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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Analy sieren von
Nukleinsäuresequenzen
und eine Anordnung zur Verwendung in einem solchen Verfahren.
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Insbesondere
betrifft die Erfindung Anordnungen und Verfahren zum Bestimmen,
ob eine spezifische Nukleinsäuresequenz
in einer Nukleinsäuresequenz
oder Mischung von Nukleinsäuresequenzen
vorliegt oder nicht.
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Spezifischer
betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Anordnung zum Bestimmen
der Gegenwart oder Abwesenheit von Sequenzen in Genom-DNA oder einer
Probe von Restriktionsfragmenten abgeleitet aus Genom-DNA, wobei
die Sequenzen einmaligen Restriktionsfragmenten entsprechen, die
als genetische Marker dienen können,
wie AFLP-Marker.
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Das
Verfahren und die Anordnungen der Erfindung sind insbesondere geeignet
für die
Analyse amplifizierter Mischungen von Restriktionsfragmenten, wie
Reaktionsmischungen, die aus AFLP resultieren.
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Es
ist eine Reihe von Verfahren zum Analysieren von Nukleinsäuresequenzen
bekannt. Im Allgemeinen umfassen diese Verfahren die Immobilisierung
der zu analysierenden Sequenzen zum Beispiel durch Blotting, Hybridisierung
der Sequenzen mit einer gekennzeichneten DNA- oder RNA-Sonde, Stringenzwaschungen
zum Entfernen nichthybridisierten Materials, gefolgt von der Erkennung
derjenigen Sequenzen, welche mit der Sonde hybridisiert haben.
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Solche
Techniken werden gelegentlich nach vorheriger Amplifizierung – wie durch
PCR – der
Ausgangsnukleinsäuresequenzen, üblicherweise
eine Mischung von Restriktionsfragmenten aus einer Genom-DNA, ausgeführt. Die
entstehende Mischung amplifizierter Fragmente wird dann getrennt,
zum Beispiel auf der Grundlage von Unterschieden in der Länge oder
im Molekulargewicht, wie durch Gelelektrophorese, und dann visualisiert,
d. h. durch Blotting gefolgt von Hybridisierung. Das entstehende
Muster von Bändern wird
als ein DNA-Fingerabdruck bezeichnet.
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Üblicherweise
werden bei DNA-Fingerabdrücken
Fingerabdrücke
von nahe verwandten Spezies, Unterspezies, Varietäten, Sorten,
Rassen oder Individuen verglichen. Derartige verwandte Fingerabdrücke können identisch
oder sehr ähnlich
sein, d. h. sie enthalten eine große Anzahl entsprechender – und somit
weniger informativer – Bänder.
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Unterschiede
zwischen zwei verwandten Fingerabdrücken werden als "DNA-Polymorphismen" bezeichnet. Diese
sind DNA-Fragmente (d. h. Bänder),
welche in einem oder für
einen spezifischen Fingerabdruck einmalig sind. Die Gegenwart oder
Abwesenheit solcher polymorphen Bänder, oder des Musters davon, kann
als ein genetischer Marker verwendet werden, d. h. zum Identifizieren
einer/s spezifischen Spezies, Unterspezies, Varietät, Sorte,
Rasse oder Individuums, zum Ermitteln der Gegenwart oder Abwesenheit
eines spezifischen erblichen Merkmals, eines Gens oder zum Bestimmen
des Zustands einer Erkrankung.
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Für eine weitere
Diskussion und Definitionen von DNA-Fingerabdrücken, DNA-Typisierung, DNA-Polymorphismen,
Genotypisierung, PCR und ähnlichen
Techniken wird auf die Diskussion des Standes der Technik in
EP-0 534 858 A1 verwiesen.
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Die
Technik beschreibt auch Oligonukleotidanordnungen zum Analysieren
von Nukleinsäuresequenzen
oder Mischungen davon, siehe zum Beispiel
WO 97/27317 ,
WO 97/22720 ,
WO 97/43450 ,
EP 0 799 897 ,
EP 0 785 280 ,
WO 97/31256 ,
WO 97/27317 und
WO 98/08083 .
WO9325563 beschreibt ein allelspezifisches Primerextensionsverfahren.
WO9631622 beschreibt ein
Verfahren zum Erkennen von Mutationen, wobei Zielsequenzen mit einer
Oligonukleotidsonde auf einem festen Träger inkubiert werden, um einen
Doppelstrang zu bilden.
WO9905321 offenbart
die Verwendung fester Substrate für die Durchführung der
Amplifizierung oder enzymatischer Reaktionen darauf.
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WO 90/09455 ,
WO 91/02087 ,
WO 91/13075 ,
WO 92/15712 und
EP 0 123 513 beschreiben alle Techniken
zum Erkennen von Punktmutationen an einer vorbestimmten Stelle einer
DNA-Sequenz (üblicherweise Genom-DNA
oder cDNA kompletter Länge),
welche im Allgemeinen als "Minisequenzierung" bezeichnet werden.
Siehe auch Syvänen,
1999 (Human Mutation 13: 1–10).
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Minisequenzierung
basiert auf der Erweiterung eines Primers, der mit einem Teil der
DNA-Sequenz hybridisiert, so dass sich das 3'-Ende des Primers unmittelbar neben
der Punktmutation befindet. Der so erhaltene Hybrid wird – üblicherweise
in einem einzelnen "Ein-Röhrchen"-Reaktionsschritt – mit einer
Mischung, welche mindestens ein erkennbares Nukleotid enthält, in Kontakt
gebracht, und zwar unter Bedingungen, unter denen die Erweiterung
des Primers mit dem erkennbaren Nukleotid stattfindet, wenn das
erkennbare Nukleotid komplementär
zu dem Nukleotid ist, welches an der Stelle der Punktmutation vorliegt,
jedoch keine Erweiterung stattfindet, wenn das erkennbare Nukleotid
nicht dem Nukleotid entspricht, welches an der Punktmutation vorliegt,
so dass, egal ob die Erweiterung des Primers stattfindet oder nicht,
dies Informationen zu dem Nukleotid bereitstellt, welches an der
Stelle der Punktmutation vorliegt. (Alternativ dazu können 2–4 unterschiedlich gekennzeichnete
Nukleotide gleichzeitig verwendet werden, wobei die Erweiterung
mit einem spezifischen gekennzeichneten Nukleotid die Gegenwart
eines komplementären
Nukleotids an der Stelle der Mutation anzeigt).
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Neben
der Ausstattung mit einer erkennbaren Funktionalität, wird/werden
das/die erkennbare(n) Nukleotid(e) und Reaktionsmischungen/-bedingungen,
die bei der Minisequenzierung verwendet werden, auch derart ausgewählt, dass,
nachdem das gekennzeichnete Nukleotid zu dem Primer hinzugefügt wurde,
keine weitere Erweiterung des Primers stattfindet ("Abschlussmischungen"). Zum Beispiel können kettenabschließende Dideoxyribonukleosidtriphosphate
(ddNTPs) oder Thionukleotide verwendet werden.
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Das
beschriebene Verfahren unterscheidet sich von der Minisequenzierung
mindestens in den folgenden, nicht-einschränkenden Aspekten:
- a) Minisequenzierung wird zum Erkennen/Bestimmen von Punktmutationen
an einer spezifischen, bekannten Stelle im Genom verwendet und wird
nicht zum Bestimmen der Gegenwart oder Abwesenheit polymorpher Fragmente
in einer Mischung von (amplifizierten) Restriktionsfragmenten verwendet;
- b) zum Teil als eine Folge von a), wird bei der Minisequenzierung
(amplifizierte) komplette Genom- oder cDNA als Ausgangsmaterial
verwendet, nicht eine Mischung von (amplifizierten) Restriktionsfragmenten;
- c) bei der Minisequenzierung wird üblicherweise nur eine oder
höchstens
eine kleine Anzahl von Mutationen gleichzeitig untersucht; bei der
Erfindung wird üblicherweise
eine Mischung von (amplifizierten) Restriktionsfragmenten auf die
Gegenwart von mindestens 100 bis mehreren 1000 Markern gleichzeitig
geprüft;
- d) bei der Minisequenzierung ist es allgemein schwierig, Matrizen-DNA
in mehrfacher Form zu erzeugen;
- e) zum Teil als eine Folge von c) und d), werden bei der Minisequenzierung
keine Anordnungen verwendet, welche eine große Anzahl unterschiedlicher
Primer enthalten.
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Die
selektive Restriktionsfragmentamplifizierung oder AFLP, eine DNA-Fingerabdrucktechnik,
welche keine vorherige Kenntnis der zu analysierenden Sequenz erfordert,
ist in der
Europäischen Patentanmeldung 0
534 858 durch den Anmelder und durch Vos et al., 1995 (Nucleic
Acid Research Vol. 23, Nr. 21: 4407–4414 beschrieben. Diese Technik
umfasst im Allgemeinen die folgenden Schritte:
- (a)
das Digerieren einer Nukleinsäure,
insbesondere einer DNA, mit einer oder mehreren spezifischen Restriktionsendonukleasen
zum Fragmentieren der DNA in eine entsprechende Serie von Restriktionsfragmenten;
- (b) das Ligieren der so erhaltenen Restriktionsfragmente mit
mindestens einem synthetischen Doppelstrang-Oligonukleotidadapter,
von dem ein Ende mit einem der oder mit beiden Enden der Restriktionsfragmente
kompatibel ist, um so markierte Restriktionsfragmente der Ausgangs-DNA
zu erzeugen;
- (c) das in Kontakt bringen der markierten Restriktionsfragmente
unter Hybridisierungsbedingungen mit mindestens einem Oligonukleotidprimer;
- (d) das Amplifizieren des markierten Restriktionsfragmentes
hybridisiert mit den Primern durch PCR oder eine ähnliche
Technik, um eine weitere Verlängerung
der hybridisierten Primer entlang der Restriktionsfragmente der
Ausgangs-DNA, an welche die Primer hybridisiert haben zu verursachen;
und
- (e) das Identifizieren oder Wiederherstellen des so erhaltenen
amplifizierten oder verlängerten
DNA-Fragmentes.
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Die
so amplifizierten DNA-Fragmenten können dann analysiert und/oder
visualisiert werden, zum Beispiel mittels Gelelektrophorese, um
einen genetischen Fingerabdruck bereitzustellen, welcher Bänder zeigt, die
denjenigen Restriktionsfragmenten entsprechen, die mit dem Adapter
verbunden wurden, erkannt durch den Primer, und daher amplifiziert
während
des Amplifizierungsschrittes, wobei die entstehenden Bänder Informationen
zu dem spezifischen Restriktionsstellenmuster der Ausgangs-DNA bereitstellen.
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Durch
das Vergleichen von AFLP-Fingerabdrücken von verwandten Individuen
können
Bänder
identifiziert werden, welche für
jeden Fingerabdruck einmalig sind. Diese Polymorphismen werden als "AFLP-Marker" bezeichnet, und
sie können
wieder verwendet werden, um ein/e spezifische/s Individuum, Sorte,
Rasse, Varietät,
Unterspezies oder Spezies zu identifizieren und/oder die Gegenwart
oder Abwesenheit eines spezifischen geerbten Merkmals, Gens oder
Erkrankungszustandes zu ermitteln.
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Für eine weitere
Beschreibung des AFLP, seiner Vorteile, seiner Ausführungsformen
sowie der darin verwendeten Techniken, Enzyme, Adapter, Primer und
weiteren Verbindungen und Werkzeuge, wird auf
EP-A-0 534 858 und die gleichzeitig
anhängigen
Europäischen
Anmeldungen
EP 0 976 835 und
EP 0 974 672 , alle durch
den Anmelder, verwiesen. Außerdem
werden, wenn nicht anders angegeben, in der nachfolgenden Beschreibung
die Definitionen aus Absatz 5.1 von
EP-0
534 858 verwendet.
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Obwohl
AFLP im Allgemeinen weniger zeitaufwändig ist als hybridisierungsbasierte
Techniken, weist er noch immer den Nachteil auf, dass die amplifizierten
Fragmente getrennt (z. B. durch Gelelektrophorese) und visualisiert
(z. B. durch die Erzeugung eines Fingerabdruckes) werden müssen. Dies
sind sehr komplizierte und zeitaufwändige Vorgänge, welche spezielle Vorrichtungen
wie Elektrophorese- und Autoradiographieausrüstungen erfordern. Danach müssen die
Fingerabdrücke
analysiert werden – was
heutzutage im Allgemeinen durch das „Einlesen" des Fingerabdruckes in einen Computer
geschieht – um
die polymorphen Bänder
zu identifizieren.
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Jedoch
kann eine solche Erkennung durch Polyacrylamidgel-Elektrophorese ein
einschränkender Faktor
der enorm vielschichtigen Fähigkeit
der AFLP-Technologie für
die Markererkennung mit hohem Durchsatz sein.
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WO98/30721 offenbart ein
Verfahren auf der Grundlage von AFLP, wodurch der Bedarf an PAGE durch
das Prüfen
der amplifizierten Probe auf ihre Fähigkeit, mit einer AFLP-erzeugten
Polynukleotidsonde zu hybridisieren, überflüssig wird.
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Daher
ist ein erstes Ziel der Erfindung das Bereitstellen einer alternativen
Technik zu
WO98/30721 zum
Analysieren von Nukleinsäuresequenzen – insbesondere
zum Bestimmen der Gegenwart oder Abwesenheit von AFLP-Markern – welche
die Verwendung von Gelelektrophorese nicht mehr erfordert und vorzugsweise
auch die Verwendung von Autoradiographie und/oder von radioaktiven
Materialien vermeidet und dadurch den Durchsatz verbessert (und
das Bereitstellen eines Verfahrens zur AFLP-Markererkennung mit hohem Durchsatz).
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Dies
wird durch das Verfahren der Erfindung erreicht, welches auf der
spezifischen Erweiterung/Verlängerung
einer Oligonukleotidsequenz (d. h. eines Primers) basiert, welche
komplementär
zu dem (einem Teil des) zu erkennenden Fragment(es) ist, so dass
die Erweiterung des komplementären
Oligonukleotides nur stattfindet, wenn das zu erkennende Fragment
vorliegt, und nicht stattfindet, wenn das zu erkennende Fragment
abwesend ist. Somit zeigt die Tatsache, ob das Oligonukleotid erweitert
wird oder nicht, die Gegenwart bzw. Abwesenheit des zu erkennenden
Fragmentes an.
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Diese
erweiterungsbasierte Erkennung kann anstelle der Gelelektrophorese/Autoradiographie
beim Analysieren von AFLP-Reaktionsmischungen insbesondere zur routinemäßigen Genotypisierung
mit hohem Durchsatz verwendet werden. Zu diesem Zweck stellt die
Erfindung unter anderem auch eine Anordnung von Oligonukleotiden
bereit, die zum Prüfen
einer AFLP-Reaktionsmischung auf die Gegenwart mehrerer AFLP-Marker
gleichzeitig verwendet werden kann, d. h. in einem einzigen Erkennungsschritt.
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In
einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung daher ein Verfahren zum
Bestimmen der Gegenwart oder Abwesenheit eines Zielrestriktionsfragmentes
in einer Mischung von Restriktionsfragmenten unter Verwendung einer
Oligonukleotidsequenz, die im Wesentlichen komplementär zu einem
Teil des Zielrestriktionsfragmentes ist, wobei das Verfahren folgende
Schritte umfasst:
- a) das in Kontakt bringen
der Mischung von Restriktionsfragmenten mit der Oligonukleotidsequenz
unter Hybridisierungsbedingungen, so dass, wenn das Zielrestriktionsfragment
vorliegt, ein Hybrid zwischen dem Zielrestriktionsfragment und der
Oligonukleotidsequenz gebildet wird, so dass der entstehende Hybrid
mindestens ein ungepaartes Nukleotid des Zielrestriktionsfragmentes
direkt neben dem 3'-Ende
der Oligonukleotidsequenz aufweist;
- b) das Hinzufügen
von mindestens einem gekennzeichneten Nukleotid oder Nukleotidanalogon
zu der aus Schritt a) resultierenden Mischung, unter Bedingungen,
die für
die Erweiterung eines Oligonukleotides geeignet sind, so dass, wenn
ein Hybrid des Zielrestriktionsfragmentes und des Oligonukleotides
vorliegt, und das mindestens eine gekennzeichnete Nukleotid oder
Nukleotidanalogon komplementär
zu dem mindestens einen ungepaarten Nukleotid des Zielrestriktionsfragmentes
direkt neben dem 3'-Ende
der Oligonukleotidsequenz ist, die Nukleotidsequenz mit dem gekennzeichneten
Nukleotid oder Nukleotidanalogon erweitert wird;
- c) das Erkennen der Gegenwart oder Abwesenheit eines beliebigen
Hybrides mit einem hinzugefügten
gekennzeichneten Nukleotid oder Nukleotidanalogon und/oder einer
beliebigen Oligonukleotidsequenz mit einem hinzugefügten gekennzeichneten
Nukleotid oder Nukleotidanalogon.
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Das
Verfahren der Erfindung kann ferner einen oder mehrere Schritte
enthalten, in welchen der zwischen dem Zielrestriktionsfragment
und der Oligonukleotidsequenz gebildete Hybrid von sämtlichen
Restriktionsfragmenten getrennt wird, welche nicht an eine Oligonukleotidsequenz
hybridisiert sind, sowie von sämtlichen
anderen unerwünschten
Sequenzen oder Verbindungen. Ein solcher Schritt kann nach Schritt
a), nach Schritt b) oder nach beiden ausgeführt werden.
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Ferner
wird dem Fachmann klar sein, dass die Reihenfolge, in welcher die
verschiedenen Verbindungen/Sequenzen (d. h. die Restriktionsfragmente,
das Oligonukleotid und das gekennzeichnete Nukleotid) in Schritt
a) und b) hinzugefügt/miteinander
gemischt werden, variiert werden kann, und dass solche Variationen innerhalb
des Umfangs der Erfindung und der Ansprüche liegen. Jedoch stellt die
oben beschriebene Reihenfolge die einfachste Möglichkeit der Ausführung der
Erfindung dar.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Bestimmen der Gegenwart
oder Abwesenheit von einem oder mehreren Zielrestriktionsfragmenten
in einer Mischung von Restriktionsfragmenten, welches folgende Schritte
umfasst:
- a) das in Kontakt bringen der Mischung
von Restriktionsfragmenten mit mindestens einer Oligonukleotidsequenz
unter Hybridisierungsbedingungen, wobei die Oligonukleotidsequenz
zu einem Teil eines Zielrestriktionsfragmentes, jedoch nicht zu
einem anderen Restriktionsfragment in der Mischung komplementär ist, so
dass der entstehende Hybrid mindestens ein ungepaartes Nukleotid
des Zielrestriktionsfragmentes direkt neben dem 3'-Ende der Oligonukleotidsequenz
aufweist;
- b) das Erweitern der Oligonukleotidsequenz mit mindestens einem
gekennzeichneten Nukleotid oder Nukleotidanalogon, wobei das mindestens
eine gekennzeichnete Nukleotid oder Nukleotidanalogon komplementär zu dem
mindestens einen ungepaarten Nukleotid des Zielrestriktionsfragmentes
direkt neben dem 3'-Ende
der Oligonukleotidsequenz ist;
- c) das Erkennen der Oligonukleotidsequenz mit dem hinzugefügten gekennzeichneten
Nukleotid oder Nukleotidanalogon.
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Wieder
kann dieses Verfahren einen oder zwei optionale Schritte zum Trennen
der Zielrestriktionsfragmente, die mit der Oligonukleotidsequenz
hybridisiert sind, von sämtlichen
Restriktionsfragmenten, die nicht an eine Oligonukleotidsequenz
hybridisiert sind, sowie von anderen unerwünschten Sequenzen und überschüssigen Reagenzien,
enthalten.
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In
dem Verfahren der Erfindung wird während des Schrittes a) die
Mischung von Restriktionsfragmenten üblicherweise gleichzeitig mit
mindestens 3, vorzugsweise mindestens 10, bevorzugter mindestens
50, am bevorzugtesten mindestens 100 unterschiedlichen Oligonukleotidsequenzen
in Kontakt gebracht, wobei jede Oligonukleotidsequenz am bevorzugtesten
für nur
ein Zielrestriktionsfragment spezifisch ist. Zu diesem Zweck ist/sind
die in dem Verfahren der Erfindung verwendete(n) Oligonukleotidsequenz(en)
vorzugsweise an einen festen Träger
gebunden, bevorzugter derart, dass eine Anordnung gebildet wird,
und derartige Anordnungen bilden einen weiteren Aspekt der Erfindung.
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Mit "ein Oligonukleotid
spezifisch für
ein Zielrestriktionsfragment" ist
gemeint, dass die Oligonukleotidsequenz im Wesentlichen nur zu dem
beabsichtigten Zielrestriktionsfragment komplementär ist, jedoch
ist sie am bevorzugtesten im Wesentlichen nicht zu einem beliebigen
anderen Restriktionsfragment in der Mischung komplementär. Eine
Oligonukleotidsequenz gilt als „im Wesentlichen komplementär zu" einem Zielrestriktionsfragment,
wenn sie ein hohes Maß an
Sequenzhomologie mit dem entsprechenden Teil des Zielrestriktionsfragmentes
(bestimmt auf der Grundlage der kompletten Länge der Oligonukleotidsequenz)
aufweist, d. h. von mindestens 90%, vorzugsweise mindestens 95%,
am bevorzugtesten mindestens 99%.
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In
der vorliegenden Beschreibung wird das Restriktionsfragment, welches
den zu erkennenden Polymorphismus enthält, als die "Zielsequenz" bezeichnet.
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Im
Allgemeinen ist eine Zielsequenz dadurch gekennzeichnet, dass sie
durch das Schneiden einer Ausgangs-DNA, üblicherweise einer Genom-DNA
oder -cDNA, mit mindestens einem, üblicherweise jedoch mit zwei
Restriktionsenzymen, von denen vorzugsweise mindestens eines ein „häufiges Schneide-"Restriktionsenzym
und mindestens eines ein "seltenes
Schneide-"Restriktionsenzym
ist, erhalten werden kann/wird. (Im Falle von Genom-DNA dient das "häufige Schneideenzym" dem Zweck der Reduzierung
der Größe der Restriktionsfragmente
auf einen Bereich von Größen, welche
effizient und in einer Art und Weise amplifiziert werden, die mit
den verwendeten Erkennungstechnik kompatibel ist, und das „seltene
Schneideenzym" dient dem
Zweck der Steuerung der Gesamtanzahl der erzeugten Fragmente. Für beide
wird auf
EP-A-0 534
858 und
EP-A-0
721 987 durch den Anmelder verwiesen.) Zu nicht-einschränkenden
Beispielen geeigneter häufiger
Schneideenzyme zählen
MseI und TaqI. Zu nicht-einschränkenden
Beispielen von im Handel erhältlichen seltenen
Schneideenzymen zählen
PstI, HpaII, MspI, ClaI, HhaI, EcoRI, EcoRII, BstBI, HinP1, HinDIII,
MaeII, BbvI, PvuII, XmaI, SmaI, NciI, AvaI, HaeII, SalI, XhoI, BstYI,
BamHI, BglII und PvuII, von denen PstI, HpaII, MspI, ClaI, EcoRI,
EcoRII, BstBI, HinP1, HinDIII, BamHI, BglII und MaeII bevorzugt
sind.
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Vorzugsweise
ist die Zielsequenz ein Restriktionsfragment, wie es in einer Mischung
von Restriktionsfragmenten vorliegt, bevorzugter ein amplifiziertes
Restriktionsfragment, wie es in einer Mischung von Restriktionsfragmenten
und/oder amplifizierten Restriktionsfragmenten vorliegt.
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Noch
bevorzugter ist die Zielsequenz ein Restriktionsfragment, welches
einem polymorphen Fragment oder Band von Interesse entspricht, wie
einem AFLP-Marker. Als solche kann die Zielsequenz ein nicht-amplifiziertes
Fragment sein, welches in einer Mischung von begrenzter DNA vorliegt,
oder sie kann ein durch AFLP amplifiziertes Restriktionsfragment
sein, wie es in der Reaktionsmischung vorliegt, die nach der AFLP-Amplifizierung erhalten
wird.
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Die
zum Erkennen der Zielsequenz verwendete Oligonukleotidsequenz wird
im Folgenden als das "Erkennungsoligonukleotid", die "Erkennungssequenz" oder der "Erkennungsprimer" bezeichnet, wobei
die Begriffe als äquivalent
zu betrachten sind.
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Die
Erkennungssequenzen können
ferner einen "Schwanz" – wie eine Poly-T-Sequenz – enthalten, um
die Zugänglichkeit
für die
Zielsequenz zu verbessern.
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Jede
Erkennungssequenz sollte mindestens teilweise komplementär zu einer
spezifischen Zielsequenz sein, wie oben definiert. Die Erkennungssequenz
kann jede beliebige Nukleinsäure
(d. h. DNA oder RNA) sein, ist jedoch vorzugsweise DNA. Die Erkennungssequenz
weist im Allgemeinen eine Größe von etwa 10
bis 100 Basenpaaren auf, vorzugsweise etwa 20 bis 50 Basenpaare.
Die Erkennungssequenzen können alle
die gleiche Größe aufweisen,
oder sie können
unterschiedliche Größen aufweisen.
Die Erkennungssequenz kann auf jede geeignete Art und Weise erhalten
werden. Zum Beispiel kann, wenn ein oder mehrere polymorphe Bänder in
einem AFLP-Fingerabdruck eines spezifischen Satzes von (vorzugsweise
verwandten) Individuen identifiziert wurden, die Sequenz jeden Bandes/Fragmentes
auf eine an sich bekannte Art und Weise bestimmt werden, und es
können
Erkennungssequenzen synthetisiert werden, die komplementär zu einem beliebigen
Teil der Sequenz von jedem der polymorphen Bänder sind, d. h. unter Verwendung
eines automatisierten DNA-Synthesizers
oder auf jede andere an sich bekannte Art und Weise. Es können auch
Festphasen-Nukleinsäure-Synthesetechniken
verwendet werden, welche direkt in einer Anordnung mit den gewünschten
Erkennungssequenzen resultieren können, wie unten beschrieben.
Ferner kann die Erkennungssequenz unter Verwendung bekannter Techniken
der Gentechnik erhalten werden, zum Beispiel durch Primerextension unter
Verwendung der Zielsequenz als eine Matrize und/oder durch Verwendung
von einem oder mehreren Restriktionsenzymen, gegebenenfalls unter
Verwendung von Amplifizierung.
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Außerdem kann
die Erkennungssequenz ein oder mehrere "alternative Nukleoside" enthalten, wie in der
gleichzeitig anhängigen
Europäischen
Anmeldung
EP 0 974 672 des
Anmelders beschrieben, so dass die Erkennungssequenz ein „alternativer
Primer" wie darin
beschrieben ist. Ähnlich
kann die Erkennungssequenz in Schritt b) mit einem solchen alternativen
Nukleosid/Nukleotid, welches mit einer Kennzeichnung versehen ist,
erweitert werden. Zu Beispielen davon zählen die Basen Inosin (I) und
Uracil (U) sowie dUTP und dITP, und diese sind innerhalb des Begriffes "gekennzeichnetes
Nukleotidanalogon",
wie oben erwähnt,
eingeschlossen. Es soll verstanden werden, dass die Gegenwart derartiger
alternativer Nukleoside die Erkennungssequenz und die Zielsequenz
nicht daran hindert, im Wesentlichen komplementär miteinander zu sein, wie oben
definiert.
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Wenn
die Mischung von Restriktionsfragmenten, die auf die Gegenwart von
einer oder mehreren Zielsequenzen untersucht wer den soll, mittels
AFLP amplifiziert wurde, kann die (ein Teil der) Erkennungssequenz zu
dem (einem Teil des) ursprünglichen
Restriktionsfragment(es), zu der (einem Teil der) Adaptersequenz
oder zu beiden komplementär
sein. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
entspricht die Erkennungssequenz einem AFLP-Primer mit einem oder
mehreren (weiteren) selektiven Nukleotiden, die am 3'-Ende hinzugefügt sind.
Bevorzugter entspricht die Erkennungssequenz dem/n (einem der) AFLP-Primer(n),
der/die zum Amplifizieren der Restriktionsfragmente verwendet wurde/n,
mit einem oder mehreren (weiteren) selektiven Nukleotiden hinzugefügt zum 3'-Ende.
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Zum
Beispiel können,
wenn die Restriktionsfragmente unter Verwendung eines +(n)-AFLP-Primers amplifiziert
wurden, ein oder mehrere +(n+q)-Primer als eine Erkennungssequenz
verwendet werden, welche die (einen Teil der) konstante(n) Region
des ursprünglichen
+(n)-AFLP-Primers sowie die (n) selektiven Nukleotide des ursprünglichen
Primers einschließen,
mit (q) weiteren Nukleotid(en) hinzugefügt am 3'-Ende (wobei n üblicherweise 0–6 und q üblicherweise
1–10 ist).
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Vorzugsweise
enthält
eine derartige auf einem AFLP-Primer basierende Erkennungssequenz
insgesamt 5–15,
vorzugsweise 7–12
selektive Nukleotide, d. h. am 3'-Ende
der Sequenz, welches der konstanten Region des AFLP-Primers entspricht.
Besonders geeignete Kombinationen von AFLP-Primer und Erkennungssequenz
sind ein +4- bis +6-AFLP-Primer für die Amplifizierung, kombiniert
mit einer entsprechenden +7- bis +12-Erkennungssequenz im Schritt
b) der Erfindung. Es können
bereits unter Verwendung eines +6-AFLP-Primers in Kombination mit
einer entsprechenden +7-Erkennungssequenz gute Ergebnisse (d. h. Sensitivität und Selektivität) erhalten
werden.
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Wie
oben erwähnt,
sind die Erkennungssequenzen vorzugsweise an einen festen Träger gebunden, bevorzugter
so, dass sie eine Anordnung bilden. Eine solche Anordnung umfasst
im Allgemeinen mindestens 10, spezifischer mindestens 100, bevorzugter
mindestens 1000 unterschiedliche Erkennungssequenzen. Bei einer "Anordnung hoher Dichte" oder "Mikroanordnung" kann die Gesamtzahl
der Erkennungssequenzen im Bereich von 1000–100.000 pro cm2 Oberflächenbereich
liegen.
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Die
Erkennungssequenzen sind im Allgemeinen auf eine solche Art und
Weise an den Träger
gebunden, dass jede Erkennungssequenz an einen spezifischen, einzelnen
Teil des Trägers
angehaftet ist und diesem entspricht, so dass ein unabhängig erkennbarer
Bereich auf dem Träger
gebildet wird, wie ein Punkt oder Band. Dies ermöglicht es, die Anordnung durch
Scannen der Bereiche zu "lesen" (d. h. visuell oder
anderweitig), an denen jede Erkennungssequenz (d. h. eine Sequenz,
welche einem Marker von Interesse entspricht) angehaftet ist.
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Vorzugsweise
sind die Erkennungssequenzen an den Träger gemäß eines vorbestimmten, regelmäßig verteilten
Musters gebunden, in welchem zum Beispiel verwandte Erkennungssequenzen
(d. h. welche verwandten Markern entsprechen) zusammen gruppiert
werden können,
d. h. in einer oder mehreren Linien, Säulen, Reihen, Quadraten, Rechtecken
usw., vorzugsweise in einer "adressierbaren" Form. Dies vereinfacht die
Analyse der Anordnung weiter.
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Die
Dichte der unterschiedlichen Erkennungssequenzen liegt im Allgemeinen
in dem Bereich von 1–100.000
unterschiedlichen Erkennungssequenzen/cm2, üblicherweise
5–50.000
Erkennungssequenzen/cm2, im Allgemeinen
zwischen 10–10.000
Erkennungssequenzen/cm2.
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Eine
Anordnung der Erfindung kann (auch) Sätze von Erkennungssequenzen
enthalten, welche Markern entsprechen, die unterschiedliche (d.
h. genetisch nicht verwandte) Merkmale oder Eigenschaften anzeigen,
und eine derartige Anordnung kann verwendet werden, um ein Individuum
(Genom) gleichzeitig auf die Gegenwart oder Abwesenheit all dieser
Eigenschaften zu analysieren. Jedoch entsprechen die Erkennungssequenzen üblicherweise
Markern aus einer "Genotypisierungssammlung", d. h. aus Markern,
wie sie bei Individuen vorliegen können, die zu der gleichen Familie,
Gattung oder vorzugsweise Spezies gehören, d. h. um – zum Beispiel – eine "Mais-Anordnung", eine "Tomaten-Anordnung", eine "Weizen-Anordnung" usw. bereitzustellen.
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In
einer Ausführungsform
entsprechen die Erkennungssequenzen, die auf der Anordnung vorliegen, den
AFLP-Markern, die unterschiedliche Unterspezies, Varietäten, Sorten,
Linien oder Rassen der gleichen Spezies kennzeichnen.
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Eine
Anordnung der Erfindung kann auch Erkennungssequenzen enthalten,
welche Markern entsprechen, die einen bestimmten genetischen Zustand
eines Individuums kennzeichnen, wie die Gegenwart oder Abwesenheit
eines Erkrankungszustandes, d. h. von Onkogenen und von genetisch
bestimmten Erkrankungen.
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Obwohl
vorzugsweise jede Erkennungssequenz auf der Anordnung einem polymorphen
Band von Interesse (d. h. einem Marker) entspricht, ist die Gegenwart
von einigen nicht- oder weniger informativen Erkennungssequenzen
(welche zum Beispiel nicht-polymorphen
Bändern
oder Markern entsprechen, die in zu großer Zahl vorliegen, um nützliche Informationen bereitzustellen)
auf der Anordnung nicht ausgeschlossen. Diese machen jedoch üblicherweise
weniger als 50%, vorzugsweise weniger als 30%, bevorzugter weniger
als 10% aller auf der Anordnung vorliegenden Erkennungssequenzen
aus. Es ist auch eingeschlossen, dass einige oder die meisten der
Erkennungssequenzen für
ein/e spezifische/s Anwendung oder Genom informativ sein können, jedoch
nicht für
ein/e andere/s. Jedoch entsprechen vorzugsweise 95–100% aller
Erkennungssequenzen einem AFLP-Marker oder kennzeichnen diesen.
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Der
feste Träger
(d. h. die Trägersubstanz)
für die
Anordnung kann jedes beliebige feste Material sein, an welches Nukleinsäuresequenzen
angehaftet werden können,
einschließlich
poröse,
fasrige, verwobene und nicht-verwobene Materialien sowie Verbundmaterialien.
Es können
auch halbfeste Materialien wie Gele oder Matrizen (wie sie zum Beispiel
in der Chromatographie verwendet werden) verwendet werden, obwohl dies
nicht bevorzugt ist.
-
Zu
geeigneten Trägern
zählen,
jedoch nicht darauf beschränkt,
diejenigen hergestellt aus Kunststoffen, Harzen, Polysacchariden,
Silika oder silikabasierten Materialien, funktionalisiertem Glas,
modifiziertem Silicium, Kohlenstoff, Metallen, anorganischen Gläsern, Membranen,
Nylon, natürlichen
Fasern wie Seide, Wolle und Baumwolle, und Polymermaterialien wie
Polystyrol, Polyethylenglykoltetraphthalat, Polyvinylacetat, Polyvinylchlorid,
Polyvinylpyrrolidon, Polyacrylonitril, Polymethylmethacrylat, Polytetrafluorethylen,
Butylkautschuk, Styrenbutadienkautschuk, Naturkautschuk, Polyethylen,
Polypropylen, (Poly)tetrafluorethylen, (Poly)vinylidenfluorid, Polycarbonat
und Polymethylpenten. Weitere geeignete Trägermaterialien sind zum Beispiel
in
US-A-5,427,779 ,
WO 97/22720 ,
WO 97/43450 ,
WO 97/31256 ,
WO 97/27317 und
EP 0 799 897 erwähnt.
-
Vorzugsweise
weist der Träger
eine im Wesentlichen flache, rechteckige Form auf, mit den Erkennungssequenzen
auf einer Oberfläche
davon gebunden. Es kann jedoch auch jede beliebige andere geeignete zwei-
oder dreidimensionale Form verwendet werden, wie eine Scheibe, eine
Kugel oder Perlen, oder Materialien oder Strukturen, welche es zulassen,
dass ein flüssiges
Medium, welches die zu analysierende Probe enthält, durch den Träger hindurch
passiert oder fließt,
wie Säulen,
Röhrchen
oder Kapillaren, sowie Strukturen des (makro)porösen, Bahn- oder Membran-Typs,
einschließlich
der Durchfluss-Genosensorgeräte,
auf die in
WO 97/22720 verwiesen
wird.
-
Die
Größe der Anordnung
sowie der einzelnen Bereiche, welche jeder der unterschiedlichen
Erkennungssequenzen entsprechen, kann in Abhängigkeit von der Gesamtmenge
der Erkennungssequenzen sowie des beabsichtigten Verfahrens zum
Analysieren der Anordnung variieren.
-
Bei
einer Anordnung, die visuell untersucht werden soll, können die
gesamte Anordnung und die einzelnen Bereiche darauf von einer solchen
Größe sein,
dass sie mit dem bloßen
Auge oder durch ein Mikroskop gesehen und unterschieden werden können, d.
h. im Bereich von 1 bis 12 cm2 für die gesamte
Anordnung und 0,01–1
cm2 für
die einzelnen Bereiche.
-
Anordnungen,
die unter Verwendung anderer Arten von (üblicherweise automatisierten)
Scanvorrichtungen analysiert werden, können eine geringere Größe aufweisen
und haben vorzugsweise die Form von Anordnungen hoher Dichte oder
Mikroanordnungen im Bereich von 0,01–12 cm2 für die gesamte
Anordnung und 0,0001–1
cm2 für
die einzelnen Bereiche. Dies erlaubt das Ausführen der Hybridisierung in
einem kleinen Volumen an einer kleinen Probe oder sogar die Verwendung
von Durchflusstechniken.
-
Die
Erkennungssequenzen können
auf jede beliebige an sich bekannte Art und Weise an den Träger gebunden
sein und die spezifische verwendete Technik ist hauptsächlich abhängig vom
verwendeten Träger. Die
Bindung erfolgt am 5'-Ende
oder an einer anderen Stelle der Erkennungssequenz, wie jeweils
anwendbar, jedoch vorzugsweise nicht am 3'-Ende, da dies während der Primerextensionsreaktion
erweitert werden soll.
-
Vorzugsweise
werden die Erkennungssequenzen kovalent an die Anordnung gebunden,
d. h. durch eine geeignete chemische Technik. Zu diesem Zweck können die
Erkennungssequenzen und/oder der Träger modifiziert werden, um
eine oder mehrere Gruppen oder Funktionalitäten zum Anhaften der Erkennungssequenz
an die Anordnung zu tragen. Zum Beispiel kann die Oberfläche des
Trägers
aktiviert werden, um eine oder mehrere Gruppen wie Carboxy-, Amino-,
Hydroxy- usw. zu tragen.
-
Geeignete
Verfahren zum Anhaften der Erkennungssequenzen an den Träger werden
dem Fachmann klar sein. Im Allgemeinen kann jedes beliebige Verfahren
zum Anhaften einer Nukleinsäure
an einen festen Träger
verwendet werden, einschließlich
der in
US-A-5,427,779 ;
US-A-4,973,493 ;
US-A-4,979,959 ;
US-A-5,002,582 ;
US-A-5,217,492 ;
US-A-5,525,041 ;
US-A-5,263,992 ;
WO 97/46313 und
WO 97/22720 beschriebenen Verfahren,
sowie der darin zitierten Verweise.
-
Als
ein Beispiel kovalenter Anhaftung kann die Kopplung unter Verwendung
photoreaktiver Gruppen wie N-Oxysuccinimid erfolgen, wobei entweder
die an die Anordnung gebundene Nukleinsäuresequenz mit einer photoreaktiven
Gruppe derivatisiert und an die Oberfläche angehaftet wird oder die
Oberfläche
wird zuerst mit einer photoreaktiven Gruppe behandelt, gefolgt von
der Aufbringung der Erkennungssequenz, zum Beispiel in N-Terminus-Amino-modifizierter
Form. Ein geeignetes Protokoll, welches dem in Amos et al., Surface Modification
of Polymers by Photochemical Immobilization, The 17
th Annual
Meeting of the Society of Biomaterials, Mai 1991, Scottsdale AZ
beschriebenen allgemeinen Verfahren folgt, ist in
WO 97/46313 angegeben.
-
Zu
weiteren kovalenten Bindungstechniken zählen die Verwendung von 3'-Aminopropanol-Gruppen oder
Epoxysilanamin-Chemie, wie zum Beispiel beschrieben in
WO 97/22720 .
-
Ein
Beispiel einer starken, jedoch nicht-kovalenten Bindungstechnik
beinhaltet die Anhaftung einer biotinylierten Erkennungssequenz
auf einem mit Streptavidin beschichteten Träger.
-
Um
kleine, einzelne, adressierbare Bereiche jeder der Erkennungssequenzen
auf der Anordnung zu erzeugen, können
Maskierungstechniken oder bekannte Mikrodispensiertechniken verwendet
werden, zum Beispiel wie in
WO
97/46313 und
WO 97/22720 beschrieben.
-
Die
Erkennungssequenzen können
auch vor Ort auf der Anordnung synthetisiert werden, unter Verwendung
von Festphasen-Nukleinsäure-Synthesetechniken,
wieder wie in der obigen Referenz beschrieben.
-
Nach
dem Anhaften der Erkennungssequenzen an den Träger ist die Anordnung im Allgemeinen
bereit für
die Verwendung.
-
In
Schritt a) der Erfindung werden die eine oder die mehreren Erkennungssequenzen
(oder die Anordnung der Erkennungssequenzen) mit der zu analysierenden
Probe (d. h. der Mischung von Restriktionsfragmenten) unter an sich
bekannten Hybridisierungsbedingungen in Kontakt gebracht. Geeignete
Hybridisierungsbedingungen (d. h. verwendete Puffer, Salzstärke, Temperatur,
Dauer) können
durch den Fachmann auf der Grundlage von Erfahrung oder gegebenenfalls
nach einigen Vorexperimenten ausgewählt werden. Diese Bedingungen
können
abhängig
von Faktoren wie der Größe der Erkennungssequenzen,
dem CG-Gehalt der Erkennungssequenzen, und ob die Erkennungssequenz
oder Zielsequenz an eine Anordnung, wie unten beschrieben, gebunden
ist, variieren.
-
Geeignete
Hybridisierungsbedingungen sind zum Beispiel in Sambrook et al.,
Molecular Cloning: A Laboratory manual, (1989) 2. Ed. Cold Spring
Harbour, N. Y.; Berger and Kimmel, "Guide to Molecular Cloning Techniques", Methods in Enzymology,
(1987), Volume 152, Academic Press Inc., San Diego, CA; Young and Davis
(1983) Proc. Natl. Acad. Sci. (USA) 80: 1194; Laboratory Techniques
in Biochemistry and Molecular Biology, Vol. 24, Hybridization with
Nucleic Acid Probes, P. Thijssen, Ed., Elsevier, N. Y. (1993) sowie
WO 97/43450 ,
EP-A-0 799 897 ,
WO 97/27317 , wo
92/10092 ,
WO 95/1195 ,
WO 97/22720 und
US-A-5,424,186 beschrieben und können im
Allgemeinen Temperaturen zwischen 25–70°C, vorzugsweise 35–65°C, eine Dauer zwischen
1 Minute und 30 Stunden, vorzugsweise etwa 15 Minuten bis 2 Stunden,
und die Verwendung eines geeigneten Puffers wie eines Tris-Puffers
umfassen.
-
Die
Hybridisierungsbedingungen sind vorzugsweise derart ausgewählt, dass
jede Erkennungssequenz nur einen Hybrid (Doppelstrang) mit einer
Zielsequenz bildet, mit welcher die Erkennungssequenz im Wesentlichen
komplementär
ist, wie oben definiert, falls eine solche Zielsequenz vorliegt,
und sie ansonsten keinen Hybrid bildet.
-
Besonders
bevorzugte Hybridisierungsbedingungen sind diejenigen, die an sich
für die
Primerextension bekannt sind, wie die bei Minisequenzierungstechniken
verwendeten Primerextensionsbedingungen, d. h. wie in
WO 90/09455 ,
WO 91/02087 ,
WO 91/13075 ,
WO 92/15712 und
EP 0 123 513 beschrieben. Dies hat den
Vorteil, dass sowohl Schritt a) als auch Schritt b) oben unter den
gleichen "Primerextensionsbedingungen" ausgeführt werden
können,
d. h. in einer einzigen Reaktion, unter Verwendung des gleichen
Puffers usw., gegebenenfalls unter wiederholter Temperaturzirkulation.
-
Wenn
die Mischung von Restriktionsfragmenten mit einer Erkennungssequenz
in Kontakt gebracht wird und eine Zielsequenz für die Erkennungssequenz vorliegt,
wird ein Hybrid zwischen der Zielsequenz und der Erkennungssequenz
gebildet. Der Hybrid sollte ein solcher sein – d. h. die Erkennungssequenz
sollte so ausgelegt sein, dass sie zu der Zielsequenz derart komplementär ist – dass sich
mindestens ein ungepaartes Nukleotid der Zielsequenz direkt neben
dem 3'-Ende der
Erkennungssequenz befindet.
-
Während Schritt
b) des Verfahrens der Erfindung, wird die mindestens eine Position,
welche dem/n ungepaarten Nukleotid(en) in der Zielsequenz entspricht,
mit mindestens einem Nukleotid "ausgefüllt", und zwar mittels
Verlängerung
der Erkennungssequenz, wobei die Zielsequenz als eine Matrize für eine Erweiterungsreaktion
dient. Daher wird, wenn die Zielsequenz, welche der spezifischen
Erkennungssequenz entspricht, nicht vorliegt, kein Hybrid gebildet
und die Erkennungssequenz wird nicht erweitert, was zeigt, dass
die Zielsequenz in der Ausgangsmischung nicht vorlag.
-
In
Schritt b) wird die Erkennungssequenz vorzugsweise mit höchstens
fünf, bevorzugter
höchstens drei
und am bevorzugtesten nur einem Nukleotid erweitert.
-
Vorzugsweise
ist das in Schritt b) zum Erweitern der Erkennungssequenz verwendete
Nukleotid (oder mindestens eines der dafür verwendeten Nukleotide) ein
Nukleotid oder Nukleotidanalogon, welches auf eine an sich bekannte
Art und Weise erkannt werden kann, zum Beispiel mittels einer erkennbaren
Kennzeichnung, und ein solches Nukleotid wird als ein "erkennbares Nukleotid" bezeichnet. Es soll
verstanden werden, dass der Begriff "erkennbares Nukleotid" auch die Erweiterung der
Erkennungssequenz mit mehreren Nukleotiden, von denen mindestens
eines gekennzeichnet ist oder anderweitig auf eine an sich bekannte
Art und Weise erkannt werden kann, einschließt.
-
Geeignete
Kennzeichnungen für
die Verwendung bei dem erkennbaren Nukleotid sind zum Beispiel in
WO 97/27317 ,
WO 97/22720 ,
WO 97/43459 ,
EP 0 799 897 ,
WO 97/31256 ,
WO 97/27317 und
WO 98/08083 beschrieben, und zu ihnen
zählen
fluoreszierende Kennzeichnungen, phosphoreszierende Kennzeichnungen, chemolumineszierende
Kennzeichnungen, biolumineszierende Kennzeichnungen, chemische Kennzeichnungen,
biochemische Kennzeichnungen wie Enzyme, biologische Kennzeichnungen
wie Biotin/Streptavidin, Radioisotope, Spin- oder Resonanzkennzeichnungen,
Metallkolloide wie Gold, magnetische Perlen, Chromogene, Farbstoffe
und ähnliche
Kennzeichnungen.
-
Insbesondere
können
an sich für
die Verwendung bei der Minisequenzierung bekannte Kennzeichnungstechniken
und/oder gekennzeichnete Nukleotide verwendet werden, wie die in
WO 90/09455 ,
WO 91/02087 ,
WO 91/13075 ,
WO 92/15712 und/oder
EP 0 123 513 erwähnten.
-
Ferner
können
sogenannte "indirekte" Kennzeichnungen
verwendet werden, welche nach der Hybridisierung an die Zielsequenz/Erkennungssequenz
angefügt
werden, wieder wie zum Beispiel in
WO
97/27317 beschrieben.
-
Neben
der Ausstattung mit einer erkennbaren Kennzeichnung ist der erkennbare
Nukleotid vorzugsweise ein solcher, dass – gegebenenfalls in Verbindung
mit den weiteren Komponenten der Reaktionsmischung und/oder den
Bedingungen, die für
die Erweiterung der Erkennungssequenz verwendet werden – die Erweiterung
der Erkennungssequenz endet, nachdem das erkennbare Nukleotid zu
der Erkennungssequenz hinzugefügt
wurde. Zu diesem Zweck können
kettenabschließende
Nukleotide und/oder kettenabschließende Bedingungen verwendet
werden, wieder wie sie an sich für
die Verwendung bei der Minisequenzierung bekannt sind, zum Beispiel
aus
WO 90/09455 ,
WO 91/02087 ,
WO 91/13075 ,
WO 92/15712 und/oder
EP 0 123 513 . Es kann auch eine Kombination
aus einem erkennbaren Nukleotid und einem abschließenden Nukleotid verwendet
werden, vorausgesetzt das erkennbare Nukleotid wird in die Erkennungssequenz
integriert, bevor die Erweiterung der Erkennungssequenz abgeschlossen
wird.
-
Als
nicht-einschränkende
Beispiele abschließender
Nukleotide können
Deoxyribonukleosidtriphosphate (dNTPs), Dideoxyribonukleosidtriphosphate
(ddNTPs) oder Thionukleotide verwendet werden, welche alle mit geeigneten
Kennzeichnungen wie oben beschrieben ausgestattet sind. Zu diesen
zählen
dATP, dCTP, dGTP, dUTP, dITP, ddATP, ddCTP, ddGTP, ddTTP.
-
Zu
den Bedingungen für
die Erweiterung der Erkennungssequenz mit dem erkennbaren Nukleotid können alle
Bedingungen zählen,
die an sich für
die Erweiterung eines Oligonukleotides oder eines Primers, das/der
an eine Nukleinsäurematrize
hybridisiert ist, bekannt sind, zum Beispiel wie in der Technik
für die
Minisequenzierung beschrieben, wie in
WO 90/09455 ,
WO 91/02087 ,
WO 91/13075 ,
WO 92/15712 und/oder
EP 0 123 513 . Zu diesen zählen die
Verwendung einer Polymerase wie E. coli DNA-Polymerase, Klenow-Fragment,
Bakteriophage T7 DNA-Polymerase, Bakteriophage T4 DNA-Polymerase,
Taq DNA-Polymerase und AMV-Transkriptase in einem geeigneten Puffer
wie einem wässrigen
Puffer, welcher Mg-Salze enthält,
bei einer Temperatur von 20–80°C, vorzugsweise
30–70°C.
-
Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung enthält
die Mischung, die in Schritt b) für die Erweiterung der Erkennungssequenz
verwendet wird, nur ein (eine Art von) erkennbares/m Nukleotid,
d. h. ein oder mehrere erkennbare Nukleotide, die nur zu einem aus
A, T, C oder G komplementär
sind. Unter diesen Bedingungen führen
nur diejenigen Zielsequenzen, die: 1) erfolgreich mit der Erkennungssequenz
hybridisieren können und
2) in ihrer Sequenz, an einer Position direkt neben dem Teil der
Sequenz, welcher mit der Erkennungssequenz hybridisiert, ein Nukleotid
aufweisen, welches zu dem erkennbaren Nukleotid komplementär ist, zur
Erweiterung der Erkennungssequenz mit dem erkennbaren Nukleotid
und dadurch zu einem po sitiven Signal, welches die Gegenwart der
Zielsequenz in der zu analysierenden Mischung anzeigt.
-
Auf
diese Art und Weise stellt, wenn das ungepaarte Nukleotid der Zielsequenz
direkt neben dem 3'-Ende
der Erkennungssequenz in dem Hybrid bekannt ist, die Verwendung
eines erkennbaren Nukleotids, welches dem ungepaarten Nukleotid
entspricht, eine weitere Auswahl oder Bestätigung der Identität der Zielsequenz
bereit. Zum Verbessern der Selektivität und/oder Sensitivität können zwei
oder mehr bekannte Nukleotide neben dem 3'-Ende der Erkennungssequenz mit gekennzeichneten
Nukleotiden (vorzugsweise in einer unterscheidbaren Art und Weise
gekennzeichnet) "ausgefüllt" werden, d. h. in
einem Zyklus der Schritte a) und b) oder mehreren Zyklen.
-
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung kann die Mischung, die in Schritt b) für die Erweiterung
der Erkennungssequenz verwendet wird, jedoch auch zwei, drei oder
vier unterschiedliche erkennbare Nukleotide enthalten. Mit "unterschiedliches
erkennbares Nukleotid" ist
gemeint, dass jedes erkennbare Nukleotid zu einem unterschiedlichen
ungepaarten Nukleotid A, T, G oder C auf der Zielsequenz komplementär ist, und
jedes erkennbare Nukleotid ist auf eine solche Art und Weise gekennzeichnet,
dass es – d.
h. unter Verwendung einer geeigneten Erkennungstechnik – von dem/den
anderen erkennbaren Nukleotid/en, die in der Erweiterungsreaktion
und/oder der erweiterten Erkennungssequenz vorliegen, unterschieden
werden kann, so dass die Erweiterung der Erkennungssequenz mit einem
spezifischen erkennbaren Nukleotid die Gegenwart eines spezifischen
Nukleotids auf der entsprechenden Position der Zielsequenz anzeigen
kann.
-
Gegebenenfalls
können
nach der Hybridisierung von Schritt a) und/oder nach der Erweiterungsreaktion
von Schritt b) sämtliche
Restriktionsfragmente, die nicht an eine Erkennungssequenz hybridisiert
sind, sowie jegliche anderen unerwünschten Sequenzen, Verbindungen
oder überschüssige Reagenzien
entfernt werden, zum Beispiel durch Waschung der Anordnung.
-
Nachdem
die Erkennungssequenz in den Zielsequenz-/Erkennungssequenz-Doppelsträngen mit
dem erkennbaren Nukleotid ("DN" – detectable nucleotide) erweitert
wurden, wird die daraus resultierende Mischung analysiert, um zu
bestimmen, welche Erkennungssequenz mit einem DN erweitert wurde,
und zwar unter Verwendung einer geeigneten Erkennungstechnik. Diese
Analyse kann ausgeführt
werden, während
die Erkennungssequenz(en) noch an die entsprechende(n) Zielsequenz(en)
hybridisiert wird/werden, oder die Zielsequenz(en) kann/können in
einem separaten Schritt vor der Erkennung und Analyse aus/von der/n
Erkennungssequenz(en) entfernt/getrennt werden.
-
Wenn
die Erkennungssequenzen in Form einer Anordnung vorliegen, wird
die Anordnung analysiert, um zu bestimmen, welche Bereiche auf der
Anordnung (d. h. welche Erkennungssequenz(en)) das erkennbare Nukleotid
zeigen. Diese Bereiche werden im Allgemeinen als ein positives Signal
erkannt, welches die Gegenwart des entsprechenden Markers in der
Probe anzeigt.
-
Die
Analyse der Anordnung kann auf jede Art und Weise durchgeführt werden,
die an sich bekannt ist, einschließlich optischer Techniken,
Spektroskopie, chemischer Techniken, biochemischer Techniken, photochemischer
Techniken, elektrischer Techniken, Lichtstreuungstechniken, kolorimetrischer
Techniken, Radiographietechniken usw., abhängig von der Kennzeichnung
in dem erkennbaren Nukleotide. Geeignete Techniken sind zum Beispiel
in
WO 97/27317 ,
WO 97/22720 ,
WO 97/43450 ,
EP 0 799 897 ,
WO 97/31256 ,
WO 97/27317 und
WO 98/08083 beschrieben. Zum Beispiel
kann die Anordnung visuell oder durch (konfokale) Mikroskopie; durch
Spektroskopie; mittels photographischen Films, elektronischer Detektoren
oder einer CCD-Kamera; durch kolorimetrische oder (bio)chemische
Untersuchung; oder durch ein anderes geeignetes Verfahren untersucht
werden, für
welche wieder auf
WO 97/27317 ,
WO 97/22720 ,
WO 97/43450 ,
EP 0 799 897 ,
WO 97/31256 ,
WO 97/27317 und
WO 98/08083 verwiesen sei. Automatisierte
Scanvorrichtungen auf Grundlage solcher Techniken können auch
verwendet werden.
-
Gegebenenfalls
können
die relative Intensität
oder der absolute Wert eines Signals, welches durch ein erkennbares
Nukleotid an einer spezifischen Stelle auf der Anordnung erzeugt
wird, als eine relative Indikation oder ein absolutes Maß der Menge
des entsprechenden Zielsequenzfragmentes, welches in der ursprünglichen
Probe vorliegt, verwendet werden, zum Beispiel wie in
WO 98/08083 beschrieben.
-
Die
Analyse der Anordnung kann als solche nützliche Ergebnisse bereitstellen,
d. h. die Gegenwart oder Abwesenheit eines genetischen Markers oder
eines genetischen Merkmals von Interesse zeigen, ein Individuum
identifizieren oder anderweitig Informationen zu dem analysierten
Individuum bereitstellen, wie zu welchem/r Stamm, Varietät, Sorte
oder Rasse es gehört.
Sie kann auch direkt die Gegenwart oder Abwesenheit eines Erkrankungszustandes
anzeigen.
-
Gegebenenfalls
können
die aus dem "Lesen" der Anordnung erhaltenen
Daten auch weiter verarbeitet werden, d. h. indem sie mit Referenzen,
mit früheren
Ergebnissen oder mit einer Datenbank verglichen werden, gegebenenfalls
unter Verwendung von Computeralgorithmen.
-
Vorteilhafterweise
können
das Verfahren und die Anordnung der Erfindung verwendet werden,
um die herkömmliche
Fingerabdruck-/Autoradiographie-Analyse bei AFLP zu ersetzen. Dieser
Aspekt der Erfindung umfasst die Schritte (a)–(e) des oben beschriebenen
allgemeinen AFLP-Verfahrens, wobei Schritt (e) durch die Erweiterungs-/Verlängerungsreaktion
der Schritte a) bis c) oben durchgeführt wird.
-
Verglichen
mit dem/der herkömmlichen
Fingerabdruck/Autoradiographie können
das Verfahren und die Anordnung der Erfindung schneller sein, und
mehrere Marker, die das Erzeugen mehrerer einzelner Fingerabdrücke erfordern
würden,
könnten
auf einer einzelnen Anordnung erkannt werden. All dies macht das Verfahren
und die Anordnungen der Erfindung besonders geeignet für das routinemäßige und/oder
Hochdurchsatz-Screening, zum Beispiel bei der Pflanzenzüchtung.
-
Außerdem kann
die Anordnung der Erfindung in geeigneter Weise als ein Kit von
Teilen bereitgestellt sein, welches die Anordnung und weitere Komponenten
für die
Verwendung mit der Anordnung wie Hybridisierungspuffer, Erweiterungspuffer,
Polymerase, gekennzeichnete Nukleotide, Behälter/Verpackung und Handbücher sowie
Komponenten für
an sich bekannte AFLP-Kits umfassen. Die Anordnung der Erfindung kann
sogar die Form eines Handgerätes
haben, wie ein Messstab.
-
Die
Anordnung der Erfindung kann zum Analysieren jeder Art von Nukleinsäuresequenz
oder Mischung von Nukleinsäuresequenzen
verwendet werden, einschließlich,
jedoch nicht darauf beschränkt,
aus Pflanzen abgeleitete Sequenzen, aus Tieren abgeleitete Sequenzen,
aus dem Menschen abgeleitete Sequenzen, mikrobielle Sequenzen, Hefesequenzen,
Sequenzen aus Pilzen und Algen und Virensequenzen, einschließlich Genom-DNA,
cDNA, Strukturgene, regulatorische Sequenzen und/oder Teile davon.
Vor der Verwendung in dem Verfahren der Erfindung werden diese Ausgangsnukleinsäuren begrenzt,
am bevorzugtesten unter Verwendung der gleichen Restriktionsenzyme
wie sie beim Erzeugen der Sequenzen verwendet werden, aus welchen
die Erkennungssequenz(en) abgeleitet wurde(n), wodurch eine Mischung
von Restriktionsfragmenten bereitgestellt wird, die in Schritt a)
oben direkt verwendet werden kann.
-
Außerdem wird
in einer hochbevorzugten Ausführungsform
der Erfindung beim Analysieren einer Mischung von Restriktionsfragmenten,
von der angenommen wird, dass sie mindestens eine Zielsequenz enthält, die
begrenzte Mischung vor dem in Kontakt bringen mit der/n Erkennungssequenz(en)
in Schritt a) oben amplifiziert. Vorzugsweise erfolgt die Amplifizierung
durch "AFLP", womit in diesem
Zusammenhang allgemeiner gemeint ist, dass die Ausgangs-DNA unter
Verwendung von mindestens einem Restriktionsenzym begrenzt und dann
unter Verwendung von Adaptern und Primern amplifiziert wird. Dies
führt zu
einer Verringerung der Probenkomplexität mit weniger Untergrundrauschen.
Die (AFLP-)Amplifizierung kann die Verwendung selektiver AFLP-Primer
beinhalten oder nicht. Die Hoch durchsatzanalyse von AFLP-Markern
kann insbesondere erreicht werden, wenn Zielsequenzen unter Verwendung
von weniger selektiven Nukleosiden als sie für die Erkennung der gleichen
AFLP-Marker durch PAGE verwendet werden, erzeugt werden.
-
Im
Prinzip können
das Verfahren und die Anordnungen der Erfindung auf jeden Zweck
angewandt und für
jeden Zweck verwendet werden, für
den ein polymorpher Marker verwendet und/oder identifiziert werden kann.
Dies beinhaltet, jedoch nicht darauf beschränkt, alle in der Technik beschriebenen
Verwendungen für
polymorphe Marker bei bekannten DNA-Fingerabdruck-, Genotypisierungs-,
Profilerstellungs- und DNA-Identifikationstechniken. Das Verfahren
und die Anordnungen der Erfindung sind natürlich besonders geeignet für Anwendungen,
für welche
ein AFLP-Marker verwendet und/oder identifiziert werden kann, einschließlich der oben
und in
EP-A-0 534 858 und
den gleichzeitig anhängigen
Europäischen
Anmeldungen
EP 0 976 835 und
EP 0 974 672 erwähnten.
-
Mögliche Anwendungsgebiete
sind zum Beispiel das Züchten
von Pflanzen und Tieren, Varietäten- oder
Sortenidentifikation, diagnostische Medizin, Krankheitsdiagnose
bei Pflanzen und Tieren, Identifikation genetisch vererbter Erkrankungen
beim Menschen, Familienbeziehungsanalyse, forensische Wissenschaft, Organtransplantation,
mikrobielle und virale Typisierung wie mehrfaches Testen auf Stämme von
Infektionskrankheiten; sowie das Studium der genetischen Vererbung,
Genexpression, Mutationen, Onkogene und/oder Arzneimittelresistenz;
oder für
die mRNA-Erkennung.
-
Wie
bereits oben erwähnt,
ist in diesen Anwendungen vorgesehen, dass Anordnungen der Erfindung entwickelt
werden können,
die Erkennungssequenzen tragen, welche die meisten oder sogar alle
Marker von Interesse für
eine spezifische Genotypisierungssammlung, wie für eine spezifische Spezies,
repräsentieren. Weitere
Anordnungen der Erfindung können
Erkennungssequenzen enthalten, welche die meisten oder alle Marker
repräsentieren,
die notwendig sind, um ein Individuum innerhalb einer Genotypisierungssammlung
zu klassifizieren, d. h. als zu einer/m bestimmten Spezies, Unterspezies,
Varietät,
Sorte, Rasse, Stamm oder Linie gehörend, oder um die Vererbung
eines/r genetischen Merkmals oder Eigenschaft zu studieren. Außerdem kann
eine Anordnung der Erfindung Erkennungssequenzen enthalten, die
Marker repräsentieren,
welche die Anwesenheit, die Abwesenheit oder den Zustand einer genetisch
bestimmten oder genetisch beeinflussten Erkrankung oder Störung anzeigen,
einschließlich
Krebs, Onkogene und Onkogenmutationen. Eine solche Anordnung kann
dann für
diagnostische Zwecke verwendet werden.
-
In
einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung Ergebnisse und/oder
Daten, die durch das Analysieren einer Mischung von Restriktionsfragmenten
mit dem Verfahren der Erfindung erhalten werden können. Diese Ergebnisse
oder Daten können
zum Beispiel in Form eines Bildes, eines Wertes, digitaler oder
analoger Daten oder in einer anderen geeigneten Form vorliegen,
und sie können
gegebenenfalls auf einem geeigneten Datenträger gespeichert sein, einschließlich Papier,
photographischer Film, Computerdateien, einer Datenbank usw. Diese
Daten können
wie direkt aus der Analyse oder Bewertung der Anordnung erhalten
sein, oder sie können
weiterverarbeitet worden sein.
-
Die
Erfindung wird nun weiter mittels des folgenden nicht-einschränkenden
experimentellen Teils sowie durch die beigefügten Figuren veranschaulicht,
welche Folgendes zeigen:
-
1: Erkennung von 2 polymorphen Fragmenten
243 und 335 in einer +3+3 (1A) und
+6+6 (1B) -AFLP-Matrize (siehe Beispiel
3). +3+3 impliziert, dass eine AFLP-+3+3-Reaktion als Matrize für die Primerextensionsreaktion
verwendet wurde. +6+6 impliziert, dass eine AFLP-+6+6-Reaktion als
Matrize für
die Primerextensionsreaktion verwendet wurde. A impliziert, dass
dATP in der Primerextensionsreaktion angeboten wurde; C impliziert,
dass dCTP in der Primerextensionsreaktion angeboten wurde. 1 bis
16 bezie hen sich auf die Anzahlen der Proben. + impliziert, dass
Primerextension stattgefunden hat., – impliziert, dass keine Primerextension
stattgefunden hat.
-
2:
Erkennung von 2 polymorphen Fragmenten 243 und 335 unter Verwendung
fluoreszierend gekennzeichneter ddNTPs (FAN ddCTP und JOE ddATP)
in Matrizen mit abnehmender Komplexität, für das Fragment 243 erzeugt
mit +3+3, +4+3, +3+4, +4+4, +6+4, +6+5, +6+6 Primerkombinationen
und für
das Fragment 335 mit +3+3, +3+4, +6+4, +6+6 Primerkombinationen.
Die Bilder wurden auf einem ABI Prism-377 DNA-Sequenzer erzeugt.
Die Primerextensionsreaktionen erfolgten an drei Proben: zwei Proben
mit dem Fragment und eine Probe ohne das Fragment in der Reihenfolge
+, –,
+.
-
3: Erkennung der polymorphen AFLP-Fragmente
243 (3A) und 335 (3B) unter
Verwendung von fluoreszierend gekennzeichnete ddNTPs (FAN ddCTP
und JOE ddATP) und Erkennungsschrittprimern, in welchen einige Nukleoside
durch Inosinreste (I) ersetzt wurden. Die Matrizen wiesen eine abnehmende
Komplexität
auf, entsprechend erzeugt mit +3+3, +3+4, +6+4, +6+6 Primerkombinationen.
Die Primerextensionsreaktionen erfolgten an zwei Proben: eine Probe
mit dem Fragment und eine Probe ohne das Fragment in der Reihenfolge
+, –.
-
4:
Erkennung des polymorphen AFLP-Fragmentes 243 erzeugt mit den +3+3-AFLP-Primerkombinationen
EcoAAC/MsaCAA in einer ds-AFLP-Matrize. Die Erkennungsschrittprimer
wurden an Glasstreifen angehaftet. Der Primerextensionsschritt erfolgte
durch Temperaturzirkulation in einem PCR-Röhrchen.
+ impliziert, dass Primerextension stattgefunden hat, – impliziert,
dass keine Primerextension stattgefunden hat (siehe Beispiel 6).
-
5A:
AFLP-Fingerabdruck erzeugt mit Primerkombinationen mit einer ansteigenden
Anzahl selektiver Nukleoside (entsprechend +2+3, +3+3, +4+3, +3+4,
+4+4, +6+4, +6+6, +6+3) für
Panels mit 4 Proben: eine Probe ohne das Fragment und drei Proben
mit dem Fragment in der Reihenfolge (–, +, +, +). Es wurden Primerextensionen
ausgewählt,
um das polymorphe Band 149 wie mit einem Pfeil angegeben zu erzeugen.
-
5B:
Erkennung des polymorphen Fragmentes 149 aus 5A auf
einer Matrize erzeugt mit +4+4 und +6+4 Primerkombinationen. Primerextensionsassays
erfolgten an 6 Reis-Individuen mit drei Proben ohne das Fragment
und drei Proben mit dem Fragment in der Reihenfolge (–, +, –, +, +, –) mit den
4 ddNTPs (A, C, G, T) wie angegeben. Eine positive Reaktion erfolgte
nur, wenn der Primer mit ddGTP erweitert war.
-
6:
AFLP-Fingerabdruck erzeugt mit Primerkombinationen mit einer ansteigenden
Anzahl selektiver Nukleoside, für
Panels mit 4 Individuen und beginnend mit einer +2+3 amplifizierten
Matrize. Es wurden Primerkombinationen ausgewählt, um die polymorphen Bänder (Marker
1 und 2 und 3) wie angegeben zu erzeugen. Die Pfeile oben zeigen
die maximale Komplexität
der AFLP-Reaktion an, aus welcher der angezeigte Marker noch durch
Minisequenzierung erkannt werden konnte (Erkennungsgrenze).
-
7:
Minisequenzierungsassays an ds-DNA mit einer ansteigenden Anzahl
von PCR-Zyklen an 3 negativen Individuen (welche das Zielfragment
nicht aufweisen) und einem positiven Individuum (welches das Zielfragment
aufweist). Die Reaktion bei Individuum 4 zeigt, dass sich das Signal
erhöht,
wenn sich die Anzahl der PCR-Zyklen erhöht.
-
8:
Minisequenzierung auf Objektgläsern:
in jedem Well waren Primer in ansteigenden Konzentratio nen von 300,
30 bzw. 3 pmol getüpfelt.
Minisequenzierung erfolgte mit ansteigenden Konzentrationen von 0,05,
0,5, 5 und 50 pmol der ss-Matrize
in den Wells 1, 2, 3 bzw. 4.
-
9:
Schematische Übersicht über das
Verfahren der Erfindung. 9A zeigt
die Bindung eines Oligonukleotides an einen Chip für jeden
zu erkennenden AFLP-Marker. Als nächstes ist die Hybridisierung
einer AFLP-Reaktionsmischung in 9b gezeigt. 9C zeigt die Durchführung einer Minisequenzierungsreaktion
und die Entfernung von überschüssiger Kennzeichnung
durch Waschung, was in einem Chip resultiert, der bereit für das Scannen
und die Erkennung von AFLP-Markern ist, wie in 9D gezeigt.
-
10:
Bild der Minisequenzierungsreaktion von Beispiel 8, gescannt für 180 Sek.
auf dem FITC- und Cy-3-Kanal
unter Verwendung eines Genetac 1000 Microarray-Slidescanners.
-
11:
Bild der Minisequenzierungsreaktion von Beispiel 9. Die Muster wurden
unter Verwendung eines Fuji BAS-2000 Phosphoimage-Analysesystems
visualisiert.
-
EXPERIMENTELLER TEIL
-
Beispiel 1: Allgemeine Protokolle
-
AFLP-Matrizen
wurden in Übereinstimmung
mit Standardverfahren (Vos et al. 1995 Nucleic Acids Research Vol.
23, Nr. 21: 4407–4414;
Zabeau and Vos; Europäische
Patentanmeldung
EP 0534858 )
unter Verwendung von EcoRI und MseI als die Enzymkombination hergestellt.
Den AFLP-Reaktionen gingen Voramplifizierungen mit einem selektiven
Nukleosid auf jedem Primer voran. Die AFLP-Reaktionen erfolgten
mit der Anzahl selektiver Nukleoside auf jedem Primer wie angegeben,
z. B. impliziert +3+3 3 selektive Nukleoside auf jedem Primer, wobei
sich die erste Zahl auf den EcoRI-Primer bezieht und sich die zweite
Zahl auf den MseI-Primer bezieht.
-
Für die Sequenzanalyse
wurden AFLP-Fragmente aus einem getrockneten Polyacrylamidgel ausgeschnitten,
mit einem Primer reamplifiziert, welcher die umgekehrte M13-Primersequenz
aufweist, mit der Sequenz des konstanten Teils des AFLP-EcoRI-Primers und einem
MseI-AFLP-Primer ohne selektive Nukleoside erweitert, und die reamplifizierten
Fragmente direkt aus dem umgekehrten M13-Primer sequenziert. Die
Sequenzierungsreaktionen erfolgten unter Verwendung des Farbstoffabschluss-Sequenzierungskits
erworben von Perkin-Elmer und wurden auf einem ABI 377 Sequenzer
analysiert. Anschließend
wurden Erkennungsschrittprimer hergestellt. Die Sequenzanalyse enthüllte auch
die Natur des dNTP oder ddNTP, das für die Primerextension hinzuzufügen war.
-
Wenn
AFLP-Reaktionen als Matrize für
Primerextensionsreaktionen verwendet wurden, erfolgten die AFLP-Reaktionen
ohne radioaktiv oder fluoreszierend gekennzeichnete Primer und mit
75 ng beider Primer in einem Volumen von 50 μl.
-
Die
Primerextensionsreaktion an ss-DNA erfolgte gemäß Syvänen et al. (Syvänen et al.
1990 Genomics 8: 684–692;
Syvänen
et al. 1993 Am. J. Hum. Geriet. 52: 46–59) mit den folgenden Modifikationen.
10 bis 25 μl
AFLP-Reaktionsmischung wurden für
eine Primerextensionsreaktion verwendet. Die AFLP-Reaktionen erfolgten
unter Verwendung eines biotinylierten Primers („Bio-Primer") und eines Standardprimers,
und biotinylierte AFLP-Produkte wurden auf Streptavidin-beschichteten
magnetischen Perlen (Dyna-Perlen, Dynal, Norwegen) oder in Streptavidin-beschichteten
Mikrotiterplattenwells (Labsystems, Helsinki, Finnland) gesammelt.
Anschließend
erfolgte die Primerextensionsreaktion auf entweder 1) dem biotinylierten
Strang („Bio-Strang"), der nach der Denaturierung
mit NaOH an die Perlen/Mikrotiterplattenwells gebunden bliebt oder 2)
dem Nicht-Bio-Strang, der durch Kochen und Abpipettieren des Überstandes
von dem Bio-Strang getrennt werden konnte. Dies erfolgte nach der
Reinigung der AFLP-Fragmente durch Hinzufügen von Shrimp Alkaline Phosphatase
und Exonuklease I, um sämtliche übrig gebliebenen
Primer und dNTPs zu entfernen; zu 50 μl AFLP-Reaktion wurden 50 μl der folgenden
Mischung zugegeben: 4 μ Shrimp
Alkaline Phosphatase (Amersham Life Science, Cleveland, Ohio), 2 μ Exonuklease
I (Amersham, Pharmacia, Biotech), 5 μl Shrimp Alkaline Phosphatase-Puffer
und Wasser auf 50 μl.
Dies wurde für
30 Minuten bei 37°C
inkubiert, und anschließend
wurden die Enzyme bei 95°C
inaktiviert (Chen et al. 1997 Proc. Natl. Acad. Sci. USA, Vol. 94, 10756–10761).
-
Die
Primerextensionsreaktion auf dem Bio-Strang erfolgte in 10 mM Tris-HCl,
pH 9,5, 5 mM KCl, 2 mM MgCl2, 0,002% Tween-20, 2 μl 5 μM Erkennungsprimer,
0,3 μl gekennzeichnetes 33P-ddNTP
(Amersham), 3,2 Einheiten Thermosequenase und Wasser auf ein Gesamtvolumen
von 50 μl.
Die Reaktion wurde für
10 Minuten bei 50°C
inkubiert, die Wells/Perlen wurden gewaschen und Minisequenzierungsprodukte
durch Denaturierung in 20 μl
Formamidfarbstoff (80% Formamid mit 10 mg/ml blauem Dextran) bei
94°C aus
den Perlen freigesetzt, auf Whatman-Papier getüpfelt und für 16 Stunden Fuji Phosphoimage-Screens
ausgesetzt. Die Muster wurden unter Verwendung eines Fuji BAS-2000
Phosphoimage-Analysesystems (Fuji Photo Film Company Ltd. Japan)
visualisiert.
-
Die
Minisequenzierungsreaktion auf dem Nicht-Bio-Strang erfolgte auf
die gleiche Art und Weise wie oben beschrieben, jedoch erfolgten
die Primerextensionsreaktionen auf Objektgläsern mit daran angehafteten modifizierten
Primern (siehe die nicht-einschränkende
schematische Zeichnung von 9). Nicht-Bio-Stränge der
AFLP-Fragmente wurden zu der Reaktionsmischung zugegeben. Das Beschichten
der Objektgläser
und Binden der Primer erfolgte wie durch Guo et al. (Guo et al.
1994 Nucleic Acids Research Vol. 22, Nr. 24: 5456–5465) beschrieben.
1 μl Primer
wurde manuell getüpfelt.
Erkennungsschrittprimer wurden 5'-Amino-
und 5'-(T)15-modifiziert. Die Objektgläser wurden
gewaschen und für
16 Stunden Fuji Phosphoimage-Screens
ausgesetzt. Die Muster wurden unter Verwendung eines Fuji BAS-2000
Phosphoimage-Analysesystems (Fuji Photo Film Company Ltd. Japan)
visualisiert.
-
Die
Primerextensionsreaktion auf ds-DNA erfolgte gemäß Syvänen et al. (1990, 1993) mit
den folgenden Anpassungen. Die AFLP-Reaktionen wurden durchgeführt und
mit Shrimp Alkaline Phosphatase und Exonuklease I behandelt, um
sämtliche übrig gebliebenen
Primer und dNTPs zu entfernen (Chen et al. 1997). Anschließend erfolgte
die Primerextensionsreaktion in 50 μl 10 mM Tris-HCl, pH 9,5, 5
mM KCl, 2 mM MgCl2, 0,002% Tween-20, 2 μl 5 μM modifizierter
Erkennungsprimer, 0,3 μl
gekennzeichnetes 33P-ddNTP (Amersham), 2,5 μl 2 μM ddNTPs,
3,2 Einheiten Thermosequenase. Das PCR-Profil bestand aus 35 Zyklen mit
15 Sekunden bei 95°C
und 30 Sekunden bei 58°C
(Chen et al. 1997). Die Primerextensionsreaktionen erfolgten auf
Glasstreifen mit darauf angehafteten Primern in PCR-Röhrchen.
Das Beschichten der Glasstreifen und Binden der Primer erfolgte
wie durch Guo et al. (1994) beschrieben. 1 μl Primer wurde manuell getüpfelt. Erkennungsschrittprimer
wurden 5'-Amino-
und 5'-(T)15-modifiziert.
-
Die
Glasstreifen wurden gewaschen und für 16 Stunden Fuji Phosphoimage-Screens
ausgesetzt. Die Muster wurden unter Verwendung eines Fuji BAS-2000
Phosphoimage-Analysesystems (Fuji Photo Film Company Ltd. Japan)
visualisiert.
-
Beispiel 2: Oligosynthese
-
Oligonukleotide
wurden in Übereinstimmung
mit Standardverfahren synthetisiert, oder sie wurden von MWG-Biotech
GmbH (Deutschland) erworben.
-
Beispiel 3: Erkennung von zwei polymorphen
AFLP-Fragmenten in Tomate
-
Dieses
Beispiel veranschaulicht die Erkennung von zwei polymorphen AFLP-Fragmenten
in Tomate, 243 und 335, erzeugt mit den +3+3-AFLP-Primerkombinationen
bio-EcoAAC/MseCCA bzw. bio-EcoACT/MseCAC,
oder den +6+6-AFLP-Primerkombinationen bio-EcoAACCAC/MseCAACAG bzw. bioEcoACTTTT/MseCACGAA.
-
Die
AFLP-Reaktionen erfolgten unter Verwendung eines biotinylierten
Eco-Primers und eines Standard-Mse-Primers, und biotinylierte AFLP-Produkte
wurden in Streptavidin-beschichteten Mikrotiterplattenwells gesammelt.
Anschließend
erfolgte die Primerextensionsreaktion auf dem Bio-Strang wie oben
beschrieben, jedoch unter Verwendung von 32P-gekennzeichnetem
dNTP (0,1 μl/Reaktion;
Amersham). Für
das polymorphe Fragment 243 in der +3+3-AFLP-Matrize wurden 3 Proben
mit dem Fragment (1, 3, 4; 1A) und
1 Probe ohne das Fragment (2) untersucht; für das polymorphe Fragment 335
wurden 2 Proben mit dem Fragment (5, 7) und 2 Proben ohne das Fragment
(6, 8) untersucht. Für
das polymorphe Fragment 243 in der +6+6-AFLP-Matrize wurden 4 Proben mit dem Fragment
untersucht (9, 10, 11, 12; 1B); für das polymorphe
Fragment 335 wurden 2 Proben mit dem Fragment (13, 15) und 2 Proben
ohne das Fragment (14, 16) untersucht. Für das Fragment 243 wurde der
Erkennungsschrittprimer 1 verwendet, welcher mit einem C erweitert
werden muss; für
das Fragment 335 wurde der Erkennungsschrittprimer 2 verwendet,
welche mit einem A erweitert werden muss. Die Reaktionen erfolgten
sowohl mit dATP als auch mit dCTP. Die Erweiterungsprodukte wurden
auf Whatman-3MM-Papier
getüpfelt.
Die Ergebnisse zeigen, dass eine positive Reaktion nur stattfindet,
wenn das Ziel-AFLP-Fragment vorliegt und wenn die Primer gemäß der Sequenzinformation
mit dem entsprechenden Nukleosidtriphosphat erweitert sind.
-
Die
Sequenz der konstanten Region für
die Eco-Primer war (5'-3'): GACTGCGTACCAATTC
-
Die
Sequenz der konstanten Region für
die Mse-Primer war (5'-3'): GATGAGTCCTGAGTAA
- AFLP-Primer zum Erzeugen von Fragment 243 (5'-3'):
- Bio-Eco+3: EcoAAC
- Mse+3: MseCAA
- Bio-Eco+6: EcoAACCAC
- Mse+6: MseCAACAG
- Erkennungsschrittprimer 1 zum Erkennen von Fragment 243, wenn
erweitert mit dCTP (5'-3'):
- AGCAGTAGCAACCACTTCAGCC
- AFLP-Primer zum Erzeugen
von Fragment 335 (5'-3'):
- Bio-Eco+3: EcoACT
- Mse+3: MseCAC
- Bio-Eco+6: EcoACTTTT
- Mse+6: MseCACGAA
- Erkennungsschrittprimer 2 zum Erkennen von Fragment 335, wenn
erweitert mit dATP:
- ATCCGGCCAGTTATACC
-
Beispiel 4: Erkennung der polymorphen
AFLP-Fragmente 243 und 355 unter Verwendung fluoreszierend gekennzeichneter
ddNTPs
-
Die
AFLP-Reaktionen erfolgten mit Primerkombinationen mit ansteigenden
Zahlen selektiver Nukleoside, für
Panels von 3 Individuen (+, –,
+). Die AFLP-Primerextensionen wurden ausgewählt, um das Fragment 243 bzw.
355 zu erzeugen. Die AFLP-Reaktionen erfolgten unter Verwendung
eines biotinylierten EcoRI-Primers und eines Standard-MseI-Primers,
und biotinylierte AFLP-Produkte wurden auf Streptavidin-beschichteten
magnetischen Perlen gesammelt. Anschließend erfolgte die Primerextensionsreaktion
auf dem Bio-Strang, wie oben beschrieben, jedoch unter Verwendung
fluoreszierend gekennzeichneter ddNTPs (0,1 μl/Reaktion Joe ddATP, Joe ddCTP,
NEN, Boston, USA). Die Erkennungsschrittprimer und Erweiterungen
waren wie in Beispiel 3. Die Erweiterungsprodukte wurden auf einem
ABI Sequenzierungsgel analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass eine
positive Reaktion nur stattfindet, wenn das Ziel-AFLP-Fragment vorliegt
(2).
- AFLP-Primer zum Erzeugen von Fragment
243 (5'-3'):
- Bio-Eco+3: EcoAAC
- Bio-Eco+4: EcoAACC
- Bio-Eco+6: EcoAACCAC
- Mse+3: MseCAA
- Mse+4: MseCAAC
- Mse+5: MseCAACA
- Mse+6: MseCAACAG
- Erkennungsschrittprimer 1 zum Erkennen von Fragment 243, wenn
erweitert mit ddCTP (5'-3'):
- AGCAGTAGCAACCACTTCAGCC
- AFLP-Primer zum Erzeugen
von Fragment 335 (5'-3'):
- Bio-Eco+3: EcoACT
- Bio-Eco+6: EcoACTTTT
- Mse+3: MseCAC
- Mse+4: MseCACG
- Mse+6: MseCACGAA
- Erkennungsschrittprimer 2 zum Erkennen von Fragment 335, wenn
erweitert mit ddATP (5'-3'):
- ATCCGGCCAGTTATACC
-
Beispiel 5: Erkennung der polymorphen
AFLP-Fragmente 243 und 355 unter Verwendung von fluoreszierend gekennzeichneten
ddNTPs und Erkennungsschrittprimern, in welchen einige Nukleoside
durch Inosinreste ersetzt wurden.
-
Die
AFLP-Reaktionen erfolgten mit Primerkombinationen mit ansteigenden
Zahlen selektiver Nukleoside, für
Panels von 2 Individuen (+, –).
Die Primerextensionen wurden ausgewählt, um das Fragment 243 bzw. 355
zu erzeugen. Die AFLP-Reaktionen erfolgten unter Verwendung eines
biotinylierten EcoRI-Primers und eines Standard-MseI-Primers, und
biotinylierte AFLP-Produkte wurden auf Streptavidin-beschichteten
magnetischen Perlen (Dynal) gesammelt. Anschließend erfolgte die Primerextensionsreaktion
auf dem Bio-Strang, wie in Beispiel 2 beschrieben, jedoch unter
Verwendung von sowohl Standard-AFLP-Primern als auch degenerierten
AFLP-Primern, in welchen einige selektive Nukleoside durch Inosin
als Erkennungsschrittprimer ersetzt waren. Für das Fragment 243 mussten
die Erkennungsschrittprimer mit einem C erweitert werden und für das Fragment
355 musste der Erkennungsschritt mit einem A erweitert werden. Fluoreszierend
gekennzeichnete ddNTPs wurden verwendet (0,1 μl/Reaktion (Joe ddATP, Fam ddCTP,
NEN, Boston, USA). Die Erweiterungsprodukte wurden auf einem ABI
Sequenzierungsgel analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass eine positive
Reaktion nur stattfindet, wenn das Ziel-AFLP-Fragment vorliegt,
und dass Standard-AFLP-Primer durch Primer ersetzt sein können, in
denen Nukleoside durch 1, 2 bzw. 3 Inosinreste ersetzt wurden (3A für Fragment
243; 3B für
Fragment 335). Nicht-selektive Nukleoside sind in Primern nur an
Stellen eingefügt,
die in der AFLP-Reaktion fixiert wurden, die als Matrize für die Primerextensionsreaktion
verwendet wird.
- AFLP-Primer zum Erzeugen von Fragment 243
(5'-3'):
- Bio-Eco+3: EcoAAC
- Bio-Eco+6: EcoAACCAC
- Mse+3: MseCAA
- Mse+4: MseCAAC
- Mse+6: MseCAACAG
- Erkennungsschrittprimer zum Erkennen von Fragment 243, wenn
erweitert mit Fam ddCTP (5'-3'):
- Mse+6: MseCAACAG
- Mse+6: MseIIICAG
- Mse+6: MseIIACAG
- Mse+6: MseIAACAG
- AFLP-Primer zum Erzeugen von
Fragment 335 (5'-3'):
- Bio-Eco+3: EcoACT
- Bio-Eco+6: EcoACTTTT
- Mse+3: MseCAC
- Mse+4: MseCACG
- Mse+6: MseCACGAA
- Erkennungsschrittprimer zum Erkennen von Fragment 335, wenn
erweitert mit Joe ddATP (5'-3'):
- Mse+6: MseCACGAA
- Mse+6: MseIIIGAA
- Mse+6: MseIICGAA
- Mse+6: MseIACGAA
-
Beispiel 6: Erkennung des polymorphen
AFLP-Fragmentes 243 erzeugt mit den +3+3-AFLP-Primerkombinationen
EcoAAC/MseCAA in der ds-AFLP-Matrize.
-
+3+3-AFLP-Reaktionen
erfolgten wie in Beispiel 3 beschrieben, jedoch mit Standard-AFLP-Primern (es
wurde kein biotinylierter Primer verwendet).
-
Die
Primerextensionsreaktionen erfolgten wie für ds-DNA beschrieben mit Temperaturzirkulation.
2 Proben mit dem Fragment und 2 Proben ohne das Fragment wurden
untersucht; modifizierter Erkennungsschrittprimer 1 wurde verwendet.
Die Ergebnisse zeigen, dass eine positive Reaktion nur stattfindet,
wenn das Ziel-AFLP-Fragment vorliegt (4).
- AFLP-Primer
zum Erzeugen von Fragment 243 (5'-3'):
- Eco+3: EcoAAC
- Mse+3: MseCAA
- Modifizierter Erkennungsschrittprimer 1 zum Erkennen von
- Fragment 243, wenn erweitert mit ddCTP (5'-3'):
- NH2-(T)15 AGCAGTAGCAACCACTTCAGCC
-
Beispiel 7: Erkennung des polymorphen
AFLP-Fragmentes 149 in Reis unter Verwendung eines AFLP-+6-Primers
als Erkennungsschrittprimer
-
AFLP-Fingerabdrücke wurden
mit Primerkombinationen mit ansteigenden Zahlen selektiver Nukleoside
erzeugt, für
Panels von 4 Individuen (–,
+, +, +; 5A). Primerextensionen wurden
ausgewählt,
um das Fragment 149 wie angegeben zu erzeugen. Die AFLP-Fingerabdrücke zeigen
die Komplexität
von AFLP-Reaktionen abhängig
von der Anzahl selektiver Nukleoside.
-
Die
als Matrize für
Primerextensionsreaktionen verwendeten AFLP-Reaktionen erfolgten
wie in Beispiel 3 beschrieben unter Verwendung eines biotinylierten
EcoRI-Primers und eines Standard-MseI-Primers, und biotinylierte
AFLP-Produkte wurden in Streptavidin-beschichteten Mikrotiterplattenwells
(Labsystems, Helsinki, Finnland) gesammelt. Anschließend erfolgte
die Primerextensionsreaktion auf dem Bio-Strang unter Verwendung
aller vier 33P-gekennzeichneten ddNTPs und
unter Verwendung eines Standard-AFLP-+6-Primers, der mit einem G
erwei tert werden musste. Der Primer MseCTAAAT wurde als Erkennungsschrittprimer
bei +6+4- und +4+4-AFLP-Reaktionen an 6 Individuen mit drei Proben
ohne das Fragment und drei Proben mit dem Fragment in der Reihenfolge
(–, +, –, +, +, –; 5B)
verwendet.
-
Die
Ergebnisse zeigen, dass eine positive Reaktion nur stattfindet,
wenn das Ziel-AFLP-Fragment vorliegt, und wenn die Primer gemäß der Sequenzinformation
mit dem entsprechenden Nukleosidtriphosphat erweitert sind.
- AFLP-Primer
zum Erzeugen von Fragment 149 (5'-3'):
- Eco+2: EcoAA
- Eco+3: EcoAAC
- (bio)-Eco+4: (bio)-Eco-AACC
- (bio)-Eco+6: (bio)-Eco-AACCTT
- Mse+3: MseCTA
- Mse+4: MseCTAA
- Mse+6: MseCTAAAT
- Erkennungsschrittprimer: Mse+6 (5'-3'):
Mse-CTAAAT
-
H. Erkennung von AFLP-Markern durch Minisequenzierung
-
Minisequenzierung
wurde als ein Verfahren zum Erkennen von AFLP-Fragmenten untersucht.
Minisequenzierung unter Verwendung einer AFLP-Matrize kann angewandt
werden als 1) ein Verfahren zum Adressieren der Sensitivität der Minisequenzierung,
da die Anzahl von Matrizenfragmenten leicht variiert werden kann;
2) ein nicht-zufälliges
Verfahren für
die AFLP-Markererkennung
durch Verwendung vorbestimmter Sequenzinformationen; 3) ein zufälliges Verfahren
für die
Markererkennung durch Verwendung erweiterter AFLP-Primer. Bisher
wurde Minisequenzierung als ein Verfahren zum Erkennen von AFLP-Fragmenten
unter Verwendung vorbestimmter Sequenzinformationen für die Herstellung
von Erkennungsprimern untersucht, bei denen es sich entweder um
erweiterte AFLP-Primer oder interne Erkennungsprimer handelte.
-
Häufig erkennen
+6-Primer einmalige Fragmente nicht, wie durch die Bestimmung der
+6-Sequenzen für
den EcoRI-Primer sowie für
den MseI-Primer für
alle Fragmente in 2 Fingerabdrücken
erzeugt mit einem EcoRI-+2- und einem MseI-+3-Primer gezeigt wurde.
Die optimale Anzahl selektiver Nukleoside, die zu AFLP-Primern hinzugefügt sind,
wenn sie als Erkennungsprimer verwendet werden, muss noch bestimmt
werden.
-
I. Sensitivität der Minisequenzierungserkennung
von AFLP-Fragmenten
in einer AFLP-Matrize
-
Zum
Bestimmen der Sensitivität
der Minisequenzierung bei ss-DNA
im Vergleich zur Sensitivität
der Erkennung in einem Standard-AFLP-Gel, erfolgten AFLP-Reaktionen
unter Verwendung ansteigender Zahlen selektiver Nukleoside für 3 AFLP-Marker
(6 und 7). Die Minisequenzierung zum
Erkennen der 3 AFLP-Marker wurde dem Protokoll, wie für die Minisequenzierung
auf der ss-Matrize unter Verwendung des Bio-Strangs beschrieben,
folgend angewandt. Die +6-AFLP-Primer wurden als Erkennungsprimer
verwendet. Es wurde gezeigt, dass die maximale Komplexität der Matrize
vom zu erkennenden Marker abhängig
war: für Marker
1 war dies die +6+4-amplifizierte Matrize; für Marker 2 war dies die +6+4-amplifizierte
Matrize und für Marker
3 war dies die +2+3-amplifizierte Matrize. Dies impliziert eine
Erkennungsgrenze bei 1010 Molekülen, welche
weniger sensitiv ist, als für
die Erkennung auf Mikroanordnungen in Genexpressionsstudien beansprucht
wird (106 Moleküle).
-
J. Minisequenzierung auf ds-DNA
-
Um
in der Lage zu sein, die Komplexität der Matrize zu erhöhen und
das Minisequenzierungsprotokoll zu vereinfachen, erfolgte die Minisequenzierung
auf der ds-Matrize unter Verwendung eines Zwei-Schritt-PCR-Zyklusprofils:
ein Denaturierungsschritt gefolgt von dem Primerverlängerungsschritt:
auf diese Art und Weise konnte die Matrize in jedem Zyklus wiederverwendet
werden und die Menge des durch den verlängerten Primer erzeugten Signals
erhöhte
sich (8). Diese Anpas sung des Protokolls ist ein Zeiteinsparungsschritt,
da kein Bedarf besteht, vor der Minisequenzierungsreaktion eine
Einzelstrangmatrize herzustellen. Die Erkennungsprimer wurden Biotin-gekennzeichnet,
um die Produkte der Minisequenzierungsreaktion als eine Alternative
zu Amino-gekennzeichneten Erkennungsprimern auf einem festen Träger leicht
zu reinigen.
-
K. Festphasenerkennung von Minisequenzierungsprodukten
auf Objektgläsern
-
Ein
Protokoll für
die kovalente Bindung von 5'-Aminoprimern
auf Glas wurde untersucht (Guo et al. 1994), da bisher Minisequenzierungsreaktionen
auf Glas aufgrund von viel Untergrundrauschen nicht erfolgreich
waren. Die Primerbindung wurde durch die radioaktive Kennzeichnung
von Primern mit einer internen Aminogruppe geprüft. Es wurde gezeigt, dass
eine Bindung stattfindet. In einer Minisequenzierungsreaktion unter
Verwendung eines ss-60-mer-Oligo als eine Matrize wurde gezeigt,
dass unter Befolgung des Protokolls für die ss-Nicht-Biostrang-Minisequenzierung Reaktionsprodukte
abhängig
von der Menge der angebotenen Matrize und abhängig von der Menge des am Objektglas
angehafteten Oligo erkannt wurden.
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Die
Minisequenzierung unter Verwendung einer +3+3-amplifizierten Matrize
und unter Verwendung eines internen Erkennungsprimers unter Befolgung
des Protokolls für
die Minisequenzierung auf einer ds-Matrize erfolgte auf Glasstreifen
in einem PCR-Röhrchen,
und es wurde gezeigt, dass spezifische Produkte erhalten wurden.
-
L. Schlussfolgerungen
-
Das
Minisequenzierungsprotokoll wurde durch die Verwendung von ds-DNA
und die Durchführung
der Minisequenzierung in einer Reihe von Zyklen zum Erhöhen der
Sensitivität
der Markererkennung verbessert. Die Minisequenzierung kann nun auf
Objektgläsern
durchgeführt
werden, was ein wichtiger Schritt in Richtung der mehrfachen Erkennung
von AFLP- und anderen Markern auf Chips ist. Die gegenwärtige Sensitivität ist ähnlich der
Sensitivität
der Markererkennung bei AFLP unter Verwendung von Polyacrylamidgelen.
Es wird erwartet, dass durch die Verwendung neuer Mikroanordnungs-
und Chiptechnologie die Sensitivität der Erkennung verbessert
werden kann.
-
Beispiel 8: Entwicklung eines fluoreszierenden
AFLP-Markererkennungssystems
-
1. Beschreibung der biologischen
Materialien
-
Die
verwendeten biologischen Materialien sind die Reislinien IR20 und
6383.
-
2. EcoRI/MseI-AFLP-Matrizenherstellung
-
AFLP-Matrizen
wurden unter Verwendung der Restriktionsenzyme EcoRI und MseI hergestellt,
und Voramplifizierungsreaktionen erfolgten in Übereinstimmung mit den durch
Vos et al. (Nucleic Acids Research 23; Nr. 21, S. 4407–4414, 1995;
und Patentanmeldung
EP 0534858 )
beschriebenen Standardverfahren.
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Die
abschließenden
selektiven Amplifizierungsreaktionen wurden aus einer 20-fach verdünnten +1/+1-Voramplifizierungsmischung
unter Verwendung eines selektiven EcoRI-+2-Primers in Kombination
mit einem MseI-+3-Primer durchgeführt.
| Name
des AFLP-Markers | Primerkombination | Größe paare) | (Basen-Elternlinie |
1. | 1A1 | E11/M48 | 571 | IR20 |
2. | 1A8 | E11/M48 | 264 | IR20 |
3. | 1A11 | E11/M48 | 187 | IR20 |
4. | 1B1 | E11/M48 | 154 | IR20 |
5. | 1G6 | E11/M49 | 342 | 6383 |
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Die
AFLP-Marker 1 bis 5 wurden herausgeschnitten, reamplifiziert und
geklont. Die Kolonien wurden amplifiziert und AFLP-Matrizen hergestellt,
alles in Übereinstimmung
mit Standardverfahren.
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Die
Voramplifizierungsreaktionen wurden unter Verwendung eines EcoRI+0-Primers
in Kombination mit einem biotinylierten Mse+0-Primer durchgeführt. Die
DNA wurde mit Shrimp Alkaline Phosphatase und Exonuklease I, wie
in Beispiel 1 benannt, gereinigt.
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Die
Sequenzen der Adapter, AFLP-Voramplifizierungsprimer und (selektiven
AFLP-)Amplifizierungsprimer werden wie Folgt verwendet:
- MseI-Adapter:
- 92A18: 5'-GACGATGAGTCCTGAG-3
- 92A19: 3'-TACTCAGGACTCAT-5'
- MseI
+ 0 biotinylierter AFLP-Primer:
- 93E40: *-5'-GATGAGTCCTGAGTAA-3'
- MseI
+ 1 Voramplifizierungs-AFLP-Primer:
- M01: 5'-GATGAGTCCTGAGTAAC-3'
- MseI
+3 selektive Amplifizierungs-AFLP-Primer:
- M48: 5'-GATGAGTCCTGAGTAACAC-3'
- M49: 5'-GATGAGTCCTGAGTAACAG-3'
- EcoRI-Adapter:
- 91M35: 5'-CTCGTAGACTGOGTACC-3'
- 91M36: CATCTGACGCATGGTTAA-5'
- EcoRI + 0 Voramplifizierungs-AFLP-Primer:
- E00L: 5'-GTAGACTGCGTACCAATTC-3'
- EcoRI
+ 1 Voramplifizierungs-AFLP-Primer:
- E01: 5'-GACTGCGTACCAATTCA-3'
- EcoRI
+2 selektiver Amplifizierungs-AFLP-Primer:
- E11: 5'-GACTGCGTACCAATTCAA-3'
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3. Oligosynthese
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Oligonukleotid-Minisequenzierungserkennungsprimer
wurden von MWG-Biotech GmbH erworben. Sie wurden 5'-Amino-modifiziert und
sie weisen einen Poly-T-Schwanz von 15 Nukleotiden am 5'-Ende auf.
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Die
Sequenzen der Oligonukleotide sind Folgende:
99f41: 5'-(T)15TGGCTGGCAACGAGCGACA-3
99f42:
5'-(T)15TTCACCCGCCGGTTAGTITC-3
99f43:
5'-(T)15ACTGTCCGCTCTCGCATTCA-3
99f44:
5'-(T)15GATCACGACATCACGTTGCG-3
99f45:
5'-(T)15ATTGCGAGCCACATCGTTCC-3
99f46:
5'-(T)15GGCCTGAAACGCTGGGTTG-3
99f47:
5'-(T)15TTTTCTCGGCTTTTCTTTCT-3
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4. Herstellung der Objektglaser
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3D-Link-aktivierte
Objektgläser
(SurModics) wurden gemäß der Herstelleranweisungen
verwendet und verarbeitet. Die Oligonukleotid-Minisequenzierungserkennungsprimer
wurden unter Verwendung eines QMS417-Microarrayers von Genetic Microsystems
mit einer Konzentration von 0,8 μg/μl (±100 pmol)
in 150 mM Natriumphosphat, pH 8,5, aufgedruckt.
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5. Minisequenzierung
-
Die
Minisequenzierung bei ss-AFLP-Reaktionen erfolgte gemäß Syvänen et al.
(1990, 1993) mit den folgenden Modifikationen. Die biotinylierten
AFLP-Produkte wurden auf Streptavidin-beschichteten magnetischen
Perlen (Dynal) gesammelt. Anschließend erfolgte Minisequenzierung
auf dem nicht-biotinylierten Strang, der durch Kochen und Abpipettieren
des Überstandes
von dem biotinylierten Strang getrennt werden konnte. Die Minisequenzierungsreaktion
wurde mit 20 μl
ss-Reaktion von AFLP-Marker 1A1 in 10 mM Tris-HCl, pH 9,5, 50 mM
KCl, 20 mM MgCl2, 0,02% Tween-20, 2 μl 0,01 mM
FAM ddATP, 4,5 Einheiten Thermosequenase und Wasser auf ein Gesamtvolumen
von 40 μl
durchgeführt.
Die Reaktion wurde für
20 Minuten bei 55°C inkubiert.
Die Objektgläser
wurden dann in 40 mM Tris, pH 8,8, 1 mM EDTA, 50 mM NaCl, 0,1% Tween-20 gewa schen.
Die Objektgläser
wurden unter Verwendung eines Genetac 1000 Microarray-Slidescanners
(Genomic Solutions) auf dem FITC- und Cy-3-Kanal für 180 Sekunden
gescannt. Das Bild ist in 10 gezeigt.
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6. Ergebnisse
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10 zeigt
einen Abschnitt des Objektglases mit Oligonukleotiden auf die folgende
Art und Weise aufgedruckt:
| | | | | DUPLO | | | | |
1 | 35 | 5 | 7 | 9 | 1 | 3 | 5 | 7 | 9 |
Bcntrl* | 99f41 | 99f42 | 99f43 | 99f44 | cntrl* | 99f41 | 99f42 | 99f43 | 99f44 |
D | 99f45 | 99f46 | 99f47 | cntrl* | 99f45 | 99f46 | 99f47 | cntrl* | cntrl* |
- (cntrl* = Kontrolle: um zu bestimmen, welches
die Positionen der Oligonukleotide waren, wurden ein Kontrolloligo
mit einer 5'-Cy-3-Gruppe
und eine interne Aminogruppe auf der Anordnung eingefügt.)
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Das
Oligonukleotid 99f41 kann durch ddATP erweitert werden, wenn der
ss-AFLP-Marker 1A1 verwendet wird. Ein starkes Signal ist an Position
B3 zu sehen, wo das Oligo 99f41 nach der Erweiterung durch Minisequenzierung
mit FAN ddATP getüpfelt
ist. Im Duplo ist das starke Signal auch zu sehen. Die Punkte in
B1 und D9 sind die positiven Kontrollstellen.
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7. Schlussfolgerung
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Dieses
Beispiel demonstriert die spezifische Erkennung eines AFLP-Markers
durch Minisequenzierung auf einer Anordnung, welche Erkennungsprimer
für 7 unterschiedliche
AFLP-Marker enthält,
unter Verwendung eines einzelnen ss-AFLP-Markerfragmentes.
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Beispiel 9: Entwicklung eines radioaktiven
AFLP-Markererkennungssystems auf einem Mikrochip
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1. Minisequenzierung
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Das
biologische Material, die Matrizenherstellung, die Oligosynthese
und die Herstellung der Objektgläser
ist wie in Beispiel 9 beschrieben. Die Minisequenzierung bei ss-AFLP-Fragmenten
erfolgte gemäß Syvänen et al.
(1990, 1993) mit den folgenden Modifikationen. Die biotinylierten
AFLP-Produkte wurden auf Streptavidin-beschichteten magnetischen
Perlen (Dynal) gesammelt. Anschließend erfolgte Minisequenzierung
auf dem nicht-biotinylierten Strang, der durch Kochen und Abpipettieren
des Überstandes
von dem biotinylierten Strang getrennt werden konnte.
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Die
Minisequenzierungsreaktion wurde mit 1,25 μl ss-Reaktion von AFLP-Marker
1A8, mit 1,25 μl
Reaktion von Marker 1A11, 1,25 μl
Reaktion von Marker 1B1 und 1,25 μl
Reaktion von Marker 1G6 in 10 mM Tris-HCl, pH 9,5, 50 mM KCl, 20
mM MgCl2, 0,02% Tween-20, 0,42 μl gekennzeichnetem 33P-ddATP (Amersham), 4,5 Einheiten Thermosequenase
und Wasser auf ein Gesamtvolumen von 40 μl durchgeführt. Die Reaktion wurde für 20 Minuten
bei 55°C
inkubiert. Die Objektgläser
wurden dann in 40 mM Tris, pH 8,8, 1 mM EDTA, 50 mM NaCl, 0,1% Tween-20
gewaschen. Die Objektgläser
wurden für
16 Stunden Fuji Phosphoimage-Screens ausgesetzt. Die Muster wurden
unter Verwendung eines Fuji BAS-2000 Phosphoimage-Analysesystems
visualisiert. Das Bild der Minisequenzierungsreaktion ist in 11 gezeigt.
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2. Ergebnisse
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11 zeigt
einen Abschnitt des Objektglases, welches die gleichen Oligonukleotide
enthält,
wie in Beispiel 9 beschrieben. Die Oligonukleotide 99f42, 99f44
und 99f45 können
mit ddATP erweitert werden, wenn entsprechend ss-AFLP-Reaktion 1A8,
1A11 und 1B1 verwendet wird. Starke Signale sind an Position B5
zu sehen, wo Oligo 99f42 getüpfelt
ist, an Position B9, wo Oligo 99f44 getüpfelt ist und an Position D3,
wo Oligo 99f45 getüpfelt
ist. Im Duplo sind die starken Signale auch zu sehen.
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Die
ss-AFLP-Matrize 1G6 hatte ein starkes Signal auf einem anderen Abschnitt
des Objektglases (nicht gezeigt).
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3. Schlussfolgerung
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Dieses
Beispiel demonstriert die spezifische Erkennung von 3 AFLP-Markern
durch Minisequenzierung auf einer Anordnung, welche Minisequenzierungserkennungsprimer
für 7 unterschiedliche
AFLP-Marker enthält,
unter Verwendung einer Mischung von 4 unterschiedlichen ss-AFLP-Markerfragmenten.
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