JP2004141105A - Method for promoting dna synthesis reaction and composition therefor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new composition useful for carrying out production of DNA from a template nucleic acid and further DNA proliferation and a method therefor, and particularly to provide the new composition useful for polymerase chain reaction (PCR) or the like, and the method therefor. <P>SOLUTION: The reaction solution composition comprises (1) an anionic substance having effect for promoting DNA synthesis in an enzymatic reaction synthesizing the DNA based on the template nucleic acid and (2) at least one of a reagent having glycine as a base unit and DMSO. The present invention enables DNA proliferation to the object DNA in which proliferation has been difficult hitherto. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分子生物学の分野に属する。本発明は、鋳型核酸からDNAの生成及び更なるDNA増幅を行う際に有用な新規組成物及び方法に関する。本発明は、具体的にはポリメラーゼ連鎖反応(PCR)に有用な新規組成物及び方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
PCR(例えば、非特許文献4参照)に代表されるDNA増幅技術は、当分野においては周知の技術である。PCR技術による核酸類の検出、分析、転写及び増幅等は、現代の分子生物学において最も重要な操作法の1つであり、とりわけ、遺伝子発現の研究、伝染性病原体(infectious agents)又は遺伝病の診断、cDNAの生成及びレトロウイルス類の分析等への適用において重要である。
【0003】
DNA増幅の性能は使用するDNA合成酵素の性能に左右されるので、これまでに種々のDNA合成酵素が自然界より探索あるいは改良されてきた。例えば、PCRは当初、大腸菌などの常温菌由来の耐熱性が充分でないDNA合成酵素を用いて行われていた。PCRの反応は、熱循環(themocyc1ing)(約23℃〜約100℃の間、好ましくは約37℃〜約95℃の間)を、多数回サイクリング(好ましくは約5〜約99の範囲、より好ましくは約20サイクルより多く、最も好ましくは約25〜40サイクル)することを必要とする、きわめて過酷な条件であるため、その成功率(実際に目的DNAが増幅する確率)は低いものであったが、現在では、好熱菌由来の耐熱性に優れたDNA合成酵素の利用が常識となっている。
【0004】
DNA合成酵素に要求される重要な性能の1つとして「合成速度」が挙げられる。DNA合成速度を測定する方法は、当業者が知りうるものであれば特に限定されないが、典型的な方法の1つとして、M13の1本鎖DNA(1.6μg)とこれに相補的なプライマー(16pmole) をアニーリングさせたものを基質として、各種DNAポリメラーゼ、KOD、Pfu、Deep Vent、Taqなど(5U)をそれぞれの緩衝液にて反応させ、その反応時間と合成されるDNAの大きさの関係から算出することができる。
例えば、各ポリメラーゼのDNA合成速度は、KODポリメラーゼ 105〜130 塩基/秒、Pfuポリメラーゼ 24.8 塩基/秒、Deep Ventポリメラーゼ 23.3塩基/秒、Taqポリメラーゼ 61.0 塩基/秒である(Takagi, M. et al. : Characterization of DNA polymerase from Pyrococcus sp. strain KOD1 andits application to PCR. Appl. Environ. Microbiol. 63, 4504〜45410.(1997))。
【0005】
DNA合成酵素に要求される重要な性能の1つとして「正確性」が挙げられる。DNAポリメラ−ゼのDNA合成反応における正確性を測定する方法は、当業者が知りうるものであれば特に限定されないが、本発明ではプラスミドpMol 21をPCR増幅したときの変異発生率により算出した。
【0006】
DNA合成時の正確性を評価する方法の一例として、ストレプトマイシン耐性に関与するリボゾーマルタンパク質S12(rpsL)遺伝子を用いた方法が挙げられる。ストレプトマイシンは原核細胞のタンパク質合成を阻害する抗生物質であり、細菌の30SリボゾーマルRNA(rRNA)に結合してタンパク質合成の開始複合体形成反応を阻害し、また遺伝子暗号の誤読を引き起こす。ストレプトマイシン耐性変異株ではリボゾームタンパク質S12に変異が見られる。この変異はリボゾームの翻訳忠実度を上げるため、サプレッサーtRNAによる終始コドンの読み取りを抑制するなど多面的効果(pleiotropic effect)を示すことが知られている。したがって、rpsL遺伝子を鋳型としてPCRにより増幅を行うと、ある確率で変異が導入され、それがアミノ酸レベルの変異であった場合、rpsLタンパク質の構造が変化し、ストレプトマイシンが30SリボゾーマルRNAに作用できなくなるようなことが起こる。したがって、増幅したプラスミドDNAによって大腸菌を形質転換した場合、変異が多く導入されるほどストレプトマイシン耐性菌の出現頻度が増すこととなる。
【0007】
プラスミドpMol 21(Journal of Molecular Biology(1999)289,835−850に記載)は、rpsL遺伝子及びアンピシリン耐性遺伝子を含むプラスミドである。このプラスミドのアンピシリン耐性遺伝子上にPCR増幅用プライマーセット(片方をビオチン化、MluI制限酵素サイトを導入)を設計し、プラスミドの全長を耐熱性DNAポリメラーゼにてPCR増幅した。得られたPCR産物をストレプトアビジンビーズを用いて精製し、制限酵素MluIを用いて切り出した後、DNAリガーゼを用いて結合して大腸菌を形質転換した。アンピシリンとアンピシリン及びストレプトマイシンを含有する2種類のプレートに接種して、それぞれのプレートに出現したコロニーの比を算出することによりDNA合成時の正確性を求めることができる。
【0008】
先に示したDNA合成時の正確性を求める方法で、Taq DNAポリメラーゼのPCR産物の正確性を調べたところ、4%以上の変異挿入率であった。一方、単独で3’−5’エキソヌクレアーゼ活性を有する酵素では、0.05〜1%の変異挿入率であり、Taq DNAポリメラーゼなどの3’−5’エキソヌクレアーゼ活性を持たない酵素に3’−5’エキソヌクレアーゼ活性を有する酵素を混合して調製された混合型酵素では、2〜4%の変異挿入率であった。ちなみに、KOD DNAポリメラーゼの変異挿入率は0.1%以下であり、正確性の高いPCR産物を得るためには最も相応しい酵素である。
【0009】
DNA合成酵素に要求される重要な性能の1つとして、どの長さまでの目的DNAを増幅できるかを示す性能(以後「long−PCR性能」と呼ぶ。)が挙げられる。
【0010】
ところで、一般に、耐熱性DNA合成酵素の1種であるDNAポリメラーゼは、Taq DNAポリメラーゼ、Tth DNAポリメラーゼに代表されるPolI型酵素と、PfuDNAポリメラーゼに代表されるα型酵素に大別される。一般的にPolI型酵素は、DNA合成速度が速い反面、3’−5’エキソヌクレアーゼ活性が無いことから正確性に劣る。一方、α型酵素は、3’−5’エキソヌクレアーゼ活性を持つことから正確性に優れるが、DNA合成速度が遅い。このように、上記2タイプは「合成速度」「正確性」の面でそれぞれ優れた特性を持っているが、両方を兼ね備えてはいない。
【0011】
上記両タイプの長所を合わせる目的で、2種類の耐熱性酵素を混合して利用する技術 (混合型酵素)が開示されている(例えば、非特許文献1参照。)。この酵素は、PolI型酵素を主成分としてDNA合成は主にPolI型酵素が行い、誤った塩基の校正のみα型酵素が行うと言われている。
【0012】
また、単独酵素(α型酵素)でありながら「合成速度」と「正確性」の両方を併せ持つ酵素である、KOD DNAポリメラーゼが開示されている(例えば、特許文献1参照。)。
【0013】
3’−5’エキソヌクレアーゼ活性を測定する方法は、当業者が知りうるものであれば特に限定されないが、典型的な方法の1つとして、λDNAのHindIII 分解産物の3’端を 3Hでラベルしたものを基質として、各ポリメラーゼの至適条件で、 3Hの脱離する割合を調べることにより確認する。より具体的には、例えば、λDNA HindIII分解物の[3H]TTPを取り込ませたDNA断片を基質として、ポリメラーゼに適した反応温度で、緩衝液 (20mMTris−HCl pH6.5、10mMKCl、6mM(NH4)2 SO4 、2mM MgCl2 、0.1%Triton X−100、10μg/mlBSA) 中に放置し、遊離してくる[3H]TTPの割合を調べる。基質DNAは、まずλDNAの HindIII分解物(10 μg)に、0.2mM のdATP、dGTP、dCTPおよび[3H]TTPを添加して、クレノー・ポリメラーゼで3’端部を伸長反応した後、フェノール抽出、エタノール沈殿してDNA断片を回収し、さらにスパンカラム(クローンテック社製)で遊離モノヌクレオチドを除去して調製する。
【0014】
このほかにも、DNA合成反応液組成の改良として様々な研究がなされたきた。緩衝剤には、例えば、トリス(TRIS)、トリシン(TRICINE)、ビスートリシン(BIS−TRICINE)、へペス(HEPES)、モプス(MOPS)、テス(TES)、タプス(TAPS)、ピペス(PIPES)、キャプス(CAPS)などが試された。塩では、例えば塩化カリウム、酢酸カリウム、硫酸カリウム、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、酢酸アンモニウム、塩化マグネシウム、酢酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化マンガン、酢酸マンガン、硫酸マンガン・塩化ナトリウム、酢酸ナトリウム、塩化リチウム、及び酢酸リチウムが試された。添加剤としては、例えばDMSO、グリセロール、ホルムアミド、ベタイン、塩化テトラメチルアンモニウム、PEG、ツイン(Tween)20,NP40、エクトイン(ectoine)、ポリオール類、大腸菌(E.co1i)SSBタンパク質、ファージT4遺伝子32タンパク質、BSAが試みられた(例えば、特許文献2〜6、非特許文献2および3参照。)。上記試薬は全てのDNA合成酵素に有効というものではなく、それぞれの酵素で向き不向きがあり、それぞれの酵素に合わせて独自の反応液組成が検討され各種酵素には最適な反応緩衝液が推奨されており、添付緩衝液よりも高性能化することは不可能と考えられていた。
【0015】
また、我々は鋭意研究の結果、陰イオン物質もPCRの成否を決めるために重要であることを見出し先に出願した。具体的には、PCR反応系へジカルボン酸塩からなる2価のカルボキシルイオンを添加することによりPCRの成功率が向上することを見出した。また、2価のカルボキシルイオンの中でも特にシュウ酸イオン,マロン酸イオン,マレイン酸イオンが効果的であることを発見した。
【特許文献1】
特許3112148号公報
【特許文献2】
特表平09−511133号公報(請求項1など)
【特許文献3】
米国特許第5545539号明細書(クレーム1など)
【特許文献4】
国際公開第96/12041号パンフレット(クレーム1など)
【特許文献5】
米国特許第6114150号明細書(クレーム1など)
【特許文献6】
国際公開第99/46400号パンフレット(クレーム1など)
【非特許文献1】
Barns, W.M.著, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 91巻, 1994年, p.2216−2220
【非特許文献2】
Chevet, E.著, Nucleic Acids Research, 23巻, 1995年, p.3343−3344
【非特許文献3】
Kovarova, M.著, Nucleic Acids Research, 28巻, 2000年 p70
【非特許文献4】
Nature, 324巻 (6093),1986年,p.13−19
【非特許文献5】
Kunkel著, Journal of Biological Chemistry, 260巻,1985年,p.5787−5796
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
DNA増幅、殊にPCRにおける「合成速度」「正確性」「long−PCR性能」などの要求性能は、近年のバイオテクノロジーの発展にともない、その要求レベルがますます高くなっている。特に、ヒトゲノムの全配列が解明されたことにより、研究の重点が、単に遺伝子を検出したり、違いを解析したりするだけでなく、遺伝子そのものあるいはその遺伝子がコードする蛋白質の機能を解析することに移行していることを考慮すると、DNA増幅における正確性の重要度がより高くなっている。
したがって、これらを兼ね備えたDNA増幅方法を確立することが望まれているが、上記いずれの先行技術も、「合成速度」「正確性」「long−PCR性能」全ての性能が最高レベルであるとは言えない。
【0017】
【課題を解決するための手段】
我々は鋭意研究の結果、ジカルボン酸塩からなる2価のカルボキシルイオンとグリシンを基本単位に持つ試薬あるいはDMSOの少なくともどちらか一方を組合わせることによりDNA増幅性能が更に向上することを見出した。また、2価のカルボキシルイオンの中でも特にシュウ酸イオンが効果的であり、グリシンを基本単位に持つ試薬の中でも特にトリメチルグリシンが効果的であることを発見した。また、シュウ酸イオンとDMSOの使用でも相乗効果があることを発見し、本発明を完成した。
相乗的な添加効果によるDNA増幅性能の向上とは、具体的にはGC含量の高いPCRターゲットにおける増幅成功や今まで不可能であった長鎖のターゲットでの増幅成功などが挙げられる。また、PCR増幅量の向上も本特許の相乗効果の一つである。
【0018】
すなわち、本発明は以下のような構成からなる。
項1.(1)鋳型となる核酸を基にDNAを合成する酵素反応において、DNA合成の促進に効果のある陰イオン物質、および、(2)グリシンを基本単位に持つ試薬あるいはDMSOの少なくとも1つ、を含有することを特徴とする反応液組成物。
項2.グリシンを基本単位に持つ試薬が、トリメチルグリシン(ベタイン)であることを特徴とする、項1の反応液組成物。
項3.DNA合成の促進に効果のある陰イオン物質が、カルボキシル基を持つ物質である、項1または2の反応液組成物。
項4.カルボキシル基を持つ物質が、ジカルボン酸塩である、項3の反応液組成物。
項5.ジカルボン酸塩が、シュウ酸亜鉛、シュウ酸アンモニウム、シュウ酸カリウム、シュウ酸カルシウム、シュウ酸ジエチル、シュウ酸N,N’−ジスクシンイミジル、シュウ酸ジメチル、シュウ酸すず、シュウ酸セリウム、シュウ酸鉄、シュウ酸銅、シュウ酸ナトリウム、シュウ酸ニッケル、シュウ酸ビス、シュウ酸(2,4−ジニトロフェニル)、シュウ酸(2,4,6−トリクロロフェニル)、シュウ酸マンガン、シュウ酸メチル、シュウ酸ランタン、シュウ酸リチウム、または、マロン酸イソプロピリデン、マロン酸エチル、マロン酸ジエチル、マロン酸ジベンジル、マロン酸ジメチル、マロン酸タリウム、マロン酸二ナトリウム、または、マレイン酸一ナトリウム、マレイン酸ジエチル、マレイン酸クロルフェニラミン、マレイン酸ジ−n−ブチル、マレイン酸モノ−n−ブチルエステルからなる群より選択される、項4に記載の組成物。
項6.トリメチルグリシン(ベタイン)の濃度が0.5〜1.5Mであり、および/または、DMSOの濃度が2〜5%である項2〜5に記載の組成物。
項7. DNAポリメラーゼ活性を有する1つ以上の酵素をさらに含む、 項1〜6に記載の組成物。
項8. DNAポリメラーゼ活性を有する前記酵素が、DNAポリメラーゼおよび逆転写酵素からなる群より選択される、 項7に記載の組成物。
項9. 前記DNAポリメラーゼがTaq,EX−Taq,LA−Taq,Expandシリーズ,Plutinumシリーズ,Tbr,Tfl,Tru,Tth,T1i,Tac,Tne,Tma,Tih、Tfi,Pfu,Pfutubo,Pyrobest,Pwo,KOD,Bst,Sac,Sso,Poc,Pab,Mth,Pho,ES4,VENT,DEEPVENT、KOD、ならびにそれらの変異体、改変体および誘導体からなる群より選択される、 項8に記載の組成物。
項10. 前記DNAポリメラーゼが、DNA合成速度が少なくとも30塩基/秒であり、かつ3’−5’エキソヌクレアーゼ活性を有する熱安定性DNAポリメラーゼである、 項8に記載の組成物。
項11. 前記DNAポリメラーゼが、DNA合成速度が少なくとも30塩基/秒であり、かつ、pMol 21を鋳型としたPCRにおいて誤りが発生する確率が4%以下である熱安定性DNAポリメラーゼである、 項10に記載の組成物。
項12. 前記逆転写酵素がAMV−RT,M−MLV−RT,HIV−RT,EIAV−RT,RAV2−RT,C.ヒドロゲノホルマンス(C.hydrogenoformans)DNAポリメラーゼ、スーパースクリプト(SuperScript)I、スーパースクリプト(SuperScript)II、ならびにそれらの変異体、改変体および誘導体からなる群より選択される、 項8に記載の組成物。
項13. 前記逆転写酵素のRNaseH活性が実質的に減少している、 項8または12に記載の組成物。
項14.DNA合成の鋳型となる核酸、DNA合成酵素、1種以上のオリゴヌクレオチドプライマー、1種以上のヌクレオチド又はそれらの誘導体、緩衝剤、塩から成る群の少なくとも1つを含有する 項1〜13に記載の組成物。
項15.前記ヌクレオチド又はそれらの誘導体が、デオキシホスホヌクレオチド又はその誘導体である 項14記載の組成物。
項16.前記デオキシホスホヌクレオチド又はその誘導体が、dATP,dCTP, dGTP,dTTP,dITP,dUTP、α−チオ−dNTP類、ビオチンーdUTP、フルオレセインーdUTP、及びシゴキシゲニンーdUTPから成る群がら選択される 項15記載の組成物。
項17.DNAを合成する方法であって、該方法は: (a)核酸の鋳型を、 項1〜16に記載の1つ以上の組成物と混合し、混合物を形成する工程;および(b)該鋳型の全体または一部に相補的な第1の核酸分子を作製するのに、DNA合成速度が少なくとも30塩基/秒であり、かつ、pMol 21を鋳型としたPCRにおいて誤りが発生する確率が4%以下である条件下で、該混合物をインキュベートする工程、を包含する、方法。
項18. 前記第1の核酸分子の全体または部分に相補的な第2の核酸分子を作製するのに、DNA合成速度が少なくとも30塩基/秒であり、かつ、pMol 21を鋳型としたPCRにおいて誤りが発生する確率が4%以下である条件下で、該第1の核酸分子をインキュベートする工程をさらに包含する、 項17に記載の方法。
項19. 項17に記載の方法に従って作製される、核酸分子。
項20. DNA分子を増幅するための方法であって、該方法は、以下:(a)核酸の鋳型を、 項1〜16に記載の1つ以上の組成物と混合し、混合物を形成する工程;および(b)該鋳型の全体または一部に相補的な核酸分子を増幅するのに、DNA合成速度が少なくとも30塩基/秒であり、かつ、pMol 21を鋳型としたPCRにおいて誤りが発生する確率が4%以下である条件下で、該混合物をインキュベートする工程、を包含する、方法。
項21. DNA分子を配列決定するための方法であって、該方法は、以下:(a)配列決定されるべき核酸分子を、1つ以上のプライマー、 項1〜16に記載の1つ以上の組成物、1つ以上のヌクレオチド、および1つ以上の終結因子と混合し、混合物を形成する工程;(b)配列決定されるべき該分子の全体または一部に相補的な分子の集団を合成するのに、DNA合成速度が少なくとも30塩基/秒であり、かつ、pMol 21を鋳型としたPCRにおいて誤りが発生する確率が4%以下である条件下で、該混合物をインキュベートする工程;および(c)該集団を分離して、配列決定されるべき該分子の全体または一部のヌクレオチド配列を決定する工程、を包含する、方法。
項22.更にHot start PCRを採用する、 項17、18、20、21の方法。
項23.DNA分子を合成する際に使用するためのキットであって、該キットが、 項1〜16のいずれかに記載の1つ以上の化合物または成分を含む、キット。
項24.2以上のパーツからなるDNA分子を合成する際に使用するためのキットであって、 項1〜16のいずれかに記載の1つ以上の化合物または成分が、前記キットのいずれかのパーツの構成成分として、いくつかのパーツに分散して、あるいは、1つのパートに集中して含まれることを特徴とする、キット。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のDNA合成反応を促進する添加剤の実施の形態を具体的に説明する。
本発明は、(1)鋳型となる核酸を基にDNAを合成する酵素反応において、DNA合成の促進に効果のある陰イオン物質、および、(2)グリシンを基本単位に持つ試薬あるいはDMSOの少なくとも1つ、を含有することを特徴とする反応液組成物である。
【0020】
本発明において、「DNA合成反応を促進する」とは、「合成速度」および/または「long−PCR性能」が向上することをいう。
【0021】
本発明の反応液組成物に含まれる、DNA合成の促進に効果のある陰イオン物質としては、特に制限がないが、例えばカルボキシル基を持つ物質等が挙げられる。好ましくは、ジカルボン酸塩が挙げられる。ジカルボン酸塩は、例えば無機塩の形で添加される。好ましくはシュウ酸イオン、マロン酸イオン、マレイン酸イオンの少なくとも1種類を含有する。さらに好ましくは、これらの無機塩は、アルカリ金属(好ましくはカリウム塩、あるいはナトリウム塩の形態)またはアルカリ土類金属またはアンモニウムとの塩の形態をとる。
【0022】
具体的には、シュウ酸亜鉛、シュウ酸アンモニウム、シュウ酸カリウム、シュウ酸カルシウム、シュウ酸ジエチル、シュウ酸N,N’−ジスクシンイミジル、シュウ酸ジメチル、シュウ酸すず、シュウ酸セリウム、シュウ酸鉄、シュウ酸銅、シュウ酸ナトリウム、シュウ酸ニッケル、シュウ酸ビス、シュウ酸(2,4−ジニトロフェニル)、シュウ酸(2,4,6−トリクロロフェニル)、シュウ酸マンガン、シュウ酸メチル、シュウ酸ランタン、シュウ酸リチウム、または、マロン酸イソプロピリデン、マロン酸エチル、マロン酸ジエチル、マロン酸ジベンジル、マロン酸ジメチル、マロン酸タリウム、マロン酸二ナトリウム、または、マレイン酸一ナトリウム、マレイン酸ジエチル、マレイン酸クロルフェニラミン、マレイン酸ジ−n−ブチル、マレイン酸モノ−n−ブチルエステルなどが挙げられ、いずれも、市販品などを用いることができる。
【0023】
上記陰イオン物質は、通常、0.1〜20mMの濃度範囲で用いられる。好ましくは0.1〜10mM、さらに好ましくは1〜10mMである。
【0024】
本発明の反応液組成物に含まれる、グリシンを基本単位に持つ試薬としては、特に制限はないが、好ましくは、トリメチルグリシン(ベタイン)などが挙げられ、市販品などを用いることができる。トリメチルグリシン(ベタイン)の有効濃度は0.5〜2Mであり、好ましくは0.5〜1.5Mであり、さらに好ましくは1〜1.5Mである。一方、DMSOは、市販品などを用いることができる。DMSOの有効濃度は0.1〜15%であり、好ましくは2〜10%であり、さらに好ましくは5〜10%である。
【0025】
本発明の反応液組成物において、上記陰イオン物質と、グリシンを基本単位に持つ試薬あるいはDMSOの、両方を添加し最適な組合せとすることにより、さらに効果が増強することが期待できる。最適なシュウ酸イオン濃度ベタイン濃度の組合わせの決定には、標的DNAの種類及び増幅サイズ、PCR buffer組成等を考慮しなければならない場合もありうる。
【0026】
本発明の反応液組成物は、DNAを合成する酵素反応に用いることが出来る。本発明の反応液組成物に含まれるDNA合成酵素としては、特に制限がないが、例えばDNAポリメラーゼや逆転写酵素が挙げられる。該DNA合成酵素は耐熱性であることが好ましい。これらの酵素は市販品を用いることができる。また、本発明の反応液組成物は、種々の異なる性質をもつこれらのDNAを合成する酵素を複数含むこともできる。
【0027】
本発明の反応液組成物に含まれるDNAポリメラーゼはα型DNAポリメラーゼ、PolI型DNAポリメラーゼに大別される。一般的にPolI型酵素は、DNA合成速度が速い反面、3’−5’エキソヌクレアーゼ活性が無いことから正確性に劣ると言われている。一方、α型酵素は、3’−5’エキソヌクレアーゼ活性を持つことから正確性に優れるが、DNA合成速度が遅いと言われている。α型DNAポリメラーゼとPolI型DNAポリメラーゼを混合して混合型酵素とすることもできる。
【0028】
PolI型酵素は、Taq DNAポリメラーゼ、Tth  DNAポリメラーゼに代表されるが、このほかに、EX−Taq,LA−Taq,Expandシリーズ,Plutinumシリーズ,Tbr,Tfl,Tru,T1i,Tac,Tne,Tma,Tih、Tfi並びにそれらの突然変異体、変異体及び誘導体などが挙げられる。α型酵素は、Pfuに代表されるが、このほかに、Pfutubo,Pyrobest,Pwo,KOD,Bst,Sac,Sso,Poc,Pab,Mth,Pho,ES4,VENT,DEEPVENT、並びにそれらの突然変異体、変異体及び誘導体などが挙げられる。
【0029】
本願で用いられるDNAポリメラーゼは、DNA合成速度が少なくとも30塩基/秒であり、かつ、pMol 21を鋳型としたPCRにおいて誤りが発生する確率が4%以下である熱安定性DNAポリメラーゼである。本願で用いられるDNAポリメラーゼは、より好ましくは、pMol 21を鋳型としたPCRにおいて誤りが発生する確率が1%以下である、および/または、20kb以上の目的DNAを増幅することができる。
DNAポリメラーゼの選択は、「合成速度」「正確性」「long−PCR性能」「耐熱性」などの性能を勘案して適宜選択することが可能である。選択にあたっては、いくつかの酵素を組み合わせることもできる。
正確性の観点からは、正確性が主として酵素の特性である3’−5’エキソヌクレアーゼ活性の有無に依存することから、3’−5’エキソヌクレアーゼ活性をもつ酵素(例えばα型酵素)を選択することが好ましい。
なかでも、KODは、正確性以外の性能に関しても優れており、特に好ましい。KODは、DNA合成速度が少なくとも30塩基/秒であり、3’−5’エキソヌクレアーゼ活性を有し、pMol 21を鋳型としたPCRにおいて誤りが発生する確率が1%以下である熱安定性DNAポリメラーゼである。さらには、20kb以上の目的DNAを増幅することができる。
【0030】
本発明の反応液組成物には逆転写酵素を含んでも良い。逆転写酵素としては、AMV−RT,M−MLV−RT,HIV−RT,EIAV−RT,RAV2−RT,C.ヒドロゲノホルマンス(C.hydrogenoformans)DNAポリメラーゼ、スーパースクリプト(SuperScript)I、スーパースクリプト(SuperScript)II、並びにそれらの突然変異体、変異体及び誘導体から成る群から選択されるものが挙げられる。また、これら前記逆転写酵素のRNaseH活性は、改変などにより実質的に減少していてもよい。
【0031】
本発明の反応液組成物は、DNA合成酵素に加えて、さらに、鋳型となる核酸、1種以上のオリゴヌクレオチドプライマー、1種以上のヌクレオチド又はそれらの誘導体、緩衝剤、塩、DNA合成に有用な添加剤から成る群の少なくとも1つを含有することができる。
【0032】
具体的には、本発明の反応液組成物は、DNA合成酵素に加えて、さらに、標的核酸に相補的な塩基配列を有する正方向および逆方向プライマー、4種のdNTP、2価陽イオン、緩衝液などを含むことができる。2価陽イオンとしては、マグネシウムイオンが挙げられる。その濃度は1〜3mM程度であることが好ましい。また緩衝液としては、トリス緩衝液 (pH6.5 、75℃) 、トリシン緩衝液 (pH6.5 、75℃) などが挙げられる。
具体的な組成の1つは、下記のとおりである。20mM Tris−HCl (pH6.5 、75℃)10mM KCl6mM (NH4)2 SO41〜3mM Mg2 Cl20.1% Triton X−10010μg/ml BSA20〜200μM dNTPs0.1pM〜1μM プライマー0.1〜250ng 鋳型DNA。
【0033】
あるいは、本発明の反応液組成物は、DNA合成酵素に加えて、さらに、標的核酸に相補的な塩基配列を有する正方向および逆方向プライマー、4種のdNTP、2価陽イオン、緩衝液、核酸プローブ、発色試薬、発光試薬などを含んでもよい。
【0034】
本発明の反応液組成物に含まれる1種以上のヌクレオチド又はその誘導体には、特に制限がないが、デオキシホスホヌクレオチド又はその誘導体が挙げられる。具体的な好ましい組成としては、dATP,dCTP,dGTP,dTTP,dITP,dUTP、α−チオ−dNTP類、ビオチンーdUTP、フルオレセインーdUTP、及びシゴキシゲニンーdUTPから成る群から選択される物質が例示される。
【0035】
本発明の反応液組成物に含まれる塩は、特に制限がないが、塩化カリウム、酢酸カリウム、硫酸カリウム、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、酢酸アンモニウム、塩化マグネシウム、酢酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化マンガン、酢酸マンガン、硫酸マンガン、塩化ナトリウム、酢酸ナトリウム、塩化リチウム、及び酢酸リチウムから成る群から選択される物質が例示される。これらの塩は市販品を容易に入手することができる。
【0036】
本発明の反応液組成物には、さらに、DNA合成酵素の抗体を添加して常温下で酵素活性を完全に抑え、プライマーダイマーなどの副産物の産生を抑えたり、primerの分解を保護することによりPCR成功率を高める方法(Hot start PCR法)のためのホットスタート用抗体や、公知のエンハンサー、などを含むことができる。
【0037】
本発明はまた、DNAを合成する方法であって、該方法は: (a)核酸の鋳型を、(1)鋳型となる核酸を基にDNAを合成する酵素反応において、DNA合成の促進に効果のある陰イオン物質、および、(2)グリシンを基本単位に持つ試薬あるいはDMSOの少なくとも1つ、を含有することを特徴とする反応液組成物と混合し、混合物を形成する工程;および (b)該鋳型の全体または一部に相補的な第1の核酸分子を作製するのに、DNA合成速度が少なくとも30塩基/秒であり、かつ、pMol 21を鋳型としたPCRにおいて誤りが発生する確率が4%以下である条件下で、該混合物をインキュベートする工程、を包含する、方法である。さらに本発明は、該方法に従って作製される核酸分子を含む。
【0038】
上記方法の(b)においては、pMol 21を鋳型としたPCRにおいて誤りが発生する確率が1%以下である条件、および/または、20kb以上の目的DNAを増幅することができる条件であることが好ましい。
【0039】
本発明は、前記DNAを合成する方法においてさらに、前記第1の核酸分子の全体または部分に相補的な第2の核酸分子を作製するのに、DNA合成速度が少なくとも30塩基/秒であり、かつ、pMol 21を鋳型としたPCRにおいて誤りが発生する確率が4%以下である条件下で、該第1の核酸分子をインキュベートする工程をさらに包含する、方法である。
【0040】
上記方法の(b)においては、pMol 21を鋳型としたPCRにおいて誤りが発生する確率が1%以下である条件、および/または、20kb以上の目的DNAを増幅することができる条件であることが好ましい。
【0041】
さらに本発明は、DNA分子を増幅するための方法であって、該方法は、以下:(a)核酸の鋳型を、DNA合成の促進に効果のある陰イオン物質、および、(2)グリシンを基本単位に持つ試薬あるいはDMSOの少なくとも1つ、を含有することを特徴とする反応液組成物と混合し、混合物を形成する工程;および(b)該鋳型の全体または一部に相補的な核酸分子を増幅するのに、DNA合成速度が少なくとも30塩基/秒であり、かつ、pMol 21を鋳型としたPCRにおいて誤りが発生する確率が4%以下である条件下で、該混合物をインキュベートする工程、を包含する、方法である。
【0042】
上記方法の(b)においては、pMol 21を鋳型としたPCRにおいて誤りが発生する確率が1%以下である条件、および/または、20kb以上の目的DNAを増幅することができる条件であることが好ましい。
【0043】
本発明の方法で用いられるDNAを合成する酵素反応としては、DNAポリメラーゼによる反応あるいは逆転写酵素による反応が挙げられる。中でも、DNAポリメラーゼによる反応、とりわけPCRに基づく遺伝子増幅方法において効果的である。さらには、前記PCR増幅が、少なくとも25回のDNA変性、アニーリング、DNA重合過程を繰り返す方法においてより効果的である。
【0044】
PCR法に基づく遺伝子増幅方法は、標的核酸、4種類のデオキシヌクレオシド三リン酸、一対のプライマー及びDNA合成酵素の存在下で、変性、アニーリング、伸長の3工程からなるサイクルを繰り返すことにより、上記一対のプライマーで挟まれる標的核酸の領域を指数関数的に増幅させる方法である(Nature, 324 (6093), 13−19(1986))。すなわち、変性工程で試料の核酸を変性し、続くアニーリング工程において各プライマーと、それぞれに相補的な一本鎖標的核酸上の領域とをハイブリダイズさせ、続く伸長工程で、各プライマーを起点としてDNAポリメラーゼの働きにより鋳型となる各一本鎖標的核酸に相補的なDNA鎖を伸長させ、二本鎖DNAとする。この1サイクルにより、1本の二本鎖DNAが2本の二本鎖DNAに増幅される。従って、このサイクルをn回繰り返せば、理論上上記一対のプライマーで挟まれた試料DNAの領域は2倍に増幅される。
【0045】
増幅のために好ましい反応条件は、熱循環(themocyc1ing)、即ちPCRサイクルの各々のステップを達成させるために、反応混合物の温度を変化させることである。熱循環は、約23℃〜約100℃の間、好ましくは約37℃〜約95℃の間の温度範囲で行う。核酸変性は、約90℃〜約100℃の間、好ましくは約94℃において通常行う。アニーリングは、約37℃〜約75℃の間、好ましくは約60℃において通常行う。DNAの伸長は、約55℃〜約80℃の間、好ましくは約68〜72℃において通常行う。サイクリング数は、所望のDNA生成物の量により大きく異なる。PCRサイクルの数は、好ましくは約5〜約99の範囲であり、より好ましくは約20サイクルより多く、最も好ましくは約25〜40サイクルである。
【0046】
本発明では上記増幅反応により生成した増幅産物を例えば標識プローブを用いて標的核酸を検出することができる。標識プローブとしては、標識核酸に相補的な塩基配列を有するオリゴヌクレオチドであり、標識物質または標識結合物質を結合するものである。標識物質としては、アルカリホスファターゼ、ペルオキシダーゼ、ガラクトシダーゼなどの酵素、蛍光物質または放射性物質があり、標識結合物質としてはビオチン、ジゴキシゲニンなどが例示される。標識物質はビオチン、ジゴキシゲニンあるいはアビジンを経由して結合されていてもよい。これらの標識をプローブに導入する方法としては、オリゴヌクレオチドの合成時に、dNTPの一成分として、これらの標識物質または標識結合物質を結合するdNTPを使用して合成する。
【0047】
標識プローブと結合した核酸の検出には、従来公知の方法、例えばサザンハイブリダイゼーションやノーザンハイブリダイゼーション法などが挙げられる。これらの方法は1本鎖DNAやRNAが互いに相補性をもっていると、ハイブリッドを形成することを利用して、未知の核酸断片群を例えばアガロース電気泳動法により、そのサイズを分離し、次いでゲル中の核酸断片を例えばアルカリ処理等により、1本鎖とした後、フィルターに転写し、固定し、さらに標識プローブとハイブリダイズさせるものである。標識の検出には、例えば標識物質として、アルカリホスファターゼを使用した場合、化学発光基質、例えば1,2−ジオキセタン化合物(PPD)を反応させると、ハイブリッドを形成した核酸のみが発光する。これをX線フィルムに感光して標的核酸の大きさや電気泳動上での位置を確かめることができる。
【0048】
本発明の別の実施態様は、DNA分子を配列決定するための方法であって、該方法は、以下:(a)配列決定されるべき核酸分子を、1つ以上のプライマー、DNA合成の促進に効果のある陰イオン物質、および、(2)グリシンを基本単位に持つ試薬あるいはDMSOの少なくとも1つ、を含有することを特徴とする反応液組成物、1つ以上のヌクレオチド、および1つ以上の終結因子と混合し、混合物を形成する工程;(b)配列決定されるべき該分子の全体または一部に相補的な分子の集団を合成するのに、DNA合成速度が少なくとも30塩基/秒であり、かつ、pMol 21を鋳型としたPCRにおいて誤りが発生する確率が4%以下である条件下で、該混合物をインキュベートする工程;および(c)該集団を分離して、配列決定されるべき該分子の全体または一部のヌクレオチド配列を決定する工程、を包含する、方法である。
【0049】
上記方法の(b)においては、pMol 21を鋳型としたPCRにおいて誤りが発生する確率が1%以下である条件、および/または、20kb以上の目的DNAを増幅することができる条件であることが好ましい。
【0050】
核酸を配列決定するための方法として、マキサム・ギルバート法(Maxam,A.M.and Gilbert,W.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 74:560−564,1997)、および、サンガー法(Sanger,F. and Coulson,A.R.,J.Mol.Biol.94:444−448,1975)が広く知られている。マキサム・ギルバート法では、DNAは放射標識され、4つの試料に分割され、そしてDNA中の特定のヌクレオチド塩基を選択的に破壊しそして損傷部位で分子を切断する化学薬品で処理される。そして、得られるフラグメントをゲル電気泳動によって異なるバンドに分離しそしてゲルをX線フィルムに曝露することによって、元のDNA分子の配列をフィルムから読むことができる。一方サンガー法は、DNAポリメラーゼのDNA合成活性を使用し、これは、反応停止ジデオキシヌクレオシド三リン酸(Sanger,F.ら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 74:5463−5467,1977)と短いプライマー(そのいずれかが検出可能に標識され得る)との混合物と合わせ、4つのジデオキシ塩基のうちの1つで特異的に停止した一連の新しく合成されたDNAフラグメントを生じる。次いで、これらのフラグメントをゲル電気泳動によって解析し配列を決定する。4つの別々の反応を行うことによって(各ddNTPで1回)、かなりの複雑なDNA分子の配列は、迅速に決定され得る(Sanger,F.ら、Nature 265:678−695,1977;Barnes,W.,Meth.Enzymol.152:538−556,1987)。
【0051】
本発明は、DNA分子を合成する際に使用するためのキットであって、該キットが、(1)DNA合成の促進に効果のある陰イオン物質、および、(2)グリシンを基本単位に持つ試薬あるいはDMSOの少なくとも1つ、を含有する、キットである。
【0052】
上記キットは、2以上のパーツからなることができ、上記化合物または成分は、該キットのいずれかのパーツの構成成分として、いくつかのパーツに分散して、あるいは、1つのパートに集中して含まれることができる。
【0053】
本発明のキットには、DNA合成酵素に加えて、さらに具体的に、上記の反応液組成物に含まれうる種々の成分を含むことができる。
【実施例】
以下実施例により本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例によりなんら限定されるものではない。
【0054】
実施例1.
混合型酵素 (EX−Taq) におけるシュウ酸イオン、ベタインの相乗効果確認(図
通常、EX−Taq DNAポリメラーゼ(宝酒造製)を用いたPCRでは増幅ができないターゲットにて、シュウ酸イオンとベタインの相乗効果を確認した。PCR bufferはEX−Taq添付のものに最終濃度2mMとなるようシュウ酸カリウムを添加して、0.2mM dNTPs、配列番号1、2記載のプライマー対0.3μM使用した。EX−Taq DNAポリメラーゼ1.0Uを用い、鋳型にはヒト培養細胞K562由来のGenomic DNA20ngを使用し、ベタイン添加量の違いによるPCR結果に及ぼす影響について調べた。94℃,2分の前反応の後、94℃,15秒―60℃,30秒−68℃,8.5分を35サイクル繰り返すスケジュールでGeneAmp2400(PEアプライドバイオシステムズ社)にてPCRを行った。結果を図1に示す。
【0055】
ベタイン無添加の場合には僅かに目的DNAの増幅が確認できる程度であったが、0.5Mベタインを添加した時に増幅量の増大が認められた。以上の結果から、混合型酵素においてシュウ酸イオンとベタインの相乗効果が確認できた。
【0056】
実施例2.
α型酵素 (native Pfu) におけるシュウ酸イオン、ベタインの相乗効果確認(図
通常、nPfuポリメラーゼを用いたPCRでは増幅ができないターゲットにて、シュウ酸イオンとベタインの相乗効果を確認した。PCR bufferはnPfu(Stratagene製)添付(20mM Tris−HCl(pH8.75), 10mM KCl, 10mM (NHSO, 2mM MgSO, 0.1% TritonX−100, 100ug/ml BSA)のものに最終濃度2mMとなるようシュウ酸カリウムを添加して、0.2mM dNTPs、配列番号5,6記載のプライマー対0.3μM使用した。nPfu DNAポリメラーゼ2.5Uを用い、鋳型にはヒト培養細胞K562由来のGenomic DNA20ngを使用し、ベタイン添加量の違いによるPCR結果に及ぼす影響について調べた。94℃,2分の前反応の後、94℃,15秒―60℃,30秒−68℃,8分を35サイクル繰り返すスケジュールでGeneAmp2400(PEアプライドバイオシステムズ社)にてPCRを行った。結果を図2に示す。
【0057】
ベタイン無添加の場合にはスメアしか認められなかったが、0.5Mベタインを添加した時に目的DNAの増幅が確認できた。以上の結果から、α型酵素においてもシュウ酸イオンとベタインの相乗効果が確認できた。
【0058】
実施例3.
Hot start 酵素 (KOD−plus) におけるシュウ酸イオン、ベタインの相乗効果確認(図
Hot start酵素におけるシュウ酸イオン、ベタインの相乗効果を確認するため、KOD(α型酵素)に2種類のKOD抗体が添加されたHot start酵素、KOD−plus DNAポリメラーゼを用いて、通常のPCRでは増幅が困難であったターゲットにて検討した。PCR bufferはKOD−plus(東洋紡績製)添付のものに最終濃度2mMとなるようシュウ酸カリウムを添加して、0.2mM dNTPs、配列番号1,2記載のプライマー対0.3μM使用した。KOD−plus DNAポリメラーゼ1.0Uを用い、鋳型にはヒト培養細胞K562由来のGenomic DNA20ngを使用し、ベタイン添加量の違いによるPCR結果に及ぼす影響について調べた。94℃,2分の前反応の後、94℃,15秒―60℃,30秒−68℃,8.5分を35サイクル繰り返すスケジュールでGeneAmp2400(PEアプライドバイオシステムズ社)にてPCRを行った。結果を図3に示す。
【0059】
ベタイン無添加の場合には僅かに目的DNAの増幅が確認できる程度であったが、0.5〜1.5Mベタインを添加した時に増幅量の増大が認められた。1.5Mベタイン添加時に増幅量が最大となった。以上の結果から、Hot start酵素においてシュウ酸イオンとベタインの相乗効果が確認できた。
【0060】
実施例4.
Hot start 酵素 (KOD−plus) におけるシュウ酸イオン、DMSOの相乗効果確認(図
Hot start酵素におけるシュウ酸イオン、DMSOの相乗効果確認のため、Hotstart酵素、KOD−plus DNAポリメラーゼを用いて、通常のPCRでは増幅が困難であったターゲットに対して検討を行った。PCR bufferはKOD−plus(東洋紡績製)添付のものに最終濃度2mMとなるようシュウ酸カリウムを添加して、0.2mM dNTPs、配列番号5,6記載のプライマー対0.3μM使用した。鋳型にはヒト培養細胞K562由来のtotal RNA500ngをサーモスクリプト(インビトロジェン製)にて逆転写反応して得られたcDNA 0.5μLを使用した。KOD−plus DNAポリメラーゼ1.0Uを用い、DMSO添加量の違いによるPCR結果に及ぼす影響について調べた。94℃,2分の前反応の後、94℃,15秒―60℃,30秒−68℃,9分を40サイクル繰り返すスケジュールでGeneAmp2400(PEアプライドバイオシステムズ社)にてPCRを行った。結果を図4に示す。
【0061】
DMSO無添加の場合には僅かに目的DNAの増幅が確認できる程度であったが、DMSOの添加により増幅量の増大が認められ,5%DMSO添加時には十分な増幅が確認できた。以上の結果から、Hot start酵素においてシュウ酸イオンとDMSOの相乗効果が確認できた。
【0062】
実施例5.
α型酵素 (KOD) を用いた PCR においてシュウ酸カリウムとベタインの long PCR に対する相乗効果を確認(図
シュウ酸イオンとベタインのlong PCRに対する相乗効果を確認するため、KOD DNAポリメラーゼを用いて、α型酵素単独では増幅が報告されていないヒトゲノム由来の20kbを越えるターゲットに対して検討を行った。PCR bufferはKOD−plus(東洋紡績製)添付のものに最終濃度2mMとなるようシュウ酸カリウムを添加して、0.4mM dNTPs、配列番号7,8記載のプライマー対0.3μM使用した。KOD DNAポリメラーゼ2.0Uを用い、鋳型にはヒト培養細胞K562由来のGenomic DNA200ngを使用し、ベタイン添加量の違いによるPCR結果に及ぼす影響について調べた。94℃,2分の前反応の後、98℃,10秒‐74℃,18分(5サイクル)―98℃,10秒‐72℃,18分(5サイクル)―98℃,10秒‐70℃,18分(5サイクル)―98℃,10秒‐68℃,18分(25サイクル)のサイクル繰り返し、最後に68℃,7分の追加反応を行うスケジュールでGeneAmp2400(PEアプライドバイオシステムズ社)にてPCRを行った。結果を図5に示す。
【0063】
1.2M以下のベタイン濃度では目的DNAの増幅が認められないが、1.4M, 1.6M使用時に十分な増幅が確認できた。なお、ベタインの至適濃度は使用する酵素によって異なり、ベタイン使用量は上記濃度に限定されるものではない。
【0064】
実施例6.
α型酵素 (KOD) を用いた PCR においてベタインとシュウ酸カリウムの long PCR に対する相乗効果を確認(図
シュウ酸イオンとベタインのlong PCRに対する相乗効果を確認するため、KOD DNAポリメラーゼを用いて、α型酵素単独では増幅が報告されていないヒトゲノム由来の20kbを越えるターゲットに対して検討を行った。PCR bufferはKOD−plus(東洋紡績製)添付のものに最終濃度1.5Mとなるようベタインを添加して、0.4mM dNTPs、プライマー対0.3μM使用した。なお、tPA22kbのPCRには配列番号9,10記載のプライマー対を、tPA24kbのPCRには配列番号9,11記載のプライマー対を使用した。KOD DNAポリメラーゼ2.0Uを用い、鋳型にはヒト培養細胞K562由来のGenomic DNA200ngを使用し、シュウ酸カリウム添加量の違いによるPCR結果に及ぼす影響について調べた。94℃,2分の前反応の後、98℃,10秒‐74℃,18分(5サイクル)―98℃,10秒‐72℃,18分(5サイクル)―98℃,10秒‐70℃,18分(5サイクル)―98℃,10秒‐68℃,18分(25サイクル)のサイクル繰り返し、最後に68℃,7分の追加反応を行うスケジュールでGeneAmp2400(PEアプライドバイオシステムズ社)にてPCRを行った。結果を図6に示す。
【0065】
tPA22kbをターゲットとした場合、2mMシュウ酸カリウム添加時のみターゲットの増幅が確認できた。また、tPA24kbをターゲットとした場合、1.5mMあるいは2.0mMシュウ酸カリウム添加時において僅かながらターゲットの増幅が確認できた。なお、シュウ酸カリウムの至適濃度は使用する酵素によって異なるため、シュウ酸カリウム使用量は上記濃度に限定されるものではない。
【0066】
実施例7.
Long PCR における Hot start PCR の効果を確認(図
先のシュウ酸イオンとベタインが共存する反応条件において、抗体を使用したHot start PCRの効果を確認するため、KOD DNAポリメラーゼを用いたlong PCRを検討した。PCR bufferはKOD−plus(東洋紡績製)添付のものに最終濃度2mMシュウ酸カリウムと1.5Mベタインを添加して、0.4mM dNTPs、プライマー対0.3μM使用した。なお、tPA12kbのPCRには配列番号9,12記載のプライマー対を、tPA15kbのPCRには配列番号9,13記載のプライマー対を、tPA18kbのPCRには配列番号9,14記載のプライマー対を、tPA22kbのPCRには配列番号9,10記載のプライマー対を、tPA24kbのPCRには配列番号9,11記載のプライマー対を、β−globin17.5kbのPCRには配列番号15,16記載のプライマー対を使用した。KOD DNAポリメラーゼ2.0Uを用い、鋳型にはヒト培養細胞K562由来のGenomic DNA200ngを使用し、抗体の有無にてHot start PCRの効果を調べた。94℃,2分の前反応の後、98℃,10秒‐74℃,18分(5サイクル)―98℃,10秒‐72℃,18分(5サイクル)―98℃,10秒‐70℃,18分(5サイクル)―98℃,10秒‐68℃,18分(25サイクル)のサイクル繰り返し、最後に68℃,7分の追加反応を行うスケジュールでGeneAmp2400(PEアプライドバイオシステムズ社)にてPCRを行った。結果を図7に示す。
【0067】
6種類のターゲットにて評価したところ、抗体使用により総じてスメアリングの減少、増幅量の拡大が認められた。特に、tPA22kbのターゲットにおいては、抗体を使用しない場合、ターゲットの増幅は認められなかったが、抗体使用により増幅が確認された。
Hot start PCRがlong PCRにも有効である事は予想されていたが、明確に示した例はなく、ヒトゲノム20kb以上のターゲットでは初めての報告と思われる。
【0068】
実施例8.
GC rich target PCR に効果的な試薬の long PCR への効果を確認(図
ベタインと同様にGC含有量が高いターゲットに対して有効に働くと考えられている試薬“PCRx”(Invitrogen社製)に対して、同様にlong PCRに効果があるか調べた。PCR bufferはKOD−plus(東洋紡績製)添付のものに最終濃度2mMとなるようシュウ酸カリウムを添加して、0.4mM dNTPs、プライマー対0.3μM使用した。なお、tPA9kbのPCRには配列番号17,18記載のプライマー対を、tPA12kbのPCRには配列番号9,10記載のプライマー対を使用した。KOD DNAポリメラーゼ1.0Uを用い、鋳型にはヒト培養細胞K562由来のGenomic DNA200ngを使用し、ベタインとPCRxの添加効果を比較した。94℃,2分の前反応の後、98℃,10秒‐74℃,12分(5サイクル)―98℃,10秒‐72℃,12分(5サイクル)―98℃,10秒‐70℃,12分(5サイクル)―98℃,10秒‐68℃,12分(25サイクル)のサイクル繰り返し、最後に68℃,7分の追加反応を行うスケジュールでGeneAmp2400(PEアプライドバイオシステムズ社)にてPCRを行った。結果を図8に示す。
【0069】
tPA9kb, 12kbのいずれのターゲットでも、添加剤を加えない時には僅かしかターゲットの増幅が認められなかった。しかしながら、1Mあるいは1.5Mベタインを添加することにより両ターゲットにおいて十分な増幅が認められるようになった。一方、PCRxを使用説明書に従い、1x濃度, 2x濃度, 3x濃度で使用した場合、全く増幅が認められなかった。以上の結果から、GC richターゲットに対して有効である試薬が必ずしもlong PCRに有効であるとは言えず、long PCRに対する有効性はベタイン特有の性質であることが示唆された。なお、ベタインのlong PCRに対する効果はα型DNAポリメラーゼだけでなく、全ての耐熱性DNAポリメラーゼにおいて確認できている。
【0070】
【発明の効果】
上述したように、本発明により、今まで不可能であった目的DNAに対してもPCRが可能となり、PCR成功率を高めることができた。また、2価のカルボン酸塩とベタイン、DMSOの相乗効果は、複数のDNA合成酵素で確認でき、単純なDNA合成反応だけでなく、PCR法においても有効であった。特に、今までlong PCRには不向きと考えられていたα型DNAポリメラーゼでもシュウ酸イオンとベタインの相乗効果により、long PCRが可能となり、更にHot start PCRを採用することによりlong PCRに対する効果が安定することを見出した。
【0071】
【配列表】

Figure 2004141105
【0072】
Figure 2004141105
【0073】
Figure 2004141105
【0074】
Figure 2004141105
【0075】
Figure 2004141105
【0076】
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【0077】
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【0078】
Figure 2004141105
【0079】
Figure 2004141105
【0080】
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【0081】
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【0082】
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【0083】
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【0084】
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【0085】
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【0086】
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【0087】
Figure 2004141105
【0088】
Figure 2004141105

【図面の簡単な説明】
【図1】混合型酵素(EX−Taq)を用いたPCRにおいてシュウ酸カリウムと他試薬の相乗効果を確認した電気泳動写真の代用図面である。
【図2】α型酵素(Pfu)を用いたPCRにおいてシュウ酸カリウムと他試薬の相乗効果を確認した電気泳動写真の代用図面である。
【図3】Hot start酵素(KOD−Plus)を用いたPCRにおいてシュウ酸カリウムと他試薬の相乗効果を確認した電気泳動写真の代用図面1である。
【図4】Hot start酵素(KOD−Plus)を用いたPCRにおいてシュウ酸カリウムと他試薬の相乗効果を確認した電気泳動写真の代用図面2である。
【図5】α型酵素(KOD)を用いたPCRにおいてシュウ酸カリウムとベタインのlong
PCRに対する相乗効果を確認した電気泳動写真の代用図面である。
【図6】α型酵素(KOD)を用いたPCRにおいてベタインとシュウ酸カリウムのlong
PCRに対する相乗効果を確認した電気泳動写真の代用図面である。
【図7】Long PCRにおけるHot start PCRの効果を確認した電気泳動写真の代用図面である。
【図8】GC rich targetのPCRに効果的な試薬のlong PCRへの効果を確認した電気泳動写真の代用図面である。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention belongs to the field of molecular biology. The present invention relates to novel compositions and methods useful in generating DNA from template nucleic acids and performing further DNA amplification. The present invention relates specifically to novel compositions and methods useful for the polymerase chain reaction (PCR).
[0002]
[Prior art]
DNA amplification technology represented by PCR (for example, see Non-patent Document 4) is a well-known technology in the art. Detection, analysis, transcription and amplification of nucleic acids by PCR technology is one of the most important manipulation methods in modern molecular biology, especially for studying gene expression, infectious agents or genetic diseases. It is important in application to diagnosis of DNA, production of cDNA, analysis of retroviruses, and the like.
[0003]
Since the performance of DNA amplification depends on the performance of the DNA synthase to be used, various DNA synthases have been searched or improved from nature so far. For example, PCR was initially performed using a DNA synthetase derived from a normal-temperature bacterium such as Escherichia coli and having insufficient heat resistance. The PCR reaction involves thermocycling (between about 23 ° C. to about 100 ° C., preferably between about 37 ° C. to about 95 ° C.), multiple cyclings (preferably in the range of about 5 to about 99, more The success rate (the probability of actually amplifying the target DNA) is low due to the extremely harsh conditions that require more than about 20 cycles, most preferably about 25-40 cycles. However, at present, it is common knowledge to use a DNA synthase derived from a thermophilic bacterium and having excellent heat resistance.
[0004]
One of the important performances required for DNA synthase is "synthesis rate". The method of measuring the DNA synthesis rate is not particularly limited as long as it can be known by those skilled in the art. One of the typical methods is a single-stranded DNA (1.6 μg) of M13 and a primer complementary thereto. Using (16 pmol) ア as a substrate, various DNA polymerases, KOD, Pfu, Deep Vent, Taq, etc. (5 U) are reacted in respective buffers, and the reaction time and the size of synthesized DNA are determined. It can be calculated from the relationship.
For example, the DNA synthesis rates of each polymerase are KOD polymerase {105-130} bases / second, Pfu polymerase {24.8} bases / second, Deep Vent polymerase @ 23.3 bases / second, and Taq polymerase {61.0} bases / second (Takagi). , M. et al .: Characterization of DNA DNA polymerase from Pyrococcus sp. Strain KOD1 and applications applications to PCR. Appl. Environ. 450, 63, 450-63.
[0005]
One of the important performances required for DNA synthase is "accuracy". The method for measuring the accuracy of the DNA polymerase in the DNA synthesis reaction is not particularly limited as long as it can be known by those skilled in the art, but in the present invention, it was calculated from the mutation occurrence rate when the plasmid pMol # 21 was amplified by PCR.
[0006]
As an example of a method for evaluating the accuracy at the time of DNA synthesis, a method using a ribosomal protein S12 (rpsL) gene involved in streptomycin resistance can be mentioned. Streptomycin is an antibiotic that inhibits prokaryotic protein synthesis and binds to bacterial 30S ribosomal RNA (rRNA) to inhibit the initiation complex formation reaction of protein synthesis and causes misreading of the genetic code. In the streptomycin resistant mutant, a mutation is found in ribosomal protein S12. This mutation is known to exhibit a pleiotropic effect, such as suppressing the termination codon reading by the suppressor tRNA, in order to increase the translation fidelity of the ribosome. Therefore, when amplification is performed by PCR using the rpsL gene as a template, a mutation is introduced at a certain probability, and if it is a mutation at the amino acid level, the structure of the rpsL protein changes, and streptomycin cannot act on 30S ribosomal RNA. Something like that happens. Therefore, when Escherichia coli is transformed with the amplified plasmid DNA, the more mutations are introduced, the more frequently the streptomycin resistant bacteria appear.
[0007]
Plasmid pMol @ 21 (described in Journal of Molecular Biology (1999) 289, 835-850) is a plasmid containing the rpsL gene and the ampicillin resistance gene. A primer set for PCR amplification (one of which was biotinylated and an MluI restriction enzyme site was introduced) was designed on the ampicillin resistance gene of this plasmid, and the entire length of the plasmid was PCR-amplified with a heat-resistant DNA polymerase. The obtained PCR product was purified using streptavidin beads, cut out using the restriction enzyme MluI, and then ligated using DNA ligase to transform Escherichia coli. Accuracy during DNA synthesis can be determined by inoculating two types of plates containing ampicillin and ampicillin and streptomycin and calculating the ratio of colonies that appeared on each plate.
[0008]
When the accuracy of the PCR product of TaqΔ DNA polymerase was examined by the method for determining the accuracy at the time of DNA synthesis described above, the mutation insertion rate was 4% or more. On the other hand, the enzyme having 3'-5 'exonuclease activity alone has a mutation insertion rate of 0.05 to 1%, and the enzyme having no 3'-5' exonuclease activity, such as Taq DNA polymerase, has a 3'-5 'exonuclease activity. The mixed enzyme prepared by mixing an enzyme having -5 'exonuclease activity had a mutation insertion rate of 2 to 4%. Incidentally, the mutation insertion rate of KOD @ DNA polymerase is 0.1% or less, which is the most suitable enzyme for obtaining a highly accurate PCR product.
[0009]
One of the important performances required for a DNA synthase is a performance indicating the length of a target DNA that can be amplified (hereinafter referred to as “long-PCR performance”).
[0010]
In general, DNA polymerases, which are one type of thermostable DNA synthase, are broadly classified into Pol I-type enzymes typified by Taq DNA polymerase and Tth DNA polymerase, and α-type enzymes typified by Pfu DNA polymerase. In general, PolI type enzymes have a high DNA synthesis rate, but are inferior in accuracy due to lack of 3'-5 'exonuclease activity. On the other hand, the α-type enzyme has excellent 3′-5 ′ exonuclease activity and therefore has high accuracy, but has a low DNA synthesis rate. As described above, the above two types have excellent characteristics in terms of "synthesis speed" and "accuracy", but do not have both.
[0011]
For the purpose of combining the advantages of both types, a technique (mixed type enzyme) (mixed type enzyme) in which two types of thermostable enzymes are mixed and used has been disclosed (for example, see Non-Patent Document 1). It is said that this enzyme is mainly composed of a PolI type enzyme, and that DNA synthesis is mainly performed by a PolI type enzyme, and correction of an incorrect base is performed only by an α type enzyme.
[0012]
In addition, KOD DNA polymerase, which is a single enzyme (α-type enzyme) and has both “synthesis rate” and “accuracy”, is disclosed (for example, see Patent Document 1).
[0013]
The method for measuring the 3'-5 'exonuclease activity is not particularly limited as long as it can be known by those skilled in the art. One of the typical methods is to label the 3' end of the HindIII degradation product of λDNA with 3H. This is used as a substrate, and it is confirmed by examining the rate of elimination of 3H under the optimal conditions of each polymerase. More specifically, for example, a buffer solution (20 mM Tris-HCl pH 6.5, 10 mM KCl, 6 mM (NH4 ) Leave in 2 {SO4}, 2 mM {MgCl2}, 0.1% Triton {X-100, 10 μg / ml BSA)} and examine the ratio of [3H] TTP released. First, 0.2 mM of dATP, dGTP, dCTP and [3H] TTP were added to {HindIII digest (10 μg) of λ DNA, and the 3 ′ end was extended with Klenow polymerase. The DNA fragments are recovered by extraction and ethanol precipitation, and free mononucleotides are further removed by a span column (Clontech) to prepare.
[0014]
In addition, various studies have been made to improve the composition of a DNA synthesis reaction solution. Buffers include, for example, Tris (TRIS), Tricine (TRICINE), Bis-Tricine (BIS-TRICINE), Hepes (HEPES), Mops (MOPS), TES (TES), Tapes (TAPS), Pipes (PIPES), Caps (CAPS) and others were tried. In the salt, for example, potassium chloride, potassium acetate, potassium sulfate, ammonium sulfate, ammonium chloride, ammonium acetate, magnesium chloride, magnesium acetate, magnesium sulfate, manganese chloride, manganese acetate, manganese sulfate / sodium chloride, sodium acetate, lithium chloride, and acetic acid Lithium was tried. Examples of the additive include DMSO, glycerol, formamide, betaine, tetramethylammonium chloride, PEG, Tween 20, NP40, ectoine, polyols, Escherichia coli (E.coli) SSB protein, and phage T4 gene 32 A protein, BSA, has been attempted (see, for example, Patent Documents 2 to 6, Non-Patent Documents 2 and 3). The above reagents are not effective for all DNA synthases, and each enzyme is not suitable for its orientation.A unique reaction solution composition is examined for each enzyme, and an optimal reaction buffer is recommended for each enzyme. Therefore, it was considered impossible to achieve higher performance than the attached buffer.
[0015]
In addition, as a result of intensive studies, we have filed an application with the finding that anionic substances are also important for determining the success or failure of PCR. Specifically, it has been found that the success rate of PCR is improved by adding a divalent carboxyl ion composed of a dicarboxylate to the PCR reaction system. In addition, they have found that oxalate ion, malonate ion and maleate ion are particularly effective among divalent carboxyl ions.
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 312148
[Patent Document 2]
JP-T-09-511133 (Claim 1 etc.)
[Patent Document 3]
U.S. Pat. No. 5,545,539 (claim 1, etc.)
[Patent Document 4]
WO 96/12041 pamphlet (claim 1, etc.)
[Patent Document 5]
US Pat. No. 6,114,150 (Claim 1 etc.)
[Patent Document 6]
WO 99/46400 pamphlet (claim 1, etc.)
[Non-patent document 1]
Barns, @W. M. Author, @Proc. {Natl. {Acad. {Sci. USA, 91, 1994, p. 2216-2220
[Non-patent document 2]
Chevet, @E. Author, Nucleic Acids Research, Volume 23, 1995, p. 3343-3344
[Non-Patent Document 3]
Kovarova, @M. Author, Nucleic Acids Research, 28 volumes, 2000, p70
[Non-patent document 4]
Nature, {324} (6093), 1986, p. 13-19
[Non-Patent Document 5]
Kunkel, Journal of Biological Chemistry, 260, 1985, p. 5787-5796
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
With respect to DNA amplification, particularly the required performance such as “synthesis rate”, “accuracy”, and “long-PCR performance” in PCR, the required level is increasingly higher with the development of biotechnology in recent years. In particular, as the entire sequence of the human genome has been elucidated, the focus of research is not only on detecting genes and analyzing differences, but also on analyzing the functions of the genes themselves or the proteins encoded by the genes. The importance of accuracy in DNA amplification is becoming more important in view of the fact that
Therefore, it is desired to establish a DNA amplification method that has both of these. However, in any of the above prior arts, the performance of all of "synthesis speed", "accuracy", and "long-PCR performance" is at the highest level. I can't say.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
As a result of diligent research, we have found that the DNA amplification performance is further improved by combining a divalent carboxyl ion composed of a dicarboxylate and at least one of a reagent having glycine as a basic unit and DMSO. In addition, the inventors have found that oxalate ions are particularly effective among divalent carboxyl ions, and trimethylglycine is particularly effective among reagents having glycine as a basic unit. Further, they have found that the use of oxalate ion and DMSO also has a synergistic effect, and thus completed the present invention.
Improvement of DNA amplification performance by the synergistic addition effect includes, specifically, successful amplification of a PCR target having a high GC content, successful amplification of a long-chain target which has been impossible so far, and the like. Further, improvement in the amount of PCR amplification is one of the synergistic effects of the present patent.
[0018]
That is, the present invention has the following configuration.
Item 1. (1) In an enzyme reaction for synthesizing DNA based on a nucleic acid serving as a template, at least one of an anionic substance effective for promoting DNA synthesis and (2) a reagent having glycine as a basic unit or DMSO is used. A reaction solution composition comprising:
Item 2. Item 3. The reaction solution composition according to Item 1, wherein the reagent having glycine as a basic unit is trimethylglycine (betaine).
Item 3. Item 3. The reaction solution composition according to Item 1 or 2, wherein the anionic substance effective in promoting DNA synthesis is a substance having a carboxyl group.
Item 4. Item 4. The reaction solution composition according to Item 3, wherein the substance having a carboxyl group is a dicarboxylate.
Item 5. The dicarboxylate is zinc oxalate, ammonium oxalate, potassium oxalate, calcium oxalate, diethyl oxalate, N, N'-disuccinimidyl oxalate, dimethyl oxalate, tin oxalate, cerium oxalate, oxalate Iron oxide, copper oxalate, sodium oxalate, nickel oxalate, bis oxalate, oxalic acid (2,4-dinitrophenyl), oxalic acid (2,4,6-trichlorophenyl), manganese oxalate, methyl oxalate Lanthanum oxalate, lithium oxalate, or isopropylidene malonate, ethyl malonate, diethyl malonate, dibenzyl malonate, dimethyl malonate, thallium malonate, disodium malonate, or monosodium maleate, maleic acid Diethyl, chlorpheniramine maleate, maleate di n- butyl, is selected from the group consisting of maleic acid mono -n- butyl ester A composition according to claim 4.
Item 6. Item 6. The composition according to items 2 to 5, wherein the concentration of trimethylglycine (betaine) is 0.5 to 1.5 M and / or the concentration of DMSO is 2 to 5%.
Item 7. [7] The composition according to [1] to [6], further comprising one or more enzymes having DNA polymerase activity.
Item 8. Item 8. The composition according to Item 7, wherein the enzyme having DNA polymerase activity is selected from the group consisting of DNA polymerase and reverse transcriptase.
Item 9. The DNA polymerase is Taq, EX-Taq, LA-Taq, Expand series, Plutinum series, Tbr, Tfl, Tru, Tth, T1i, Tac, Tne, Tma, Tih, Tfi, Pfu, Pfutubo, Pyrobe, Pwo, KOD. Item 9. The composition according to Item 8, which is selected from the group consisting of Bst, Sac, Sso, Poc, Pab, Mth, Pho, ES4, VENT, DEEPVENT, KOD, and mutants, variants and derivatives thereof.
Item 10. Item 9. The composition according to Item 8, wherein the DNA polymerase is a thermostable DNA polymerase having a DNA synthesis rate of at least 30 bases / second and having 3'-5 'exonuclease activity.
Item 11. (11) The DNA polymerase according to (10), wherein the DNA polymerase is a thermostable DNA polymerase having a DNA synthesis rate of at least 30 bases / second and a probability of an error occurring in PCR using pMol # 21 as a template of 4% or less. Composition.
Item 12. {The reverse transcriptase is AMV-RT, M-MLV-RT, HIV-RT, EIAV-RT, RAV2-RT, C.I. Item 8. The composition according to Item 8, which is selected from the group consisting of hydrogenoformans DNA polymerase, SuperScript I, SuperScript II, and mutants, variants and derivatives thereof. object.
Item 13. Item 13. The composition according to Item 8 or 12, wherein the RNase H activity of the reverse transcriptase is substantially reduced.
Item 14. Items containing at least one of a group consisting of a nucleic acid serving as a template for DNA synthesis, a DNA synthase, one or more oligonucleotide primers, one or more nucleotides or derivatives thereof, a buffer, and a salt. Composition.
Item 15. 15. The composition according to item 14, wherein the nucleotide or a derivative thereof is a deoxyphosphonucleotide or a derivative thereof.
Item 16. 16. The composition according to claim 15, wherein the deoxyphosphonucleotide or a derivative thereof is selected from the group consisting of dATP, dCTP, dGTP, dTTP, dITP, dUTP, α-thio-dNTPs, biotin-dUTP, fluorescein-dUTP, and sigoxigenin-dUTP. .
Item 17. A method for synthesizing DNA, the method comprising: (a) mixing a nucleic acid template with one or more compositions according to items 1 to 16 to form a mixture; and (b) the template The DNA synthesis rate is at least 30 bases / second and the probability of occurrence of an error in PCR using pMol @ 21 as a template is 4% to produce a first nucleic acid molecule complementary to all or part of Incubating the mixture under the following conditions:
Item 18. In order to prepare a second nucleic acid molecule complementary to the whole or part of the first nucleic acid molecule, an error occurs in PCR using a DNA synthesis rate of at least 30 bases / second and pMol @ 21 as a template. Item 18. The method according to Item 17, further comprising a step of incubating the first nucleic acid molecule under a condition that the probability of the occurrence is 4% or less.
Item 19.核酸 A nucleic acid molecule produced according to the method of item 17.
Item 20. A method for amplifying a DNA molecule, the method comprising: (a) mixing a nucleic acid template with one or more compositions according to items 1 to 16 to form a mixture; and (B) In order to amplify a nucleic acid molecule complementary to the whole or a part of the template, the DNA synthesis rate is at least 30 bases / second, and the probability that an error occurs in PCR using pMol @ 21 as a template is low. Incubating the mixture under conditions that are 4% or less.
Item 21. A method for sequencing a DNA molecule, the method comprising: (a) adding one or more primers to the nucleic acid molecule to be sequenced, one or more compositions according to items 1-16. Mixing with one or more nucleotides and one or more termination factors to form a mixture; (b) synthesizing a population of molecules complementary to all or a portion of the molecule to be sequenced. Incubating the mixture under conditions where the DNA synthesis rate is at least 30 bases / second and the probability of error occurring in PCR using pMol @ 21 as a template is 4% or less; and (c) Separating the population to determine the nucleotide sequence of all or part of the molecule to be sequenced.
Item 22. Further, the method of {17, 18, 20, 21} employing Hot \ start \ PCR.
Item 23. 17. A kit for use in synthesizing a DNA molecule, the kit comprising one or more compounds or components according to any one of [1] to [16].
Item 24. A kit for use in synthesizing a DNA molecule consisting of two or more parts, wherein one or more compounds or components according to any one of Items 1 to 16 are any one of the kits. A kit characterized by being included as a component of a part, being dispersed in several parts or concentrated in one part.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the additive for promoting the DNA synthesis reaction of the present invention will be specifically described.
The present invention provides at least (1) an anionic substance which is effective in promoting DNA synthesis in an enzymatic reaction for synthesizing DNA based on a nucleic acid serving as a template, and (2) a reagent having glycine as a basic unit or DMSO. A reaction solution composition comprising:
[0020]
In the present invention, “promoting a DNA synthesis reaction” means that “synthesis rate” and / or “long-PCR performance” are improved.
[0021]
The anionic substance which is effective in promoting DNA synthesis and which is contained in the reaction solution composition of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include substances having a carboxyl group. Preferably, a dicarboxylate is used. The dicarboxylate is added, for example, in the form of an inorganic salt. It preferably contains at least one of oxalate ion, malonate ion and maleate ion. More preferably, these inorganic salts are in the form of salts with alkali metals (preferably in the form of potassium or sodium salts) or with alkaline earth metals or ammonium.
[0022]
Specifically, zinc oxalate, ammonium oxalate, potassium oxalate, calcium oxalate, diethyl oxalate, N, N'-disuccinimidyl oxalate, dimethyl oxalate, tin oxalate, cerium oxalate, oxalate Iron oxide, copper oxalate, sodium oxalate, nickel oxalate, bis oxalate, oxalic acid (2,4-dinitrophenyl), oxalic acid (2,4,6-trichlorophenyl), manganese oxalate, methyl oxalate Lanthanum oxalate, lithium oxalate, or isopropylidene malonate, ethyl malonate, diethyl malonate, dibenzyl malonate, dimethyl malonate, thallium malonate, disodium malonate, or monosodium maleate, maleic acid Diethyl, chlorpheniramine maleate, di-n-maleate Chill, maleic acid mono -n- butyl ester and the like, both, or the like can be used commercially available products.
[0023]
The above-mentioned anionic substance is usually used in a concentration range of 0.1 to 20 mM. Preferably it is 0.1 to 10 mM, more preferably 1 to 10 mM.
[0024]
The reagent having glycine as a basic unit, which is contained in the reaction solution composition of the present invention, is not particularly limited, but preferably includes trimethylglycine (betaine), and a commercially available product can be used. The effective concentration of trimethylglycine (betaine) is 0.5 to 2M, preferably 0.5 to 1.5M, and more preferably 1 to 1.5M. On the other hand, a commercially available product can be used as DMSO. The effective concentration of DMSO is 0.1 to 15%, preferably 2 to 10%, and more preferably 5 to 10%.
[0025]
In the reaction solution composition of the present invention, the effect can be expected to be further enhanced by adding both the anionic substance and a reagent having glycine as a basic unit or DMSO to form an optimal combination. Determining the optimal combination of oxalate ion concentration and betaine concentration may require consideration of the type and amplification size of the target DNA, the composition of the PCR buffer, and the like.
[0026]
The reaction solution composition of the present invention can be used for an enzyme reaction for synthesizing DNA. The DNA synthase contained in the reaction solution composition of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include DNA polymerase and reverse transcriptase. The DNA synthase is preferably heat-resistant. Commercially available products can be used for these enzymes. Further, the reaction solution composition of the present invention can also include a plurality of enzymes for synthesizing these DNAs having various different properties.
[0027]
The DNA polymerase contained in the reaction solution composition of the present invention is roughly classified into α-type DNA polymerase and PolI-type DNA polymerase. Generally, it is said that the PolI type enzyme has a high DNA synthesis rate, but is inferior in accuracy due to lack of 3'-5 'exonuclease activity. On the other hand, the α-type enzyme is said to have excellent 3′-5 ′ exonuclease activity and thus has high accuracy, but is said to have a low DNA synthesis rate. An α-type DNA polymerase and a Pol I-type DNA polymerase can be mixed to form a mixed enzyme.
[0028]
PolI type enzymes are represented by Taq @ DNA polymerase and Tth @ DNA polymerase. In addition, EX-Taq, LA-Taq, Expand series, Plutinum series, Tbr, Tfl, Tru, T1i, Tac, Tne, Tma, Tih, Tfi and mutants, variants and derivatives thereof, and the like. The α-type enzyme is represented by Pfu, and in addition, Pfutubo, Pyrobest, Pwo, KOD, Bst, Sac, Sso, Poc, Pub, Mth, Pho, ES4, VENT, DEEPVENT, and mutants thereof , Variants and derivatives.
[0029]
The DNA polymerase used in the present application is a thermostable DNA polymerase having a DNA synthesis rate of at least 30 bases / second and a probability that an error occurs in PCR using pMol # 21 as a template is 4% or less. The DNA polymerase used in the present application can more preferably amplify a target DNA having an error probability of 1% or less and / or 20 kb or more in PCR using pMol # 21 as a template.
The selection of the DNA polymerase can be appropriately selected in consideration of performance such as “synthesis rate”, “accuracy”, “long-PCR performance”, and “heat resistance”. Several enzymes can be combined for selection.
From the viewpoint of accuracy, since the accuracy mainly depends on the presence or absence of 3′-5 ′ exonuclease activity which is a characteristic of the enzyme, an enzyme having 3′-5 ′ exonuclease activity (for example, α-type enzyme) is used. It is preferable to select.
Among them, KOD is particularly preferable because it is excellent in performance other than accuracy. KOD is a thermostable DNA having a DNA synthesis rate of at least 30 bases / second, having a 3'-5 'exonuclease activity, and having an error probability of 1% or less in PCR using pMol @ 21 as a template. It is a polymerase. Furthermore, a target DNA of 20 kb or more can be amplified.
[0030]
The reaction solution composition of the present invention may contain a reverse transcriptase. Examples of reverse transcriptase include AMV-RT, M-MLV-RT, HIV-RT, EIAV-RT, RAV2-RT, C.I. Hydrogenformans DNA polymerase, SuperScript I, SuperScript II, and mutants, variants and derivatives thereof. The RNase H activity of the reverse transcriptase may be substantially reduced by modification or the like.
[0031]
The reaction solution composition of the present invention is useful for DNA synthesis, as well as a nucleic acid serving as a template, one or more oligonucleotide primers, one or more nucleotides or derivatives thereof, a buffer, a salt, and DNA synthesis. At least one of the group consisting of various additives.
[0032]
Specifically, the reaction solution composition of the present invention further comprises, in addition to DNA synthase, forward and reverse primers having a base sequence complementary to the target nucleic acid, four types of dNTPs, divalent cations, A buffer and the like can be included. Examples of the divalent cation include a magnesium ion. The concentration is preferably about 1 to 3 mM. Examples of the buffer include Tris buffer {(pH 6.5, 75 ° C.)} and Tricine buffer {(pH 6.5, 75 ° C.)}.
One specific composition is as follows. 20 mM {Tris-HCl} (pH 6.5, 75 ° C) 10 mM {KCl 6 mM} (NH 4) 2 SO 41 to 3 mM Mg 2 Cl 20.1% Triton X-10010 μg / ml BSA 20 to 200 μM dNTPs 0.1 pM to 1 μM Primer 0.1 to 250 ng template DNA.
[0033]
Alternatively, the reaction solution composition of the present invention further comprises, in addition to DNA synthase, forward and reverse primers having a base sequence complementary to the target nucleic acid, four dNTPs, a divalent cation, a buffer, It may contain a nucleic acid probe, a coloring reagent, a luminescent reagent, and the like.
[0034]
One or more nucleotides or derivatives thereof contained in the reaction solution composition of the present invention are not particularly limited, and include deoxyphosphonucleotides or derivatives thereof. Specific preferred examples of the composition include substances selected from the group consisting of dATP, dCTP, dGTP, dTTP, dITP, dUTP, α-thio-dNTPs, biotin-dUTP, fluorescein-dUTP, and sigoxigenin-dUTP.
[0035]
Salts contained in the reaction solution composition of the present invention are not particularly limited, but potassium chloride, potassium acetate, potassium sulfate, ammonium sulfate, ammonium chloride, ammonium acetate, magnesium chloride, magnesium acetate, magnesium sulfate, manganese chloride, manganese acetate , Manganese sulfate, sodium chloride, sodium acetate, lithium chloride, and lithium acetate. These salts can be easily obtained as commercial products.
[0036]
The reaction solution composition of the present invention is further added with an antibody of DNA synthase to completely suppress the enzymatic activity at room temperature, suppress the production of by-products such as primer dimers, and protect the degradation of primer. A hot start antibody for a method for increasing the PCR success rate (Hot start PCR method), a known enhancer, and the like can be included.
[0037]
The present invention also provides a method for synthesizing DNA, the method comprising: (a) using a nucleic acid template as an effect of promoting DNA synthesis in an enzymatic reaction for synthesizing DNA based on (1) a nucleic acid serving as a template; (2) mixing with a reaction solution composition characterized by containing an anionic substance having the following properties and (2) at least one of a reagent having glycine as a basic unit or DMSO; and (b) ) Probability of generating an error in PCR using pMol @ 21 as a template when the rate of DNA synthesis is at least 30 bases / second to prepare a first nucleic acid molecule complementary to all or a part of the template. Incubating the mixture under conditions where is less than or equal to 4%. Further, the invention includes a nucleic acid molecule made according to the method.
[0038]
In the above method (b), the condition that the probability of occurrence of an error in PCR using pMol @ 21 as a template is 1% or less and / or the condition under which a target DNA of 20 kb or more can be amplified. preferable.
[0039]
The present invention further provides the method for synthesizing DNA, wherein a second nucleic acid molecule complementary to the whole or a part of the first nucleic acid molecule is produced at a DNA synthesis rate of at least 30 bases / second, In addition, the method further comprises a step of incubating the first nucleic acid molecule under a condition that a probability that an error occurs in PCR using pMol # 21 as a template is 4% or less.
[0040]
In the above method (b), the condition that the probability of occurrence of an error in PCR using pMol @ 21 as a template is 1% or less and / or the condition under which a target DNA of 20 kb or more can be amplified. preferable.
[0041]
The present invention further provides a method for amplifying a DNA molecule, comprising the steps of: (a) converting a nucleic acid template to an anionic substance effective in promoting DNA synthesis; and (2) glycine. Mixing with a reaction solution composition containing at least one of the reagent or DMSO in the basic unit to form a mixture; and (b) a nucleic acid complementary to all or a part of the template Incubating the mixture under conditions where the rate of DNA synthesis is at least 30 bases / second and the probability of error occurring in PCR using pMol # 21 as a template is 4% or less for amplifying the molecule. And a method comprising:
[0042]
In the above method (b), the condition that the probability of occurrence of an error in PCR using pMol @ 21 as a template is 1% or less and / or the condition under which a target DNA of 20 kb or more can be amplified. preferable.
[0043]
Examples of the enzyme reaction for synthesizing DNA used in the method of the present invention include a reaction with a DNA polymerase and a reaction with a reverse transcriptase. Among them, it is particularly effective in a reaction by a DNA polymerase, especially in a gene amplification method based on PCR. Further, the PCR amplification is more effective in a method in which DNA denaturation, annealing, and DNA polymerization processes are repeated at least 25 times.
[0044]
The gene amplification method based on the PCR method comprises repeating the three-step cycle of denaturation, annealing, and extension in the presence of a target nucleic acid, four types of deoxynucleoside triphosphates, a pair of primers, and a DNA synthase. This is a method of exponentially amplifying a region of a target nucleic acid sandwiched between a pair of primers (Nature, {324} (6093), 13-13-19 (1986)). That is, the nucleic acid of the sample is denatured in the denaturation step, each primer is hybridized to a region on the single-stranded target nucleic acid complementary to each primer in the subsequent annealing step, and in the subsequent elongation step, the DNA is obtained starting from each primer. The DNA strand complementary to each single-stranded target nucleic acid serving as a template is extended by the action of the polymerase to obtain a double-stranded DNA. By this one cycle, one double-stranded DNA is amplified into two double-stranded DNAs. Therefore, if this cycle is repeated n times, the region of the sample DNA sandwiched between the pair of primers theoretically becomes 2nIt is amplified twice.
[0045]
Preferred reaction conditions for amplification are thermocycling, ie, changing the temperature of the reaction mixture to achieve each step of the PCR cycle. Thermal cycling is performed in a temperature range between about 23C and about 100C, preferably between about 37C and about 95C. Nucleic acid denaturation is usually performed at between about 90 ° C and about 100 ° C, preferably at about 94 ° C. Annealing is usually performed at between about 37 ° C and about 75 ° C, preferably at about 60 ° C. Extension of the DNA is usually carried out at between about 55C and about 80C, preferably at about 68-72C. Cycling numbers will vary greatly depending on the amount of DNA product desired. The number of PCR cycles preferably ranges from about 5 to about 99, more preferably more than about 20 cycles, and most preferably about 25-40 cycles.
[0046]
In the present invention, a target nucleic acid can be detected from an amplification product generated by the above amplification reaction using, for example, a labeled probe. The labeled probe is an oligonucleotide having a base sequence complementary to the labeled nucleic acid, and binds a labeled substance or a labeled binding substance. Examples of the labeling substance include enzymes such as alkaline phosphatase, peroxidase and galactosidase, fluorescent substances and radioactive substances, and examples of the label binding substance include biotin and digoxigenin. The labeling substance may be bound via biotin, digoxigenin or avidin. As a method for introducing these labels into the probe, the oligonucleotide is synthesized by using, as a component of dNTP, dNTP that binds these labeling substances or label binding substances at the time of oligonucleotide synthesis.
[0047]
For detecting a nucleic acid bound to a labeled probe, a conventionally known method, for example, a Southern hybridization or Northern hybridization method can be used. These methods take advantage of the formation of hybrids when single-stranded DNAs and RNAs have complementarity with each other, to separate unknown nucleic acid fragment groups by, for example, agarose electrophoresis, and then to perform gel separation. Is made into a single strand by, for example, alkali treatment, and then transferred to a filter, immobilized, and then hybridized with a labeled probe. For the detection of a label, for example, when alkaline phosphatase is used as a labeling substance, when a chemiluminescent substrate, for example, a 1,2-dioxetane compound (PPD) is reacted, only the nucleic acid that has formed a hybrid emits light. By exposing this to an X-ray film, the size of the target nucleic acid and its position on electrophoresis can be confirmed.
[0048]
Another embodiment of the present invention is a method for sequencing a DNA molecule, comprising the steps of: (a) using the nucleic acid molecule to be sequenced with one or more primers to enhance DNA synthesis. , A reaction solution composition comprising at least one of a reagent having glycine as a basic unit or DMSO, and one or more nucleotides, and one or more nucleotides. (B) mixing at least 30 bases / second to synthesize a population of molecules complementary to all or a portion of the molecule to be sequenced. And incubating the mixture under conditions where the probability of an error occurring in PCR using pMol # 21 as a template is 4% or less; and (c) separating the population and separating the sequence Determining the entire or part of the nucleotide sequence of the molecule to be constant include, a method.
[0049]
In the above method (b), the condition that the probability of occurrence of an error in PCR using pMol @ 21 as a template is 1% or less and / or the condition under which a target DNA of 20 kb or more can be amplified. preferable.
[0050]
As a method for sequencing nucleic acids, the Maxam-Gilbert method (Maxam, AM and Gilbert, W., Proc. Natl. Acad. Sci. USA # 74: 560-564, 1997) and the Sanger method ( Sanger, F. {and} Coulson, AR, J. Mol. Biol. 94: 444-448, 1975) are widely known. In the Maxam-Gilbert method, DNA is radiolabeled, split into four samples, and treated with chemicals that selectively destroy specific nucleotide bases in the DNA and cleave the molecule at the site of damage. The sequence of the original DNA molecules can then be read from the film by separating the resulting fragments into different bands by gel electrophoresis and exposing the gel to X-ray film. The Sanger method, on the other hand, uses the DNA-synthesizing activity of DNA polymerase, which is based on the reaction terminating dideoxynucleoside triphosphate (Sanger, F. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA # 74: 5463-5467, 1977). Combination with a mixture of short primers, any of which can be detectably labeled, yields a series of newly synthesized DNA fragments specifically terminated with one of the four dideoxy bases. These fragments are then analyzed by gel electrophoresis to determine the sequence. By performing four separate reactions (once for each ddNTP), the sequence of fairly complex DNA molecules can be rapidly determined (Sanger, F. et al., Nature 265: 678-695, 1977; Barnes, 1987). W., Meth.Enzymol. 152: 538-556, 1987).
[0051]
The present invention relates to a kit for use in synthesizing a DNA molecule, the kit having (1) an anionic substance effective in promoting DNA synthesis, and (2) glycine as a basic unit. A kit containing at least one of a reagent and DMSO.
[0052]
The kit may be composed of two or more parts, and the compound or component may be dispersed in several parts or concentrated in one part as a component of any part of the kit. Can be included.
[0053]
The kit of the present invention can further contain, in addition to the DNA synthase, various components that can be specifically included in the above-mentioned reaction solution composition.
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
[0054]
Embodiment 1 FIG.
Mixed enzyme (EX-Taq) Effect of oxalate ion and betaine in cereal (Fig. 1 )
Normally, a synergistic effect of oxalate ion and betaine was confirmed on a target that could not be amplified by PCR using EX-Taq DNA polymerase (Takara Shuzo). PCR buffer was added to EX-Taq, potassium oxalate was added to a final concentration of 2 mM, and 0.2 mM dNTPs, a pair of primers described in SEQ ID NOS: 1 and 2 and 0.3 μM were used. Using 1.0 U of EX-Taq DNA polymerase and 20 ng of Genomic DNA derived from human cultured cell K562 as a template, the effect of different amounts of betaine on the PCR results was examined. After the pre-reaction at 94 ° C. for 2 minutes, PCR was performed using GeneAmp2400 (PE Applied Biosystems) on a schedule of repeating 35 cycles of 94 ° C., 15 seconds-60 ° C., 30 seconds-68 ° C., 8.5 minutes. . The results are shown in FIG.
[0055]
When betaine was not added, amplification of the target DNA was slightly observed, but when 0.5 M betaine was added, an increase in the amount of amplification was observed. From the above results, a synergistic effect of oxalate ion and betaine in the mixed enzyme was confirmed.
[0056]
Embodiment 2. FIG.
α-type enzyme (Native Pfu) Effect of oxalate ion and betaine in cereal (Fig. 2 )
In general, a synergistic effect of oxalate ion and betaine was confirmed on a target that could not be amplified by PCR using nPfu polymerase. PCR buffer is supplied with nPfu (manufactured by Stratagene) (20 mM Tris-HCl (pH 8.75), {10 mM KCl, {10 mM} (NH4)2SO4, {2 mM} MgSO4, {0.1%} Triton X-100, {100 ug / ml} BSA), potassium oxalate was added to a final concentration of 2 mM, and 0.2 mM @ dNTPs, a primer pair described in SEQ ID NOS: 5 and 6, 0.3 μM was used. . Using 2.5 U of nPfu DNA polymerase and 20 ng of Genomic DNA derived from human cultured cell K562 as a template, the effect of different amounts of betaine on the PCR results was examined. After a pre-reaction at 94 ° C. for 2 minutes, PCR was performed using GeneAmp2400 (PE Applied Biosystems) on a schedule of repeating 35 cycles of 94 ° C., 15 seconds-60 ° C., 30 seconds-68 ° C., 8 minutes. FIG. 2 shows the results.
[0057]
When no betaine was added, only a smear was observed, but amplification of the target DNA was confirmed when 0.5 M betaine was added. From the above results, a synergistic effect of oxalate ion and betaine was confirmed also in the α-type enzyme.
[0058]
Embodiment 3 FIG.
Hot start enzyme (KOD-plus) Effect of oxalate ion and betaine in cereal (Fig. 3 )
In order to confirm the synergistic effect of oxalate ion and betaine in the hot start enzyme, using hot start enzyme and KOD-plus DNA polymerase obtained by adding two kinds of KOD antibodies to KOD (α-type enzyme), ordinary PCR was performed. The study was performed on a target that was difficult to amplify. PCR buffer was added to KOD-plus (manufactured by Toyobo Co., Ltd.) to which potassium oxalate was added to a final concentration of 2 mM. Using 1.0 U of KOD-plus DNA polymerase and 20 ng of Genomic DNA derived from human cultured cell K562 as a template, the effect of different amounts of betaine on the PCR results was examined. After the pre-reaction at 94 ° C. for 2 minutes, PCR was performed using GeneAmp2400 (PE Applied Biosystems) on a schedule of repeating 35 cycles of 94 ° C., 15 seconds-60 ° C., 30 seconds-68 ° C., 8.5 minutes. . The results are shown in FIG.
[0059]
When betaine was not added, amplification of the target DNA was slightly observed, but an increase in the amount of amplification was observed when 0.5 to 1.5 M betaine was added. The amount of amplification reached the maximum when 1.5 M betaine was added. From the above results, a synergistic effect of oxalate ion and betaine was confirmed in the Hot Start enzyme.
[0060]
Embodiment 4. FIG.
Hot start enzyme (KOD-plus) The synergistic effect of oxalate ion and DMSO on 4 )
In order to confirm the synergistic effect of oxalate ion and DMSO on the hot start enzyme, a target that was difficult to amplify by ordinary PCR was examined using the hot start enzyme and KOD-plus DNA polymerase. PCR buffer was added to KOD-plus (manufactured by Toyobo Co., Ltd.), potassium oxalate was added to a final concentration of 2 mM, and 0.2 mM dNTPs, a primer pair described in SEQ ID NOS: 5 and 6 and 0.3 μM were used. As a template, 0.5 μL of cDNA obtained by reverse transcription of 500 ng of total RNA from human cultured cell K562 using Thermoscript (manufactured by Invitrogen) was used. Using 1.0 U of KOD-plus DNA polymerase, the effect of differences in the amount of DMSO added on the PCR results was examined. After a pre-reaction at 94 ° C. for 2 minutes, PCR was performed using GeneAmp2400 (PE Applied Biosystems) on a schedule of repeating 40 cycles of 94 ° C., 15 seconds-60 ° C., 30 seconds-68 ° C., 9 minutes. FIG. 4 shows the results.
[0061]
When no DMSO was added, amplification of the target DNA was slightly confirmed, but the amount of amplification was increased by the addition of DMSO, and sufficient amplification was confirmed when 5% DMSO was added. From the above results, a synergistic effect of oxalate ion and DMSO in the Hot start enzyme was confirmed.
[0062]
Embodiment 5 FIG.
α-type enzyme (KOD) Using PCR Of potassium oxalate and betaine long PCR The synergistic effect on 5 )
In order to confirm the synergistic effect of oxalate ion and betaine on long PCR, KOD DNA polymerase was used to examine a target exceeding 20 kb derived from the human genome, which was not reported to be amplified by α-type enzyme alone. PCR buffer was added to KOD-plus (manufactured by Toyobo Co., Ltd.) to which potassium oxalate was added to a final concentration of 2 mM, and 0.4 mM dNTPs, a primer pair described in SEQ ID NOS: 7 and 8 and 0.3 μM were used. Using 2.0 U of KOD DNA polymerase and 200 ng of Genomic DNA derived from human cultured cell K562 as a template, the effect of different amounts of betaine on the PCR results was examined. After pre-reaction at 94 ° C for 2 minutes, 98 ° C, 10 seconds-74 ° C, 18 minutes (5 cycles)-98 ° C, 10 seconds-72 ° C, 18 minutes (5 cycles) -98 ° C, 10 seconds-70 GeneAmp2400 (PE Applied Biosystems) on a schedule of repeating a cycle of 18 ° C, 18 minutes (5 cycles)-98 ° C, 10 seconds-68 ° C, 18 minutes (25 cycles), and finally an additional reaction at 68 ° C, 7 minutes. Was used to perform PCR. The results are shown in FIG.
[0063]
At a betaine concentration of 1.2 M or less, amplification of the target DNA was not observed, but sufficient amplification was confirmed when using 1.4 M and # 1.6 M. The optimal concentration of betaine differs depending on the enzyme used, and the amount of betaine used is not limited to the above concentration.
[0064]
Embodiment 6 FIG.
α-type enzyme (KOD) Using PCR Of betaine and potassium oxalate long PCR The synergistic effect on 6 )
In order to confirm the synergistic effect of oxalate ion and betaine on long PCR, KOD DNA polymerase was used to examine a target exceeding 20 kb derived from the human genome, which was not reported to be amplified by α-type enzyme alone. PCR buffer was added to KOD-plus (manufactured by Toyobo Co., Ltd.) to which betaine was added to a final concentration of 1.5 M, and 0.4 mM ΔdNTPs and a primer pair 0.3 μM were used. The primer pairs described in SEQ ID NOS: 9 and 10 were used for PCR of tPA22 kb, and the primer pairs described in SEQ ID NOS: 9 and 11 were used for PCR of tPA24 kb. Using 2.0 U of KOD DNA polymerase and 200 ng of Genomic DNA derived from human cultured cell K562 as a template, the effect of different amounts of potassium oxalate on the PCR results was examined. After pre-reaction at 94 ° C for 2 minutes, 98 ° C, 10 seconds-74 ° C, 18 minutes (5 cycles)-98 ° C, 10 seconds-72 ° C, 18 minutes (5 cycles) -98 ° C, 10 seconds-70 GeneAmp2400 (PE Applied Biosystems) on a schedule of repeating a cycle of 18 ° C, 18 minutes (5 cycles)-98 ° C, 10 seconds-68 ° C, 18 minutes (25 cycles), and finally an additional reaction at 68 ° C, 7 minutes. Was used to perform PCR. FIG. 6 shows the results.
[0065]
When tPA22kb was targeted, amplification of the target was confirmed only when 2 mM potassium oxalate was added. When tPA24 kb was used as a target, amplification of the target was slightly confirmed when 1.5 mM or 2.0 mM potassium oxalate was added. Since the optimal concentration of potassium oxalate varies depending on the enzyme used, the amount of potassium oxalate used is not limited to the above concentration.
[0066]
Embodiment 7 FIG.
Long PCR In Hot start PCR Confirm the effect of 7 )
Under the above reaction conditions in which oxalate ions and betaine coexist, in order to confirm the effect of hot start PCR using an antibody, long PCR using KOD DNA polymerase was examined. PCR @ buffer was added to KOD-plus (manufactured by Toyobo Co., Ltd.) to which a final concentration of 2 mM potassium oxalate and 1.5 M betaine were added, and 0.4 mM @dNTPs and a primer pair 0.3 μM were used. The tPA12 kb PCR had the primer pairs described in SEQ ID NOS: 9 and 12, the tPA15 kb PCR had the primer pairs described in SEQ ID NOs. 9 and 13, the tPA18 kb PCR had the primer pairs described in SEQ ID NOs. Primer pairs described in SEQ ID NOS: 9 and 10 for PCR of tPA22 kb, primer pairs described in SEQ ID NOS: 9 and 11 for PCR of tPA24 kb, and primer pairs described in SEQ ID NOS: 15 and 16 for PCR of β-globin17.5 kb It was used. Using 2.0 U of KOD DNA polymerase and 200 ng of Genomic DNA derived from human cultured cell K562 as a template, the effect of Hot start PCR was examined with and without an antibody. After pre-reaction at 94 ° C for 2 minutes, 98 ° C, 10 seconds-74 ° C, 18 minutes (5 cycles)-98 ° C, 10 seconds-72 ° C, 18 minutes (5 cycles) -98 ° C, 10 seconds-70 GeneAmp2400 (PE Applied Biosystems) on a schedule of repeating a cycle of 18 ° C, 18 minutes (5 cycles)-98 ° C, 10 seconds-68 ° C, 18 minutes (25 cycles), and finally an additional reaction at 68 ° C, 7 minutes. Was used to perform PCR. FIG. 7 shows the results.
[0067]
When evaluation was performed with six types of targets, reduction of smearing and expansion of amplification amount were generally observed by using the antibody. In particular, in the case of the tPA22 kb target, when no antibody was used, amplification of the target was not observed, but amplification was confirmed by using the antibody.
Hot \ start \ PCR was expected to be effective also for long \ PCR, but there is no clear example, and it seems that this is the first report with a target of 20 kb or more in the human genome.
[0068]
Embodiment 8 FIG.
GC rich target of PCR Of effective reagents long PCR Confirm the effect on 8 )
Similar to betaine, a reagent "PCRx" (manufactured by Invitrogen), which is considered to work effectively on a target having a high GC content, was similarly examined for its effect on long @ PCR. PCR buffer was added to KOD-plus (manufactured by Toyobo Co., Ltd.) and potassium oxalate was added to a final concentration of 2 mM, and 0.4 mM dNTPs and a primer pair 0.3 μM were used. The primer pairs described in SEQ ID NOS: 17 and 18 were used for PCR of tPA9 kb, and the primer pairs described in SEQ ID NOS: 9 and 10 were used for PCR of tPA12 kb. Using 1.0 U of KOD DNA polymerase and 200 ng of Genomic DNA derived from human cultured cell K562 as a template, the effects of adding betaine and PCRx were compared. After the pre-reaction at 94 ° C for 2 minutes, 98 ° C, 10 seconds-74 ° C, 12 minutes (5 cycles) -98 ° C, 10 seconds-72 ° C, 12 minutes (5 cycles) -98 ° C, 10 seconds-70 GeneAmp2400 (PE Applied Biosystems, Inc.) on a schedule in which a cycle of 98 ° C., 12 minutes (5 cycles) -98 ° C., 10 seconds-68 ° C., 12 minutes (25 cycles) is repeated, and finally an additional reaction at 68 ° C., 7 minutes. Was used to perform PCR. FIG. 8 shows the results.
[0069]
With any of the tPA 9 kb and $ 12 kb targets, little amplification of the target was observed when no additives were added. However, addition of 1M or 1.5M betaine resulted in sufficient amplification of both targets. On the other hand, when PCRx was used at a 1x concentration, a 2x concentration, and a 3x concentration according to the instructions for use, no amplification was observed. From the above results, it can be said that a reagent that is effective for the GC 必 ず し も rich target is not necessarily effective for long PCR, and that the effectiveness for long に 対 す る PCR is a property specific to betaine. The effect of betaine on long イ ン PCR has been confirmed not only for α-type DNA polymerase but also for all thermostable DNA polymerases.
[0070]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, PCR can be performed even on a target DNA which has been impossible so far, and the success rate of PCR can be increased. Further, the synergistic effect of the divalent carboxylate, betaine and DMSO could be confirmed with a plurality of DNA synthases, and was effective not only in a simple DNA synthesis reaction but also in a PCR method. In particular, even with α-type DNA polymerase which has been considered unsuitable for long に は PCR, long PCR can be performed by the synergistic effect of oxalate ion and betaine, and the effect on long PCR can be stabilized by using Hot start PCR. I found out.
[0071]
[Sequence list]
Figure 2004141105
[0072]
Figure 2004141105
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[0087]
Figure 2004141105
[0088]
Figure 2004141105

[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a substitute drawing of an electrophoresis photograph confirming a synergistic effect of potassium oxalate and other reagents in PCR using a mixed enzyme (EX-Taq).
FIG. 2 is a substitute drawing of an electrophoresis photograph confirming a synergistic effect of potassium oxalate and other reagents in PCR using an α-type enzyme (Pfu).
FIG. 3 is a substitute drawing 1 of an electrophoresis photograph confirming a synergistic effect of potassium oxalate and other reagents in PCR using Hot @ start enzyme (KOD-Plus).
FIG. 4 is a substitute drawing 2 of an electrophoresis photograph confirming a synergistic effect of potassium oxalate and other reagents in PCR using Hot @ start enzyme (KOD-Plus).
FIG. 5 shows the long time of potassium oxalate and betaine in PCR using α-type enzyme (KOD).
It is a substitute drawing of the electrophoresis photograph which confirmed the synergistic effect on PCR.
FIG. 6 shows a long relationship between betaine and potassium oxalate in PCR using α-type enzyme (KOD).
It is a substitute drawing of the electrophoresis photograph which confirmed the synergistic effect on PCR.
FIG. 7 is a substitute drawing of an electrophoresis photograph confirming the effect of Hot Start PCR on Long PCR.
FIG. 8 is a substitute drawing of an electrophoresis photograph confirming the effect of GC 試 薬 rich target on PCR on long PCR of a reagent effective for PCR.

Claims (24)

(1)鋳型となる核酸を基にDNAを合成する酵素反応において、DNA合成の促進に効果のある陰イオン物質、および、(2)グリシンを基本単位に持つ試薬あるいはDMSOの少なくとも1つ、を含有することを特徴とする反応液組成物。(1) In an enzyme reaction for synthesizing DNA based on a nucleic acid serving as a template, at least one of an anionic substance effective for promoting DNA synthesis and (2) a reagent having glycine as a basic unit or DMSO is used. A reaction solution composition comprising: グリシンを基本単位に持つ試薬が、トリメチルグリシン(ベタイン)であることを特徴とする請求項1の反応液組成物。The reaction solution composition according to claim 1, wherein the reagent having glycine as a basic unit is trimethylglycine (betaine). DNA合成の促進に効果のある陰イオン物質が、カルボキシル基を持つ物質である請求項1または2の反応液組成物。3. The reaction solution composition according to claim 1, wherein the anionic substance effective in promoting DNA synthesis is a substance having a carboxyl group. カルボキシル基を持つ物質が、ジカルボン酸塩である請求項3の反応液組成物。The reaction solution composition according to claim 3, wherein the substance having a carboxyl group is a dicarboxylate. ジカルボン酸塩が、シュウ酸亜鉛、シュウ酸アンモニウム、シュウ酸カリウム、シュウ酸カルシウム、シュウ酸ジエチル、シュウ酸N,N’−ジスクシンイミジル、シュウ酸ジメチル、シュウ酸すず、シュウ酸セリウム、シュウ酸鉄、シュウ酸銅、シュウ酸ナトリウム、シュウ酸ニッケル、シュウ酸ビス、シュウ酸(2,4−ジニトロフェニル)、シュウ酸(2,4,6−トリクロロフェニル)、シュウ酸マンガン、シュウ酸メチル、シュウ酸ランタン、シュウ酸リチウム、または、マロン酸イソプロピリデン、マロン酸エチル、マロン酸ジエチル、マロン酸ジベンジル、マロン酸ジメチル、マロン酸タリウム、マロン酸二ナトリウム、または、マレイン酸一ナトリウム、マレイン酸ジエチル、マレイン酸クロルフェニラミン、マレイン酸ジ−n−ブチル、マレイン酸モノ−n−ブチルエステルからなる群より選択される、請求項4に記載の組成物。The dicarboxylate is zinc oxalate, ammonium oxalate, potassium oxalate, calcium oxalate, diethyl oxalate, N, N'-disuccinimidyl oxalate, dimethyl oxalate, tin oxalate, cerium oxalate, oxalate Iron oxide, copper oxalate, sodium oxalate, nickel oxalate, bis oxalate, oxalic acid (2,4-dinitrophenyl), oxalic acid (2,4,6-trichlorophenyl), manganese oxalate, methyl oxalate Lanthanum oxalate, lithium oxalate, or isopropylidene malonate, ethyl malonate, diethyl malonate, dibenzyl malonate, dimethyl malonate, thallium malonate, disodium malonate, or monosodium maleate, maleic acid Diethyl, chlorpheniramine maleate, maleate di n- butyl, is selected from the group consisting of maleic acid mono -n- butyl ester The composition of claim 4. トリメチルグリシン(ベタイン)の濃度が0.5〜1.5Mであり、および/または、DMSOの濃度が2〜5%である請求項2〜5に記載の組成物。The composition according to claims 2 to 5, wherein the concentration of trimethylglycine (betaine) is 0.5-1.5M and / or the concentration of DMSO is 2-5%. DNAポリメラーゼ活性を有する1つ以上の酵素をさらに含む、請求項1〜6に記載の組成物。The composition according to claims 1 to 6, further comprising one or more enzymes having DNA polymerase activity. DNAポリメラーゼ活性を有する前記酵素が、DNAポリメラーゼおよび逆転写酵素からなる群より選択される、請求項7に記載の組成物。The composition according to claim 7, wherein the enzyme having DNA polymerase activity is selected from the group consisting of DNA polymerase and reverse transcriptase. 前記DNAポリメラーゼがTaq,EX−Taq,LA−Taq,Expandシリーズ,Plutinumシリーズ,Tbr,Tfl,Tru,Tth,T1i,Tac,Tne,Tma,Tih、Tfi,Pfu,Pfutubo,Pyrobest,Pwo,KOD,Bst,Sac,Sso,Poc,Pab,Mth,Pho,ES4,VENT,DEEPVENT、KOD、ならびにそれらの変異体、改変体および誘導体からなる群より選択される、請求項8に記載の組成物。The DNA polymerase is Taq, EX-Taq, LA-Taq, Expand series, Plutinum series, Tbr, Tfl, Tru, Tth, T1i, Tac, Tne, Tma, Tih, Tfi, Pfu, Pfutubo, Pyrobe, Pwo, KOD. 9. The composition according to claim 8, wherein the composition is selected from the group consisting of Bst, Sac, Sso, Poc, Pab, Mth, Pho, ES4, VENT, DEEPVENT, KOD, and mutants, variants and derivatives thereof. 前記DNAポリメラーゼが、DNA合成速度が少なくとも30塩基/秒であり、かつ3’−5’エキソヌクレアーゼ活性を有する熱安定性DNAポリメラーゼである、請求項8に記載の組成物。9. The composition according to claim 8, wherein the DNA polymerase is a thermostable DNA polymerase having a DNA synthesis rate of at least 30 bases / sec and having 3'-5 'exonuclease activity. 前記DNAポリメラーゼが、DNA合成速度が少なくとも30塩基/秒であり、かつ、pMol 21を鋳型としたPCRにおいて誤りが発生する確率が4%以下である熱安定性DNAポリメラーゼである、請求項10に記載の組成物。The DNA polymerase according to claim 10, wherein the DNA polymerase is a thermostable DNA polymerase having a DNA synthesis rate of at least 30 bases / second and a probability of an error occurring in PCR using pMol # 21 as a template of 4% or less. A composition as described. 前記逆転写酵素がAMV−RT,M−MLV−RT,HIV−RT,EIAV−RT,RAV2−RT,C.ヒドロゲノホルマンス(C.hydrogenoformans)DNAポリメラーゼ、スーパースクリプト(SuperScript)I、スーパースクリプト(SuperScript)II、ならびにそれらの変異体、改変体および誘導体からなる群より選択される、請求項8に記載の組成物。The reverse transcriptase is AMV-RT, M-MLV-RT, HIV-RT, EIAV-RT, RAV2-RT, C.I. 9. The method according to claim 8, which is selected from the group consisting of C. hydroformans DNA polymerase, SuperScript I, SuperScript II, and mutants, variants and derivatives thereof. Composition. 前記逆転写酵素のRNaseH活性が実質的に減少している、請求項8または12に記載の組成物。13. The composition according to claim 8 or 12, wherein the RNase H activity of the reverse transcriptase is substantially reduced. DNA合成の鋳型となる核酸、DNA合成酵素、1種以上のオリゴヌクレオチドプライマー、1種以上のヌクレオチド又はそれらの誘導体、緩衝剤、塩から成る群の少なくとも1つを含有する請求項1〜13に記載の組成物。14. The method according to claim 1, which comprises at least one of the group consisting of a nucleic acid serving as a template for DNA synthesis, a DNA synthetase, one or more oligonucleotide primers, one or more nucleotides or a derivative thereof, a buffer, and a salt. A composition as described. 前記ヌクレオチド又はそれらの誘導体が、デオキシホスホヌクレオチド又はその誘導体である請求項14記載の組成物。The composition according to claim 14, wherein the nucleotide or a derivative thereof is a deoxyphosphonucleotide or a derivative thereof. 前記デオキシホスホヌクレオチド又はその誘導体が、dATP,dCTP,dGTP,dTTP,dITP,dUTP、α−チオ−dNTP類、ビオチンーdUTP、フルオレセインーdUTP、及びシゴキシゲニンーdUTPから成る群がら選択される請求項15記載の組成物。The composition according to claim 15, wherein the deoxyphosphonucleotide or a derivative thereof is selected from the group consisting of dATP, dCTP, dGTP, dTTP, dITP, dUTP, α-thio-dNTPs, biotin-dUTP, fluorescein-dUTP, and sigoxigenin-dUTP. object. DNAを合成する方法であって、該方法は: (a)核酸の鋳型を、請求項1〜16に記載の1つ以上の組成物と混合し、混合物を形成する工程;および (b)該鋳型の全体または一部に相補的な第1の核酸分子を作製するのに、DNA合成速度が少なくとも30塩基/秒であり、かつ、pMol 21を鋳型としたPCRにおいて誤りが発生する確率が4%以下である条件下で、該混合物をインキュベートする工程、を包含する、方法。A method of synthesizing DNA, comprising: (a) mixing a nucleic acid template with one or more compositions of claims 1-16 to form a mixture; In order to produce a first nucleic acid molecule complementary to the whole or a part of the template, the DNA synthesis rate is at least 30 bases / second and the probability that an error will occur in PCR using pMol @ 21 as a template is 4%. Incubating the mixture under conditions that are less than or equal to%. 前記第1の核酸分子の全体または部分に相補的な第2の核酸分子を作製するのに、DNA合成速度が少なくとも30塩基/秒であり、かつ、pMol 21を鋳型としたPCRにおいて誤りが発生する確率が4%以下である条件下で、該第1の核酸分子をインキュベートする工程をさらに包含する、請求項17に記載の方法。In order to prepare a second nucleic acid molecule complementary to the whole or part of the first nucleic acid molecule, an error occurs in PCR using a DNA synthesis rate of at least 30 bases / sec and pMol @ 21 as a template. 18. The method of claim 17, further comprising incubating the first nucleic acid molecule under conditions where the probability of the first nucleic acid molecule is 4% or less. 請求項17に記載の方法に従って作製される、核酸分子。A nucleic acid molecule produced according to the method of claim 17. DNA分子を増幅するための方法であって、該方法は、以下:(a)核酸の鋳型を、請求項1〜16に記載の1つ以上の組成物と混合し、混合物を形成する工程;および(b)該鋳型の全体または一部に相補的な核酸分子を増幅するのに、DNA合成速度が少なくとも30塩基/秒であり、かつ、pMol 21を鋳型としたPCRにおいて誤りが発生する確率が4%以下である条件下で、該混合物をインキュベートする工程、を包含する、方法。A method for amplifying a DNA molecule, comprising: (a) mixing a nucleic acid template with one or more compositions of claims 1 to 16 to form a mixture; And (b) the probability that an error will occur in PCR using pMol @ 21 as a template when the DNA synthesis rate is at least 30 bases / second and amplifying a nucleic acid molecule complementary to all or a part of the template. Incubating the mixture under conditions where is less than or equal to 4%. DNA分子を配列決定するための方法であって、該方法は、以下:(a)配列決定されるべき核酸分子を、1つ以上のプライマー、請求項1〜16に記載の1つ以上の組成物、1つ以上のヌクレオチド、および1つ以上の終結因子と混合し、混合物を形成する工程;(b)配列決定されるべき該分子の全体または一部に相補的な分子の集団を合成するのに、DNA合成速度が少なくとも30塩基/秒であり、かつ、pMol 21を鋳型としたPCRにおいて誤りが発生する確率が4%以下である条件下で、該混合物をインキュベートする工程;および(c)該集団を分離して、配列決定されるべき該分子の全体または一部のヌクレオチド配列を決定する工程、を包含する、方法。17. A method for sequencing a DNA molecule, the method comprising: (a) providing the nucleic acid molecule to be sequenced with one or more primers, one or more compositions according to claims 1-16. Mixing with the compound, one or more nucleotides, and one or more terminators to form a mixture; (b) synthesizing a population of molecules complementary to all or a portion of the molecule to be sequenced. Incubating the mixture under conditions where the DNA synthesis rate is at least 30 bases / second and the probability of error occurring in PCR using pMol @ 21 as a template is 4% or less; and (c) C) separating said population and determining the nucleotide sequence of all or part of said molecule to be sequenced. 更にHot start PCRを採用する、請求項17、18、20、21の方法。22. The method of claims 17, 18, 20, 21 further employing Hot \ start \ PCR. DNA分子を合成する際に使用するためのキットであって、該キットが、請求項1〜16のいずれかに記載の1つ以上の化合物または成分を含む、キット。A kit for use in synthesizing a DNA molecule, the kit comprising one or more compounds or components according to any of claims 1 to 16. 2以上のパーツからなるDNA分子を合成する際に使用するためのキットであって、請求項1〜16のいずれかに記載の1つ以上の化合物または成分が、前記キットのいずれかのパーツの構成成分として、いくつかのパーツに分散して、あるいは、1つのパートに集中して含まれることを特徴とする、キット。A kit for use in synthesizing a DNA molecule consisting of two or more parts, wherein one or more compounds or components according to any one of claims 1 to 16 are contained in any of the kits. A kit characterized in that it is contained as a constituent component in several parts or concentrated in one part.
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