背景技术 高通量分析技术的发展为分子生物学中大量核酸分子的平行分析提供了一种有 效的途径, 目前广泛应用于医疗诊断、 食品安全监控、 以及环境监测等众多领域中。
         基于 DNA 的聚合酶链式反应 (PCR) 是目前应用最为广泛的核酸分子分析技术。基 于 DNA 的 PCR 分析的特点在于它的特异性和灵敏性。目前高通量的检测方法主要是结合了 一个或几个常规复合 PCR 扩增方法和高通量的扩增产物检测方法, 或者直接应用复合 PCR 扩增方法进行检测。直接的复合 PCR 检测技术已经在成功的应用于许多领域中不同核酸分 子的同时扩增, 但是其只能用于少量核酸分子 ( 小于 10 个 ) 的平行扩增分析。复合 PCR 技 术应用于更多不同核酸分子的高通量分析较难实现, 主要是因为常规的复合 PCR 方法中存 在两个主要缺陷 : 一是大量的引物同时存在于一个体系, 容易引起非特异性的扩增 ; 二是, 由于扩增效率的差异导致其中部分目标分子优先扩增。随着复合 PCR 中添加的引物对数增 加, 以及扩增的循环数的增加, 这种缺陷带来的限制会表现的更加明显。
         组合了复合 PCR 扩增和芯片或毛细管电泳技术的方法, 可极大地提高核酸 DNA 分 子分析的通量。这种组合检测方法, 通常的是在一个或几个复合 PCR 扩增后, 应用高通量的 DNA 芯片或毛细管电泳进行快速、 自动的产物检测, 这可以同时对大量的样本平行地进行小 型化、 高通量和自动化分析。根据相关的报道, 在 1-2cm2 的高密度芯片上可以形成大约 106 个分析位点, 数千个目标可以同时进行检测。但是, 目前应用 DNA 芯片技术分析成本比较 高、 操作步骤复杂、 技术要求较高, 而且大多数芯片具有目标特异性的特点, 不同的应用领 域需要设计不同的芯片进行目标分析。此外, 由于目标分子仍然采用复合 PCR 方法进行扩 增, 扩增的通量必然受到复合 PCR 固有缺陷的限制, 因此这种组合方法的广泛应用受到了 一定的限制。一些新的组合了高通量的目标分子扩增技术和快速、 自动的产物分离技术的 方法成为目前高通量核酸 DNA 分子分析技术研究的重点。
         微滴 PCR(microdroplet PCR) 技术是一种在乳化剂中进行的新型的、 高效的高通 量核酸 DNA 分子扩增技术。一般的, 在微滴 PCR 中, 单个 DNA 分子被分配到体积极小 (0.5fl 到 0.5nl 的体积 ) 的微滴中, 这允许在 1 微升的乳化剂中形成大约 107 个反应平行的进行扩 增, 消除了复合 PCR 的固有缺陷。提高了目标扩增的通量, 同时减少了试剂和样品的消耗。 然而, 在微滴 PCR 中使用大量不同的引物同时进行多目标分析时, 仍然具有一定的限制, 因 为在微滴形成的过程中, 大量的引物的随机分配, 使得每个微滴中的只含有相同的引物和 相应的目标 DNA 分子是不可能的。当许多不同的引物存在微小的微滴中进行 PCR 扩增时, 会产生类似于复合 PCR 扩增限制。因此, 本发明建立了一种新的组合方法, 首先应用一个或 几个复合 PCR, 利用带有通用尾巴序列的特异性引物进行少数几个循环的预扩增, 预扩增的 产物两端分别会带有一段通用序列 ; 随后在单一的微滴 PCR 方法中应用一对同通用序列尾
         巴互补的通用引物扩增所有的预扩增目标产物 ; 最后, 扩增 PCR 产物经过纯化后, 应用毛细 管电泳进行自动分离检测。这种组合检测方法可实现对大量的目标 DNA 分子同时进行高通 量的扩增和检测。 发明内容 本发明针对现有技术存在的上述不足, 提供一种基于毛细管凝胶电泳检测的微滴 聚合酶链式反应分析方法, 优化了 MPIC(multiplex Microdroplet PCR Implemented CGE, 基于毛细管凝胶电泳检测的微滴聚合酶链式反应分析方法 ) 方法反应的体系和条件, 评估 了该方法的特异性和灵敏度, 并在目前广为关注的转基因产品检测领域中应用本发明对样 品中转基因成分进行了分析, 确定了该分析方法的灵活性和可应用性。本发明可做为生物 学研究中高通量 DNA 分子分析的一种手段, 对多个 DNA 分子同时进行检测, 提高了分析的通 量, 极大的减少了宝贵的样品和试剂的消耗。
         本发明是通过以下技术方案实现的, 本发明包括如下步骤 :
         第一步 : 多重模板的合成 : 将含有不同目标 DNA 分子的纯化 DNA 模板通过一个或 几个常规复合 PCR 应用目标特异性引物进行预扩增, 产生含有通用序列尾巴的多重模板 ;
         所述的纯化 DNA 模板是指应用 DNA 提取试剂盒, 从原材料中分离纯化的获得的用 于 PCR 扩增的基因组 DNA。
         所述的目标特异性引物是指长度为 43±6Nt 的寡核苷酸链, 由 5’ 端的通用序列尾 巴和 3’ 端目标特异性互补序列组成, 其 3’ 端的目标特异性序列部分与目标基因序列完全 互补或者相同, 5’ 端的通用尾巴序列部分与通用引物序列相同。
         所述的通用引物是指长度为 20Nt 的寡核苷酸链, 正、 反向通用引物分别与目标特 异性引物的的 5’ 端相同。
         所述的多重模板是指, 通过复合 PCR 预扩增所产生的不同 PCR 产物的混合模板, 其 产物的两端分别含有一段来自目标特异性引物的通用序列尾巴。
         第二步 : 通用微滴 PCR 扩增 : 在通用微滴 PCR 中, 使用一对与通用序列尾巴互补的 通用引物在水油乳化剂中对纯化的复合 PCR 预扩产物进行微滴 PCR 扩增 ;
         所述的微滴是指, 25 摄氏度条件下, 取 1 体积份的 PCR 反应混合液在 1.5 分钟时间 段内逐滴加入到 2 体积份的油 - 表面活性剂混合物中, 同时利用涡旋混合器进行混匀得到 水油乳化剂, 该水油乳化剂中微滴的直径在 1 ~ 8μM, 每微升的水油乳化剂中包含 3×106 到 1×107 个微滴。
         所述的水油乳化剂的组分及其含量为 : 1 体积份的水相和 2 体积份的油相, 其中 的水相的组分为 : 1×KOD-Plus- 反应缓冲液、 10g/L BSA、 1.5mM MgSO4、 200μM dNTP、 400nM 引物 Uni-F/R、 5.2U KOD-Plus-DNA 聚合酶、 以及适量模板 DNA 分子 ; 油相组分为 : Span80 4.5% (v/v)、 Tween 80 0.4% (v/v)、 Triton X-100 0.05% (v/v)、 矿物油 95.05% (v/v)。
         所述的纯化的复合 PCR 预扩产物是指 : 复合 PCR 预扩增完成后, 应用 PCR 产物纯化 试剂盒纯化复合 PCR 预扩增产物。
         第三步 : 毛细管凝胶电泳分析 : 根据目标序列的大小不同, 应用毛细管凝胶电泳 对纯化的微滴 PCR 扩增产物进行自动分离检测。
         所述的纯化的微滴 PCR 扩增产物是指微滴 PCR 完成后, 收集相同反应的水油乳化
         剂 16000g, 并在室温环境下离心 5 分钟后取下层包含微滴 PCR 扩增产物的水相, 并用 PCR 产 物纯化试剂盒纯化该水相。
         所述的毛细管凝胶电泳自动分离检测是指使用毛细管凝胶电泳仪对纯化的微滴 PCR 扩增产物进行分离检测。
         所述的毛细管凝胶电泳自动分离检测也指应用生产商提供的分析软件对毛细管 凝胶电泳结果进行分析, 根据不同片段大小的目标产物对应不同的出峰时间来鉴定微滴 PCR 扩增的产物。
         本发明设计了带有通用模板的目标特异性引物, 引入了微滴 PCR 扩增方法忽然毛 细管凝胶电泳 PCR 产物自动分析方法, 使不同片段大小的 DNA 模板分子可独立地在微滴平 行地进行扩增, 极大地提高了分析的效率和通量。本发明中应用转基因作物的检测序列为 目标, 优化了 MPIC 方法的扩增体系和条件, 明确了本发明的 MPIC 方法的灵活性和可适用 性。本发明的方法具有高的通量、 高的特异性和灵敏度, 可至少分析 24 个不同的 DNA 目标 序列, 其检测灵敏度可达 0.1%。本发明所建立的高通量 DNA 分子分析方法提供了高通量、 准确和灵敏地多目标 DNA 分析, 适应了当前分子生物学研究中对多目标 DNA 进行高通量分 析的要求, 本发明不仅可应用于转基因成分的分析, 也为其它领域中的 DNA 分子分析提供 一个新的高通量分析的选择。
         附件说明
         图 1 为本发明方法示意图。
         图 2 为实施例 MPIC 方法同时分析 24 个不同的 DNA 目标的毛细管凝胶电泳图。
         图 3 为实施例检测不同基质中相同比例的 24 个转基因 DNA 目标序列的毛细管凝 胶电泳图。
         图 4 为实施例模拟 DNA 样品分析的毛细管凝胶电泳图。 具体实施方式
         下面对本发明的实施例作详细说明, 本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施, 给出了详细的实施方式和具体的操作过程, 但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。
         下列实施例中未注明具体条件的实验方法, 通常按照常规条件, 例如 Sambrook 等 分子克隆 : 实验室手册 (New York : Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989) 中所述 的条件, 或按照制造厂商所建议的条件。
         实施例 1 : 应用本实施例的 MPIC 方法, 检测来自 14 个转基因品系的 24 个 DNA 目 标序列。
         第一步 : 植物材料及其 DNA 提取
         转基因作物 : NK603 玉米、 GA21 玉米、 Bt176 玉米、 Bt11 玉米、 MIR604 玉米、 T25 玉 米、 TC1507 玉米、 GTS40-3-2 大豆、 RT73 油菜、 MON88913 棉花、 MON1445 棉花、 MON531 棉花、 OXY235 油菜和华农一号番木瓜。
         非转基因作物 : 小麦。
         植物 DNA 提取 : 应用上海市农业科学院和上海出入境检验检疫局联合研制的植物 DNA 抽提试剂盒提取和纯化植物基因组 DNA, 14 种转基因的作物的 DNA 等量混合后同非转基因小麦 DNA 混合, 每个转基因品系的 DNA 含量为 1.6%, 此混合 DNA 作为本实例中进一步实 验的模板。
         第二步 : 通用引物设计
         本实施例中, 选用几段非植物基因组 DNA 序列, 首先对这几段 DNA 序列在一些公共 数据库 (GenBank、 EMBL、 DDBJ) 中进行序列比对, 选择一段同植物 DNA 序列或一些转基因载 体序列相似性差的序列, 使用引物设计软件 primer 5.0 进行引物设计。
         所述的通用引物的正向序列为 : GCCTTGTTCTACCATTACGC ;
         所述的通用引物的反向序列为 : TCAGCCACCTCTTTGTCCTT。
         第三步 : 目标特异性引物设计
         目标特异性引物中目标特异性序列部分, 可使用引物设计软件 primer 5.0 进行 设计或参考相关的文献。本实施例中共设计或引用 24 对目标特异性引物, 特异性扩增片段 的大小在 128bp ~ 610bp( 包含通用序列 ) 之间, 扩增片段相互之间的序列长度最小差异为 5bp.
         第四步 : 多重模板的合成
         应用相应的目标特异性引物, 在 3 个常规复合 PCR( 每个复合 PCR 中应用 8 对目标 特异性引物 ) 中预扩增 14 个纯化的转基因品系基因组 DNA 的混合模板 ( 每个转基因品系 的 DNA 含量为 1.6% )。预扩增的 PCR 产物两端分别含有一段来自目标特异性引物的通用 序列尾巴, 即为微滴 PCR 扩增的多重模板。复合 PCR 预扩增引物混合液见表 1 ; 复合 PCR 预 扩增体系见表 2 ; 复合 PCR 预扩增条件见表 3。 所述的 14 个纯化的转基因品系基因组 DNA 的混合模板是指应用上海市农业科学 院和上海出入境检验检疫局联合研制的植物基因组 DNA 提取试剂盒从原材料中分离、 纯化 基因组 DNA。
         表 1. 复合 PCR 预扩增引物混合液
         表 2. 复合 PCR 预扩增体系
         表 3. 复合 PCR 预扩增条件
         第五步 : 微滴制备 (1). 油 - 表面活性剂混合物制备 25℃条件下按表 4 的比例混合表中的试剂制备油 - 表面活性剂混合物 表 4. 油 - 表面活性剂混合物成分
         (2). 水油乳化剂配制
         25 摄氏度条件下, 取 200μl 微滴 PCR 水相 ( 表 5) 在 1.5 分钟内逐滴加入到 400μl 通用微滴 PCR 油相 ( 油 - 表面活性剂混合物 ) 中, 同时利用 Vortex-Gene 2 涡旋混合器进 行混匀。加完后, 继续混合 5 分钟, 产生均匀的水油乳化剂。水油乳化剂中包含大小不等的 微滴。
         表 5. 通用微滴 PCR 水相成分
         第六步 : 微滴 PCR 扩增
         取 500μl 的水油乳化剂分装到平均分配到 10 个 PCR 管中, 另外取 50μl 微滴 PCR 水相直接加入 PCR 管中做为阴性对照。通用乳滴 PCR 扩增条件见表 6。
         表 6. 通用乳滴 PCR 扩增条件
         第七步 : 毛细管凝胶电泳检测微滴 PCR 产物
         本实施例中优化毛细管电泳的分离条件。使用 QIAxcel DNA High Resolution kit, 对样品进行分离检测。 选用软件中提供的 OH400 分离方法, 使用氮气进行加压 ; 样品注 射条件 : 2000 伏电压, 时间 20 秒 ; 样品分离条件 : 6000 伏电压, 时间 520 秒。使用厂商提供 的软件对毛细管凝胶电泳的结果进行分析, 以鉴定 MPIC 检测的结果, 结果分析中阳性阈值 设置为最高峰值的 5%。目标特异性产物峰值高于此阈值的检测结果表明样品中含有此目 标序列, 目标特异性产物峰值低于此阈值的检测结果表明样品中不含有此目标序列。
         第八步 : 结果分析
         应用本实施例的 MPIC 方法对 14 个转基因品系中含有的 24 个 DNA 目标 (Bt176, Bt11, TC1507, NK603, T25, MIR604, GA21, MON531, MON1445, MON88913, RT73, OXY235, RRS, Huanong No.1, ssIIb, Lectin, Sad1, Chy, tNOS, FMV35S, CP4-EPSPS, CryIAb, Bar 和 Pr-act) 同时进行分析。24 个目标分别应用预混合引物 mixA、 mixB 和 mixC 在 3 个 8 重 PCR 中进行 预扩增 ; 3 个扩增产物混合纯化后, 应用一对通用引物对进行微滴 PCR 扩增 ; 随后扩增的产
         物进行毛细管凝胶电泳检测。毛细管凝胶电泳检测结果见图 2, 根据目标片段大小不同, 不 同的目标产物对应不同的出峰时间, 所有的 24 个目标特异性序列可被同时地检测。这些结 果表明使用本实施例的 MPIC 方法可以实现高通量的分析多个 DNA 目标核酸分子。
         实施例 2 : MPIC 方法检测不同基质中相同比例的 24 个转基因 DNA 目标序列
         第一步 : 植物材料及其 DNA 提取
         转基因作物 : NK603 玉米、 GA21 玉米、 Bt176 玉米、 Bt11 玉米、 MIR604 玉米、 T25 玉 米、 TC1507 玉米、 GTS40-3-2 大豆、 RT73 油菜、 MON88913 棉花、 MON1445 棉花、 MON531 棉花、 OXY235 油菜和 Huanong No.1 番木瓜。
         非转基因作物 : 玉米、 大豆。
         植物 DNA 提取 : 应用上海市农业科学院和上海出入境检验检疫局联合研制的植物 DNA 抽提试剂盒提取和纯化植物基因组 DNA, 上述的 14 种转基因作物的 DNA 按照相同的质 量比同非转基因玉米或大豆的 DNA 混合配制模拟的 DNA 样品评估本实施例方法的灵活性。 样品中 14 种转基因品系的所占的质量比分别为 : 0.15% Bt176、 0.5% RT73、 0.25% Bt11、 0.25% TC1507、 0.5% Huanong No.1、 0.75% MON531、 0.25% OXY235、 0.25% RRS、 0.38% NK603、 0.2% T25、 0.13% MON88913、 0.1% MIR604、 0.75% GA21、 0.38% MON1445。
         第二步 : 通用引物设计
         本实施例中, 选用几段非植物基因组 DNA 序列, 首先对这几段 DNA 序列在一些公共 数据库 (GenBank、 EMBL、 DDBJ) 中进行序列比对, 选择一段同植物 DNA 序列或一些转基因载 体序列相似性差的序列, 使用引物设计软件 primer 5.0 进行引物设计。
         所述的通用引物的正向序列为 : GCCTTGTTCTACCATTACGC ;
         所述的通用引物的反向序列为 : TCAGCCACCTCTTTGTCCTT。
         第三步 : 目标特异性引物设计
         目标特异性引物中目标特异性序列部分, 可使用引物设计软件 primer 5.0 进行 设计或参考相关的文献。本实施例中共设计或引用 24 对目标特异性引物, 特异性扩增片段 的大小在 128bp ~ 610bp( 包含通用序列 ) 之间, 扩增片段相互之间的序列长度最小差异为 5bp.
         第四步 : 多重模板的合成
         应用相应的目标特异性引物, 在 3 个常规复合 PCR( 每个复合 PCR 中应用 8 对目 标特异性引物 ) 中预扩增 14 个纯化的转基因品系基因组 DNA 的混合模板。预扩增的 PCR 产物两端分别含有一段来自目标特异性引物的通用序列尾巴, 即为微滴 PCR 扩增的多重模 板。复合 PCR 预扩增引物混合液见表 1 ; 复合 PCR 预扩增体系见表 2 ; 复合 PCR 预扩增条件 见表 3。
         所述的 DNA 纯化是指应用上海市农业科学院和上海出入境检验检疫局联合研制 的植物基因组 DNA 提取试剂盒从原材料中分离、 纯化基因组 DNA。
         第五步 : 微滴制备
         (1). 油 - 表面活性剂混合物制备
         25℃条件下按表 4 的比例混合表中的试剂制备油 - 表面活性剂混合物
         (2). 水油乳化剂配制
         25 摄氏度条件下, 取 200μl 微滴 PCR 水相 ( 表 5) 在 1.5 分钟内逐滴加入到 400μl通用微滴 PCR 油相 ( 油 - 表面活性剂混合物 ) 中, 同时利用 Vortex-Gene 2 涡旋混合器进 行混匀。加完后, 继续混合 5 分钟, 产生均匀的水油乳化剂。水油乳化剂中包含大小不等的 微滴。
         第六步 : 微滴 PCR 扩增
         取 500μl 的水油乳化剂分装到平均分配到 10 个 PCR 管中, 另外取 50μl 微滴 PCR 水相直接加入 PCR 管中做为阴性对照。通用乳滴 PCR 扩增条件见表 6。
         第七步 : 毛细管凝胶电泳检测微滴 PCR 产物
         本实施例中优化毛细管电泳的分离条件。使用 QIAxcel DNA High Resolution kit, 对样品进行分离检测。 选用软件中提供的 OH400 分离方法, 使用氮气进行加压 ; 样品注 射条件 : 2000 伏电压, 时间 20 秒 ; 样品分离条件 : 6000 伏电压, 时间 520 秒。使用厂商提供 的软件对毛细管凝胶电泳的结果进行分析, 以鉴定 MPIC 检测的结果, 结果分析中阳性阈值 设置为最高峰值的 5%。目标特异性产物峰值高于此阈值的检测结果表明样品中含有此目 标序列, 目标特异性产物峰值低于此阈值的检测结果表明样品中不含有此目标序列。
         第八步 : 结果分析
         应用本实施例的 MPIC 方法对在不同基质中的相同质量比的 14 个转基因品系中进 行分析, 24 个目标分别应用预混合引物 mixA、 mixB 和 mixC 在 3 个 8 重 PCR 中进行预扩增 ; 3 个扩增产物混合纯化后, 应用一对通用引物对进行微滴 PCR 扩增 ; 随后扩增的产物进行毛 细管凝胶电泳检测。毛细管凝胶电泳检测结果见图 3, 图 3A 和 3B 分别 MPIC 方法检测玉米 和大豆基质中 24 个转基因目标的结果, 峰 1-24 分别为不同目标序列的特异性产物峰 : (1) ssIIb、 (2)MON1445、 (3)Sad1、 (4)GA21、 (5)Pr-act、 (6)MIR604、 (7)CP4-EPSPS、 (8)tNOS、 (9) CryIAb、 (10)Lectin、 (11)MON88913、 (12)FMV35S、 (13)T25、 (14)Chy、 (15)NK603、 (16)RRS、 (17)OXY235、 (18)MON531、 (19)Huanong No.1、 (20)Bar、 (21)TC1507、 (22)Bt11、 (23)RT73、 (24)Bt176。根据目标片段大小不同, 不同的目标产物对应不同的出峰时间, 在以玉米或大 豆为基质的 DNA 样品中所有的 24 个 DNA 目标都被特异性的扩增和检测, 相对于其它的目标 序列, 严重过量的玉米或大豆内源基因序列并没有影响其它目标序列的扩增和检测, 这些 目标的检测峰值基本保持一致, 这些结果表明使用本实施例的 MPIC 方法具有很好的灵活 性。
         实施例 3 : MPIC 方法可应用性检测
         第一步 : 植物材料及其 DNA 提取
         转基因作物 : NK603 玉米、 GA21 玉米、 Bt176 玉米、 Bt11 玉米、 MIR604 玉米、 T25 玉 米、 TC1507 玉米、 GTS40-3-2 大豆、 RT73 油菜、 MON88913 棉花、 MON1445 棉花、 MON531 棉花、 OXY235 油菜和 Huanong No.1 番木瓜。
         非转基因作物 : 大豆、 玉米。
         植物 DNA 提取 : 应用上海市农业科学院和上海出入境检验检疫局联合研制的植物 DNA 抽提试剂盒提取和纯化植物基因组 DNA, 14 种转基因品系和非转基因大豆或玉米的 DNA 按不同质量比混合配制模拟的 DNA 样品进一步验证本实施例的 MPIC 方法可应用性, 每个样 品含有不同数目和比例的转基因目标 ( 表 7)。样品 A-E 通过混合不同比例的转基因品系 DNA 同非转基因玉米 DNA 混合配制而成 ; 样品 F 和样品 H 通过混合不同比例的转基因品系 DNA 同非转基因大豆 DNA 混合配制而成 ; 样品 G 通过直接混合不同比例的转基因品系 DNA 配制而成。所有的 DNA 样品终浓度调整为 20ng/μl, 分别取 5μl 上述制备的 DNA 样品使用本 实施例中的方法对 10 个模拟 DNA 样品进行分析, 确定 MPIC 检测方法的可应用性。
         表 7. 模拟 DNA 样品的转基因品系组成
         第二步 : 通用引物设计
         本实施例中, 选用几段非植物基因组 DNA 序列, 首先对这几段 DNA 序列在一些公共 数据库 (GenBank、 EMBL、 DDBJ) 中进行序列比对, 选择一段同植物 DNA 序列或一些转基因载 体序列相似性差的序列, 使用引物设计软件 primer 5.0 进行引物设计。
         所述的通用引物的正向序列为 : GCCTTGTTCTACCATTACGC ;
         所述的通用引物的反向序列为 : TCAGCCACCTCTTTGTCCTT。
         第三步 : 目标特异性引物设计
         目标特异性引物中目标特异性序列部分, 可使用引物设计软件 primer 5.0 进行 设计或参考相关的文献。本实施例中共设计或引用 24 对目标特异性引物, 特异性扩增片段 的大小在 128bp ~ 610bp( 包含通用序列 ) 之间, 扩增片段相互之间的序列长度最小差异为 5bp.
         第四步 : 多重模板的合成
         应用相应的目标特异性引物, 在 3 个常规复合 PCR( 每个复合 PCR 中应用 8 对目标 特异性引物 ) 中预扩增 14 个纯化的转基因品系基因组 DNA 的混合样品 ( 样品 A-H)。预扩 增的 PCR 产物两端分别含有一段来自目标特异性引物的通用序列尾巴, 即为微滴 PCR 扩增 的多重模板。复合 PCR 预扩增引物混合液见表 1 ; 复合 PCR 预扩增体系见表 2 ; 复合 PCR 预 扩增条件见表 3。
         所述的 DNA 纯化是指应用上海市农业科学院和上海出入境检验检疫局联合研制 的植物基因组 DNA 提取试剂盒从原材料中分离、 纯化基因组 DNA。
         第五步 : 微滴制备
         (1). 油 - 表面活性剂混合物制备
         25℃条件下按表 4 的比例混合表中的试剂制备油 - 表面活性剂混合物
         (2). 水油乳化剂配制
         25 摄氏度条件下, 取 200μl 微滴 PCR 水相 ( 表 5) 在 1.5 分钟内逐滴加入到 400μl 通用微滴 PCR 油相 ( 油 - 表面活性剂混合物 ) 中, 同时利用 Vortex-Gene 2 涡旋混合器进 行混匀。加完后, 继续混合 5 分钟, 产生均匀的水油乳化剂。水油乳化剂中包含大小不等的 微滴。
         第六步 : 微滴 PCR 扩增
         取 500μl 的水油乳化剂分装到平均分配到 10 个 PCR 管中, 另外取 50μl 微滴 PCR 水相直接加入 PCR 管中做为阴性对照。通用乳滴 PCR 扩增条件见表 6。
         第七步 : 毛细管凝胶电泳检测微滴 PCR 产物
         本实施例中优化毛细管电泳的分离条件。使用 QIAxcel DNA High Resolution kit, 对样品进行分离检测。 选用软件中提供的 OH400 分离方法, 使用氮气进行加压 ; 样品注 射条件 : 2000 伏电压, 时间 20 秒 ; 样品分离条件 : 6000 伏电压, 时间 520 秒。使用厂商提供 的软件对毛细管凝胶电泳的结果进行分析, 以鉴定 MPIC 检测的结果, 结果分析中阳性阈值 设置为最高峰值的 5%。目标特异性产物峰值高于此阈值的检测结果表明样品中含有此目 标序列, 目标特异性产物峰值低于此阈值的检测结果表明样品中不含有此目标序列。 第八步 : 结果分析。
         利用本实施例的方法分析了 8 个模拟混合 DNA 样品, 评估 MPIC 方法的检测可应用 性。每个混合的 DNA 样品含有不同品系和比例的转基因作物, 单个转基因品系的含量范围 在 0.05 到 20.0%之间。毛细管凝胶电泳检测结果见图 4, (A)-(H) 分别为模拟样品 A-H 的 MPIC 检测结果, 峰 1-24 分别对应不同目标序列的特异性产物峰 : (1)ssIIb、 (2)MON1445、 (3)Sad1、 (4)GA21、 (5)Pr-act、 (6)MIR604、 (7)CP4-EPSPS、 (8)tNOS、 (9)CryIAb、 (10) Lectin、 (11)MON88913、 (12)FMV35S、 (13)T25、 (14)Chy、 (15)NK603、 (16)RRS、 (17)OXY235、 (18)MON531、 (19)Huanong No.1、 (20)Bar、 (21)TC1507、 (22)Bt11、 (23)RT73、 (24)Bt176。 8 个模拟的样品中仅有阳性的目标被特异地扩增, 毛细管凝胶电泳中显示了相应的出峰时 间, 这些结果表明使用本实施例的 MPIC 方法可以实现实际样品中高通量的分析目标核酸 分子, 在模拟的 DNA 样品中可检测低至 0.1%的转基因目标。
         总之, 本实施例建立了一种新的适合于生物学研究中 DNA 分子分析的一种高通量 分析方法, 本实施例的 MPIC 方法具有高的通量、 高的特异性和灵敏度, 可至少分析 24 个不 同的目标序列, 其检测灵敏度可达 0.1%。本实施例的 MPIC 方法具有很好的灵活性和高的 性能, 可以结合几个不同复合 PCR 方法和微滴 PCR 方法对多个 DNA 目标进行高通量和特异 地扩增, 不同的 DNA 目标可以独立地在微滴 PCR 中进行扩增而不受其它高浓度 DNA 目标的 影响, 可以实现实际样品中高通量的分析目标核酸分子。以本实施例所建立的高通量 DNA 适应了当前分子生物学研究中对多目标 DNA 进行高通量分析的要求, 本实施例不仅可应用 于转基因成分的分析, 也为其它领域中的 DNA 分子分析提供一个新的高通量 DNA 分析的选 择。
        

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    本文标题:基于毛细管凝胶电泳检测的微滴聚合酶链式反应分析方法.pdf
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