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CN103571932A - 基于耐热核酸酶hii的单核苷酸多态性检测方法 - Google Patents

基于耐热核酸酶hii的单核苷酸多态性检测方法 Download PDF

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CN103571932A CN201210260940.5A CN201210260940A CN103571932A CN 103571932 A CN103571932 A CN 103571932A CN 201210260940 A CN201210260940 A CN 201210260940A CN 103571932 A CN103571932 A CN 103571932A
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Abstract

本发明提出了一种基于耐热核酸酶HII的单核苷酸多态性检测方法，使用耐热核酸酶HII切断带有核糖核苷酸的分子信标，将荧光信号积累下来，检测双链DNA；其中，所述带有核糖核苷酸的分子信标为中间带有一个核糖核酸，两侧的核苷酸彼此配对，两侧分别用荧光发射基团和荧光淬灭基团标记，整个分子信标形成茎环结构，无荧光释放出来。本发明的检测方法可以检测双链核酸并放大检测信号，灵敏度较高。

Description

基于耐热核酸酶HII的单核苷酸多态性检测方法
技术领域
本发明涉及生物检测技术领域，特别是指一种基于耐热核酸酶HII的单核苷酸多态性检测方法。
背景技术
核酸检测和SNP分析已经是一个很大的产业。这些技术不仅在科学研究上获得广泛的应用，在临床诊断、食品检测、法医鉴定等领域的重要性也越来越明显。现今的核酸检测和SNP分析技术种类多样，其基本核心是核酸杂交检测技术、核酸序列分析技术和聚合酶链式反应(PCR)。检测通量与灵敏度高，以及操作简单、检测时间短是基因和SNP检测的发展方向。
分子信标（molecular beacon）为DNA的恒温检测提供了可能,已成功用于检测多种致病微生物。分子信标是一种短的寡核苷酸单链构成的茎环结构。寡核苷酸链一端为荧光基团标记，另一端为淬灭基团标记。由于两端的核苷酸序列互补，其荧光基团和淬灭基团相互靠近发生能量共振，被激发后荧光基团产生的光子被淬灭基团淬灭。如果被检测的核酸分子能够与分子信标的单链环区域杂交，分子信标的茎结构遭到破坏，增加了荧光基团与淬灭基团之间的空间距离，不能产生荧光能量共振转移，就能够检测被激发后荧光基团产生的荧光信号。但是在整个检测过程中，荧光信号的强弱依赖于被检测的DNA分子的含量，不存在信号放大，因此直接用分子信标杂交目标核酸的检测技术，其灵敏度不理想。
RNase HII是一种核糖核酸内切酶，它能够特异性地水解杂交到DNA链上的RNA磷酸二酯键，能分解RNA/DNA杂交体系中的RNA链。该酶不能消化单链或双链DNA。J.Rizzo等人在2002年首次运用分子信标方法来检测核糖核酸酶动力学和酶切机制[Molecular and Cellular Probes,2002,16:277–283]。但是目前为止未见关于核糖核酸酶HII结合分子信标来检测核酸分子的方法。
发明内容
本发明针对现有技术的缺陷，提出一种基于耐热核酸酶HII的单核苷酸多态性检测方法，该检测方法可以检测双链核酸并放大检测信号，灵敏度较高。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于耐热核酸酶HII的单核苷酸多态性检测方法，使用耐热核酸酶HII（）切断带有核糖核苷酸的分子信标，将荧光信号积累下来，检测双链DNA；其中，所述带有核糖核苷酸的分子信标为中间带有一个核糖核酸，两侧的核苷酸彼此配对，两侧分别用荧光发射基团和荧光淬灭基团标记，整个分子信标形成茎环结构，无荧光释放出来。分子信标中间带有核糖核苷酸，耐热核酸酶HII可以切断分子信标，放大荧光信号。核酸酶HII来源于耐热微生物，因此检测反应可以在高温下以热循环的形式进行，可以有效的检测双链DNA样本。
作为优选的技术方案，所述的检测方法还包括与PCR扩增偶联，检测反应与核酸扩增反应耦合在一起，提高了检测灵敏度。
作为优选的技术方案，所述的分子信标长33个核苷酸，中间带有一个核糖核苷酸，中间的21个核苷酸与检测样本DNA配对，两侧的6个核苷酸彼此配对。
作为优选的技术方案，所述的荧光发射基团可以用FAM，TET等；所述的荧光淬灭基团可以用DACBYL等。
作为优选的技术方案，所述分子信标为
Amp-T：
5’FAM-CGCGCCAGTAAGGGAAruAGGAAGTACTGGCGCG-DABCYL、
Amp-A：
5’FAM-CGCGCCAGTAAGGGAAraAGGAAGTACTGGCGCG-DABCYL、
Amp-C：
5’FAM-CGCGCCAGTAAGGGAArcAGGAAGTACTGGCGCG-DABCYL、或
Amp-G：
5’FAM-CGCGCCAGTAAGGGAArgAGGAAGTACTGGCGCG-DABCYL。
作为优选的技术方案，所述检测方法具体包括：
步骤Ⅰ，制备中间带一个核糖核苷酸的分子信标；
步骤Ⅱ，检测反应体系的建立；
将扩增目标DNA的引物序列、dNTP、Taq DNA聚合酶、Tth核酸酶HII、分子信标和检测样本DNA加入Taq酶催化的反应体系中，配制反应混合物；
步骤Ⅲ，荧光信号放大反应；
将步骤Ⅱ中的反应混合物，放入荧光定量PCR仪中，进行PCR扩增和基因分型检测；
步骤Ⅳ，确定基因多态性；
根据不同样本间荧光信号的差异，确定检测样本待测位点的单核苷酸多态性。
本发明的检测方法可以检测双链核酸并放大检测信号，其主要通过耐热核酸酶HII将中间带有一个核糖核苷酸的分子信标在中间切断，将荧光信号累积下来，达到信号放大的作用。该方法可以用于核酸检测和基因分型测定。与荧光定量PCR仪结合在一起，可以实现在线高通量检测。该方法可以进行食品污染微生物、环境微生物、病原微生物等的分子检测，重要遗传病的分子检测诊断，以及HLA基因分型等。
本发明与现有的基因分子信标的核酸检测和基因分型技术相比有显著的进步。主要优点如下：
（1）本发明的分子信标中间带有一个核糖核苷酸，可以切断分子信标，放大荧光信号；
（2）本发明的检测反应与核酸扩增反应耦合在一起，提高了检测灵敏度；
（3）核酸酶HII来源于耐热微生物，因此检测反应可以在高温下以热循环的形式进行，可以有效的检测双链DNA样本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种基于耐热核酸酶HII的单核苷酸多态性检测方法示意图；
1、第一荧光信号放大环路，2、第二荧光信号放大环路。
图2为本发明四种分子信标的检测信号。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明方法如图1所示，首先设计合成中间带有一个核糖核苷酸的分子信标，利用耐热的核酸酶HII切断带有核糖核苷酸的分子信标，将荧光信号积累下来，达到信号放大的作用。检测反应体系的建立：在反应体系中加入、测定样本DNA、PCR组分、分子信标和核酸酶HII。荧光信号放大反应：在荧光定量PCR仪中进行检测，确定样本的单核苷酸多态性。
第一步，PCR扩增待检目标核酸区；第二步，分子信标与目标核酸杂交配对形成双链配对区，热稳定性核糖核酸酶HII在核糖核苷酸处切断分子信标，分子信标释放出荧光信号；第三步，断裂的分子信标3’端半分子从单链DNA模板上解离下来，游离的单链DNA模板可以指导下一轮的分子信标酶切反应（荧光信号放大环路1）；同时，断裂的分子信标5’端半分子的3’端为自由羟基，与单链DNA模板结合的半分子可以延伸成带3’长末端的双链DNA，下一轮PCR后生成短的平末端双链DNA，这两条双链DNA均可以指导下一轮的分子信标酶切反应（荧光信号放大环路2）。若分子信标的核糖核苷酸与目标核酸的对应碱基形成错配碱基对，则热稳定性核糖核酸酶HII切断分子信标的能力大大减低，最终结果是只有极少量的分子信标被切断，与正确配对的分子信标相比此时释放出的荧光信号极弱，因此可以通过释放的荧光信号强度差异来确定SNP种类。
实施例1
针对氨苄抗性基因，利用设计的核糖核苷酸分子信标和Tth的核酸酶HII，进行氨苄抗性基因多态性分型检测，具体实施步骤如下：
第一步，制备中间带一个核糖核苷酸的分子信标。分子信标长33个核苷酸，中间带有一个核糖核苷酸，中间的21个核苷酸与氨苄抗性基因DNA的300-321位核苷酸配对，两侧的6个核苷酸彼此配对，两侧分别用荧光发射基团和荧光淬灭基团标记，整个分子信标形成茎环结构，无荧光释放出来。4条分子信标如下：
Amp-T：
5’FAM-CGCGCCAGTAAGGGAAruAGGGAAGTACTGGCGCG-DABCYL
Amp-A：
5’FAM-CGCGCCAGTAAGGGAAraAGGAAGTACTGGCGCG-DABCYL
Amp-C：
5’FAM-CGCGCCAGTAAGGGAArcAGGAAGTACTGGCGCG-DABCYL
Amp-G：
5’FAM-CGCGCCAGTAAGGGAArgAGGAAGTACTGGCGCG-DABCYL
第二步，检测反应体系的建立。涉及合成扩增氨苄抗性基因的引物序列，并将dNTP、Taq DNA聚合酶，Tth核酸酶HII、1种分子信标、DNA样本加入Taq酶催化的反应体系中，配制反应混合物。4条分子信标分别加入含有检测样本DNA的反应体系，一个样本对应4个反应。引物序列如下：
Amp-F:5’atgagtattc aacatttccg t
Amp-R:5’cgtcaatacg ggataatacc
第三步，荧光信号放大反应。将第二步中的针对检测样本的4个反应混合物，放入荧光定量PCR仪中，进行PCR扩增和基因分型检测。
第四步，确定基因多态性。定量4个检测反应的荧光信号，根据4个反应体系和分子信标的序列特异性，确定检测样本待测位点的单核苷酸多态性（如图2所示）。
上述分子信标的荧光发射基团还可以使用TET，这是本领域技术人员公知的替代方式，在此不做赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Figure IDA00001932000600011
Figure IDA00001932000600021
Figure IDA00001932000600031
Figure IDA00001932000600041

Claims (6)

1.一种基于耐热核酸酶HII的单核苷酸多态性检测方法，其特征在于，使用耐热核酸酶HII切断带有核糖核苷酸的分子信标，将荧光信号积累下来，检测双链DNA；其中，所述带有核糖核苷酸的分子信标为中间带有一个核糖核酸，两侧的核苷酸彼此配对，两侧分别用荧光发射基团和荧光淬灭基团标记，整个分子信标形成茎环结构，无荧光释放出来。
2.根据权利要求1所述的一种基于耐热核酸酶HII的单核苷酸多态性检测方法，其特征在于，所述检测方法还包括与PCR扩增偶联。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于耐热核酸酶HII的单核苷酸多态性检测方法，其特征在于，所述荧光发射基团为FAM或TET；所述荧光淬灭基团为DACBYL。
4.根据权利要求3所述的一种基于耐热核酸酶HII的单核苷酸多态性检测方法，其特征在于，所述分子信标长33个核苷酸，中间带有一个核糖核苷酸，中间的21个核苷酸与检测样本DNA配对，两侧的6个核苷酸彼此配对。
5.根据权利要求4所述的一种基于耐热核酸酶HII的单核苷酸多态性检测方法，其特征在于，所述分子信标为
Amp-T：
5’FAM-CGCGCCAGTAAGGGAAruAGGAAGTACTGGCGCG-DABCYL、
Amp-A：
5’FAM-CGCGCCAGTAAGGGAAraAGGAAGTACTGGCGCG-DABCYL、
Amp-C：
5’FAM-CGCGCCAGTAAGGGAArcAGGAAGTACTGGCGCG-DABCYL、或
Amp-G：
5’FAM-CGCGCCAGTAAGGGAArgAGGAAGTACTGGCGCG-DABCYL。
6.根据权利要求1所述的一种基于耐热核酸酶HII的单核苷酸多态性检测方法，其特征在于，所述检测方法具体包括：
步骤Ⅰ，制备中间带一个核糖核苷酸的分子信标；
步骤Ⅱ，检测反应体系的建立；
将扩增目标DNA的引物序列、dNTP、Taq DNA聚合酶、Tth核酸酶HII、分子信标和检测样本DNA加入Taq酶催化的反应体系中，配制反应混合物；
步骤Ⅲ，荧光信号放大反应；
将步骤Ⅱ中的反应混合物，放入荧光定量PCR仪中，进行PCR扩增和基因分型检测；
步骤Ⅳ，确定基因多态性；
根据不同样本间荧光信号的差异，确定检测样本待测位点的单核苷酸多态性。
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