CN110616260B - 基于SNP分析的缺失型β地中海贫血检测引物、试剂盒及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于SNP分析的缺失型β地中海贫血检测引物、试剂盒及应用。该检测引物的序列如SEQ ID NO.1~14所示。本发明提供检测试剂盒,包括前述引物。该检测引物涉及6个SNP位点,对待检样本进行PCR扩增后,根据样本SNP基因型的杂合型存在与否判断是否发生了β‑珠蛋白基因簇缺失型突变。若实验结果显示样本的6个SNP中存在杂合型位点,则可以排除9种β‑珠蛋白基因簇缺失型突变。反之,若6个SNP位点分型检测结果都是纯合型,则该样本很有可能发生了β‑珠蛋白基因簇缺失突变而导致杂合性丢失,提示需做进一步临床检测。本发明提供的检测引物及试剂盒对SNP的分型检测操作简便,成本低廉。
Description
技术领域
本发明属于基因工程技术领域,具体涉及一种基于SNP分析的缺失型β地中海贫血检测引物、试剂盒 及应用。
背景技术
地中海贫血是最常见的单基因遗传疾病之一,常见的地贫种类有α-地贫和β-地贫,分别由α-珠蛋白基 因簇和β-珠蛋白基因簇异常表达引起。主要分布于东南亚地区,据估计全球约1.5%的人口(80至9000万 人)是地中海贫血携带者,每年至少有6万多新生儿受到严重影响,在发展中国家占绝大多数。在我国长 江以南地区是地贫的高发区,主要是广西,广东,海南三省。目前对本病尚无有效的治疗方法,重型α地 贫患儿在出生的24-48小时之内死亡,而且产妇因胎儿水肿、大胎盘,极易导致死产;重型β地贫患者 在出生后半年起始出现进行性贫血,只能靠输血维持生命,多在童年夭折。这已成为一个重大的公共卫生 问题,造成了巨大的经济负担,影响社会发展。
β-地贫主要是由β-珠蛋白基因的点突变引起,也有少部分是由β-珠蛋白基因簇的大片段缺失所致。β- 珠蛋白基因簇位于11号染色体上,包括5个功能基因和1个假基因。基因排列顺序从5'到3'分别是: ε(HBE1)、Gγ(HBG2)、Aγ(HBG1)、ψβ(HBBP1)、δ(HBD)和β(HBB)(图1、表1)。我国目前已报道了中国 人群的β珠蛋白基因簇的11种大片段缺失,包括Chinese Gγ(Aγδβ)0-Thal缺失,Yunnanese缺失,Cantonese 缺失,Taiwanese缺失,(SEA)-HPFH缺失,Chinese Gγ(Aγδβ)0-Thal-2缺失,HPFH-6缺失,Filipino del缺失, β118k del缺失,β21.9k del缺失和β7.3k del缺失(图1、表2)。目前国内对于地贫的基因检测产品通常只 限于α-地贫的常见三种缺失与点突变,和β地贫的常见17个位点的点突变的检测,不能检测β珠蛋白基 因簇的缺失型突变。实验室诊断HPHF和δβ地贫主要依赖血液学分析,这需要综合多项RBC和Hb指标 才能作出诊断,且常难确诊。对于单纯携带缺失型β地贫基因的患者而言,其血液学表现特点及分子病理 基础,在常规血液学筛查与基因检测中往往被漏诊,这类患者当其与β地贫携带者结合时,则可导致中度 和重度β-地贫患儿的出生。
表1β-珠蛋白基因簇
表2中国人群β-珠蛋白基因簇11种缺失型突变
对于缺失型突变的检测,目前国内外主流技术为跨越断裂位点PCR法(Gap-PCR),通过设计两对引 物:一对位于缺失基因断裂点两侧;另一对引物其中一侧与上述引物中的一侧共享,另一侧位于缺失区域, 用以扩增正常基因作为正常对照带。从而能区分野生型、突变纯合子、突变杂合子或双重杂合子。部分实 验室采用自己建立的Gap-PCR方法能增加检测缺失突变类型,然而基于已知缺失片段建立的方法只能检测 该缺失类型,检测结果阴性也无法完全排除存在其它缺失型的可能,而且各种可能的缺失型只能分开逐一 进行检测,费时费力、检测效率低。荷兰学者Sehouten等于2002年研发的多重连接酶依赖探针扩增技术 (multiplex ligation-dependent probe amplification assay,MLPA)也是另一种可选择的用于缺失型地贫的分子 诊断技术。此外还有DNA测序技术,常用於检测出不常见或者罕见类型的点突变、微缺失或者插入突变。 但这些方法操作相对繁琐、仪器设备条件要求较高,不适合基层单位常规应用,而且这只能逐一增加有限 的检测类型,仍未能检测出β珠蛋白基因簇所有的缺失型突变。
因此,临床上急需一种通用、高效和准确的地贫缺失型突变检测技术,尽可能多的覆盖中国人群β珠 蛋白基因簇缺失突变类型,减少缺失型β地贫的漏检率,来指导临床诊断、人群筛查和遗传咨询,为地中 海贫血的预防、诊断和治疗提供科学的理论根据。
发明内容
本申请的首要目的在于提供一种基于SNP分析的缺失型β地中海贫血检测引物。
本申请的另一目的在于提供一种基于SNP分析的缺失型β-地中海贫血检测试剂盒。
本申请的再一目的在于提供上述基于SNP分析的缺失型β-地中海贫血检测试剂盒的应用。
本发明的上述目的,通过以下技术方案予以实现:一种基于SNP分析的缺失型β地中海贫血检测引物, 包括引物SNP1-in-F、SNP1-in-R、SNP2-in-F、SNP2-in-R、SNP3-in-F、SNP3-in-R、SNP4-in-F、SNP4-in-R、 SNP5-in-F、SNP5-in-R、SNP6-in-F、SNP6-in-R、OUT-F和OUT-R(表3);
表3 SNP位点分型检测体系引物设计(Tetra-Primer ARMS-PCR)
内外侧引物5’端添加一段非同源序列作为通用接头(Tag):正向引物5’端添加Tag-F(5’-GCGTACTAGCGTACCAC GTGTCGACT-3’),反向引物5’端添加Tag-R(5’-CAGGCCACGTTTTGTCATGCAATC-3’);
内侧引物的3’末端碱基为SNP位点(加粗);内侧引物3’端倒数第三个碱基为人工引入的错配碱基(下划线)。
上述引物针对的SNP位点涉及6个SNP位点,分别为rs7480526、rs713040、rs10742584、rs74234654、 rs35755129和rs11036364,该组SNP位点在人群中的杂合度为93.3%,其分布区域为 NC_000011.9:g.5247733-5249004,这6个SNP位点涉及了9种中国人群β-珠蛋白基因簇缺失突变,分别为: Chinese Gγ(Aγδβ)0-Thal缺失、Yunnanese缺失、Cantonese缺失、(SEA)-HPFH缺失、Chinese Gγ(Aγδβ)0-Thal-2 缺失、HPFH-6缺失、Filipinodel缺失、β118k del缺失和β21.9k del缺失;发明人经研究发现,通用接头 引物能平衡各引物间的GC含量,在保证引物扩增的特异性的情况下,提高其扩增效率,引入通用接头引物便于多重PCR反应实验体系的优化,进而发明人通过创造性劳动设计了本发明所述基于SNP位点分析 的中国人群9种缺失型β-地中海贫血突变检测引物。
一种基于SNP分析的缺失型β地中海贫血检测试剂盒,包括上述基于SNP分析的缺失型β地中海贫 血检测引物。
所述的基于SNP分析的缺失型β地中海贫血检测试剂盒,还包括PCR反应用的DNA聚合酶、PCR 反应用的缓冲液、dNTP Mixture混合物和用于PCR扩增的水中的至少一种。
所述的用于PCR扩增的水优选为双蒸水或超纯水。
所述的基于SNP分析的缺失型β地中海贫血检测试剂盒,优选包括引物预混液A、引物预混液B和 用于PCR扩增的Premix LA TaqTM预混液;引物预混液A包括引物SNP1-in-F、SNP1-in-R、SNP3-in-F、 SNP3-in-R、SNP5-in-F、SNP5-in-R、OUT-F和OUT-R;引物预混液B包括SNP2-in-F、SNP2-in-R、SNP4-in-F、 SNP4-in-R、SNP6-in-F、SNP6-in-R、OUT-F和OUT-R。
所述的引物预混液A中SNP1-in-F:SNP1-in-R:SNP3-in-F:SNP3-in-R:SNP5-in-F:SNP5-in-R:OUT-F: OUT-R=摩尔比0.04:0.2:0.04:0.2:0.2:0.12:0.2:0.2。
所述的引物预混液B中SNP2-in-F:SNP2-in-R:SNP4-in-F:SNP4-in-R:SNP6-in-F:SNP6-in-R:OUT-F: OUT-R=摩尔比0.04:0.2:0.2:0.2:0.2:0.04:0.2:0.2。
所述的用于PCR扩增的Premix LA TaqTM预混液包括PCR反应用的DNA聚合酶、缓冲液和dNTP Mixture混合物。
所述的基于SNP分析的缺失型β地中海贫血检测试剂盒的应用,包括如下步骤:
(1)配制PCR反应体系,将待测样本的基因组DNA、上述基于SNP分析的缺失型β地中海贫血检 测引物、PCR反应用的DNA聚合酶、PCR反应用的缓冲液、dNTP Mixture混合物和用于PCR扩增的水 混合,配制得到PCR反应体系A和PCR反应体系B;其中,PCR反应体系A中,各引物的浓度如下:SNP1-in-F 0.04μM、SNP1-in-R 0.2μM、SNP3-in-F 0.04μM、SNP3-in-R0.2μM、SNP5-in-F 0.2μM、SNP5-in-R 0.12μM、 OUT-F 0.2μM和OUT-R 0.2μM;PCR反应体系B中,各引物的浓度如下:SNP2-in-F 0.04μM、SNP2-in-R 0.2μM、SNP4-in-F 0.2μM、SNP4-in-R 0.2μM、SNP6-in-F 0.2μM、SNP6-in-R 0.04μM、OUT-F 0.2μM和OUT-R 0.2μM;
(2)进行PCR反应;
(3)将得到的PCR产物进行电泳,根据电泳条带大小鉴定分型;
(4)结果判读:根据样本SNP基因型的杂合型存在与否可以判断是否发生了9种中国人群β-珠蛋白 基因簇缺失突变;多重PCR分型体系中SNP分型结果的判读如图2所示,根据各个SNP的特异性产物带 出现与否判断位点基因型:只有一条特异性产物条带即该位点为纯合型,若有两条特异性产物条带即该位 点为杂合型;无论各个SNP位点显示何种基因型,每个SNP位点至少呈现一条位点特异性产物带,否则 扩增失败;每个样本都必须有共同外侧产物带(1660bp),否则扩增失败;若实验结果显示样本的6个SNP 中存在杂合型位点,则可以排除上述9种缺失型突变;反之,若6个SNP位点分型检测结果都是纯合型, 则该样本很有可能发生了9种中国人群β-珠蛋白基因簇缺失突变中的某种β-珠蛋白基因簇缺失导致了杂 合性丢失(基于本实验的105例人群测序数据显示:正常人群中该组SNP位点至少有一个位点是杂合型的 人群占总人群量的93.3%),提示需做进一步临床检测。
所述的PCR反应体系A的组成优选如下:每50μL反应体系中,Premix LA TaqTM预混液25μL、 SNP1-in-F(10μM)0.2μL、SNP1-in-R(10μM)1μL、SNP3-in-F(10μM)0.2μL、SNP3-in-R(10μM) 1μL、SNP5-in-F(10μM)1μL、SNP5-in-R(10μM)0.6μL、OUT-F(10μM)1μL和OUT-R(10μM) 1μL;DNA模板100~120ng,余量为用于PCR扩增的水。
所述的PCR反应体系B的组成优选如下:每50μL反应体系中,Premix LA TaqTM预混液25μL、 SNP2-in-F(10μM)0.2μL、SNP2-in-R(10μM)1μL、SNP4-in-F(10μM)1μL、SNP4-in-R(10μM) 1μL、SNP6-in-F(10μM)1μL、SNP6-in-R(10μM)0.2μL、OUT-F(10μM)1μL和OUT-R(10μM) 1μL;DNA模板100~120ng,余量为用于PCR扩增的水。
所述的PCR反应的条件优选如下:95℃预变性5min;95℃变性30s、50℃复性30s、72℃延伸60s, 循环20次;95℃变性30s、56℃复性30s、72℃延伸60s,循环15次;最后72℃延伸10min。
所述的电泳优选为琼脂糖凝胶电泳。
所述的琼脂糖凝胶的浓度为质量体积比1.5%。
所述的电泳的条件优选为:电压120V,电泳10分钟;电压150V,电泳60分钟。
所述的基于SNP分析的缺失型β地中海贫血检测试剂盒可在非诊断目的的研究中进行应用,如实验研 究领域中。
与现有技术相比,本发明具有以下的优点及有益效果:
(1)本发明首次将SNP杂合度分析技术应用于β-珠蛋白基因簇缺失型突变检测,开发一种基于DNA 片段缺失可导致常见SNP位点的杂合度缺失这一原理的β-珠蛋白基因簇缺失型突变基因检测新方法,覆 盖了中国人群9种β-珠蛋白基因簇缺失型突变。
(2)本发明通过整理中国人群β-珠蛋白基因簇缺失型突变类型(表2),对105例正常人群样本进行 测序,结合生物信息学分析筛选得到了一组β-珠蛋白基因簇缺失型突变范围内的6个SNP位点,根据样 本SNP基因型的杂合型存在与否可以判断是否发生了β-珠蛋白基因簇缺失型突变。若实验结果显示样本 的6个SNP中存在杂合型位点,则可以排除9种β-珠蛋白基因簇缺失型突变。反之,若6个SNP位点分 型检测结果都是纯合型,则该样本很有可能发生了β-珠蛋白基因簇缺失突变而导致杂合性丢失(基于本实 验的105例人群测序数据显示:正常人群中该组SNP位点至少有一个位点是杂合型的人群占总人群量的93.3%),提示需做进一步临床检测。
(3)本发明通过7对引物的设计、PCR反应体系和条件优化,采用四引物扩增受阻突变PCR (Tetra-Primer ARMS-PCR)技术,并将6个SNP位点的检测整合至两个多重PCR体系,PCR产物通过 1.5%琼脂糖凝胶电泳分析。对SNP的分型检测操作简便,成本低廉,不需要特殊仪器设备。
附图说明
图1为中国人群β-珠蛋白基因簇的11种缺失突变示意图。
图2为多重Tetra-Primer ARMS-PCR的SNP分型检测体系的结果判读方法示意图;其中,泳道M为 DL2000 DNA Marker,泳道A为多重体系A中3个SNP位点分型产物带,泳道B为多重体系B中3个SNP 位点分型产物带;PCR反应体系A:1660bp条带为必需条带;263bp条带为SNP1位点T型,1492bp条带 为SNP1位点G型,2条带同时存在为TG杂合型;1300bp条带为SNP3位点C型,451bp条带为SNP3 位点T型,2条带同时存在为CT杂合型;1390bp条带为SNP5位点T型,381bp条带为SNP5位点C型, 2条带同时存在为TC杂合型;PCR反应体系B:1660bp条带为必需条带;772bp条带为SNP2位点T型, 976bp条带为SNP2位点C型,2条带同时存在为TC杂合型;1372bp条带为SNP4位点A型,396bp条带 为SNP4位点T型,2条带同时存在为AT杂合型;1537bp条带为SNP6位点T型,215bp条带为SNP6位 点C型,2条带同时存在为TC杂合型。
图3为SNP位点筛选方案示意图。
图4为SNP位点MAF筛选及连锁不平衡分析结果示意图。
图5为Tetra-Primer ARMS-PCR引物的优选结果电泳图;其中,A为体系A中SNP1、SNP3、SNP5 位点引物的优选结果图,B为体系B中SNP2、SNP4、SNP6位点引物的优选结果图;泳道M为DL2000 Marker,泳道1-T为SNP1位点T基因型条带,泳道1-G代表SNP1位点G基因型条带,泳道3-C代表SNP3 位点C基因型条带,泳道3-T代表SNP3位点T基因型条带,泳道5-T代表SNP5位点T基因型条带,泳 道5-C代表SNP5位点C基因型条带,泳道2-T代表SNP2位点T基因型条带,泳道2-C代表SNP2位点 C基因型条带,泳道4-A代表SNP4位点A基因型条带,泳道4-T代表SNP4位点T基因型条带,泳道6-T 代表SNP6位点T基因型条带,泳道6-C代表SNP6位点C基因型条带,泳道OUT代表共同外侧带。
图6为Tetra-Primer ARMS-PCR单个SNP分型体系的优化结果电泳图;其中,A为体系A中单个SNP 位点分型检测结果图,B为体系B中单个SNP位点分型检测结果图;泳道M为DL2000 Marker,泳道1-TT 代表SNP1纯合型(TT),泳道1-GG代表SNP1纯合型(GG),泳道1-TG代表SNP1杂合型(TG),泳道 3-CC代表SNP3纯合型(CC),泳道3-TT代表SNP3纯合型(TT),泳道3-CT代表SNP3杂合型(CT), 泳道5-TT代表SNP5纯合型(TT),泳道5-CC代表SNP5纯合型(CC),泳道5-TC代表SNP5杂合型(TC), 泳道2-TT代表SNP2纯合型(TT),泳道2-CC代表SNP2纯合型(CC),泳道2-TC代表SNP2杂合型(TC), 泳道4-AA代表SNP4纯合型(AA),泳道4-TT代表SNP4纯合型(TT),泳道4-AT代表SNP4杂合型(AT), 泳道6-TT代表SNP6纯合型(TT),泳道6-CC代表SNP6纯合型(CC),泳道6-TC代表SNP6杂合型(TC)。
图7为多重Tetra-Primer ARMS-PCR的SNP分型检测体系优化结果电泳图;其中,泳道M为DL2000 Marker,泳道A为反应体系A得到的产物,泳道B为反应体系B得到的产物;反应体系A得到的产物包 括SNP1杂合型(TG)、SNP3杂合型(CT)以及SNP5杂合型(TC),反应体系B得到的产物包括SNP2杂合型 (TC)条带、SNP4杂合型(AT)和SNP6杂合型(TC)。
图8为实施例2中临床标本检测结果电泳图;其中,泳道M为DL2000 Marker;泳道1-A中的条带 代表标本1的SNP1纯合型(TT)、SNP3纯合型(TT)、SNP5纯合型(CC),泳道1-B中的条带代表标 本1的SNP2纯合型(TT)、SNP4纯合型(AA)、SNP6纯合型(CC),泳道2-A中的条带代表标本2的SNP1 纯合型(GG)、SNP3纯合型(TT)、SNP5纯合型(CC),泳道2-B中的条带代表标本2的SNP2纯合型 (CC)、SNP4纯合型(TT)、SNP6纯合型(CC),泳道3-A中的条带代表标本3的SNP1纯合型(TT)、 SNP3纯合型(CC)、SNP5纯合型(TT),泳道3-B中的条带代表标本3的SNP2纯合型(TT)、SNP4纯 合型(AA)、SNP6纯合型(TT),泳道4-A中的条带代表标本4的SNP1杂合型(TG)、SNP3杂合型(CT)、 SNP5纯合型(CC),泳道4-B中的条带代表标本4的SNP2纯合型(TT)、SNP4杂合型(AT)、SNP6杂 合型(TC),泳道5-A中的条带代表标本5的SNP1杂合型(TG)、SNP3杂合型(CT)、SNP5杂合型(TC), 泳道5-B中的条带代表标本5的SNP2杂合型(TC)、SNP4杂合型(AT)、SNP6杂合型(TC),泳道6-A 中的条带代表标本6的SNP1纯合型(TT)、SNP3杂合型(CT)、SNP5纯合型(CC),泳道6-B中的条 带代表标本6的SNP2纯合型(CC)、SNP4纯合型(TT)、SNP6纯合型(CC)。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。
实施例1:
本发明建立了一种基于SNP分析的β-珠蛋白基因簇缺失突变检测方法。本发明通过生物信息学分析和 大量人群样本测序数据,筛选出一组针对β珠蛋白基因簇缺失突变检测的6个SNP位点。基于四引物扩增 受阻突变PCR的原理,设计了针对上述SNP位点的特异性引物,并将6个SNP位点的分型检测整合至两个 多重PCR体系。同时对引物进行了优选,对多重PCR扩增反应体系进行了优化。
本发明中所使用的基因组模板为从外周血提取基因组得到,外周血标本采集自广东省。
(一)SNP位点筛选
基于DNA片段缺失可导致常见SNP位点杂合度缺失的原理,本实验室首先通过查阅相关数据库整理了 中国人群β-珠蛋白基因簇缺失突变类型,明确缺失片段的断裂位点。同时结合β-珠蛋白基因簇的信息确认 SNP的候选范围。随后获取此基因区域内中国南方人群所有的SNP位点信息,剔除最小等位基因频率(Minor Allele Frequency,MAF)<0.05和连锁不平衡的位点,确定候选SNP。针对候选SNP位点进一步做人群样本 测序分析,调查正常人群样本中各个候选SNP位点的基因型,挑选出一组SNP位点使得存在杂合型位点的 人群样本在总人群中占比最高(图3)。
1.1生物信息学分析
1.1.1确定SNP位点选取区域
我国目前已经报道的中国人群β-珠蛋白基因簇大片段缺失型突变类型有11种(http://globin.cse.psu.edu/hbvar/menu.html),包括Chinese Gγ(Aγδβ)0-Thal缺失,Yunnanese缺失,Cantonese 缺失,Taiwanese缺失,(SEA)-HPFH缺失,Chinese Gγ(Aγδβ)0-Thal-2缺失,HPFH-6缺失,Filipino del 缺失,β118k del缺失,β21.9k del缺失和β7.3kdel缺失(图1、表2)。根据β珠蛋白基因簇11种缺失突 变的断裂区域,结合β珠蛋白基因簇信息,确定SNP位点选取的范围为HBD基因-5'端至SEA-HPFH缺失 型-3'端(NC_000011.9:g.5222878-5255858)。
1.1.2获取SNP位点数据
根据上述选取的SNP位点分布区域,在NCBI(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/)中提取序列位置 11_5222878-5255858(GRCh37版本),在千人基因组计划(1000GenomesProject) (http://browser.1000genomes.org/Homo_sapiens/UserData/Haploview?db=core)中获取该区域内所有SNP位点数 据(中国南方人群),共233个SNP位点。
1.1.3SNP位点MAF筛选及连锁不平衡分析
通过Haploview软件筛选出最小等位基因频率(Minor Allele Frequency,MAF)大于0.05的SNP(88个), 随后剔除这些位点中连锁不平衡分析(linkage disequilibrium,LD)r2>0.8的SNP,筛选出不完全连锁的SNP 位点共10个:rs7484061、rs11036342、rs10837631、rs7480526、rs713040、rs10742584、rs74234654、rs3575512、 rs11036364、rs7936823(图4)。
1.2候选SNP的人群测序数据分析
随机选取了2018-2019年于广东省妇幼保健院行地贫筛查的样本105例。入选标准:地贫筛查(血常规 筛查和血红蛋白分析)和地贫基因检测结果都阴性;排除标准:地贫基因携带者。
针对上述10个候选SNP位点设计PCR扩增引物。105例样本经DNA提取、PCR扩增和一代测序来分 析位点基因型,用Chromas软件分析测序结果。分析每个样本的候选SNP位点基因型,统计在候选SNP位 点中至少存在一个杂合型位点的人群样本占总人群样本的比例,挑选出一组SNP使得存在杂合型位点的人 群样本在总人群中占比最高。
根据10个候选SNP位点的105例人群样本测序数据分析,最终筛选出一组6个SNP,使得在105个人 群样本中有98例样本都存在至少一个杂合型SNP位点,占总人群样本量的93.3%(98/105)。6个SNP分别 为rs7480526、rs713040、rs10742584、rs74234654、rs35755129和rs11036364(表4)。其分布区域为 NC_000011.9:g.5247733-5249004,涉及了9种中国人群β-珠蛋白基因簇缺失突变,分别为Chinese Gγ(Aγδβ)0-Thal缺失,Yunnanese缺失,Cantonese缺失,(SEA)-HPFH缺失,Chinese Gγ(Aγδβ)0-Thal-2缺失,HPFH-6缺失,Filipino del缺失,β118k del缺失和β21.9k del缺失。
表4:6个SNP位点
根据样本SNP基因型的杂合型存在与否可以判断是否发生了这9种缺失。若实验结果显示样本的6个 SNP中存在杂合型位点,则可以排除上述9种缺失型突变。反之,若6个SNP位点分型检测结果都是纯合 型,则该样本很有可能发生了某种β-珠蛋白基因簇缺失而导致杂合性丢失(基于本实验的105例人群测序数 据显示,正常人群中有93.3%的人群该组SNP位点中至少有一个杂合型位点)。杂合性丢失(Loss of heterozygosity,LOH)是指在正常体细胞中有两个染色体组,由于SNP的存在正常体细胞中的基因都具备 了成为杂合的可能性;当某条染色体上某个等位基因发生突变或者缺失,导致一对等位基因只剩下了一个等 位基因,就丧失了成为杂合的可能性,即杂合性缺失。
基于以上分析可知,本实验成功筛选出一组6个SNP位点,其分布区域涉及了中国人群的9种β-珠蛋 白基因簇缺失突变。当实验结果显示该组SNP中存在杂合型位点,则可以排除该样本的上述9种缺失型突 变;若实验结果显示此组SNP全是纯合型时,该样本很有可能发生了β-珠蛋白基因簇的缺失型突变(正常 人群中有93.3%的人群该组SNP位点中至少有一个杂合型位点),提示需做进一步临床检测。
(二)6个SNP位点分型检测体系的建立(Tetra-Primer ARMS-PCR)
扩增受阻突变系统(amplification refractory mutation system,ARMS)又称等位基因特异性扩增法(allele specific amplification,ASA),其基本原理是如果引物的3'端碱基与模板碱基不互补,则用一般耐热DNA聚 合酶无法延伸。因此根据已知点突变设计特异性引物,其3'端碱基分别与突变和正常的模板碱基互补,从而 将有某种点突变的模板与正常模板区分开来。本实验采用四引物扩增受阻突变PCR(Tetra-Primer ARMS-PCR),针对点突变位点设计四条引物(两条内侧特异性引物,两条外侧引物),在单管PCR中产物通过片段大小区分,能够解决普通等位基因特异性扩增法需要分管检测的难题。为简化实验步骤同时考虑到 技术方案的可行性,本发明将6个SNP位点的分型检测整合至两个多重PCR体系,包括体系A(SNP1、SNP3、 SNP5)和体系B(SNP2、SNP4、SNP6)。本发明基于四引物扩增受阻突变PCR的原理,设计了针对上述 SNP位点的特异性引物,同时对引物进行优选,对多重PCR扩增反应体系进行优化。
2.1、PCR引物设计和优选
基于Tetra-Primer ARMS-PCR的原理设计了针对6个SNP位点的特异性引物,同时为了提高 ARMS-PCR对末端碱基错配的分辨力,人为的在内侧特异性引物3'端的倒数第三个碱基引入第二个错配。 错配原则:若引物3'端末端碱基与模板为强错配(G/A或C/T),则在引物倒数第三个碱基引入一个弱错配 (G/T或C/A),反之亦然;若引物3'端末端碱基与模板为中等错配(A/A或T/T或G/G或C/C),则在引 物倒数第三个碱基引入一个中等错配。
本实验中每个SNP位点有两条内侧特异性引物(SNP-in-F、SNP-in-R),同时共用一对外侧引物(OUT-F、 OUT-R)。每条引物设计了两组以做备选,备选引物见表5。
表5:待筛选引物
将各个引物配制成10μM备用。以人群外周血样本提取基因组DNA为模板,采用上述备选的引物, 每个SNP位点的一条内侧特异性引物与一条外侧共用引物进行PCR扩增。PCR扩增反应体系如下:每50μL 反应体系的组成如下:Premix LA TaqTM预混液25μL、浓度为10μM的正向引物Primer-F 2μL,反向引物 Primer-R 2μL;DNA模板3μL(40ng/μL),用于PCR扩增的水补足至50μL;振荡混匀后立即进行PCR扩 增,反应条件为:95℃预变性5min;95℃变性30s、50℃复性30s、72℃延伸60s,35个循环;最后72℃ 延伸10min,4℃保存。反应结束后取5μL PCR扩增产物,经1.5%的琼脂糖凝胶电泳,电泳条件为电压120V, 电泳10分钟;电压150V,电泳60分钟。用凝胶成像系统显像拍照,根据电泳条带验证各条引物扩增性 能。
各SNP位点扩增效率最高的引物分别为:SNP1-in-F1、SNP1-in-R2、SNP2-in-F1、SNP2-in-R1、 SNP3-in-F1、SNP3-in-R1、SNP4-in-F2、SNP4-in-R2、SNP5-in-F1、SNP5-in-R2、SNP6-in-F2、SNP6-in-R1、 OUT-F1、OUT-R2。
2.2、通用接头引物设计
基于上述扩增效率最高的引物,本发明为平衡多重PCR中各引物的扩增效率,在每条正向引物5'端加 正向通用接头Tag-F:5'-GCGTACTAGCGTACCACGTGTCGACT-3';在每条反向引物5'端加反向通用接头 Tag-R:5'-CAGGCCACGTTTTGTCATGCAATC-3';比较加通用接头后的引物与不加通用接头引物的扩增 性能。
结果表明,在同样PCR条件下(95℃预变性5min;95℃变性30s、50℃复性30s、72℃延伸60s,35 个循环;最后72℃延伸10min),加了通用接头的引物其扩增条带亮度高于未加接头的引物,说明通用接 头引物能平衡各引物间的GC含量,在保证引物扩增的特异性的情况下,提高其扩增效率,引入通用接头 引物便于多重PCR反应实验体系的优化。最终,用于本发明的引物序列见表3所示,引物电泳结果如图5 所示。
2.3、单个SNP分型PCR体系的建立和优化
基于上述设计的SNP位点特异性引物和外侧通用引物,验证引物对单个SNP分型的性能。由于内侧特 异性引物和外侧通用引物彼此之间存在竞争性抑制,造成同一管内产物量不等,导致电泳条带亮度相差较大, 因此,以SNP1位点为例,对ARMS-PCR反应体系中各引物终浓度进行优化,具体优化过程如下:
以该位点的杂合型为模板DNA,首先进行等浓度引物的ARMS-PCR扩增,每50μL反应体系的组成如 下:Premix LA TaqTM预混液25μL、浓度为10μM的引物SNP-in-F 1μL,SNP-in-R 1μL,Out-F 1μL,Out-R 1μL; 模板DNA 3μL(40ng/μL),用于PCR扩增的水补足至50μL。经电泳发现,各目的条带亮度不均,个别引物 无扩增条带,因此按倍比关系调整引物浓度:降低亮带引物浓度,增加暗带引物浓度,各引物量从0.1~1μL, 相差10倍,将扩增条带亮度趋于一致的一组定为最优的引物浓度。
结果表明,对于SNP1而言,ARMS-PCR最优的反应组分为:Premix LA TaqTM预混液25μL、浓度为 10μM的引物SNP1-in-F 0.2μL、SNP1-in-R 1μL、OUT-F 1μL和OUT-R 1μL;DNA模板3μL(40ng/μL), 用于PCR扩增的水补足至50μL。参照上述优化过程,优化SNP2~SNP6 5个位点的单个SNP分型PCR体系 (图6)。6个SNP位点最优的单个SNP分型PCR体系如表6所示。
表6:单个SNP分型体系的优化结果
2.4、多重PCR分型体系的建立和优化
2.4.1、多重PCR分型体系的引物浓度优化
对于多重PCR分型体系(反应体系A、反应体系B),由于不同SNP位点特异性引物之间存在竞争性抑 制,造成同一管内产物量不等,导致电泳条带亮度相差较大,因此,以反应体系A为例,对多重PCR反应 体系中各引物终浓度进行优化,具体优化过程如下:
基于单个SNP分型的PCR体系优化结果,等比例加入各个SNP的特异性引物。反应体系A的多重PCR 反应组分为:Premix LA TaqTM预混液25μL、浓度为10μM的引物SNP1-in-F0.2μL、SNP1-in-R 1μL、SNP3-in-F 0.2μL、SNP3-in-R 1μL、SNP5-in-F 1μL、SNP5-in-R 0.2μL、OUT-F 1.5μL和OUT-R 1.5μL;DNA模板3μL (40ng/μL),用于PCR扩增的水补足至50μL。然后按倍比关系降低亮带引物浓度,增加暗带引物浓度,各 引物量从0.1~2μL,相差10倍,将扩增条带亮度趋于一致的一组定为最优的引物浓度。
根据上述实验体系,选取6个SNP位点都为杂合型的样本为模板DNA进行PCR扩增。反应条件为: 95℃预变性5min;95℃变性30s、50℃复性30s、72℃延伸60s,35个循环;最后72℃延伸10min。将所 得产物于4℃保存,反应结束后取5μL PCR扩增产物,经1.5%的琼脂糖凝胶电泳分析。
将扩增条带亮度趋于一致的一组定为最优的引物浓度,结果表明,多重PCR反应体系A最优的反应组 分为:Premix LA TaqTM预混液25μL、浓度为10μM的引物SNP1-in-F 0.2μL、SNP1-in-R 1μL、SNP3-in-F 0.2μL、SNP3-in-R 1μL、SNP5-in-F 1μL、SNP5-in-R 0.6μL、OUT-F 1μL和OUT-R 1μL;DNA模板3μL(40ng/μL), 用于PCR扩增的水补足至50μL(如图7泳道A和表7)。
参照上述引物浓度优化过程,对多重PCR反应体系B中的引物浓度进行优化。反应体系B最优的反应 体系成分为:Premix LA TaqTM预混液25μL、浓度为10μM的引物SNP2-in-F0.2μL、SNP2-in-R 1μL、SNP4-in-F 1μL、SNP4-in-R 1μL、SNP6-in-F 1μL、SNP6-in-R 0.2μL、OUT-F 1μL和OUT-R 1μL;DNA模板3μL(40ng/μL), 用于PCR扩增的水补足至50μL(如图7泳道B和表7)。
表7:多重PCR分型体系的引物浓度优化结果
2.4.2、多重PCR分型体系的反应条件优化
基于上述最优的PCR反应体系,在保证扩增效率的情况下为了提高PCR反应的特异性,本实验采取两 阶段复性温度进行扩增,并对两阶段的循环数进行优化。两阶段退火温度分别为50℃和56℃,3种不同的 循环参数设计如表8所示,用标准PCR反应程序对照。实验结果显示,PCR反应程序采取“循环数2”时 扩增效果最好。通过第一轮20个循环的低退火温度程序对模板进行富集,再通过第二轮15个循环的高退火 温度程序进行特异性扩增,兼顾了目的产物扩增的高效性和特异性。最终PCR反应条件为:95℃预变性5min; 95℃变性30s、50℃复性30s、72℃延伸60s,循环20次;95℃变性30s、56℃复性30s、72℃延伸60s,循 环15次;最后72℃延伸10min,4℃保存。
表8:PCR反应条件优化的循环参数设置
实施例2
取10例为β-珠蛋白基因簇缺失型突变的患者外周血样本,其中包括Chinese Gγ(Aγδβ)0-Thal缺失型3例, Yunnanese缺失型2例,Cantonese缺失型2例,(SEA)-HPFH缺失型3例;另取5例无β-珠蛋白基因簇缺失 型突变的正常人外周血样本,所有样本基因突变类型经Gap-PCR或MLPA验证。提取上述15例样本的DNA, 用以下体系进行扩增,SNP分型结果与测序法对比。
3.1、多重PCR扩增体系配制
反应体系A:每50μL反应体系的组成如下:Premix LA TaqTM预混液25μL、浓度为10μM的引物 SNP1-in-F 0.2μL、SNP1-in-R 1μL、SNP3-in-F 0.2μL、SNP3-in-R 1μL、SNP5-in-F1μL、SNP5-in-R 0.6μL、 OUT-F 1μL和OUT-R 1μL;DNA模板3μL(40ng/μL),用于PCR扩增的水补足至50μL;混匀后立即进行 PCR扩增。
反应体系B:每50μL反应体系的组成如下:Premix LA TaqTM预混液25μL、浓度为10μM的引物 SNP2-in-F 0.2μL、SNP2-in-R 1μL、SNP4-in-F 1μL、SNP4-in-R 1μL、SNP6-in-F 1μL、SNP6-in-R 0.2μL、OUT-F 1μL和OUT-R 1μL;DNA模板3μL(40ng/μL),用于PCR扩增的水补足至50μL;混匀后立即进行PCR扩增。
3.2、PCR扩增
PCR扩增的反应条件为:95℃预变性5min;95℃变性30s、50℃复性30s、72℃延伸60s,循环20次; 95℃变性30s、56℃复性30s、72℃延伸60s,循环15次;最后72℃延伸10min,随后将PCR扩增产物于 4℃保存。
3.3、琼脂糖凝胶电泳检测
PCR反应结束后取5μL扩增产物,经1.5%的琼脂糖凝胶电泳,电泳条件为电压120V,电泳10分钟; 电压150V,电泳60分钟。用凝胶成像系统显像拍照,根据电泳条带大小鉴定分型。
3.4、结果判读
临床标本的SNP分型检测结果分别如图8和表9所示,分型结果与测序结果一致。标本1~3、7~13 为β-珠蛋白基因簇缺失,临床诊断为缺失型地中海贫血杂合子,经本实验SNP分型检测显示样本SNP都是 纯合型位点;标本4、5、6、14、15临床未检测到β-珠蛋白基因簇缺失,经本实验SNP分型检测显示样本 都存在杂合型SNP,可以排除缺失型突变,与临床诊断结果一致。
表9:15例临床样本SNP分型结果
由此可见,本发明能准确地对SNP位点进行分型,而且只需两个多重PCR反应即可以检测6个SNP 位点。实验操作简单、成本低廉、不需要复杂的仪器设备。根据样本SNP基因型的杂合型存在与否即可判 断是否发生了中国人群9种缺失型β地中海贫地突变。若实验结果显示样本的6个SNP中存在杂合型位点, 则可以排除上述9种缺失型突变。反之,若6个SNP位点分型检测结果都是纯合型,则该样本很有可能发 生了上述的某种β-珠蛋白基因簇缺失而导致杂合性丢失(基于本实验的105例人群测序数据显示,正常人群 中有93.3%的人群该组SNP位点中至少有一个杂合型位点),提示需做进一步临床检测。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背 离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本 发明的保护范围之内。
序列表
<110> 广东省妇幼保健院
<120> 基于SNP分析的缺失型β地中海贫血检测引物、试剂盒及应用
<160> 44
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 48
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<220>
<223> SNP1-in-F
<400> 1
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<210> 2
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<220>
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<211> 47
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<220>
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<220>
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<220>
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<400> 12
caggccacgt tttgtcatgc aatcgttttg ggaaacaagc gg 42
<210> 13
<211> 48
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<220>
<223> Out-F
<400> 13
gcgtactagc gtaccacgtg tcgactatta gtccaggcag aaacagtt 48
<210> 14
<211> 52
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<220>
<223> Out-R
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caggccacgt tttgtcatgc aatctgttat acacaatgtt aaggcattaa gt 52
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<211> 25
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<211> 24
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cctcaaacag acaccatggt gaat 24
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<211> 18
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gacttctcct caggagtccg g 21
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<210> 25
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<212> DNA
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<220>
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<211> 39
<212> DNA
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<220>
<223> SNP4-in-F1
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<211> 43
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<400> 30
gattaaaacc ttctggtaag aaaagaaaat aa 32
<210> 31
<211> 30
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<220>
<223> SNP5-in-F1
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<212> DNA
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<223> SNP5-in-F2
<400> 32
tgaatgcata tatatgtata tgtatgtgtg gat 33
<210> 33
<211> 40
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<220>
<223> SNP5-in-R1
<400> 33
gtaagaaaag aaaaaatata tatatatatg tgtgtatctg 40
<210> 34
<211> 43
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<220>
<223> SNP5-in-R2
<400> 34
ctggtaagaa aagaaaaaat atatatatat atgtgtgtat ctg 43
<210> 35
<211> 25
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<220>
<223> SNP6-in-F1
<400> 35
cattaagagg tctctagttt ttgat 25
<210> 36
<211> 28
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<220>
<223> SNP6-in-F2
<400> 36
ctgcattaag aggtctctag tttttgat 28
<210> 37
<211> 18
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<220>
<223> SNP6-in-R1
<400> 37
gttttgggaa acaagcgg 18
<210> 38
<211> 21
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<220>
<223> SNP6-in-R2
<400> 38
taggttttgg gaaacaagcg g 21
<210> 39
<211> 22
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<220>
<223> OUT-F1
<400> 39
attagtccag gcagaaacag tt 22
<210> 40
<211> 22
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<220>
<223> OUT-F2
<400> 40
gcagattagt ccaggcagaa ac 22
<210> 41
<211> 24
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<220>
<223> OUT-R1
<400> 41
atacacaatg ttaaggcatt aagt 24
<210> 42
<211> 28
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<220>
<223> OUT-R2
<400> 42
tgttatacac aatgttaagg cattaagt 28
<210> 43
<211> 26
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<220>
<223> 正向通用接头Tag-F
<400> 43
gcgtactagc gtaccacgtg tcgact 26
<210> 44
<211> 24
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<220>
<223> 反向通用接头Tag-R
<400> 44
caggccacgt tttgtcatgc aatc 24
Claims (6)
1.一种基于SNP分析的缺失型β地中海贫血检测引物组合,其特征在于所述引物组合包括如下全部引物:序列如SEQ ID NO.1所示的引物SNP1-in-F、序列如SEQ ID NO.2 所示的引物SNP1-in-R、序列如SEQ ID NO.3所示的引物SNP2-in-F、序列如SEQ ID NO.4所示的引物SNP2-in-R、序列如SEQ ID NO.5所示的引物SNP3-in-F、序列如SEQ ID NO.6所示的引物SNP3-in-R、序列如SEQ ID NO.7所示的引物SNP4-in-F、序列如SEQ ID NO.8 所示的引物SNP4-in-R、序列如SEQ ID NO.9所示的引物SNP5-in-F、序列如SEQ ID NO.10所示的引物SNP5-in-R、序列如SEQ ID NO.11所示的引物SNP6-in-F、序列如SEQ ID NO.12所示的引物SNP6-in-R、序列如SEQ ID NO.13所示的引物OUT-F和序列如SEQ ID NO.14所示的引物OUT-R。
2.一种基于SNP分析的缺失型β地中海贫血检测试剂盒,其特征在于:包括权利要求1所述的基于SNP分析的缺失型β地中海贫血检测引物组合。
3.根据权利要求2所述的基于SNP分析的缺失型β地中海贫血检测试剂盒,其特征在于:还包括PCR反应用的DNA聚合酶、PCR反应用的缓冲液、dNTP Mixture混合物和用于PCR扩增的水中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的基于SNP分析的缺失型β地中海贫血检测试剂盒,其特征在于:所述的用于PCR扩增的水为双蒸水或超纯水。
5.根据权利要求3或4所述的基于SNP分析的缺失型β地中海贫血检测试剂盒,其特征在于:包括引物预混液A、引物预混液B和用于PCR扩增的Premix LA Taq™预混液;引物预混液A包括引物SNP1-in-F、SNP1-in-R、SNP3-in-F、SNP3-in-R、SNP5-in-F、SNP5-in-R、OUT-F和OUT-R;引物预混液B包括SNP2-in-F、SNP2-in-R、SNP4-in-F、SNP4-in-R、SNP6-in-F、SNP6-in-R、OUT-F和OUT-R。
6.根据权利要求5所述的基于SNP分析的缺失型β地中海贫血检测试剂盒,其特征在于:所述的引物预混液A中SNP1-in-F:SNP1-in-R:SNP3-in-F:SNP3-in-R:SNP5-in-F:SNP5-in-R:OUT-F:OUT-R =摩尔比0.04:0.2:0.04:0.2:0.2:0.12:0.2:0.2;
所述的引物预混液B中SNP2-in-F:SNP2-in-R:SNP4-in-F:SNP4-in-R:SNP6-in-F:SNP6-in-R:OUT-F:OUT-R=摩尔比0.04:0.2:0.2:0.2:0.2:0.04:0.2:0.2。
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