CN113981059A - 一种地中海贫血症突变基因检测引物组合物及其试剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地中海贫血症突变基因检测引物组合物，包括：131对第一引物；每对所述第一引物包括正向引物与反向引物，且所述正向引物与反向引物均包括扩增引物对及与所述扩增引物对5’端连接的其他序列；每对所述正向引物与反向引物的特异性序列选自SEQ ID NO.1～262所示的序列。根据本发明，精选HBA1/2和HBB这3个地中海贫血症重要的胚系突变相关基因，除了可以检测常见的SNV和short indel之外，还可以检测复杂的CNV突变，通过对外周血gDNA检测，一方面可以对疑似地贫患者进行α和/或β地贫的遗传诊断，同时也可以对地贫高风险夫妇进行遗传评估和对胎儿进行产前遗传诊断。
Description
技术领域
本发明涉及基因工程技术的技术领域，特别涉及一种地中海贫血症突变基因检测引物组合物及其试剂。
背景技术
下一代测序技术(Next-Generation Sequencing，NGS)，又称二代测序技术，是近年来兴起的可以一次对数十万乃至数亿条DNA分子进行测序的高通量检测技术，目前已广泛地应用于产前检测，肿瘤突变分析和用药指导，病原体微生物筛查等领域。Illumina平台现在是国内最常用的NGS测序仪，市场占有率较高。Ion Torrent平台和国产的MGI平台也各自具有独特的优点，国内的应用比率也在稳步增长中。
进行NGS测序前，通常需要先对样本DNA的特定区域进行富集和扩增，这个过程称为文库构建。目前主流的建库技术包括两种：探针杂交捕获技术和多重PCR技术。杂交捕获技术的优点是探针序列的设计难度较低，一套探针库适合多种类型的样本，因此是国内主流的建库技术。但是杂交捕获的建库流程比较复杂，经常耗时需48小时甚至更长，而且整体成本高；同时由于建库之前通常需要对组织样本进行超声、酶解等预处理，因此对样本的起始量和质量都有较多的要求。
相比之下，多重PCR技术无需对样本进行预处理，较少量的样本或者一定程度降解的样本也可使用，适合临床上绝大部分情况；同时建库流程简单，数小时即可完成，总体成本也较低。但多重PCR技术对扩增引物池的设计提出了较高的要求，稍有差错就容易产生大量引物二聚体导致目的片段急剧减少，或者不得不分管操作，削弱了原本具有的优势。目前国内基于多重 PCR的建库技术以Thermo Fisher(赛默飞)的AmpliSeq系列试剂为主，自研的产品尚处于空白状态。
地中海贫血症相关基因的检测过程中，样本类型是外周血gDNA，主要检测胚系相关变异。样本的处理并不复杂，关键在于如何实现高效的单管检测。前文已经说过多重PCR技术对于引物池的设计要求比较高，稍有差错就容易产生大量引物二聚体导致目的片段急剧减少，尤其是对于基因拷贝数变异 (CNV)的检测，需要设计intron区域的扩增子，很容易引起非特异性的扩增，同时对于如何准确检测CNV也是一个难题。
液体活检(Liquid Biopsy)是收集外周血中从肿瘤脱落的循环肿瘤细胞 (CTC)、外泌体(Exosome)，或是提取肿瘤组织凋亡释放到血液中的循环肿瘤DNA(ctDNA)进行基因检测的技术。与传统的肿瘤组织手术取样或穿刺取样相比，液体活检具有创伤小，时效性高，能克服肿瘤异质性(可反映肿瘤整体而不仅是取样局部的信息)等特点，在癌症早筛、疗效评估、复发监测等领域可以发挥重要作用。
制备完成的文库在NGS测序之前还需要在末端连接上可被测序仪识别的 DNA接头，其中含有测序引物结合位点，用于区分不同样本的Barcode，某些情况下还有区分样本中不同DNA分子的UID(unique identifier)等。其中UID片段是由6-18个随机碱基序列(A、G、C或T)组成的分子标记，在扩增ctDNA样本时，可以为每一条ctDNA分子带上不同的独特序列标记，减少由于扩增错误带来的测序背景噪音。由于各测序仪厂商加接头的原理、试剂、以及Barcode、UID片段的序列、长度都有所差别，故而设计在一种测序平台上使用的文库构建试剂(杂交捕获探针库/多重PCR引物池)通常不适合在其他平台上使用，造成了一定的不便。
发明内容
针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的是提供一种地中海贫血症突变基因检测引物组合物，结合指南及权威数据库，除了可以检测常见的SNV 和short indel之外，还可以检测复杂的CNV突变，扩增子的比对率、中靶率和均一度都较好。为了实现根据本发明的上述目的和其他优点，提供了一种地中海贫血症突变基因检测引物组合物，包括：
131对第一引物；
每对所述第一引物包括正向引物与反向引物，且所述正向引物与反向引物均包括扩增引物对及与所述扩增引物对5’端连接的其他序列；
每对所述正向引物与反向引物的特异性序列选自SEQ ID NO.1～262所示的序列。
优选的，每对所述正向引物与反向引物中的特异性序列为所述序列其中的18-25个碱基序列。
优选的，所述扩增引物对的正向引物包括SEQ ID NO.263所示的序列，优选地，为所述序列其中的16-25个碱基序列。
优选的，所述扩增引物对的反向引物包括SEQ ID NO.264所示的序列，优选地，为所述序列其中的16-25个碱基序列。
优选的，所述引物组合物应用于检测地中海贫血症突变基因中。
一种用于地中海贫血症基因检测的试剂包括权利要求1-4任一项的所述引物组合物。
优选的，还包括三对接头，三对所述接头分别对应Illumina、Ion Torrent、MGI三种测序平台，所述接头内部含有与权利要求3或4任一项所述的序列配对的DNA片段。
优选的，所述试剂用于外周血gDNA的分子检测。
优选的，所述试剂应用于基于NGS方法的地中海贫血症相关基因检测中。
本发明与现有技术相比，其有益效果是：
1.本发明所述的引物组合物的设计，是结合相关指南及权威数据库，精选了HBA1/2和HBB这3个地中海贫血症相关的重要胚系突变基因，除了可以检测常见的SNV和shortindel之外，还可以检测复杂的CNV突变，通过对外周血gDNA检测，一方面可以对疑似地贫患者进行α和/或β地贫的遗传诊断，同时也可以对地贫高风险夫妇进行遗传评估和对胎儿进行产前遗传诊断。扩增子的比对率、中靶率和均一度都较好。
2.本发明在引物池设计时，有较多的扩增子是用于拷贝数扩增(CNV) 的检测和质控，同时有7条扩增子为GAP扩增子。
3.本发明所述的试剂适用于来自地中海贫血症相关基因受检人员的外周血gDNA中相关基因的突变检测，主要用于检测受检人群的地贫相关基因的胚系突变。
4.本发明所述的试剂可根据实际需求，通过更换接头和加接头反应程序无缝适应多种NGS测序平台，扩大了市场受众。
5.本发明所涉及方法简单，操作便捷，可在数小时内完成NGS文库构建，总体成本低，填补了国内地中海贫血症领域多重PCR技术构建NGS文库的空白。本发明有助于实现试剂从实验室向临床应用和体外诊断试剂的转化，具有良好的应用前景。
附图说明
图1为根据本发明的地中海贫血症突变基因检测引物组合物的结构示意图；
图2为根据本发明的地中海贫血症突变基因检测引物组合物的测序平台接头的结构示意图；
图3为根据本发明的地中海贫血症突变基因检测引物组合物的地贫检测产品在不同DNA起始量下的比对率和捕获率；
图4为根据本发明的地中海贫血症突变基因检测引物组合物的地贫检测产品在不同DNA起始量下的覆盖均一性.
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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做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。
参照图1-2，一种地中海贫血症突变基因检测引物组合物，包括：131对第一引物；
每对所述第一引物包括正向引物与反向引物，且所述正向引物与反向引物均包括扩增引物对及与所述扩增引物对5’端连接的其他序列；
每对所述正向引物与反向引物的特异性序列选自SEQ ID NO.1～262所示的序列。
进一步的，每对所述正向引物与反向引物中的特异性序列为所述序列其中的18-25个碱基序列。
进一步的，所述扩增引物对的正向引物包括SEQ ID NO.263所示的序列，优选地，为所述序列其中的16-25个碱基序列。
进一步的，所述扩增引物对的反向引物包括SEQ ID NO.264所示的序列，优选地，为所述序列其中的16-25个碱基序列。
进一步的，所述引物组合物应用于检测地中海贫血症突变基因中。
一种用于地中海贫血症基因检测的试剂包括权利要求1-4任一项的所述引物组合物。
进一步的，还包括三对接头，三对所述接头分别对应Illumina、Ion Torrent、MGI三种测序平台，所述接头内部含有与权利要求3或4任一项所述的序列配对的DNA片段，利用这3种接头，结合通用扩增反应液以及对应的PCR反应程序，可以对引物组合物扩增受检样本得到的产物分别加上对应平台的接头，达成一种试剂同时适用于三种主流NGS测序平台的效果。
进一步的，所述试剂用于外周血gDNA的分子检测。
进一步的，所述试剂应用于基于NGS方法的地中海贫血症相关基因检测中。
本发明所述的引物组合物共计262条，又分为两组各131条：第一组引物3’端DNA序列分别如SEQ ID 1～131所示，5’端DNA序列如SEQ ID 263 所示；第二组引物3’端DNA序列分别如SEQ ID 132～262所示，5’端DNA 序列如SEQ ID 264所示，中间可选择性地连入6-18个碱基的UID序列。
该引物组合物可通过多重PCR的方法，特异性地扩增健康人或患者外周血gDNA样本中3个地中海贫血症相关基因的热点区域，可测的突变类型包括点突变(SNPs)和插入/缺失(In_dels)以及拷贝数变异(CNVs)。该引物组合物的整体设计使得通过多重PCR技术完成复杂拷贝数变异(CNVs)的检测成为可能。
下述实施例中，使用天根生化公司的血液基因组DNA提取试剂盒(货号：DP348)提取外周血白细胞样本DNA；使用Thermo Fisher公司的Qubit dsDNA HS Assay Kit(货号：Q32851/Q32854)对提取的DNA进行定量；使用Beckman Coulter公司的Agencourt AM PureXP磁珠(货号：A63880)对文库构建过程中的各PCR步骤的产物进行纯化。
实施例1
本发明多重PCR建库测序流程采取的验证方法如下：
1.样本准备
1.1样本提取
提取来自医院的临床样本，Qubit定量。
样本组成如下：
样本均经过一代sanger测序和传统的gap-PCR进行验证。
1.2样本质控
对来自医院的临床样本，使用一代sanger测序和传统的gap-PCR对样本中的HBA1/2和HBB这三个基因的热点和拷贝数变异进行验证及检测，其中：
A组102例样本，其中42例存在HBA基因SV突变，剩余60例样本 SV突变阴性。
B组20例样本，其中15例存在HBA基因的CNV突变。
在以上一共122例样本中，其中有45例样本，存在HBA1/2、HBB这三个基因中的致病突变。
1.3样本设置
1.3.1临床样本
临床样本N分别取5ng、10ng、20ng、40ng、80ng检测。
其余样本按照20ng投入完成检测。
2.文库构建
2.1第一轮基因特异性PCR
2.1.1按下表1所示配制基因特异性PCR反应液，每管加入相应的DNA样本。
表1
2.1.2盖上管盖，震荡混匀后，快速离心。
2.1.3按以下表2程序运行PCR反应。
表2
2.2基因特异性PCR产物纯化
2.2.1各管从PCR仪中取出后快速离心将液体甩至管底。
2.2.2使用无核酶水将每管体积补齐至50ul。
2.2.3每管加入60ul(1.2倍体积)的纯化磁珠，震荡混匀并快速离心。室温静置5分钟。
2.2.4将各管转移至磁力架上，室温放置5分钟或至液体澄清。小心吸去上清，注意避免碰到磁珠。
2.2.5每管加入150μL 70％乙醇清洗，孵育30秒后吸去乙醇，注意避免碰到磁珠。重复清洗一次。
2.2.6盖上管盖，将各管快速离心后放置于磁力架上，小心地将管中剩余的乙醇吸净。
2.2.7室温放置2-3分钟至磁珠干燥。各管加入64μL无核酶水，盖上管盖，震荡混匀并快速离心。
2.2.8将各管转移至磁力架上，室温放置5分钟。转移上清至新管中。
2.3第二轮加接头PCR
2.3.1按下表3所示配制加接头PCR反应液。
表3
2.3.2盖上管盖，震荡混匀后，快速离心。
2.3.3按以下表4程序运行PCR反应。
表4
2.4文库纯化和质控
2.4.1各管从PCR仪中取出后快速离心将液体甩至管底。
2.4.2每管加入1倍体积的纯化磁珠，震荡混匀并快速离心。室温静置5分钟。
2.4.3将各管转移至磁力架上，室温放置5分钟或至液体澄清。小心吸去上清，注意避免碰到磁珠。
2.4.4每管加入150μL 70％乙醇清洗，孵育30秒后吸去乙醇，注意避免碰到磁珠。重复清洗一次。
2.4.5盖上管盖，将各管快速离心后放置于磁力架上，小心地将管中剩余的乙醇吸净。
2.4.6室温放置2-3分钟至磁珠干燥。各管加入32μL无核酶水，盖上管盖，震荡混匀并快速离心。
2.4.7将各管转移至磁力架上，室温放置5分钟。转移上清至新管中。
2.4.8使用Qubit对文库进行定量；使用Qseq100对文库片段大小和纯度进行分析。
3.上机测序
3.1将各文库根据浓度统一稀释至5nM，各取少量等体积混合。
3.2加入等体积0.2N NaOH变性，再用HT1溶液稀释至15pM。
3.3取594μL 15pM混合文库，加入6μL 12.5pM PhiX library control。
3.4将上述600μL加样至测序试剂盒，装载入IIIumina Miseq测序仪测序。测序读长PE150，测序深度不少于2000x。
4.检测结果
4.1临床样本数据见图3-4
表5.常见拷贝数缺失突变检测统计
表6.对SNP及INDEL的检出正确率
4.2结果说明
(1)分别投入5ng、10ng、20ng、40ng、80ng参考品，使用实施例中方法都可成功建库，各组样本的比对率、捕获率以及扩增子的覆盖均一性基本一致。
(2)5ng极低起始量临床样本也可成功建库，突变检测结果与20ng、40ng、 80ng组相似，位点突变频率经一代sanger测序和Gap-PCR检测验证， 5ng与20ng、40ng、80ng组基本一致。
(3)投入20ng样本，使用实施例中方法可以成功建库，并且可以准确检出地中海贫血症常见的大片段的插入缺失等拷贝数变异
(4)投入20ng样本，使用实施例中方法可以成功建库，并且可以准确检出地中海贫血症常见的SNP及Indel，且检测频率较为稳定。
2.1结果说明
受检样本均检出地中海贫血症相关热点区域的变异，证实了试剂的检测效果。
与现有技术相比，本发明所述的引物组合物的设计，是根据临床诊疗指南，结合多个权威数据库，针对东亚及东南亚人群，精选HBA1/2和HBB这3 个地中海贫血症中重要的基因，同时涵盖全部23种中国南方人群常见突变型，包括近100种拷贝数突变、200多种点突变和插入缺失，通过准确和全面的评估数百种已有报道的地贫突变基因型，以及发现全新的HBA1/2和 HBB突变类型，从而帮助临床医师评估受检者及其家庭所需的医疗服务。检测产品的扩增子的比对率、中靶率和均一度都较好。本发明在检测外周血 gDNA时，一般不使用UID以进一步降低成本，灵敏度为2％。
本发明所述的试剂适用于来自外周血gDNA样本中相关基因的突变检测，且对样本的要求较低。单个样本输入量可低至5ng。本发明所述的试剂可根据实际需求，通过更换接头和加接头反应程序无缝适应多种NGS测序平台，扩大了市场受众。本发明所涉及方法简单，操作便捷，可在数小时内完成NGS文库构建，总体成本低，填补了国内地中海贫血症领域多重PCR技术构建NGS文库的空白。本发明有助于实现试剂从实验室向临床应用和体外诊断试剂的转化，具有良好的应用前景。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的，对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
序列表
<110> 上海真固生物科技有限公司
<120> 一种地中海贫血症突变基因检测引物组合物及其试剂
<160> 262
<170> SIPOSequenceListing 1.0
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gagcacagca gggtgtgagc tgtttgaaga 30
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<213> 2 Ambystoma laterale x Ambystoma jeffersonianum
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ttagacacca gtctctgaca cattcttaaa 30
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<213> 2 Ambystoma laterale x Ambystoma jeffersonianum
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tttcaactat taaaaatctt gtcatgcaga 30
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<212> DNA
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ggggtgggca gtggatacac tctttacccc 30
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<213> 2 Ambystoma laterale x Ambystoma jeffersonianum
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ttattctatg agccctacat tcaacattct 30
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gactaaagcc ttaatcccaa agtacagtac 30
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<213> 2 Ambystoma laterale x Ambystoma jeffersonianum
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<213> 2 Ambystoma laterale x Ambystoma jeffersonianum
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<213> 2 Ambystoma laterale x Ambystoma jeffersonianum
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<211> 30
<212> DNA
<213> 2 Ambystoma laterale x Ambystoma jeffersonianum
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cctcccatag tccaagcatg agcagttctg 30
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<212> DNA
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catggactcc acccagcacc accaacctga 30
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<213> 2 Ambystoma laterale x Ambystoma jeffersonianum
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<212> DNA
<213> 2 Ambystoma laterale x Ambystoma jeffersonianum
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tggcatctag cgcaatgact ttgccatcac 30
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agtataattt gtaagtgctc agggctgtgt 30
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<213> 2 Ambystoma laterale x Ambystoma jeffersonianum
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agagaggatg gggtgctatg ccccaaatca 30
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<213> 2 Ambystoma laterale x Ambystoma jeffersonianum
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<213> 2 Ambystoma laterale x Ambystoma jeffersonianum
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cacggtgctc acagaagcca ggaacttgtc 30
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ctgcacagct cctaagccac tgcctgctgg 30
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<212> DNA
<213> 2 Ambystoma laterale x Ambystoma jeffersonianum
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tggggggagg cccaaggggc aagaagcatg 30
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catgcctggc acgtttgctg agggaaaaaa 30
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acccctgatt tcatctagac tgtgcctgta 30
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ggtcccttct ccctggtgtg tgttttctct 30
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<213> 2 Ambystoma laterale x Ambystoma jeffersonianum
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ttcctctcgc gtcctgacct cgagagagca 30
<210> 233
<211> 30
<212> DNA
<213> 2 Ambystoma laterale x Ambystoma jeffersonianum
<400> 233
cgtgagcccc ctcttggatc cacgttctag 30
<210> 234
<211> 30
<212> DNA
<213> 2 Ambystoma laterale x Ambystoma jeffersonianum
<400> 234
ctcctgggct ccaagtgctt gctcctgtgc 30
<210> 235
<211> 30
<212> DNA
<213> 2 Ambystoma laterale x Ambystoma jeffersonianum
<400> 235
gtcactgtgc cttctcttct gtgcttacct 30
<210> 236
<211> 30
<212> DNA
<213> 2 Ambystoma laterale x Ambystoma jeffersonianum
<400> 236
agctgcctat ttcccatttg acccctcgag 30
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<211> 30
<212> DNA
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tttaatgacc gcagtagaga aaaacattgg 30
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<212> DNA
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ataggggtag ttattaaaag ccacaacggc 30
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<211> 30
<212> DNA
<213> 2 Ambystoma laterale x Ambystoma jeffersonianum
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tgggcaggag gtgtctgagg atctccctgc 30
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<212> DNA
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ggcccccagc cccaccccgc cttgaatggg 30
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<212> DNA
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ggtccttctc accacatccg tacttgcggt 30
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<212> DNA
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gggaccccca cccccaccca cccagcttac 30
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<212> DNA
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ctgaaccctg cagaggaccc ctggcaaagc 30
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<212> DNA
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<400> 244
ctcaacactc acagaacttg acaaacacat 30
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<212> DNA
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ctcagggctc ctgggacgca actgtcaaga 30
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tggaggcggg gtccctcctc aacctgagcc 30
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<212> DNA
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<212> DNA
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caagtgccca cgaccccagt ggatgtttgt 30
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<212> DNA
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gatagtagtg cagtgaaagc tgatagattc 30
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<212> DNA
<213> 2 Ambystoma laterale x Ambystoma jeffersonianum
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ccatgcagcc tggtggtgca caggggtcac 30
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<212> DNA
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aacatgactg ctcattctca aagggatcta 30
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caaacattat ttgctcattg ctcgattgtc 30
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<212> DNA
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tcccggagta acagatccag agcagctagc 30
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gctctccggg aacacttccg gccacccatc 30
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<211> 30
<212> DNA
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attgcttttc atgattggtt ttgacactac 30
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<212> DNA
<213> 2 Ambystoma laterale x Ambystoma jeffersonianum
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ataacatgtc atgacttcgc ctctaagcac 30
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<212> DNA
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ccccgagggt gcaggtggtc gctcaacaga 30
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<211> 30
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<212> DNA
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<211> 30
<212> DNA
<213> 2 Ambystoma laterale x Ambystoma jeffersonianum
<400> 262
tgcaagtgtc acatgcaaag tactcatccg 30
Claims (9)
1.一种地中海贫血症突变基因检测引物组合物，其特征在于，包括：
131对第一引物；
每对所述第一引物包括正向引物与反向引物，且所述正向引物与反向引物均包括扩增引物对及与所述扩增引物对5’端连接的其他序列；
每对所述正向引物与反向引物的特异性序列选自SEQ ID NO.1～262所示的序列。
2.如权利要求1所述的一种地中海贫血症突变基因检测引物组合物，其特征在于，每对所述正向引物与反向引物中的特异性序列为所述序列其中的18-25个碱基序列。
3.如权利要求1所述的一种地中海贫血症突变基因检测引物组合物，其特征在于，所述扩增引物对的正向引物包括SEQ ID NO.263所示的序列，优选地，为所述序列其中的16-25个碱基序列。
4.如权利要求1所述的一种地中海贫血症突变基因检测引物组合物，其特征在于，所述扩增引物对的反向引物包括SEQ ID NO.264所示的序列，优选地，为所述序列其中的16-25个碱基序列。
5.如权利要求1-4所述的一种地中海贫血症突变基因检测引物组合物，其特征在于，所述引物组合物应用于检测地中海贫血症突变基因中。
6.一种用于地中海贫血症基因检测的试剂，其特征在于，包括权利要求1-4任一项的所述引物组合物。
7.如权利要求6所述的一种用于地中海贫血症基因检测的试剂，其特征在于，还包括三对接头，三对所述接头分别对应Illumina、Ion Torrent、MGI三种测序平台，所述接头内部含有与权利要求3或4任一项所述的序列配对的DNA片段。
8.如权利要求6或7所述的一种用于地中海贫血症基因检测的试剂，其特征在于，所述试剂用于外周血gDNA的分子检测。
9.如权利要求6或7所述的一种用于地中海贫血症基因检测的试剂，其特征在于，所述试剂应用于基于NGS方法的地中海贫血症相关基因检测中。
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