CN118272379A - 一种基于CRISPR-Dx技术的虹彩病毒检测试剂盒 - Google Patents

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李升康
黄郁媚
李嘉奇
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王涛
项载盈
赵子涵
王乃安
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Abstract

本发明涉及一种基于CRISPR‑Dx技术的虹彩病毒检测试剂盒。所述试剂盒包括两条分别靶向红鳌螯虾虹彩病毒(CQIV)MCP基因T1位点和T2位点的CrRNA片段。本发明所述CRISPR‑Dx反应体系对于核酸样品的纯度要求较低,有助于减少提取样品核酸的质量门槛,从而进一步缩短整个检测时间。使用免核酸提取试剂盒粗处理的样品(处理过程5分钟)也能利用本发明技术提供的检测体系进行检测,得到准确的荧光信号。同时,经过检测体系的优化,经验证其最低检测值可以达到2.8copy/μL,且在临床样本的检测中也可以得到较高的相对荧光单位(RFU)。

Description

一种基于CRISPR-Dx技术的虹彩病毒检测试剂盒
技术领域
本发明涉及核酸检测技术领域,特别涉及一种基于CRISPR-Dx技术的虹彩病毒检测试剂盒。
背景技术
虹彩病毒病是一种广泛存在于水生动物且危害较大的病毒性疾病,爆发突然,传染性高,对水产动物的养殖业造成一定程度的威胁。虹彩病毒是一类大型的呈二十面体对称的胞浆型DNA病毒,粒子直径大小在不同病毒种属中存在差异,一般在120~240nm之间,部分粒子直径甚至能达到300nm。虹彩病毒双链DNA基因组的大小范围在100~230kb之间,在双股DNA分子末端都有一段具有相同基因序列的单链结构,称为“末端过剩”,并且部分病毒基因组DNA的胞嘧啶5’末端呈高度甲基化状态。
目前针对虹彩病毒还没有十分有效的治疗措施,一旦某个地域的一个池塘发病之后,周围池塘都会受到一定的影响,并且具有较高的死亡率,对养殖业造成巨大的损害。因此,在目前的形势下,研制一种简便、快速、准确的对虹彩病毒进行检测的技术就显得尤为重要。
发明内容
本发明目的在于公开了一种基于CRISPR-Dx技术的虹彩病毒检测试剂盒,以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题,提供至少一种有益的选择或创造条件。
为实现上述目的,本发明通过以下技术方案实现:
本发明第一方面在于提供一组CrRNA组合物。
本发明第二方面在于提供一种试剂盒。
本发明第三方面在于指出本发明第一方面所述CrRNA组合物以及本发明第一方面所述试剂盒能够应用于检测虹彩病毒的CRISPR-Dx技术。
本发明第一方面所述的CrRNA组合物包括两段根据红鳌螯虾虹彩病毒(CQIV)MCP基因的T1靶点和T2靶点设计的CrRNA,分别为CrRNA-T1和CrRNA-T2。所述CrRNA-T1的选自如SEQ ID No.1或SEQ ID No.3所示的核苷酸序列,所述CrRNA-T2的选自如SEQ ID No.2或SEQID No.4所示的核苷酸序列。SEQ ID No.3的核苷酸序列是在SEQ ID No.1的基础上,于3’端添加了“TATTATT”的DNA修饰。SEQ ID No.4的核苷酸序列是在SEQ ID No.2的基础上,于3’端添加了“TATTATT”的DNA修饰。
本发明第二方面所述的试剂盒包括CRISPR-Dx反应体系。所述CRISPR-Dx反应体系包含有本发明第一方面所提供的CrRNA组合物。所述CRISPR-Dx反应体系同时检测T1靶点和T2靶点,将两个针对不同靶点的导向RNA同时使用在一个反应体系中,并优化两个导向RNA的比例,进而提高反应速率。
在本发明第一方面的一些实施方式中,所述CrRNA组合物由核苷酸序列如SEQ IDNo.2所示的CrRNA-T1以及核苷酸序列如SEQ ID No.4所示的CrRNA-T2组成。CrRNA的3’端添加一段7nt的单链DNA序列“TATTATT”,能够提高CRISPR-Dx的反应速率,缩短检测反应时间。
在本发明第一方面的一些实施方式中,所述CRISPR-Dx反应体系还包括LBcas12a、荧光淬灭探针、RNA酶抑制剂、缓冲液、氯化镁中的至少一种。
在本发明第一方面的一些实施方式中,所述CRISPR-Dx反应体系的镁离子浓度为25mM。现有的CRISPR-Dx反应体系所使用的镁离子浓度为15mM即可达到最快反应速率。出人意料地,本发明所提供的CRISPR-Dx反应体系在镁离子浓度为25mM的反应条件下能显著提高反应速率,具有远优于使用镁离子浓度为15mM的检测效果。
在本发明第一方面的一些实施方式中,所述CRISPR-Dx反应体系的反应温度为49℃。现有的CRISPR-Dx反应体系反应温度一般在37℃或45℃,但本发明所提供的CRISPR-Dx反应体系在49℃的反应条件下能显著提高反应速率。
在本发明第一方面的一些实施方式中,所述试剂盒中还包括RPA扩增体系,通过RPA与CRISPR-Cas的偶联,实现“序列扩增”和“酶促级联”的两级放大。所述RPA扩增体系包括核苷酸序列如SEQ ID No.5所示的T1上游引物、核苷酸序列如SEQ ID No.6所示的T1下游引物、核苷酸序列如SEQ ID No.7所示的T2上游引物、核苷酸序列如SEQ ID No.8所示的T2下游引物。
在本发明第一方面的一些实施方式中,所述RPA扩增体系还包括buffer A和buffer B。所述buffer A提供的是RPA反应的缓冲条件;buffer B为醋酸镁,用于启动RPA反应开始。
在本发明第一方面的一些实施方式中,所述RPA扩增体系混合均匀和室温静置5分钟,然后与所述CRISPR-Dx反应体系混合,49℃下孵育20分钟。
本发明的优点在于:
本发明所述检测体系对于核酸样品的纯度要求较低,有助于减少提取样品核酸的质量门槛,从而进一步缩短整个检测时间。使用免核酸提取试剂盒粗处理的样品(处理过程5分钟)也能利用本发明技术提供的检测体系进行检测,得到准确的荧光信号。同时,经过检测体系的优化,经验证其最低检测值可以达到2.8copy/μL。
附图说明
图1是实施例1中测试单/双靶点结果数据的柱状图;
图2是实施例1中测试单/双靶点结果数据的荧光曲线图;
图3是实施例2中优化CRISPR-Dx反应体系反应温度的荧光曲线图;
图4是实施例2中优化CRISPR-Dx反应体系镁离子浓度数据的柱状图;
图5是实施例2中优化CRISPR-Dx反应体系镁离子浓度的荧光曲线图;
图6是实施例3中优化CrRNA试验的荧光曲线图;
图7是实施例4中测定所述试剂盒灵敏度的荧光曲线图;
图8是实施例5中验证CcMFD检测虹彩病毒的荧光曲线图;
图9是实施例6中测定试剂盒对虹彩病毒临床样本的灵敏度测试。
具体实施方式
以下实施例中未作具体说明的分子生物学试验方法,均参照《分子克隆实验指南》(第三版)或者按照方法和产品说明书进行;所述方法生物材料,如无特殊说明,均可从商业途径获得。
实施例1:构建用于检测虹彩病毒的CRISPR-Dx反应体系。
红鳌螯虾虹彩病毒(CQIV)的MCP基因的T1位点和T2位点属于保守序列,以这两个位点为靶标,分别设计向导序列,将向导序列与针对Cas12a蛋白的锚定序列组合成CrRNA,以求获得较优的切割效率及降低脱靶率。初步构建的CrRNA包括:
T1位点的CrRNA:
5’-UAAUUUCUACUAAGUGUAGAUUGGAACCAAUUUACUCUGUC-3’(SEQ ID No.1);
T2位点的CrRNA:
5’-UAAUUUCUACUAAGUGUAGAUGAAUUCAGGAACUGGACAGA-3’(SEQ ID No.2)。
构建用于检测虹彩病毒的CRISPR-Dx反应体系,如表1所示。
表1、CRISPR-Dx反应体系
试剂 用量(μL)
LBcas12a 1
CrRNA(1μM) 2
probe(10μM) 1
RNase inhibitor 0.5
Buffer 2
Water 11.5
MgCl2(25mM) 2
合计 20
反应温度49℃,反应时长20分钟。所述荧光报告分子(probe)的序列为5’-FAM-TTATTATT-BHQ1-3’。
试验单靶标或双靶标对于检测效率的影响。取合成所得的CrRNA进行分组试验,分别设置“T1”组、“T2”组和“T1+T2”组。“T1+T2”组的CrRNA由两种CrRNA各半组成,“T1”组、“T2”组则分别全部使用单一种对应的CrRNA。检测结果如图1和图2所示。“T2”组的相对荧光单位(RFU)最高,为86277,“T1+T2”组为66883,“T1”组为4207。但出于双靶点特异性更强的考虑,最终选取“T1+T2”组的双靶标检测方式构建CRISPR-Dx反应体系。
实施例2:CRISPR-Dx反应体系的优化。
由于CRISPR-Dx反应体系对反应温度、镁离子浓度等因素敏感,不同条件下,CRISPR-Dx系统具有不同的反应速率,因此进行优化试验以获取最佳的反应体系。
按实施例1提供的双靶点CRISPR-Dx反应体系,设置四个试验组,其反应温度分别为42℃、45℃、47℃、49℃。检测结果如图3所示,确认反应温度为49℃的试验组的相对荧光单位(RFU)最高,因此反应温度选择49℃。
按实施例1提供的双靶点CRISPR-Dx反应体系,设置四个试验组,其MgCl2的添加量分别为2μL、1.5μL、1μL、0.5μL和0μL,对应的镁离子浓度依次分别为25mM、18.75mM、12.5mM、6.25mM和0mM。检测结果如图4和图5所示,确认MgCl2的添加量分别为2μL(即镁离子浓度25mM)的试验组的相对荧光单位(RFU)最高,因此MgCl2的添加量选择为2μL(即镁离子浓度25mM)。
实施例3:CrRNA片段的优化。
为提高CRISPR-Dx反应体系的反应速率,对原有的CrRNA片段的3’端添加一段7nt的单链DNA序列,以求提高LBcas12a的切割效率,并提高靶点的特异性。各CrRNA片段的核苷酸序列如表2所示。
表2、CrRNA的核酸序列
试验分为“CrRNA修饰”组和“CrRNA无修饰”组。所述“CrRNA无修饰”组使用如SEQID No.1和SEQ ID No.2所示的CrRNA进行反应,所述“CrRNA修饰”组使用如SEQ ID No.3和SEQ ID No.4所示的CrRNA进行反应。
试验结果如图6所示,3’端带有DNA修饰偏度的CrRNA虽然没有3’端无DNA修饰偏度的CrRNA的反应速率高,但仍然具有较高的反应速率;且3’端带有DNA修饰偏度的CrRNA的特异性更强,更具有针对性。
实施例4:CRISPR-Dx反应体系的灵敏度测试。
构建扩增虹彩病毒的RPA反应体系,通过RPA与CRISPR-Cas的偶联,实现“序列扩增”和“酶促级联”的两级放大。所述RPA反应体系如下:取buffer A29.4μL、引物混合物4μL和水4.1μL混合,均分成5份,每份7.5μL,再加入待测样本2μL和buffer B 0.5μL。轻微震荡使所有试剂充分混合,短暂离心,在室温条件下静置5分钟。
分别制备280copy/μL、28copy/μL和2.8copy/μL的虹彩病毒样品。将上述RPA反应体系与CRISPR-Dx反应体系结合,检测经梯度稀释的虹彩病毒样品,确认试剂盒的灵敏度。检测结果如图7所示,2.8copy/μL的虹彩病毒样品也能检测到阳性信号,证明所述试剂盒的最低检测值为2.8copy/μL。
实施例5:验证CcMFD检测虹彩病毒。
为提高检测灵敏度,将上述实施例优化后的CRISPR-Dx系统与RPA恒温扩增系统结合形成CcMFD,并找到适合CcMFD体系的反应条件。试验结果如图8所示,39℃,40分钟的条件下能够获得荧光曲线,证明可以利用CcMFD体系对虹彩病毒进行检测。
实施例6:试剂盒对虹彩病毒临床样本的灵敏度测试。
为确认试剂盒对虹彩病毒临床样本的灵敏度,将上述优化后的RPA与CRISPR-Dx反应体系结合,对临床样本进行检测。
分别制备两种不同来源的虹彩病毒临床样品,将上述优化后的RPA与CRISPR-Dx反应体系结合,检测处理后的临床样本,确认试剂盒的灵敏度。检测结果如图9所示,两种虹彩病毒临床样品都能检测到阳性信号,其荧光值100000左右达到平衡。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (10)

1.CrRNA组合物,其特征在于,包括核苷酸序列如SEQ ID No.1或SEQ ID No.3所示的CrRNA-T1,以及核苷酸序列如SEQ ID No.2或SEQ ID No.4所示的CrRNA-T2。
2.一种试剂盒,其特征在于,包括CRISPR-Dx反应体系,所述CRISPR-Dx反应体系包括如权利要求1所述CrRNA组合物。
3.根据权利要求2所述试剂盒,其特征在于,所述CrRNA组合物由核苷酸序列如SEQ IDNo.3所示的CrRNA-T1以及核苷酸序列如SEQ ID No.4所示的CrRNA-T2组成。
4.根据权利要求3所述试剂盒,其特征在于,所述CRISPR-Dx反应体系还包括LBcas12a、荧光淬灭探针、RNA酶抑制剂、缓冲液、氯化镁中的至少一种。
5.根据权利要求4所述试剂盒,其特征在于,所述CRISPR-Dx反应体系的镁离子浓度为25mM。
6.根据权利要求4所述试剂盒,其特征在于,所述CRISPR-Dx反应体系的反应温度为49℃。
7.根据权利要求2所述试剂盒,其特征在于,还包括RPA扩增体系,所述RPA扩增体系包括核苷酸序列如SEQ ID No.5所示的T1上游引物、核苷酸序列如SEQ ID No.6所示的T1下游引物、核苷酸序列如SEQ ID No.7所示的T2上游引物、核苷酸序列如SEQ ID No.8所示的T2下游引物。
8.根据权利要求7所述试剂盒,其特征在于,所述RPA扩增体系还包括buffer A和buffer B。
9.根据权利要求8所述试剂盒,其特征在于,所述RPA扩增体系混合均匀和室温静置5分钟,然后与所述CRISPR-Dx反应体系混合,49℃下孵育20分钟。
10.如权利要求1所述CrRNA组合物或权利要求2至9任一项所述试剂盒在非疾病诊断目的检测虹彩病毒的应用。
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