CN102816866B - 一种检测肠道病毒rna的方法及试剂盒 - Google Patents

一种检测肠道病毒rna的方法及试剂盒 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种提取纯化和检测EV RNA(肠道病毒RNA)的方法,并提供一种相应的检测EV RNA的试剂盒。本发明提供的试剂盒中包括含磁珠的RNA提取溶液、和含用于靶多核苷酸扩增的上游引物EV-F、下游引物EV-R和用于靶多核苷酸检测的探针EV-P的PCR反应液。本发明提供的试剂盒可检测出EV RNA,包括EV71、CA16及其他常见肠道病毒类型,但不能检测出非EV病原体,说明本发明试剂盒具有很好的特异性;另外,本发明选择了吸附效果好、易于纯化的磁珠法提取RNA,可以获得高纯度和高得率的核酸,大大提高了检测灵敏度、准确度和稳定性,其检测下限即灵敏度可达200copies/ml,检测范围(试剂盒的定量线性范围)为2.00E+02~2.00E+08copies/ml。

Description

一种检测肠道病毒RNA的方法及试剂盒
技术领域
本发明提供一种提取纯化和检测肠道病毒(Enterovirus,EV)RNA的方法,本发明中EV RNA包括肠道病毒71型(Enterovirus71,EV71)、柯萨奇病毒A16型(Coxsackievirus A16,CA16)及其他常见肠道病毒类型,并提供一种相应的检测EV RNA的试剂盒。
背景技术
实时荧光PCR技术(FQ-PCR)把PCR、分子杂交和光化学融为一体,使PCR扩增和产物分析的全过程均在单管封闭条件下进行。实时荧光PCR技术与其它检测技术相比具有以下优势:(1)与免疫学检测比较,其具有更高的灵敏度,从理论上讲只要有一个基因拷贝就可以检测出来。(2)根据各种病原体独特的保守基因序列设计引物,能够保证PCR反应的高度特异性,避免交叉反应。(3)能对病毒进行定量检测,可反映出患者体内病原体拷贝数的高低和复制情况。定量检测有助于判断病原体感染与疾病发生和发展的关系,探讨药物对病原体的作用,了解感染疾病病人用药后病情的变化情况。这对理解发病机制和预测抗病毒治疗的有效性十分关键。(4)可扩大检测人群的范围,适用于大规模的流行病调查。对如手足口病这类自然感染率极高的病原微生物尤其适用。(5)将PCR敏感性与探针特异性相结合,在很大程度上改变了传统PCR的缺陷,缩短了反应时间,简化了操作步骤。(6)全过程均在单管封闭条件下进行,避免了由于样本间交叉引起的假阴性和环境污染。(7)实时检测技术可连续不断的检测PCR过程中荣耀信号的变化,避免了传统PCR的“平台期效应”,并且模板的定量不通过终产物,而由Ct值算出,准确性和灵敏性都有提高。
目前,国内已有多种基于实时荧光定量PCR技术检测EV-RNA的试剂盒应用于临床检测中,这些试剂盒所提供的EV-RNA提取方法主要是酚-氯仿法和柱提取法。该类试剂盒存在很多不足之处:1)检测灵敏度低,约在1000copie/ml左右;检测范围窄,一般在1.00E+03copie/ml~1.00E+07copie/ml之间,对于临床高值(大于5.00E+07copie/ml)和低值(小于1.00E+03copie/ml)的样本无法检测;2)无法覆盖肠道病毒的所有病毒类型,存在一定的漏检现象;3)酚-氯仿法是最经典的RNA提取方法,但是操作繁琐,对于设备和人员操作要求高,低病毒载量的标本检出率低,且所用试剂具有一定的毒性;柱提取方法无需高速离心,但是需频繁更换离心管,用时长,特异性较差;4)无法有效去除样本中的PCR抑制物(如全血、痰液等),体系中一般没有阳性内对照(即内标),无法预防假阴性;5)国外试剂成本和耗材成本太高,很难在临床广泛开展。
磁珠(免疫磁珠)法是近年发展迅速且被广泛应用的一种核酸提取方法,其优于传统方法的特点可以总结为以下几点:其系列试剂不含氯仿、苯酚等毒性大的有机溶剂;提取纯化的核酸质量好、产量高;提取步骤更简单,不需要离心,易于实现自动化;这些优点使其有替代其它核酸提取和纯化方法的发展趋势。但在现有技术中,并未见有磁珠法用于提取纯化和检测EV RNA的相关报道。
发明内容
本发明的目的在于解决现有肠道病毒荧光定量PCR检测试剂盒的缺陷,提供一种RNA提取得率高、检测灵敏度高、检测范围宽而准确的EV核酸荧光PCR检测试剂盒,可以对咽拭子、粪便等未知样本中的EV-RNA进行快速、准确检测,检测结果可用于EV感染的辅助诊断。
本发明用磁珠法提取样本核酸,采用实时荧光定量PCR技术,以EV基因组的高度保守区域为扩增靶目标,设计特异性引物及TaqMan探针,在实时荧光PCR仪上通过PCR扩增对EV RNA进行定性检测。
本发明提供一种检测EV RNA的方法,其中使用磁珠法提取和纯化EV RNA。
在本发明中,所述磁珠是生物科学和纳米材料科学二者结合的产品。它运用纳米技术对超顺磁性纳米颗粒的表面进行改良和修饰后,制备成超顺磁性氧化硅纳米磁珠;该磁珠能在微观界面上与核酸分子特异性地识别和高效结合。它利用氧化硅纳米微球的超顺磁性,在Chaotropic盐(盐酸胍、异硫氰酸胍等)和外加磁场的作用下,能将血液、动物组织、食品、病原微生物等样本中的DNA和RNA分离出来,可应用于临床疾病诊断、输血安全、法医学鉴定、环境微生物检测、食品安全检测、分子生物学研究等多种领域。在本发明中,所述磁珠可经商购获取。
在优选的情况下,本发明结合使用磁珠法和实时荧光PCR技术提取纯化和检测EVRNA。
具体的,在一个实施方式中,本发明所述方法包括如下步骤,步骤A,裂解病毒:每支离心管加入含磁珠的RNA提取溶液和待测样本,混匀后离心;EV阴性对照和EV阳性对照参照与待测样本相同的方法作RNA提取和纯化处理;步骤B,磁珠吸附核酸:每管加入含4-羟乙基哌嗪乙磺酸和氯化钠的RNA提取溶液Ⅱ,混匀后静置;步骤C,去除杂质:经离心后将离心管置于磁珠分离器上进行磁珠分离,再缓慢将溶液吸出;步骤D,洗涤:每管加入含曲拉通和氯化钠的RNA提取溶液Ⅲ和含矿物油的RNA提取溶液Ⅳ,混匀后离心,将离心管置于磁珠分离器上进行磁珠分离,静置分层后将液体吸出丢弃;步骤E,RNA洗脱:加入含Tris-HCl和EDTA的RNA洗脱液将离心管壁上的磁珠洗脱到管底,混匀并静置后将离心管再次置于磁珠分离器上,然后将从磁珠上洗脱下来的RNA吸至新的灭菌离心管中;步骤F,荧光PCR分析:将洗脱磁珠后的待测样本RNA、EV阴性对照、EV阳性对照中均加入含PCR反应缓冲液、脱氧核糖核苷三磷酸、引物、探针的PCR反应液和含mMLV酶和H-Taq DNA聚合酶的EV酶混合液,在荧光定量PCR扩增仪上进行PCR反应,并分析结果。
本发明还提供一种检测EV RNA的试剂盒,包括含磁珠的RNA提取溶液、和含用于靶多核苷酸扩增的上游引物EV-F、下游引物EV-R和用于靶多核苷酸检测的探针EV-P的PCR反应液;其中,上游引物EV-F的碱基序列为5’-CCC TGA ATG CGG CTA ATC CTA-3’;下游引物EV-R的碱基序列为5’-CAC GGA CAC CCA AAG TAG TCG G-3’;探针EV-P的碱基序列为5’FAM-CGC TGC AGA GTT GCC CGT TAC GAC-BHQ13’。
本发明中EV RNA包括EV71、CA16及其他常见肠道病毒类型,在本发明的试剂盒中,发明人寻找出EV基因组的通用、保守序列而设计出用于靶多核苷酸扩增和检测的引物和探针序列,为EV RNA的实时荧光PCR检测检测提供了保障。
在本发明所述试剂盒中,优选的是,所述试剂盒中还包括内标,所述内标即为一段长为92碱基对的人工合成DNA序列插入pUC18T载体的重组体,即质粒,其碱基序列为5’-ATCTTGCCACGAACGCTAAACGGCACTCTGTCATCCAGTTTTGCTGACTCACGATCAACGCTCGAGTGGTGCAATCTCAATTATGTCATCAG-3’。
在本发明一个具体实施方式中,所述试剂盒中包括如下组分,①RNA提取溶液Ⅰ:包含十二烷基硫酸钠、曲拉通、异硫氰酸胍和100~400μg/ml的磁珠;②RNA提取溶液Ⅱ:含4-羟乙基哌嗪乙磺酸和氯化钠;③RNA提取溶液Ⅲ:含曲拉通和氯化钠;④RNA提取溶液Ⅳ:含矿物油;⑤RNA洗脱液:含Tris-HCl和EDTA;⑥内标:如上所述的可选择使用的内标;⑦PCR反应液:包括5×PCR反应缓冲液,脱氧核糖核苷三磷酸,用于靶多核苷酸扩增的上、下游引物EV-F与EV-R,用于靶多核苷酸检测的探针EV-P,用于内标扩增和检测的上、下游引物IC-F与IC-R和探针IC-P;⑧EV酶混合液:含mMLV酶和H-Taq DNA聚合酶;⑨EV阳性对照:标定已知浓度的慢病毒,其浓度为1.00~5.00E+05 copie/ml;和⑩EV阴性对照:灭菌生理盐水。
在本发明的上述试剂盒中,用于靶多核苷酸扩增的上、下游引物EV-F与EV-R和用于靶多核苷酸检测的探针EV-P的序列是本发明的核心;而用于内标扩增的上、下游引物IC-F与IC-R和用于内标检测的探针IC-P均可以据内标的碱基序列而任意选择。在本发明中,例如,上游引物IC-F为:5’-ATCTTGCCACGAACGCTAAACGGCA-3’;下游引物IC-R为:5’-CTGATGACATAATTGAGATTGCACC-3’;探针IC-P为:5’HEX-CTGTCATCCAGTTTTGCTGACTCACGATC-BHQ13’。
在上述试剂盒中,更为优选的是,①RNA提取溶液Ⅰ:由十二烷基硫酸钠0.2~1.0%(质量/体积)、曲拉通1.0~4.0%(体积/体积),异硫氰酸胍0.2~1.0mol/L和100~400μg/ml的磁珠组成。②RNA提取溶液Ⅱ:包括4-羟乙基哌嗪乙磺酸100~300mmol/L、氯化钠100~300mmol/L,溶液Ⅱ的pH为6.5±0.2;③RNA提取溶液Ⅲ:含曲拉通0.1~1.0%(体积/体积)和氯化钠100~300mmol/L。⑤RNA洗脱液:含Tris-HCl0.8~1.2mol/L和EDTA0.1~1.0mol/L;⑦PC R反应液:包括5×PCR反应缓冲液10μl,0.2mmol/L脱氧核糖核苷三磷酸,0.2~0.4μmol/L的用于靶多核苷酸扩增的上、下游引物EV-F与EV-R,0.2~0.4μmol/L的用于靶多核苷酸检测的探针EV-P,0.1~0.2μmol/L的用于内标扩增的上、下游引物IC-F与IC-R,0.05~0.2μmol/L的用于内标检测的探针IC-P;⑧EV酶混合液:包括mMLV酶10~150U/μl和1~10U/μl的H-TaqDNA聚合酶。
本发明在对EV所有已知基因型的基因组序列进行比对的基础上,在EV的最保守区域设计了两对引物和探针,经定量PCR优化,筛选出扩增效果最好的一对引物和探针,可检测出EV所有已知基因型,但不能检测出非EV病原体,说明本发明试剂盒具有很好的特异性。另外,本发明对EV-RNA的提取方法进行了比较和优化,选择了吸附效果好、易于纯化的磁珠法提取RNA,可以获得高纯度和高得率的核酸,大大提高了检测灵敏度、准确度和稳定性,其检测下限即灵敏度可达200copie/ml,检测范围(试剂盒的定量线性范围)为2.00E+02~2.00E+08copies/ml。
另外,在本发明的一种优选实施方式中,在样本提取过程中增加了内标,利用内标监控RNA提取和PCR反应过程,监控反应体系是否有效,防止样本检测假阴性。
本发明中,在荧光PCR扩增结束后,经仪器自带软件自动分析样本的Ct值,可为灵敏、早期诊断肠道病毒感染提供可靠的实验证据。
附图说明
图1A示出了本发明提供的一个EV阳性对照和一个EV阴性对照其本身的扩增曲线图;
图1B示出了本发明提供的一个加在EV阳性对照中的内标和一个加在EV阴性对照中的内标的内标扩增曲线图;
图2A示出了本发明提供的十个EV阳性样本的扩增曲线图;
图2B示出了本发明提供的十个EV近似病原体(分别为:腺病毒、流感病毒、EB病毒、巨细胞病毒、肺炎支原体、解脲脲原体、结核杆菌、金黄色葡萄球菌、绿脓杆菌、白色念球菌)的扩增曲线图。
具体实施方式
以下仅为本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不局限于此,任何本领域的技术人员在本发明公开的技术范围内,可很容易进行的改变或变化都涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。
实施例1
本实施例提供一种肠道病毒通用型核酸检测试剂盒(检测EV RNA的试剂盒),它包括如下组分:
①RNA提取溶液Ⅰ:由十二烷基硫酸钠0.2~1.0%(质量/体积)、曲拉通1.0~4.0%(体积/体积),异硫氰酸胍0.2~1.0mol/L和100~400μg/ml的磁珠组成;
②RNA提取溶液Ⅱ:包括4-羟乙基哌嗪乙磺酸100~300mmol/L、氯化钠100~300mmol/L,溶液ⅡpH值为6.5±0.2;
③RNA提取溶液Ⅲ:曲拉通0.1~1.0%(体积/体积)、氯化钠100~300mmol/L;
④RNA提取溶液Ⅳ:矿物油;
⑤RNA洗脱液:Tris-HCl0.8~1.2mol/L、EDTA0.1~1.0mol/L;
⑥内标(阳性内对照):一段长为92碱基对的人工合成DNA序列插入pUC18T载体的重组体,即质粒,浓度为1.00E+03~1.00E+06copies/ml;其碱基序列为:5’-ATCTTGCCACGAACGCTAAACGGCACTCTGTCATCCAGTTTTGCTGACTCACGATCAACGCTCGAGTGGTGCAATCTCAATTATGTCATCAG-3’
⑦PCR反应液:5×PCR反应缓冲液10μl(购买mMLV酶时附带的),0.2mmol/L脱氧核糖核苷三磷酸,0.2~0.4μmol/L的用于靶多核苷酸扩增的上、下游引物EV-F与EV-R,0.2~0.4μmol/L的用于靶多核苷酸检测的探针EV-P,0.1~0.2μmol/L的用于内标扩增的上、下游引物IC-F与IC-R,0.05~0.2μmol/L的用于内标检测的探针IC-P,
所述用于靶多核苷酸扩增和检测的上下游引物及探针,其碱基序列分别为:
上游引物EV-F:5’-CCC TGA ATG CGG CTA ATC CTA-3’;
下游引物EV-R:5’-CAC GGA CAC CCA AAG TAG TCG G-3’;
探针EV-P:5’FAM-CGC TGC AGA GTT GCC CGT TAC GAC-BHQ13’;
针对92碱基的序列设计了非竞争性内标的引物及探针,其碱基序列分别为:
上游引物IC-F:5’-ATCTTGCCACGAACGCTAAACGGCA-3’;
下游引物IC-R:5’-CTGATGACATAATTGAGATTGCACC-3’;
探针IC-P:5’HEX-CTGTCATCCAGTTTTGCTGACTCACGATC-BHQ13’;
⑧EV酶混合液:mMLV酶10~150U/μl,1~10U/μl H-Taq DNA聚合酶;
⑨EV阳性对照:标定已知浓度的慢病毒,其浓度为1.00~5.00E+05 copie/ml。
⑩EV阴性对照:灭菌生理盐水。
从附图1A、1B可以看出,EV阳性对照本身有S型扩增曲线,可明显判为阳性;而EV阴性对照本身扩增曲线平直,与阈值线无交点,没有Ct值(No Ct),可明显判为阴性。加入EV阳性对照中的内标和加入EV阴性对照中的内标的内标扩增曲线均为S型,可明显判为阳性。说明本试剂盒阴、阳性对照和内标可以监测提取过程和反应体系,避免假阴性结果。
实施例2
本实施例提供上述实施例1所述试剂盒用于检测咽拭子等未知样本中EV-RNA的操作步骤:
一、试剂准备
1)按比例取相应量的RNA提取溶液Ⅰ(200μl~1ml/人份)及内标(1μl/人份)充分混匀成RNA提取溶液1-mix,瞬时离心后备用。
2)根据待测样本、EV阴性对照、EV阳性对照的数量,按比例取相应量的PCR反应液(43μl/人份)及EV酶混合液(2μl/人份),充分混匀成PCR-mix,瞬时离心后备用。
二、RNA提取操作
1)裂解病毒:每管加入200μl~1ml RNA提取溶液1-mix,然后加入100μl~1ml待测样本(如咽拭子),盖上管盖,震荡混匀10秒钟,瞬时离心;EV阴性对照和EV阳性对照参照与待测样本相同方法作RNA提取和纯化处理;
2)磁珠吸附核酸:每管加入50~400μl RNA提取溶液Ⅱ,震荡混匀10秒钟后,室温静置10~30分钟;
3)去除杂质:瞬时离心后,将离心管置于磁珠分离器上进行磁珠分离,2~5分钟后缓慢将溶液吸出;
4)洗涤:每管加入400μl~1ml RNA提取溶液Ⅲ和100~500μl RNA提取溶液Ⅳ,震荡混匀3~7秒钟,瞬时离心后将离心管再次置于磁珠分离器上进行磁珠分离;
5)2~5分钟后,上清液分为两层,将吸头插入离心管底部,从底部开始缓慢将液体完全吸出丢弃,静置1~3分钟后,将管底残余液体完全吸出丢弃;
6)加入10~100ul RNA洗脱液,将离心管壁上磁珠洗脱到管底,吸打混匀3~4次,室温静置5~30分钟后将离心管再次置于磁珠分离器上2~5分钟,然后将从磁珠上洗脱下来的RNA吸至新的1.5ml灭菌离心管中;
7)每个反应管加入45μl的PCR-mix,吸取已经洗脱磁珠后的待测样本RNA、EV阴性对照、EV阳性对照各5μl加入PCR-mix中,盖好管盖。
三、荧光PCR反应与结果分析(在荧光定量PCR扩增仪上进行)
1)将PCR反应管放入扩增仪样品槽,按对应顺序设置待测样本名称。
2)荧光检测通道选择:选择FAM通道(Reportere:FAM,Quencher:None)检测EV;选择HEX或VIC通道(Reporter:VIC,Quencher:None)检测内标。
3)荧光定量PCR反应条件见表1:
表1
4)结果分析
反应结束后,仪器自动保存结果,可以利用仪器自带的软件进行自动分析,也可以手动调节基线的开始值、结束值以及阈值进行分析,然后记录样本Ct值和结果。扩增曲线与阈值线的交点,称为Ct值(即cycle threshold,指PCR反应管内的荧光信号达到设定的阈值时所经历的循环数值);仪器软件根据各样本Ct值大小,可以判断检测结果。对于测定Ct值≤36(Ct值>0)的样本,报告为EV RNA阳性;对于测定显示无Ct值的样本,同时内标检测为阳性(Ct值≤36),报告为EV RNA阴性;对于测定Ct值>36的样本,同时内标检测为阳性(Ct值≤36),报告为低于检测下限。若内标Ct值>36或内标显示无Ct值,则该样本的检测结果无效,应查找并排除原因,并对此样本进行重复试验。
从附图2A、2B可以看出,十个CA16阳性样本均有S型扩增曲线,可明显判为阳性;而十个CA16近似病原体:腺病毒、流感病毒、EB病毒、巨细胞病毒、肺炎支原体、解脲脲原体、结核杆菌、金黄色葡萄球菌、绿脓杆菌、白色念球菌的扩增曲线都平直,与阈值线无交点,没有Ct值(No Ct),均可明显判为阴性。说明本试剂盒的特异性好,可以检出CA16基因型样本,而非CA16样本均检测为阴性。

Claims (6)

1.一种检测CA16RNA的试剂盒,包括含磁珠的RNA提取溶液、和含用于靶多核苷酸扩增的上游引物EV-F、下游引物EV-R和用于靶多核苷酸检测的探针EV-P的PCR反应液;其中,上游引物EV-F的碱基序列为5’-CCC TGA ATG CGG CTA ATC CTA-3’;下游引物EV-R的碱基序列为5’-CAC GGA CAC CCA AAG TAG TCG G-3’;探针EV-P的碱基序列为5’FAM-CGC TGC AGA GTT GCC CGT TAC GAC-BHQ13’。
2.根据权利要求1所述的试剂盒,其特征在于,所述试剂盒中还包括内标,所述内标为一段长为92碱基对的人工合成DNA序列插入pUC18T载体的重组体,即质粒,所述人工合成DNA的碱基序列为:5’-ATCTTGCCACGAACGCTAAACGGCACTCTGTCATCCAGTTTTGCTGACTCACGATCAACGCTCGAGTGGTGCAATCTCAATTATGTCATCAG-3’。
3.根据权利要求2所述的试剂盒,其特征在于,试剂盒中包括如下组分,
①RNA提取溶液Ⅰ:包含十二烷基硫酸钠、曲拉通、异硫氰酸胍和100~400μg/ml的磁珠;
②RNA提取溶液Ⅱ:含4-羟乙基哌嗪乙磺酸和氯化钠;
③RNA提取溶液Ⅲ:含曲拉通和氯化钠;
④RNA提取溶液Ⅳ:含矿物油;
⑤RNA洗脱液:含Tris-HCl和EDTA;
⑥内标:如权利要求2所述的内标;
⑦PCR反应液:包括5×PCR反应缓冲液,脱氧核糖核苷三磷酸,用于靶多核苷酸扩增的上、下游引物EV-F与EV-R,用于靶多核苷酸检测的探针EV-P,用于内标扩增和检测的上、下游引物IC-F与IC-R和探针IC-P;
且IC-F的序列为5’-ATCTTGCCACGAACGCTAAACGGCA-3’,
IC-R的序列为5’-CTGATGACATAATTGAGATTGCACC-3’,
IC-P的序列为5’HEX-CTGTCATCCAGTTTTGCTGACTCACGATC-BHQ13’;
⑧EV酶混合液:含mMLV酶和H-Taq DNA聚合酶;
⑨EV阳性对照:标定已知浓度的慢病毒,其浓度为1.00E+05~5.00E+05copies/ml;
⑩EV阴性对照:灭菌生理盐水。
4.根据权利要求3所述的试剂盒,其特征在于,在试剂盒中,
①RNA提取溶液Ⅰ:包含质量/体积比为0.2~1.0%的十二烷基硫酸钠、体积/体积比为1.0~4.0%的曲拉通,异硫氰酸胍0.2~1.0mol/L和100~400μg/ml的磁珠。
5.根据权利要求3所述的试剂盒,其特征在于,在试剂盒中,
②RNA提取溶液Ⅱ:包括4-羟乙基哌嗪乙磺酸100~300mmol/L、氯化钠100~300mmol/L,溶液Ⅱ的pH为6.5±0.2;
③RNA提取溶液Ⅲ:含体积/体积比为0.1~1.0%的曲拉通和氯化钠100~300mmol/L。
6.根据权利要求3所述的试剂盒,其特征在于,在试剂盒中,
⑤RNA洗脱液:含Tris-HCl0.8~1.2mol/L和EDTA0.1~1.0mol/L;
⑦PCR反应液:包括5×PCR反应缓冲液10μl,0.2mmol/L脱氧核糖核苷三磷酸,0.2~0.4μmol/L的用于靶多核苷酸扩增的上、下游引物EV-F与EV-R,0.2~0.4μmol/L的用于靶多核苷酸检测的探针EV-P,0.1~0.2μmol/L的用于内标扩增的上、下游引物IC-F与IC-R,0.05~0.2μmol/L的用于内标检测的探针IC-P;
⑧EV酶混合液:包括mMLV酶10~150U/μl和1~10U/μl的H-Taq DNA聚合酶。
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