CN113684263B - 一种八色荧光str复合扩增检测试剂盒及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种八色荧光STR复合扩增检测试剂盒及其应用,采用八色荧光STR复合扩增检验试剂,结合国产八色荧光检测仪器平台,不仅可以有效增加单次检测位点数、提升个体识别力。同时可大幅度增加300bp范围内的可检测位点数,极大提高复合扩增试剂稳定性和耐受性。这种八色荧光DNA检验试剂将大幅度对高度腐败及含有高抑制因素检材的检验成功率,有利于疑难案件的侦破。

Description

一种八色荧光STR复合扩增检测试剂盒及其应用
技术领域
本发明涉及DNA检测技术领域,具体涉及一种八色荧光STR复合扩增检测试剂盒及其应用。
背景技术
DNA检测技术已成为现代法庭科学领域最为重要的技术手段之一,是处置各类案件、重特大事故及自然灾害等重大事件中最有效的个体识别工具。基于此项技术,我国公安系统建立了各类DNA数据库(常染色体库和Y染色体库),使得跨区域流动性犯罪和系列犯罪案件串并侦破成为常态。随着全国公安机关DNA实验室的建设和DNA技术的推广应用,DNA检验技术在各类案件侦破中的作用越来越大。
最早用于DNA检测的复合STR扩增体系之一是英国法庭科学服务部(FSS)建立的TH01、FES\FPS、vWA和F13A1四位点复合扩增系统,被称为第一代复合扩增体系,匹配概率接近万分之一。1994年,FSS发展了第二代复合扩增系统(SGM),包括六个多态性STR基因座和一个性别基因,分别是TH01、vWA、FGA、D8S1179、D18S51、D21S11和Amelogenin(牙釉质基因),匹配概率接近五千万分之一。1998年,在此基础上又增加了四个新STR基因座:D19S433、D2S1338、D16S539和D3S1358,匹配概率可达到百亿分之一。美国FBI为了满足办案需要建立了联合DNA索引系统(Combined DNA Index System,CODIS),该系统由13个STR基因座组成,分别为TPOX、D3S1358、TH01、vWA、FGA、D7S820、D21S11、D18S51、D5S818、D13S317、CSF1PO、D16S539和D8S1179,无关个体的平均随机匹配概率大于万亿分之一。
2001年,美国ABI公司推出AmpFlSTR Identifiler试剂盒,首次使用五色荧光检测系统,其中四色标记PCR产物,剩余一种荧光颜色用于检测内标,以校正PCR产物片段的电泳迁移。2013年后,美国ABI公司陆续推出了包含24个位点的DNA检验试剂盒Globalfiler,包含25个位点的试剂盒VeriFiler及VeriFiler Plus。同时,美国Promega公司也推出了包含24个STR位点的PowerPlex Fusion试剂盒,该试剂盒优化了PCR反应体系和循环参数,一个28循环的扩增反应基本可在90min内完成,极大缩短了检验周期。上述试剂盒均采用六色荧光标记,在增加了检测位点的同时还提高了检验效率,缩短了检测时间。国内的一些相关单位和试剂公司,也推出了不同的STR复合扩增检测试剂盒,如公安部物证鉴定中心的Typer21(21位点)、TyperY36(36位点)等试剂盒,中德美联的EX25(25位点)、Y37(37位点)试剂盒,海尔施的PanGlobal(27位点)、PathFinder Plus(37个Y位点)试剂盒等。此外,因检测能力等原因国产试剂盒主要应用于数据库建库,疑难案件样本检测应用较少。多年发展经验表明,DNA检测技术具有可检测荧光数逐渐增加的发展趋势。
DNA检验试剂是开展DNA检验工作最为重要的工具之一,属于消耗性产品,每年我国公安机关所消耗DNA检验试剂的费用达数亿元之巨。国内外多家公司最近分别推出了多种不同的用于案件样本及数据库样本的DNA检验试剂盒,用于满足我国当前的检验需求。然而,当我国公安机关对案件及数据库DNA检验工作的不断深入时,产生了一系列因DNA检验试剂检验速度、通量或效率引发的问题,使得现有试剂盒无法满足我国DNA检验工作日益增长的需求。首先,单次检验位点数遇到瓶颈,难以满足更高通量检验要求。当前单个样本通常需要分别进行常染色体(21个位点)和Y染色体DNA检测(至少27个位点),以满足家系排查和个体精确识别的要求,具有费时费力、价格高昂等缺点,Y染色体和常染色体在同一体系内单次扩增完成是一种理想的检验方法,即“Y+常”模式DNA试剂盒,然而基于当前的六色荧光DNA检验技术,因片段长度和荧光通道数限制,难以实现30个位点以上的检测。其次,案件样本检验效率难以突破现有技术瓶颈。降解及微量样本DNA检测是当前案件样本DNA检验工作的重要组成部分,然而国产DNA检验试剂对这类案件样本的检验能力始终无法实现根本性突破,是我国DNA试剂研发的薄弱环节。相关研究表明将扩增片段缩短至200bp内可大幅度提高疑难检材的检验效率及成功率,然而基于六色荧光检测技术,在200bp内最多能实现10-12个位点检测,识别率不足,致使案件相关试剂盒研发受阻。
近年来,我国法庭科学DNA检验技术的发展迅速,在DNA检测关键仪器设备及试剂国产化方面取得了多项突破,特别近来我所基于五色及六色荧光技术,创新性研制出国际上首个可实现八色荧光检测的遗传分析仪及分析软件。基于此,迫切需要开展全新八色荧光DNA检验试剂盒的研究与开发,即在对现有国产八色荧光DNA检验平台深入研究的基础上,针对国内外相关领域的最新技术发展和公安一线对法医DNA检测试剂的最新需求,开展八色荧光DNA检验试剂关键技术研究与开发,与国产检验平台紧密结合,研发快速、高效、高通量的DNA检验试剂,将极大满足我国DNA数据库建设及案件样本检测对速度、效率和通量的需求,市场潜力巨大。同时,该项目成果与国产化检测设备紧密结合,将形成全新的、完备的八色荧光检测产品体系,大幅度提高国产检测平台的市场竞争力。
八色荧光DNA检测试剂盒的研制成功代表了该行业的最高水平,填补该技术在国际上的空白,实现对进口产品体系的超越,引领国际法庭科学领域DNA检验技术及装备发展,具有重要的经济价值和社会价值。
中国专利申请ZL201510477236.9公开了一种同时扩增人常染色体和Y染色体STR基因座的荧光标记复合扩增试剂盒及其应用,其中采用了常染色体和Y染色体STR位点组合扩增的方式,解决了常染色体和Y染色体两种检验需要重复检测的问题,但采用六色荧光标记,单次检测仅可实现15个常染色体和18个Y染色体的同时检测,因位点数均较少其识别能力有限,在大规模嫌疑人DNA排查中使用存在较大的限制。
中国专利申请ZL 201711119958.2公开了Y染色体STR基因座的荧光复合扩增体系、试剂盒及其应用,设计了一种基于六色荧光的29个Y染色体STR基因座的荧光复合扩增体系,具有较高的累计个体识别力和累积非父排除率,但是其扩增产物大小在80-450bp之间,当开展降解及高抑制剂污染检材的检验时,易出现大片段STR位点丢失问题,难以满足疑难案件样本的检验要求。
现有主流荧光STR复合扩增检验试剂盒全部采用五色或六色荧光标记,扩增片段长度分布在75-600bp范围内,一般可实现20个位点左右STR位点的同时扩增,具有较高的累计个体识别力和累积非父排除率,但是当开展降解及高抑制剂污染检材的检验时,300-600bp片段易出现大片段STR位点丢失甚至检验失败的问题,难以满足疑难案件样本的检验要求。如果将片段长度控制在300bp范围内,基于现有六色最多可检测位点数又将受限,个体识别力无法满足要求。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明旨在提供一种八色荧光STR复合扩增检测试剂盒及其应用。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种八色荧光STR复合扩增检测试剂盒,包含八色荧光复合扩增引物体系、荧光标准物、等位基因分型标准物;
所述八色荧光复合扩增引物体系包含基因座D3S1358的扩增引物对SEQ ID NO:1、SEQ ID NO:2,基因座D1S1656的扩增引物对SEQ ID NO:3、SEQ ID NO:4,基因座TPOX的扩增引物对SEQ ID NO:5、SEQ ID NO:6,基因座Amelogenin的扩增引物对SEQ ID NO:7、SEQ IDNO:8,基因座vWA的扩增引物对SEQ ID NO:9、SEQ ID NO:10,基因座D6S1043的扩增引物对SEQ ID NO:11、SEQ ID NO:12,基因座CSF1PO的扩增引物对SEQ ID NO:13、SEQ ID NO:14,基因座D19S433的扩增引物对SEQ ID NO:15、SEQ ID NO:16,基因座D7S820的扩增引物对SEQ ID NO:17、SEQ ID NO:18,基因座D8S1179的扩增引物对SEQ ID NO:19、SEQ ID NO:20,基因座D5S818的扩增引物对SEQ ID NO:21、SEQ ID NO:22,基因座D13S317的扩增引物对SEQ ID NO:23、SEQ ID NO:24,基因座TH01的扩增引物对SEQ ID NO:25、SEQ ID NO:26,基因座D21S11的扩增引物对SEQ ID NO:27、SEQ ID NO:28,基因座D12S391的扩增引物对SEQID NO:29、SEQ ID NO:30,基因座Penta D的扩增引物对SEQ ID NO:31、SEQ ID NO:32;
D3S1358、D1S1656、TPOX为蓝色组,荧光染料标记物为6-FAM;Amelogenin、vWA、D6S1043为绿色组,荧光染料标记物为HEX;CSF1PO、D19S433、D7S820为黄色组,荧光染料标记物为NED;D8S1179、D5S818、D13S317为红色组,荧光染料标记物为NH598;TH01、D21S11为橙色组,荧光染料标记物为NH618;D12S391为紫色组,荧光染料标记物为NH635;Penta D为棕色组,荧光染料标记物为NH650;还包括有第八组内标,荧光染料标记物为NH670。
进一步地,基因座D3S1358的扩增引物对、基因座D1S1656的扩增引物对、基因座TPOX的扩增引物对、基因座Amelogenin的扩增引物对、基因座vWA的扩增引物对、基因座D6S1043的扩增引物对、基因座CSF1PO的扩增引物对、基因座D19S433的扩增引物对、基因座D7S820的扩增引物对、基因座D8S1179的扩增引物对、基因座D5S818的扩增引物对、基因座D13S317的扩增引物对、基因座TH01的扩增引物对、基因座D21S11的扩增引物对、基因座D12S391的扩增引物对、基因座Penta D的扩增引物对在八色荧光复合扩增体系中的终浓度分别为0.12μM、0.08μM、0.15μM、0.075μM、0.12μM、0.09μM、0.1μM、0.1μM、0.2μM、0.15μM、0.1μM、0.15μM、0.12μM、0.2μM、0.11μM、0.25μM。
上述八色荧光STR复合扩增检测试剂盒可在DNA检测中应用。
本发明的有益效果在于:本发明采用八色荧光STR复合扩增检验试剂,结合国产八色荧光检测仪器平台,不仅可以有效增加单次检测位点数、提升个体识别力。同时可大幅度增加300bp范围内的可检测位点数,极大提高复合扩增试剂稳定性和耐受性。这种八色荧光DNA检验试剂将大幅度对高度腐败及含有高抑制因素检材的检验成功率,有利于疑难案件的侦破。
附图说明
图1为本发明实施例1中八色荧光16个等位基因STR位点排布图;
图2为本发明实施例3中模板DNA 9947A STR分型图谱;
图3为本发明实施例4中血卡类模板提取DNA的STR分型图谱;
图4为本发明实施例5中其中一个实验将扩增产物采用GA118-24B型遗传分析仪进行毛细管电泳检测,经GA-Marker软件分析获得的检测图谱;
图5为本发明实施例5中另一个实验将扩增产物采用3500型遗传分析仪进行毛细管电泳检测,经GeneMapper IDX软件分析获得的检测图谱。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明作进一步的描述,需要说明的是,本实施例以本技术方案为前提,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并不限于本实施例。
实施例1
本实施例提供一种八色荧光STR复合扩增检测试剂盒,其中包含八色荧光复合扩增引物体系,通过对20个常见核心STR位点(D3S1358、D1S1656、TPOX、D16S539、vWA、D6S1043、D2S1338、CSF1PO、D19S433、D7S820、FGA、D8S1179、D5S818、D13S317、TH01、D21S11、D12S391、Penta D、Penta E、D18S51)的核心重复序列两端保守区序列组成特点的研究及优化筛选,最终选定15个适合进行短小片段PCR扩增的STR基因座和1个Amelogenin性别位点基因座作为靶位点进行引物设计。各基因座相应信息如图1、表1所示。
表1
实施例2
本实施例进一步提供所述八色荧光复合扩增引物体系的构建过程。
引物设计、优化、筛选是研发八色荧光DNA试剂核心研究内容。试剂盒中所包含的复合扩增引物体系、荧光标准物、等位基因分型标准物的制备,均涉及到引物设计与优化。
首先根据预选的STR位点及预设的排布方案进行单基因座STR引物设计、合成,并通过扩增实验得到单个STR基因座的扩增条件,扩增产物经电泳观察其效果,如有非特异性扩增或扩增效率低下等情况,则需要重新设计引物,直到单基因座成功扩增;其次,需要将各单引物进行混合并进行复合扩增调试,同单位点扩一样,需要排除产生非特异及扩增效率低下的引物;最后,在初步确定了各基因座复合扩增引物后,进行引物浓度调配,在初次复合扩增时应以等摩尔数引物加入反应体系,然后根据反应结果调整各对引物浓度比例;最终通过大量实验确定引物序列及浓度如表2所示。
表2
实施例3
本实施例进一步说明PCR体系的构建。
复合扩增试剂体系决定着体系的灵敏度、稳定性、扩增能力、扩增效率等诸多试剂关键性能参数。首先,基于实施例2配制的引物体系,开展PCR缓冲液优化与研究,经过大量PCR组分和浓度的优化实验,摸索出不同成分对体系扩增性能的影响,建立系统的优化及评价方法,在确定各分组分的基础上,需要进行各成分的联合应用测试,优化出配套的循环参数,最终建立复合扩增缓冲试剂体系,最终反应体系如表3所示。
表3
PCR循环参数如表4所示。
表4
实施例4
本实施例提供一种八色荧光复合扩增引物体系在法庭科学DNA检测过程中的应用。
一、分型准确性测试
(1)本实施例中,STR荧光复合扩增的条件为:95℃5min;95℃20s,59℃1min,72℃30s,28个循环;60℃20min,4℃永久保存。本实施例中,反应体系均为10μL。
(2)取1μL浓度为0.5ng/μL的模板DNA 9947A,参照实施例4构建PCR反应体系,进行STR复合扩增,得到扩增产物。
(3)取上述扩增产物1μL,同时将八色荧光等位基因标准对照物与内标与甲酰胺混合,95℃变性3分钟后冰浴,采用GA118-24B遗传分析仪(公安部第一研究所)进行毛细管电泳检测,经GA-Marker软件(公安部第一研究所)分析获得检测图谱,分析数据并比对结果。模板DNA 9947A STR分型图谱如图2所示,9947A分型结果一致性比对如表5所示。
表5
检测结果表明,对于标准参照样本来说,采用八色荧光扩增试剂及其检测平台获得了完整的STR分型结果,且峰型尖锐、无位点丢失现象出现,分型结果正确,完全满足个体识别和鉴定的需要。
二、常规样本DNA检测
(1)收集匿名实际案件样本(血卡类)。
(2)采用Magattract M48试剂盒按照操作说明书进行DNA提取
(3)制备扩增体系。扩增体系为10μl,由2μL 5×PCR缓冲液、2μL 5×八色荧光STR复合引物组、1μL提取DNA和5μL ddH2O组成。
(4)取所述扩增体系,按照如表6所示循环参数进行扩增,得到扩增产物。
表6
(5)将所述扩增产物采用GA118-24B型遗传分析仪进行毛细管电泳检测,经GA-Marker软件分析获得检测图谱。检测结果如图3所示。
检测结果表明,对于常规案件类型样本来说,采用八色荧光扩增试剂及其检测平台获得了完整的STR分型结果,且峰型尖锐、无位点丢失现象出现,分型结果正确,完全满足个体识别和鉴定的需要。
三、降解检材的检测
(1)收集降解检材;
(2)采用Magattract M48试剂盒按照操作说明书对上述样本进行DNA提取;
(3)制备扩增体系。扩增体系为10μL,由2μL 5×PCR缓冲液、2μL 5×八色荧光STR复合引物组、1μL提取DNA和5μL ddH2O组成;
(4)取所述扩增体系,按照如表7所示循环参数进行扩增,得到扩增产物;
表7
(5)将所述扩增产物采用GA118-24B型遗传分析仪进行毛细管电泳检测,经GA-Marker软件分析获得检测图谱。检测结果如下图4所示;
(6)使用美国Thermofisher公司生产的六色荧光常染色体STR试剂盒Globalfiler试剂盒按照操作说明书对上述样本进行扩增检测;
(7)将所述扩增产物采用3500型遗传分析仪进行毛细管电泳检测,经GeneMapperIDX软件分析获得检测图谱,检测结果如图5所示;
从图5可见,与进口试剂盒相比,本实施例2所提供的试剂盒在对同一降解样本进行扩增,获得了更多有效STR位点信息,此外在抗抑制能力、扩增效率等方面均表现出明显优势。进口试剂盒采用六色荧光试剂盒,且大于250bp位点全部表现为位点丢失,同时因受位点多、片段长等因素影响,其大片段降低现象明显。
对于本领域的技术人员来说,可以根据以上的技术方案和构思,给出各种相应的改变和变形,而所有的这些改变和变形,都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。
SEQUENCE LISTING
<110> 公安部第一研究所
北京中盾安民分析技术有限公司
<120> 一种八色荧光STR复合扩增检测试剂盒
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<213> 人工序列
<400> 26
gcaggtcaca gggaacacag a 21
<210> 27
<211> 25
<212> DNA
<213> 人工序列
<400> 27
ctccataaat atgtgagtca attcc 25
<210> 28
<211> 27
<212> DNA
<213> 人工序列
<400> 28
gagactaata ggaggtagat agactgg 27
<210> 29
<211> 24
<212> DNA
<213> 人工序列
<400> 29
agagagaaag aatcaacagg atca 24
<210> 30
<211> 24
<212> DNA
<213> 人工序列
<400> 30
ccatatcact tgagctaatt cctc 24
<210> 31
<211> 23
<212> DNA
<213> 人工序列
<400> 31
agagcaagac accatctcaa gaa 23
<210> 32
<211> 23
<212> DNA
<213> 人工序列
<400> 32
atgattctct ttttttcccc ttc 23

Claims (3)

1.一种八色荧光STR复合扩增检测试剂盒,其特征在于,包含八色荧光复合扩增引物体系、荧光标准物、等位基因分型标准物;
所述八色荧光复合扩增引物体系包含基因座D3S1358的扩增引物对SEQ ID NO:1、SEQID NO:2,基因座D1S1656的扩增引物对SEQ ID NO:3、SEQ ID NO:4,基因座TPOX的扩增引物对SEQ ID NO:5、SEQ ID NO:6,基因座Amelogenin的扩增引物对SEQ ID NO:7、SEQ ID NO:8,基因座vWA的扩增引物对SEQ ID NO:9、SEQ ID NO:10,基因座D6S1043的扩增引物对SEQID NO:11、SEQ ID NO:12,基因座CSF1PO的扩增引物对SEQ ID NO:13、SEQ ID NO:14,基因座D19S433的扩增引物对SEQ ID NO:15、SEQ ID NO:16,基因座D7S820的扩增引物对SEQ IDNO:17、SEQ ID NO:18,基因座D8S1179的扩增引物对SEQ ID NO:19、SEQ ID NO:20,基因座D5S818的扩增引物对SEQ ID NO:21、SEQ ID NO:22,基因座D13S317的扩增引物对SEQ IDNO:23、SEQ ID NO:24,基因座TH01的扩增引物对SEQ ID NO:25、SEQ ID NO:26,基因座D21S11的扩增引物对SEQ ID NO:27、SEQ ID NO:28,基因座D12S391的扩增引物对SEQ IDNO:29、SEQ ID NO:30,基因座Penta D的扩增引物对SEQ ID NO:31、SEQ ID NO:32;
D3S1358、D1S1656、TPOX为蓝色组,荧光染料标记物为6-FAM;Amelogenin、vWA、D6S1043为绿色组,荧光染料标记物为HEX;CSF1PO、D19S433、D7S820为黄色组,荧光染料标记物为NED;D8S1179、D5S818、D13S317为红色组,荧光染料标记物为NH598;TH01、D21S11为橙色组,荧光染料标记物为NH618;D12S391为紫色组,荧光染料标记物为NH635;Penta D为棕色组,荧光染料标记物为NH650;还包括有第八组内标,荧光染料标记物为NH670。
2.根据权利要求1所述的试剂盒,其特征在于,基因座D3S1358的扩增引物对、基因座D1S1656的扩增引物对、基因座TPOX的扩增引物对、基因座Amelogenin的扩增引物对、基因座vWA的扩增引物对、基因座D6S1043的扩增引物对、基因座CSF1PO的扩增引物对、基因座D19S433的扩增引物对、基因座D7S820的扩增引物对、基因座D8S1179的扩增引物对、基因座D5S818的扩增引物对、基因座D13S317的扩增引物对、基因座TH01的扩增引物对、基因座D21S11的扩增引物对、基因座D12S391的扩增引物对、基因座Penta D的扩增引物对在八色荧光复合扩增体系中的终浓度分别为0.12μM、0.08μM、0.15μM、0.075μM、0.12μM、0.09μM、0.1μM、0.1μM、0.2μM、0.15μM、0.1μM、0.15μM、0.12μM、0.2μM、0.11μM、0.25μM。
3.权利要求1所述的八色荧光STR复合扩增检测试剂盒在DNA检测中的应用。
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