CN104131067B - 一种荧光标记的X-InDel位点复合扩增系统及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种荧光标记的X-InDel位点复合扩增系统，该系统可复合扩增18个X染色体上的插入缺失遗传多态性位点。这18个位点分别用FAM、HEX和TAMRA三种荧光素标记。该复合扩增系统灵敏度高，个体识别率高，且多态性高、稳定性、重复性好，分型结果准确，能满足实际需要。基于本发明的复合扩增系统可制成试剂盒，用于亲子鉴定、二联体亲子鉴定、祖孙鉴定、同胞鉴定、个体识别，为人类学、医学遗传学等领域提供新的技术手段。

Description

一种荧光标记的X-InDel位点复合扩增系统及其应用
技术领域
本发明涉及一种检测人类基因组中具有多态性的遗传标记，尤其涉及一种通过复合扩增18个插入缺失遗传多态性标记（Insertion/Deletion,InDel）来进行荧光标记复合扩增系统及其应用。
背景技术
STR(ShortTandemRepeats,STR)分型技术是目前法医生物学研究和鉴定普遍采用的技术手段。就目前而言，STR分型被认为是法医DNA鉴定中最标准、最权威的途径和方法，能够解决大多数的实际问题。但是，随着STR基因座在法医DNA分析中的广泛应用，其缺陷也日益受到学界关注。如STR基因座的高突变率不利于亲权鉴定的结果解释；PCR扩增子较长不易实现对降解检材的DNA分型；STR基因座的数量有限不利于复杂亲缘关系的鉴定等。
SNP（SingleNucleotidePolymorphism,单核苷酸多态性）作为第三代遗传标记，应用于法医学实践的优越性已越发显著。与STR（自发突变率为10-3～10-5）相比，SNP具有相对较低的自发突变率（10-8）；而单个的SNP位点扩增产物可以控制在200bp以下，容易实现多个位点的复合扩增，并有利于降解检材的分型；二等位基因的特性也使其分型结果的分析简便易行，更加容易完成向自动化的转变。然而SNP分型采用的技术平台无论是Minisequencing（核心是单碱基延伸）、连接反应还是质普分析，要么需要特殊仪器设备（如SNPStream、MALDI-TOF质普仪），要么核心技术为国外技术公司掌握（如SNPlex），它们普遍具有仪器昂贵，使用成本高，操作繁琐或通量小等一些限制性特征，并不适合在常规的法医学实验室推广。
近年来，InDel这种新型的遗传标记受到了越来越多的关注，其在法医生物学领域的应用也具有广阔的前景。InDel（Insertion/DeletionPolymorphism）是一种特殊类型的二等位基因遗传标记，具有较低的自发突变率和较小的扩增产物片段,兼具了STR和SNP两种遗传标记的优势，以这种遗传标记为分型标准的法医生物学分型试剂盒将为法医生物学的研究与法医DNA鉴定的应用提供更为便捷有效的分型分析途径。自2006年起，国内外对常染色体InDel的法医学研究就如火如荼的展开了，较为典型的是Pereira等人与Edelmann等人于2009年建立了一个包含38个常染色体InDel位点的可用于个体识别目的的复合扩增体系，以及李成涛等建立的一个包含30个常染色体InDel位点的复合扩增体系，均系采用多色荧光标记，毛细管电泳，依靠插入缺失片段的大小就可以实现快速、准确的进行分型，体现出了InDel遗传标记在法医学中应用的优越性。
X染色体有着特殊的遗传方式，在一些特殊的亲权鉴定案件中（祖母-孙女关系鉴定、同父异母姐妹关系鉴定），常染色体上的遗传标记应用价值就很有限，X染色体上的遗传标记在这样的亲缘关系鉴定中重要的应用价值就得以凸显。另外，在普通的父-女、母-儿子（或女儿）亲子鉴定中，遇到由于突变导致1～2个基因座不符合孟德尔遗传规律的现象较为多见，客观上也需要X染色体上的遗传标记构成的分型系统来补充当前常染色体上遗传标记系统的不足。因此，法医物证学迫切需要建立以X染色体上遗传标记为分型基础的基因型检测方法和体系，来克服目前常用系统带来的不足，并改变当前司法检验鉴定工作的被动局面。对于新兴的遗传标记InDel在X染色体上的研究在国际上已有一些成果的发表，但国内相关的研究还是相对欠缺，甚至连亚洲人群的数据都相对较为稀少。所以，研制针对中国人群的X-InDel（X染色体上的InDel）多态分型系统可以说是当务之急也是大势所趋。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种在中国人群中具有高个体识别率的X-InDel位点（X染色体上的InDel位点）并建立相应的荧光标记复合扩增系统。
本发明的第一个目的是提供一种荧光标记的X-InDel位点复合扩增系统，包括包括针对X-InDel位点设计的荧光标记的引物；其中，所述X-InDel位点为如下18个X染色体上的InDel位点：X-InDel-01（rs25581）、X-InDel-02（rs363794）、X-InDel-03（rs2308033）、X-InDel-04（rs2308280）、X-InDel-05（rs3047852）、X-InDel-06（rs3048996）、X-InDel-07（rs3080039）、X-InDel-08（rs3215490）、X-InDel-09（rs5901519）、X-InDel-10（rs5903978）、X-InDel-11（rs35574346）、X-InDel-12（rs45409991）、X-InDel-13（rs55877732）、X-InDel-14（rs57608175）、X-InDel-15（rs59400186）、X-InDel-16（rs60283667）、X-InDel-17（rs66676381）、X-InDel-18（rs72417152），括号中的rs号表示该位点在dbSNP数据库的编号。
其中，X-InDel位点所对应的引物序列优选为如下所示：
X-InDel-01位点的引物序列F：5'-CCTTTCTTGCACATTCTAGCTGAAC-3'，R：5'-GGGGTGGTGACAGAAGGGAAT-3'；
X-InDel-02位点的引物序列F：5'-TGGTCTCTGGAGTGCAATTTTAAGTC-3'，R：5'-CCAAGCCAGCCATTTGTTCTTC-3'；
X-InDel-03位点的引物序列F：5'-ATGGCATTTAGTCTCAGGTCTGCTTA-3'，R：5'-CAACTGGTCCACCCTAACTGTATCC-3'；
X-InDel-04位点的引物序列F：5'-CTACCAACAAAATCCATTCTGGAATAA-3'，R：5'-GTTTTATAGCAACACAAAATTGACTAAGACA-3'；
X-InDel-05位点的引物序列F：5'-TTCCCAGATTTGAAATGTATGAAACTCT-3'，R：5'-CCTTAGTGCCTTGTTAGAAGGAATGA-3'；
X-InDel-06位点的引物序列F：5'-TGAATATACTGCAGGGTTCTGTTACAAC-3'，R：5'-AGATAGACAGGAGATGAGTGAATGGCT-3'；
X-InDel-07位点的引物序列F：5'-ACCTTGGACAAAGTTACTTAGCTGCT-3'，R：5'-TAGCAAGTCACACATGGATGAGAAA-3'；
X-InDel-08位点的引物序列F：5'-TCATCTATATTGAGTCAGCATTTGAACC-3'，R：5'-CAGAATCTCTGGAAACACTTGGTAGAA-3'；
X-InDel-09位点的引物序列F：5'-TTGACGGGAATTGAGTCACCTG-3'，R：5'-CTAAGGACAGCCTGAATCCCAGAT-3'；
X-InDel-10位点的引物序列F：5'-TGTACCACTGTAAAGCCCCCG-3'，R：5'-GCTGCATTGTCTGGCAATGAA-3'；
X-InDel-11位点的引物序列F：5'-ACTGGTAGGATCTGGAACATCTGC-3'，R：5'-TGACTGTGGGCTTAAATCAAAACTT-3'；
X-InDel-12位点的引物序列F：5'-CCGAGTAGAGCTTAACATTTATACCTG-3'，R：5'-AGACATGATTGTGCCACTGGATTT-3'；
X-InDel-13位点的引物序列F：5'-ACCCTAGTTCTACAAAGCGCAAGTC-3'，R：5'-AAACATTTTTCAAGGGCAATGATGT-3'；
X-InDel-14位点的引物序列F：5'-CAAATTGACTATAGCCTTCCACCCT-3'，R：5'-TGCCTTCCTCTCATTGACTTCATAA-3'；
X-InDel-15位点的引物序列F：5'-TGTCACCACATTTCCTTCTGGGTA-3'，R：5'-TCACTTCCATTTGGCTTACTTCCTC-3'；
X-InDel-16位点的引物序列F：5'-CCTTATTTTGTGCCTTTTATTCTTGG-3'，R：5'-TCCTCTAAATTGGGGACCTATGTGTA-3'；
X-InDel-17位点的引物序列F：5'-CTTTGGGTGATAGGAGGTTTTGC-3'，R：5'-AACCCCTGGTGCTGTGTGTAAAT-3'；
X-InDel-18位点的引物序列F：5'-TGTAAAGCTACACCAATGGACAGATG-3'，R：5'-TGCAAAGATTAAGTGCATTTTCTCTG-3'。
其中，F为上游引物（Forwardprimer），R为下游引物（Reverseprimer）。
优选地，所述18个X-InDel位点引物分别用FAM、HEX和TAMRA三种荧光素标记。
优选地，荧光素标记X-InDel位点引物，具体如下：FAM标记X-InDel-02、X-InDel-03、X-InDel-06、X-InDel-07、X-InDel-09、X-InDel-10和X-InDel-17；HEX标记X-InDel-04、X-InDel-08、X-InDel-12、X-InDel-13和X-InDel-15；TAMRA标记X-InDel-01、X-InDel-05、X-InDel-11、X-InDel-14、X-InDel-16和X-InDel-18。
本发明还可以采用第四种荧光素用于内标的标记，其中第四种荧光素可以为LIZ、SIZ等。
优选地，上述18个X-InDel位点是在一个复合扩增体系中同时扩增，从而可同时分析多个X染色体的InDel位点。
本发明的第二个目的是提供一种基于上述荧光标记的X-InDel位点复合扩增系统的试剂盒，该试剂盒包括总体积为10-25μL的PCR反应体系，其中，该PCR反应体包括PCR反应缓冲液（Buffer）2-7.5μL，引物混合物（PrimerpairMix）1-3.0μL，DNA聚合酶1-2.5μL，模板DNA1-3.0μLL，和余量水；其中，所述引物混合物包括针对X-InDel位点设计的荧光标记的引物序列。
本发明的第三个目的是提供上述荧光标记的X-InDel位点复合扩增系统在三联体亲子鉴定、二联体亲子鉴定、祖孙鉴定、同胞鉴定、个体识别以及制备疾病诊断工具中的应用。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、高灵敏度：本发明研制的18个InDel位点荧光复合扩增系统在模板量为200pg时仍可检出全部的18个InDel位点。
2、高个体识别率：本发明研制的这18个InDel位点在上述5个民族的累积个体识别效能(CDP值)分别达到了0.99999999690、0.99999999580、0.99999999739、0.99999999629、0.99999999518，这表明该InDel系统完全适用于中国这5个主要民族个体的法医学DNA鉴定。
3、本发明所研制的18个InDel位点荧光复合扩增系统在实验室用于检案，结果表明该系统多态性高、稳定性、重复性好，分型结果准确，能满足实际需要。
4、本发明在国内首先研制出一组18个X染色体InDel位点在单一反应管中实现复合扩增的三色荧光标记复合扩增检测系统。
5、本发明的荧光标记引物复合扩增技术快速、简便，PCR产物可用310、3100、3130、3500等遗传分析仪电泳，结果自动分析，能标准化，可以保证不同实验室数据比较的正确性。
6、本发明可制备一套试剂盒，可进行商品化，可以填补国内没有X染色体InDel位点荧光复合扩增试剂盒的空白，也可补充目前STR荧光检测试剂盒的不足，作为有中国特色的InDel位点荧光复合扩增试剂盒，可用于三联体亲子鉴定、二联体亲子鉴定、祖孙鉴定、同胞鉴定以及个体识别、疾病诊断和人类学等领域中。
附图说明
图1为实施例1中18个X-InDel位点的分型效果图。
具体实施方式
下面将结合具体的实施例对本发明作进一步的说明，以更好地理解本发明。
一、本发明复合扩增系统中18个X-InDel位点的选择
（1）X-InDel位点的筛选原则
①X-InDel等位基因片段长度差异(插入或缺失的碱基)≥3bp且＜30bp。
②为尽可能避免筛选的InDel位点与某些特殊的疾病表型相关联，限制其为X染色体的内含子区域；
③dbSNP数据库中该位点的最低等位基因频率（MinorAlleleFrequency,MAF）介于0.20～0.50（以东亚人群为基准，兼顾其他人种）；
④总位点数不少于15个，累积个体识别率达到0.9999以上；
⑤在中国汉族人群中的分布符合Hardy-Weinberg遗传平衡。
（2）多重PCR引物的荧光标记
由于需要对18个InDel位点进行复合扩增，并对等位基因片段长度差异和扩增子长度的限制，多重PCR体系构建时要进行多重荧光标记本发明采用3色荧光标记，在选择荧光标记时考虑以下要素：
①每种荧光素的激发光光谱间隔应尽可能均匀，且其间隔最好是不少于20nm，以达到最佳的分离效果；
②一种荧光素的激发光光谱与另一种荧光素的吸收光光谱尽可能不重叠，以减少相互间的干扰；
③荧光素可通过商业途径获得，不受专利保护；
④由于未来的应用主要依据美国AB公司的遗传分析仪，要求所选择的荧光素在美国AB公司的遗传分析仪上适用。
根据上述原则，本发明采用的InDel位点为X-InDel-01（rs25581）、X-InDel-02（rs363794）、X-InDel-03（rs2308033）、X-InDel-04（rs2308280）、X-InDel-05（rs3047852）、X-InDel-06（rs3048996）、X-InDel-07（rs3080039）、X-InDel-08（rs3215490）、X-InDel-09（rs5901519）、X-InDel-10（rs5903978）、X-InDel-11（rs35574346）、X-InDel-12（rs45409991）、X-InDel-13（rs55877732）、X-InDel-14（rs57608175）、X-InDel-15（rs59400186）、X-InDel-16（rs60283667）、X-InDel-17（rs66676381）、X-InDel-18（rs72417152），括号中的rs号表示该位点在dbSNP数据库的编号。
本发明的18个InDel位点分别采用FAM、HEX和TAMRA三种不同颜色的荧光素标记（第四种荧光用于内标的标记如LIZ、SIZ等）：FAM标记X-InDel-02、X-InDel-03、X-InDel-06、X-InDel-07、X-InDel-09、X-InDel-10和X-InDel-17；HEX标记X-InDel-04、X-InDel-08、X-InDel-12、X-InDel-13和X-InDel-15；TAMRA标记X-InDel-01、X-InDel-05、X-InDel-11、X-InDel-14、X-InDel-16和X-InDel-18。
二、本发明体系中18个X-InDel位点的复合扩增与检测
本发明的复合扩增系统是采用复合PCR技术在同一PCR反应管中同时扩增上述18个X-InDel位点，从而可同时分析多个X染色体的InDel位点。
复合扩增体系中的X-InDel位点被位于该位点两侧的一对引物扩增，其中每对引物中的正链或反链的5′端用相应的荧光素标记即用FAM、HEX和TAMRA标记，全部18个InDel位点的引物按照比例混合在一个试管中。
1、PCR反应体系
反应总体积为10-25μL，包括PCR反应缓冲液（Buffer）2-7.5μL，引物混合物（PrimerpairMix）1-3.0μL，DNA聚合酶1-2.5U，模板DNA1-3.0μL，超纯水补足至总体积。
2、PCR扩增参数
在9700或其他型号的PCR仪上进行扩增，多重PCR扩增参数为：95℃15min；94℃30sec、65℃90sec、72℃、90sec，共进行30个循环；60℃延伸60min。
3、结果分析
①样品制备
混匀后瞬时离心，在96孔板中，每孔加10.0μL混合液，再加PCR产物1μL，短暂离心，95℃变性4min，放置冰盒中冷却3min，装入3100、3130或3500等型号遗传分析仪中进行电泳。
②电泳参数的设置
按照遗传分析仪的操作说明书进行样本表的编写，在样本表中，电泳参数的设置如下：DyeSet为G5，RunModule选择“GeneScan36vb_POP4Default”。
③结果分析
采用GeneMapperIDv3.1软件或GeneMapperIDv3.2或GeneMapperIDv3.3或GeneMapperID-Xv1.0。
实施例1应用X-InDel位点荧光复合扩增系统进行亲子鉴定和个体识别
操作步骤：
1、DNA提取
Chelex-100法提取基因组DNA：在1.5mL离心管中加1mL双蒸水,然后加入3μL全血或3×3mm血斑，小心混匀；室温保温30min，间歇振荡；14,000r/min离心5min；小心移去上清液。在沉淀中加入10%Chelex100(100mesh)200μL；56℃保温30min；高速振荡5-10Sec；沸水浴8min；14,000r/min离心5min，取上清液用于PCR扩增。
2、PCR扩增
反应总体积为15.0μL，包括PCR反应缓冲液（Buffer）7.5μL，引物混合物（PrimerpairMix）3.0μL，DNA聚合酶0.5μL，模板DNA3.0μL，超纯水1μL。所述引物混合物中，各个基因座的引物序列及其荧光标记如表1所示。全部18个InDel位点的荧光标记的引物按照比例混合在一个PCR反应管中进行扩增。
表1X-InDel位点及其引物序列和荧光标记
3、PCR扩增参数：在9700PCR仪上进行扩增，PCR扩增参数为：95℃15min；94℃30sec、65℃90sec、72℃、90sec，共进行30个循环；60℃延伸60min。
4、3100遗传分析仪电泳：按照遗传分析仪的操作说明书进行样本表的编写，在样本表中，电泳参数的设置如下：DyeSet为G5，RunModule选择GeneScan36vb_POP4Default。
经过GenemapperIDv3.2软件分析，得到18个X-InDel位点的分型结果，见图1，由图1可以看出，本发明的18个InDel位点分别采用FAM、HEX和TAMRA三种不同颜色的荧光素标记后，在本实施例所述的体系中能够实现复合扩增，扩增效率高，而且无相互干扰。
本发明研制的18个InDel位点荧光复合扩增系统在模板量为200pg时仍可检出全部的18个InDel位点。
本发明所检测的这18个InDel位点在中国汉族、回族、维吾尔族、蒙古族、藏族5个民族的累积个体识别效能（CDP值）分别达到了0.99999999690、0.99999999580、0.99999999739、0.99999999629、0.99999999518。本发明的18个X-InDel位点已经在申请人实验室应用于群体遗传学调查并获得中国汉族、回族、维吾尔族、蒙古族、藏族人群的分型结果，证明这些位点的多态性较高，适合于中国人群的检测，并应用到实际检案中取得了理想的结果。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (5)

1.一种荧光标记的X-InDel位点复合扩增系统，其特征在于，包括针对X-InDel位点设计的荧光标记的引物；其中，所述X-InDel位点为如下18个X染色体上的InDel位点：rs25581、rs363794、rs2308033、rs2308280、rs3047852、rs3048996、rs3080039、rs3215490、rs5901519、rs5903978、rs35574346、rs45409991、rs55877732、rs57608175、rs59400186、rs60283667、rs66676381、rs72417152，rs号表示该位点在dbSNP数据库的编号；
其中，X-InDel位点所对应的引物序列如下所示：
rs25581位点的引物序列F：5'-CCTTTCTTGCACATTCTAGCTGAAC-3'，R：5'-GGGGTGGTGACAGAAGGGAAT-3'；
rs363794位点的引物序列F：5'-TGGTCTCTGGAGTGCAATTTTAAGTC-3'，R：5'-CCAAGCCAGCCATTTGTTCTTC-3'；
rs2308033位点的引物序列F：5'-ATGGCATTTAGTCTCAGGTCTGCTTA-3'，R：5'-CAACTGGTCCACCCTAACTGTATCC-3'；
rs2308280位点的引物序列F：5'-CTACCAACAAAATCCATTCTGGAATAA-3'，R：5'-GTTTTATAGCAACACAAAATTGACTAAGACA-3'；
rs3047852位点的引物序列F：5'-TTCCCAGATTTGAAATGTATGAAACTCT-3'，R：5'-CCTTAGTGCCTTGTTAGAAGGAATGA-3'；
rs3048996位点的引物序列F：5'-TGAATATACTGCAGGGTTCTGTTACAAC-3'，R：5'-AGATAGACAGGAGATGAGTGAATGGCT-3'；
rs3080039位点的引物序列F：5'-ACCTTGGACAAAGTTACTTAGCTGCT-3'，R：5'-TAGCAAGTCACACATGGATGAGAAA-3'；
rs3215490位点的引物序列F：5'-TCATCTATATTGAGTCAGCATTTGAACC-3'，R：5'-CAGAATCTCTGGAAACACTTGGTAGAA-3'；
rs5901519位点的引物序列F：5'-TTGACGGGAATTGAGTCACCTG-3'，R：5'-CTAAGGACAGCCTGAATCCCAGAT-3'；
rs5903978位点的引物序列F：5'-TGTACCACTGTAAAGCCCCCG-3'，R：5'-GCTGCATTGTCTGGCAATGAA-3'；
rs35574346位点的引物序列F：5'-ACTGGTAGGATCTGGAACATCTGC-3'，R：5'-TGACTGTGGGCTTAAATCAAAACTT-3'；
rs45409991位点的引物序列F：5'-CCGAGTAGAGCTTAACATTTATACCTG-3'，R：5'-AGACATGATTGTGCCACTGGATTT-3'；
rs55877732位点的引物序列F：5'-ACCCTAGTTCTACAAAGCGCAAGTC-3'，R：5'-AAACATTTTTCAAGGGCAATGATGT-3'；
rs57608175位点的引物序列F：5'-CAAATTGACTATAGCCTTCCACCCT-3'，R：5'-TGCCTTCCTCTCATTGACTTCATAA-3'；
rs59400186位点的引物序列F：5'-TGTCACCACATTTCCTTCTGGGTA-3'，R：5'-TCACTTCCATTTGGCTTACTTCCTC-3'；
rs60283667位点的引物序列F：5'-CCTTATTTTGTGCCTTTTATTCTTGG-3'，R：5'-TCCTCTAAATTGGGGACCTATGTGTA-3'；
rs66676381位点的引物序列F：5'-CTTTGGGTGATAGGAGGTTTTGC-3'，R：5'-AACCCCTGGTGCTGTGTGTAAAT-3'；
rs72417152位点的引物序列F：5'-TGTAAAGCTACACCAATGGACAGATG-3'，R：5'-TGCAAAGATTAAGTGCATTTTCTCTG-3'；
其中，荧光素标记X-InDel位点引物，具体如下：FAM标记rs363794、rs2308033、rs3048996、rs3080039、rs5901519、rs5903978和rs66676381；hex标记rs2308280、rs3215490、rs45409991、rs55877732和rs59400186；tamra标记rs25581、rs3047852、rs35574346、rs57608175、rs60283667和rs72417152。
2.根据权利要求1所述的荧光标记的X-InDel位点复合扩增系统，其特征在于，所述18个X-InDel位点是在一个复合扩增体系中同时扩增。
3.根据权利要求1中所述的荧光标记的X-InDel位点复合扩增系统，其特征在于，所述18个X-InDel位点引物分别用FAM、HEX和TAMRA三种荧光素标记。
4.一种基于权利要求1-3中任意一项所述的荧光标记的X-InDel位点复合扩增系统的试剂盒，其特征在于，包括总体积为10-25μL的PCR反应体系，其中，所述PCR反应体系包括PCR反应缓冲液2-7.5μL，引物混合物1-3μL，DNA聚合酶1-2.5μL，模板DNA1-3.0μL，和余量水；其中，所述引物混合物包括如权利要求1所述的针对X-InDel位点设计的荧光标记的引物序列。
5.权利要求1-3中任意一项所述的荧光标记的X-InDel位点复合扩增系统在制备三联体亲子鉴定、二联体亲子鉴定、祖孙鉴定、同胞鉴定、个体识别的工具中的应用。
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