JPH11507235A - Linked linear amplification of nucleic acids - Google Patents

Linked linear amplification of nucleic acids

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JPH11507235A
JPH11507235A JP9502183A JP50218397A JPH11507235A JP H11507235 A JPH11507235 A JP H11507235A JP 9502183 A JP9502183 A JP 9502183A JP 50218397 A JP50218397 A JP 50218397A JP H11507235 A JPH11507235 A JP H11507235A
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ウォーレス,ロバート・ブルース
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バイオ−ラッド・ラボラトリーズ・インコーポレーテッド
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    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
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    • C12Q1/6844Nucleic acid amplification reactions
    • C12Q1/686Polymerase chain reaction [PCR]

Abstract

(57)【要約】 目的核酸配列の拡大合成(”増幅”)は連結した一連の多−サイタルプライマー伸長反応(LLA)によって達成される。上記方法のプライマー伸長反応に使用されるプライマーは核酸合成を停止する非複製可能な要素を含み、合成された分子が続くサイクルにおいて鋳型として役立つのを阻止する。合成された分子はプライマー伸長の間に数学的に線形で蓄積し、上記方法を混入している核酸に対して比較的非感受性にする。複数のプライマーを使用して、目的核酸配列の多数コピーを確実に蓄積させる。本発明は増幅された目的核酸配列の検出ならびに上記反応を行うための試薬キットをも提供する。   (57) [Summary] The extended synthesis ("amplification") of the nucleic acid sequence of interest is achieved by a series of linked multi-cital primer extension reactions (LLAs). The primer used in the primer extension reaction of the above method contains a non-replicable element that terminates nucleic acid synthesis, preventing the synthesized molecule from serving as a template in subsequent cycles. The synthesized molecules accumulate mathematically linearly during primer extension, rendering the method relatively insensitive to contaminating nucleic acids. Multiple primers are used to ensure that multiple copies of the nucleic acid sequence of interest are accumulated. The present invention also provides a reagent kit for detecting the amplified target nucleic acid sequence and performing the above reaction.

Description

【発明の詳細な説明】 核酸の連結型線形増幅法 背景技術 1.技術分野 本発明は、核酸の試験管内複製に関する。本発明は特に、目的の核酸配列の複 製工程に関する。この工程によると、目的の配列が数学的に線形に産生される複 数のプライマー伸長反応の連結によって、最終的に大量の望まれる配列が生ずる 。 2.背景技術の簡単な説明 今日では核酸「増幅法」として知られる(本明細書中ではそう呼称する)核酸 の大量複製は、種々の状況で実用的および理論的に広範に利用される。H.G.Kh oranaおよびその同僚は、合成DNAの酵素による連結によって作製された二本鎖DN A(酵母の主なアラニンtRNA遺伝子の配列の一部)の実用量を増加させるための 、試験管内DNA増幅反応の利用を初めて提言した(K.Kleppe et al.,J.Mol.B iol.56:341-361(1971)参照)。その後、現在ポリメラーゼ連鎖反応すなわち「P CR」として知られる技術として、試験管内増幅法はゲノムDNAの増幅に応用され た(Saiki et al.,Science 230:1350-1354(1985))。合成オリゴヌクレオチド プライマー、耐熱性DNAポリメラーゼ、および自動温度サイクル機器の普及によ って、PCRは分子生物学者に広く利用される道具となった。 このPCR工程は、文献中では「対数増幅」反応と呼ばれる。プライマー伸長反 応の各回すなわち「サイクル」毎に、一方のプライマーのプライマー結合部位が 合成される。すなわち、行ったいかなるサイクルにおいて産生された合成DNA分 子のいづれも、プライマー依存性複製のための鋳型として利用可能である。工程 のこの態様と充分に多数のプライマー分子の存在とを組み合わせることによって 、反応の進行とともに合成DNA分子が数学的に対数的に蓄積される。 PCRは分子生物学者にとって有用な技術であることが証明され、ヒト遺伝研究 、 診断、および法廷科学、さらには抗体の検出にも広範に利用されてきたが、その 欠点もまた認識されている。主として増幅産物が増幅反応の各回当たり対数的に 増加するために、PCRの反応過程は性格に定量化するのが困難であり得る。PCR産 物すなわち二本鎖DNA分子はそのまま解析または配列決定するのが困難である。 一般的に、配列決定または一本鎖核酸を必要とするその後の工程(例えば目的の 配列を検出し得るプローブへのハイブリダイゼーション)に先だってDNA鎖の分 離が実施されなければならない。 PCRの反応過程はまた、それまでに増幅されたDNA配列が次の反応に持ち込まれ ることによって生ずる不純物に対して極めて敏感であることが示されている。こ の問題は、(1)非常に大量のDNAが各反応サイクルにおいて生成し、(2)反応 においては連続したサイクル中で全てのDNA鎖産物が鋳型として用いられる、と いう事実によって生ずると考えられる。微小量の不純なDNAであっても、対数的 に増幅され、誤った結果を生ずる(Kwok and Higuchi,Nature 339:237-238(198 9)参照)。このような不純物混入の問題は広く認識され、不純物を減少させる様 々な方法(例えば化学的不純物除去法、物理的処理、酵素処理、および閉鎖系の 利用)が文献中で報告されている("Genetic Recognition",Nov.20,1992,Sa n Diego,CA中、John B.Findlay,"Development of PCR for in vitro Diagnos tics"参照)。 未だ、大量のDNAを提供し、目的の特異的な配列のみを増幅し、「PCR」反応に 伴う問題を回避する、新しい核酸(DNA)増幅法の必要性が存在する。特に、最 終的に大量の目的の核酸分子、または目的の核酸配列を含む大量の分子を産生し 、混入した核酸の存在には相対的に敏感でない核酸増幅法の必要性が存在する。 また、一本鎖産物を生成する核酸増幅法の必要性が存在する。 発明の概要 上述および他の要求は、本発明によって満たされる。本発明は、一つの態様に おいては試料中に含まれる相補的核酸鎖の中の目的の特異的な核酸配列の増幅工 程を提供する。この工程は以下の段階を含む。 (a)上記の鎖を鋳型として用い、第一世代プライマー伸長産物が合成され、 生 成した第一世代プライマー伸長産物が鎖から解離した場合に、相補鎖に対するプ ライマーの第二世代プライマー伸長産物合成のための鋳型として働き得るように 鎖に対するプライマーが選択される条件下で、非複製可能な要素を含むプライマ ーと鎖を接触させ、 (b)第一世代プライマー伸長産物を鋳型から分離して一本鎖分子を産生し、 (c)第一世代プライマー伸長産物を鋳型として用いて第二世代プライマー伸 長産物が合成されるような条件下で、第一世代プライマー伸長産物を段階(a) のプライマーと反応させる。この場合、第二世代プライマー伸長産物は少なくと も目的の核酸配列の一部を含み、鋳型を合成するために伸長されたプライマーの 伸長産物合成のための鋳型とはなり得ない。 本発明の他の態様においては、一本鎖分子を産生するために段階(c)の産物 は分離され、全体の工程が少なくとももう一度繰り返される。段階(c)は好ま しくは何回も繰り返され、工程はプラグラム式温度サイクル機器の制御下で自動 化された方式で実施される。 伸長して第一生成鋳型を調製したプライマーの鋳型としてはなり得ない第二世 代プライマー伸長産物の増加に伴って、非複製可能な要素を含む新しいプライマ ーの対が用いられ得る。この新しいプライマー対は都合良く第二生成合成産物に 結合し、目的の配列の増幅を保証する。線形複製工程が再度数サイクル実施され る。多サイクルプライマー伸長反応のこのような「連結」によって、元の目的の 核酸配列が最終的に千倍または百万倍に増幅される。このため、本発明は「連結 型線形増幅法」または「LLA」と呼称される。 本発明の別の態様においては、単一の反応液中に非複製可能な要素を含む複数 の(入れこ式の)プライマーの対が提供される。これらの対は、徐々に厳密さの 減少する条件下で個々の鋳型に結合できるように選択される。すなわち、いくつ かの連結型線形増幅反応を行うのに必要な全ての要素は単一の反応液中で提供さ れ得る。 本発明のさらに別の態様においては、(例えば鎌形血球症のような)遺伝疾患 または不全を示すことが知られている鋳型上の特異的な多型性部位に対するプラ イマーを利用し、本発明に従って対立遺伝子特異的核酸複製反応が実施される。 非複製可能な要素を含む対立遺伝子特異的プライマーは、望まれる対立遺伝子を 含む鋳型のみの核酸合成のプライマーとなるように設計される。 本工程によって生ずる合成核酸分子は、例えば遺伝疾患または不全の診断に、 遺伝子クローニングのようなさらなる技術の試薬として、または法医学的同定の ためなどに用いられ得る。 本明細書に記載する工程はまた、出発材料として一本鎖核酸を用いて実施され 得る。このような工程は以下からなる。 (a)第一世代プライマー伸長産物が鋳型として一本鎖核酸を用いて合成され る条件下で、鎖を非複製可能な要素を含む第一のプライマーと接触させ、 (b)第一世代プライマー伸長産物を鋳型から分離して一本鎖分子を産生し、 (c)第一世代プライマー伸長産物を鋳型として第二世代プライマー伸長産物 が合成される条件下で、第一世代プライマー伸長産物を、非複製可能な要素を含 む第二プライマーと接触させる。 この場合、第二世代プライマー伸長産物は第一のプライマーの伸長のための鋳 型とはなり得ないように、プライマーが選択される。段階(a)から(c)は多数 回繰り返され得、多数の核酸が合成される。続けて、この反応は新しいプライマ ーの対を用いた次の反応に連結される。 本明細書に記載する工程はまた、被切断因子を含むプライマーを用いて実施さ れ得る。この工程は以下からなる。 (a)第一世代プライマー伸長産物が鋳型として核酸を用いて合成される条件 下で、核酸鋳型の鎖を被切断因子を含む第一のプライマーと接触させ、 (b)第一世代プライマー伸長産物を鋳型から分離して一本鎖分子を産生し、 (c)第一世代プライマー伸長産物が被切断因子の位置で切断されるように、 一本鎖分子を処理し、 (d)第一世代プライマー伸長産物を鋳型として第二世代プライマー伸長産物 が合成される条件下で、第一世代プライマー伸長産物を第二プライマーと接触さ せる。 この場合、第一プライマー伸長産物が被切断因子の位置で切断された場合には 第二世代プライマー伸長産物が第一のプライマーの伸長のための鋳型とはなり得 ないように、プライマーが選択される。段階(a)から(c)は多数回繰り返され 得、多数の核酸が合成される。続けて、この反応は新しいプライマーの対を用い た次の反応に連結される。 さらに、二本鎖または一本鎖の出発材料に基づいて連結型線形増幅反応が実施さ れ得るように、第二のプライマーは被切断因子を含んでもよい。 本発明はまた、特異的核酸配列を増幅するために用いられる試薬キットに関す る。このようなキットには、例えば、DNAポリメラーゼ、増幅されるべき各配列 の二つ以上のプライマー(この場合、上記のプライマーの各々は非複製可能な要 素を含みまたは被切断因子を有する)が含まれ、さらにそれらのプライマーおよ びDNAポリメラーゼによって複製され得る対照の核酸配列が含まれてもよい。こ のキットにはまた、特定の配列の増幅産物の有無を呈示し得る核酸プローブが含 まれ得る。キットに切断因子を含むプライマーが含まれる場合、キットにはさら にプライマーを切断因子の位置で切断するための試薬が含まれ得る。 図面の簡単な説明 図1から4は、本発明の核酸増幅工程の模式図からなる。 図5から6は、図1から4に示した工程に連結した核酸増幅工程の模式図からなる 。 図7は、本発明に従って二つのプライマーを用いて実施される核酸増幅工程の さらに詳しい模式図である。 図8から10は、本発明に従って四つのプライマーを用いて実施される連結型線 形核酸増幅工程の詳細な模式図である。 図11は、PCR工程および本発明による工程によって調製された核酸分子の模式 図である。 図12は、ヒトβグロブリン遺伝子の配列(Genbank locus HUMHBB)および本明 細書で記載されるいくつかのプライマーの模式図である。 図13は、実施例7で増幅されるヒト成長ホルモン配列の配列である。実験で用 いたオリゴヌクレオチドの相対的な位置を下線で示す。オリゴヌクレオチドGH1 は、示したヒト成長ホルモン配列の相補鎖にハイブリダイゼーションする。 好ましい態様の詳細な説明 本発明の核酸複製工程は、大量の目的の特異的核酸配列を産生し得る。この過 程の好ましい形式は、連結された一連の多サイクルプライマー伸長反応からなる 。各多サイクルプライマー伸長反応においては、多数のサイクルによってプライ マー依存性核酸複製が実施され、サイクル毎にプライマー伸長産物が数的に線形 に蓄積される。特異的プライマー、またはプライマー対は、増幅すべき配列を含 む出発試料中の各核酸鎖に対して提供される。サイクル毎にプライマー伸長産物 が線形に蓄積されることは、非複製可能な要素(核酸ポリメラーゼがプライマー の全配列を複製することを妨げ、プライマー伸長反応を停止させる因子)を含む プライマーの利用によって保証される。または、望まれるプライマー伸長産物が 線形に蓄積されることは、被切断因子を含むプライマーの利用によって保証され る。この場合、第一のプライマー伸長産物の切断によって、第一のプライマーの 有効な結合部位を持たない第二のプライマー伸長産物が生ずる。このような非複 製可能な要素または被切断因子を含む適当なプライマー、および適当なプライマ ー対合条件の選択によって、大量に蓄積されるプライマー伸長産物(本明細書で は「第二世代プライマー伸長産物」と呼称する)が、同じプライマーを用いたそ れ以降のプライマー伸長サイクルにおいてそれ自体は鋳型として働かないことが 保証される。すなわち、各サイクル由来のプライマー伸長産物を以降のサイクル において鋳型として用いる(「PCR」のような)核酸増幅反応と異なり、「対数 増幅」は各サイクル間で生じない。 本発明の工程は、オリゴヌクレオチドのハイブリダイゼーションおよびプライ マー伸長反応の数々の重要な特性を利用し、その長所を活用する。本発明は以下 の長所を活用する。 ・DNAポリメラーゼは、変性およびプライマー依存性伸長反応の連続したサイ クルによって鋳型DNAを複製し得る。 ・プライマーが完全に相補的でない場合でも、適当な条件下でプライマー依存 性伸長反応が起こり得る。 ・プライマー伸長反応には、それ以前のプライマー伸長サイクルで産生された 鋳型が用いられ得る。 ・プライマー伸長反応は、非塩基性部位または非ヌクレオチド残基が鋳型核酸 に存在する場合、それらによって阻害される。または、プライマー伸長反応は物 理的に生成プライマー伸長産物の一部を、プライマー伸長反応で用いられるプラ イマーに導入された被切断部位でこの分子を切断することによって、除去するこ とによって阻害される。 ・プライマーの長さおよび組成は、既知の機構によって、鋳型上でポリメラー ゼ誘導性伸長反応をプライマーが開始する条件(例えば温度等)に影響する。 ・プライマー伸長反応は、温度サイクル機器によって迅速なサイクルで行われ る。 本工程は、多コピー数の目的の核酸配列を生成するために連続的にまたは並行 的に(すなわち同時に)実施(連結)され得る、一連の線形増幅反応を都合良く 利用する。目的の核酸配列には、実質的に鋳型鎖の全長が含まれ得、またはその ごく一部からなり得る。目的の配列を含む鋳型鎖は、実質的に均一の試料で、ま たは核酸混合液の一部として(極めて一部でも)存在し得る。 本発明に従い、増幅されるべき配列を含む各鎖に対する非複製または被切断因 子を含むプライマーが提供される。二本鎖鋳型の場合、プライマーは鋳型の変性 の前または後に加えられる。プライマーは、各々の出発鋳型に対合させられ、ポ リメラーゼ酵素存在下で酵素の機能に適した条件で伸長され、第一プライマー伸 長産物を形成する。この工程は、生ずる二本鎖核酸を変性させ、プライマーを鎖 に対合させ、再度プライマー伸長反応を行うことによって繰り返される。第一世 代プライマー伸長産物によるプライマー伸長反応によって、第二世代プライマー 伸長産物が産生する。この産物は、非複製可能な要素を有するため、以降のサイ クルでは同じプライマーの鋳型とはなり得ない。または、プライマーが被切断因 子を含む場合、第一世代プライマー伸長産物は被切断因子の位置で切断され、こ の第一世代プライマー伸長産物が適当なプライマーに対合し伸長した場合、生ず る第二世代プライマー伸長産物には、第一世代プライマー伸長産物を産生するた め用いたプライマーの結合部位は存在しない。 図1から5は、本発明の工程に従ってDNA鋳型に対して行った、一連のプライマ ー伸長反応(すなわち、一回の線形増幅反応)の模式図である。図にしめすよう に、 この工程は、確定した末端を有する二本鎖DNA分子を用いて段階(a)に始まる。 図1から4において、出発DNA鎖は実線で示す。 出発二本鎖は好ましくはそれを含む緩衝液を熱することによって変性され、生 ずる一本鎖は一対のプライマーと接触させられる(段階(b))。各プライマー は好ましくは出発鋳型より実質的に分子数過剰の状態で提供され、配列中に非複 製または被切断因子(ここではプライマー配列中に(x)または(o)で示す)を 含む。適当な条件下では、プライマーは個々の鋳型に対合し、DNAポリメラーゼ および4つのデオキシリボヌクレオチドの存在下でプライマー伸長反応に従って 伸長される(段階(c))。合成されたDNAは、図1から4において点線で示し、出 発二本鎖DNAを鋳型として合成されたDNAは「一次生成」DNAと呼称する。生ずる 鋳型はさらに変性され、プライマーが対合させられる(段階(d))。 図2の段階(e)に示すように、一次生成プライマー伸長産物を鋳型として用い るプライマー伸長反応によって、第二次生成DNAが調製されるが、反応は第一次 生成合成DNAに導入された非複製可能な要素より先には進まない。すなわち、参 照番号10および20で示されるDNA分子が合成される。図に示すように、分子10ま たは分子20には非複製または被切断因子を含むプライマーの機能する結合部位が 導入されていないため、これらの第二次生成分子は、その後のプライマー伸長反 応には関与しない。すなわち、段階(f)および(g)に示すように、その後の一 連のプライマー伸長反応によって、第二次生成分子は数学的に線形に蓄積する。 望ましいサイクル数の後、合成DNAは二番目のプライマー対を用いる一連の第 二次プライマー伸長反応のために(すなわち続けて)出発材料として用いられる 。図5から6に示すように、(a)および(b)で示す非複製可能な要素を含むプラ イマーは、図1から4の反応産物である分子10および20をさらなるDNA合成の鋳型 として利用できるように選択される。この一連のプライマー伸長反応の結果同様 に、図6の段階(e)で参照番号30および40で示す、これらの反応で利用されるプ ライマーの鋳型となり得ない合成DNA分子が蓄積する。望ましいサイクル数の後 、同様に非複製または被切断因子を含む適当なプライマーを用いて、これらの合 成分子は次の複製反応に連結され得る。プライマーが被切断因子を含む場合、一 次プライマー伸長反応の後に、二次プライマー伸長反応に先だって、一次プライ マー伸 長産物が被切断因子の位置で切断される反応が行われる。 すなわち、いかなる一連のサイクルの合成核酸産物も、新しいプライマーまた はプライマー対が提供されれば、それ自身がさらなる増幅反応の鋳型となり得る ことが明らかである。すなわち、一次線形増幅反応が100サイクル行われれば、 この反応で生ずる100コピーは合成鋳型にハイブリダイゼーションし得る新しい プライマー対を用いて連結型線形増幅(LLA)反応において鋳型として用いられ 得る。さらなる100サイクルの線形増幅によって、増幅は累積して10000倍(100 ×100)になる。工程を三番目のプライマー対を用いて繰り返すことによって、1 ×106の累積増幅が行われる。さらなる増幅は、追加のプライマーおよび追加の プライマー伸長サイクルを用いることで達成される。 図7は、本発明による増幅工程における二つのプライマーの利用の極めて詳細 な模式図である。図に示すように、連続したプライマー伸長反応のために二つの プライマーが利用される。各プライマーは標的配列に相補的であるが、相補的ヌ クレオチドの一つの代わりに一つの非複製可能な要素(x)を含む。 考察すべき反応は四つある。反応1においては、プライマーP1は鋳型の上の鎖 のコピー(一次生成核酸;産物I)を産生する。産物Iの1コピーが各サイクルに つき産生し、mサイクルではmコピーとなる。反応2においては、プライマーP2は 同様に鋳型の下の鎖(一次生成核酸;産物II)を産生する。産物IIの1コピーが 各サイクルにつき産生し、nサイクルではnコピーとなる。実際上、mとnは同一で ある。 反応3においては、プライマーP1は反応2由来の産物II(鋳型IIと示す)の複数 のコピー(二次生成核酸;産物III)を産生するが、鋳型IIは内部に導入された 非複製可能な要素以降は複製されない。すなわち、産物IIIはプライマーP1また はP2の鋳型とはなり得ない。 同様に、反応4においては、プライマーP2は鋳型Iの複数のコピー(二次生成核 酸;産物IV)を産生するが、鋳型Iは非複製可能な要素以降は複製されない。す なわち、産物IVはプライマーP1またはP2の鋳型とはなり得ない。 表1は、サイクル数の関数として各産物の蓄積を示す。示すように、反応の生 産量を計算するために(n2+n)/2の等式が用いられ得る。反応の効率が100%以下 である場合、増幅はこれに満たない。 非複製可能な要素を含み産物IIIまたは産物IVに相補的な三番目のプライマー が反応に含まれる場合、産物IIIまたは産物IVよりも短い新しい産物が蓄積する 。この産物は反応中のいかなる他の鎖よりも大量に存在し、多くは一本鎖の状態 に留まる。 本発明に従う反応および線形増幅反応の「連結」を図8から10に示す。四つの プライマーがこの反応では用いられ、同時に実施される二つの二プライマー反応 が連結される。この反応においては、プライマーP1およびP3は標的核酸の上の鎖 に相補的であり、P2およびP4は下の鎖に相補的である。プライマーP3に相補的な 部位は、P1相補部位の(鋳型に対して)5'である。同様に、プライマー4に相補 的な部位は、P2相補部位の(鋳型に対して)5'である。目的の核酸配列は、両プ ライマー対にはさまれた領域に都合良く配置される。 図に示す、各々異なる鋳型を有する6つの異なる反応が考えられ得る。反応1A 、1B、2Aおよび2Bの各々によって、出発核酸鋳型の各鎖に相補的な一次生成合成 核酸(それぞれ産物IA、IB、IIAおよびIIB)が線形増幅される。反応3A、3B、4A および4Bの各々によって、反応1A、1B、2Aおよび2Bで合成された核酸中に非複製 可能な要素が存在するためにプライマーP1またはP2の鋳型となり得ない、二次生 成合成核酸が線形増幅される。しかし反応5および6に見られるように、プライマ ーP3およびP4はその相補部位の位置のために、元の鋳型DNAおよびそれぞれ鋳型I VAおよびIIIA上でDNA合成を開始する機能を有する。産物IIIBおよびIVBは当然、 この反応のいずれのプライマーの鋳型ともならないが、目的の核酸配列を含む。 本明細書に記載する反応には変更が可能であることは明らかであろう。例えば 、線形増幅反応は図8から10と関連して記載されるように同時に実施する代わり に、連続的に連結され得る。すなわち、プライマーP3およびP4はnサイタルのプ ライマー伸長反応の後、反応液に加えられ得る(nは2から100の範囲である)。 別の変更では、プライマーP1およびP2は、プライマーP3およびP4がDNA合成を 開始しない条件下(例えば温度等)で鋳型DNAに対合してDNA合成を開始し得るよ うに選択される。プライマーP1、P2、P3およびP4は最初の反応液中に提供される 。第一の線形増幅は、プライマーP1およびP2のみがプライマー伸長に関与するよ うなさらに厳しい条件下で実施される。望まれるサイクル数の後、反応条件は緩 くされ、四つの全てのプライマーが核酸合成に関与する。プライマーP1およびP2 は、出発鋳型を用いて一次生成プライマー伸長産物を、一次産物を鋳型として用 いて二次生成産物を生成し続け、プライマーP3およびP4もまた、プライマーP1お よびP2の二次生成プライマー伸長産物を鋳型として用いる。ここでも、目的の核 酸配列は両プライマー対にはさまれた鋳型鎖の領域に都合良く配置される。 非複製可能な要素を含み産物IIIBまたはIVBに相補的な五番目のプライマーが 反応に含まれる場合、IIIBまたはIVBよりも短い新しい産物が蓄積する。この産 物は、反応中の他のどのDNA鎖よりも大量に存在し、多くは一本鎖のままで存在 する。分子生物学の当業者には、奇数のプライマーが本発明を実施する際に用い られる場合は常に、一本鎖DNAの蓄積が起きることが理解されよう。 非複製および/または被切断因子を含むプライマーの使用によって、この工程 に よって産生した合成核酸のいずれも、その後のプライマー伸長サイクルにおいて 鋳型となり得ないことが保証される(ただし、出発物質中に存在する最初の鋳型 核酸鎖から合成されたプライマー伸長産物(このようなプライマー伸長産物は本 明細書では「一次生成プライマー伸長産物」と呼称する)を除く)。すなわち、 PCRの際には生ずる(Kleppe et al.,およびSaiki et al.,上述)サイクル毎の 合成核酸の数学的に対数的な蓄積が回避される。 分子生物学およびDNA化学の分野で経験を有する科学者は、非複製または被切 断因子を含むプライマーを合成し得る。例えば、1,3-プロパンジオールの残基( DNA合成を停止させる)を含むプライマーが、Seela et al.,Nucleic Acids Res .15,3113-3129(1987)に従って合成され得、Glen Research,44901 Falcon Plac e,Sterling,VAから商業的に入手可能である。1,4-アンヒドロ-2-デオキシ-D- リビトールの残基(非塩基性部位の例)を含むプライマーは、Eritja et al.,N ucleosides & Nucleotides 6,803-814(1987)を参照して合成され得る。開示済 みヨーロッパ特許出願416817 A2(Imperial Chemical Industries PLC;1991年3月 13日)には、プライマー配列とポリヌクレオチド尾部との間に非複製可能な要素 として2'デオキシリボフラノシルナフタレン分子を含むプライマーの合成が記載 されている。鋳型のポリメラーゼ依存性複製を停止させる他の因子(例えばリボ ヌクレオシドまたはデオキシリボヌクレオシド)を含むオリゴヌクレオチドの合 成は、当該分野に通暁した者には明らかであろう。非複製可能な要素は好ましく はプライマーの末端残基に存在する。 分子生物学およびDNA化学の分野に経験を有する科学者は同様に、被切断因子 を含むプライマーを合成し得る。例えば、リボヌクレオシドを含むプライマーは 、オリゴヌクレオチド合成の基本的な方法を用いて、核酸化学の当業者に知られ たオリゴヌクレオチド合成反応において保護されたリボヌクレオチドをデオキシ リボヌクレオチドの代わりに導入することによって、核酸化学の当業者によって 慣用的に合成され得る。適当なリボヌクレオシドを含むプライマーは、商業的に 入手可能である。 一次プライマー伸長産物の一つの切断法は、リボヌクレオシドに隣接したホス ホジエステル結合とデオキシリボヌタレオシドに隣接したホスホジエステル結合 との反応性の差を利用する。リボヌクレオチドを含むプライマー伸長産物は、産 物をRNase Aのようなリボヌクレアーゼ(RNase)で処理することによって容易に 切断され得る。ウリジン三リン酸(UTP)がプライマーに導入された場合、酵素 ウラシル N-グリコシラーゼ(UNG)もまた、一次プライマー伸長産物を切断して その相補鎖プライマーハイブリダイゼーション部位を除去するために用いられ得 る。または、リボヌクレオシドを含むプライマー伸長産物はまた、好ましくは0. 5N NaOHの過酸化水素で処理することで切断され得る。好ましいプライマーは、 切断によってその後のプライマー伸長反応で用いられるプライマーの一つのハイ ブリダイゼーション部位を破壊するようなプライマー中の位置に存在する一つ以 上のリボヌクレオシドを含む。このリボヌクレオシドは非複製可能な要素と異な りDNAポリメラーゼ依存性伸長反応を妨げないため、プライマーの3'末端に位置 する。 実施例によって、より長い配列中に存在する複製標的配列を含む二本鎖DNA分 子から始まる典型的な増幅反応が行われる。各鎖に特異的なオリゴヌクレオチド プライマー(各々が本明細書に記載する非複製および/または被切断因子を含む )が各鎖に対合させられる。プライマーは、増幅されるべき配列をはさむ位置の 各鎖に結合するように選択される。 プライマー伸長反応の最初のサイクルは、DNAポリメラーゼおよび四つのデオ キシリボヌクレオチド塩基の存在下で、選択された酵素に適した条件で行われる 。生ずる一次生成合成DNAは、3'末端にオリゴヌクレオチドプライマーを、その 下流(5')に他のプライマーの完全な結合部位を取り込んでいる。プライマーが 被切断因子を含む場合、生ずる一次生成合成DNAは一つ以上の被切断因子を3'末 端に含むオリゴヌクレオチドプライマーを取り込んでいる。 一次生成合成DNAが他のプライマー(すなわちその3'末端に取り込まれていな いプライマー)の鋳型として働く、二番目のプライマー伸長サイクルが行われる 。DNA合成は鋳型に沿って進むが、鋳型中に配置された非複製可能な要素にポリ メラーゼ分子が到達すると停止する。本明細書で「二次生成合成DNA」と呼称す る生ずる合成DNAは、プライマーの全配列によって規定される特定の末端を5'末 端に、他のプライマーの一部分(非複製可能な要素に到達するまでにDNAポリメ ラーゼが複製した部分)によって規定される特定の末端を3'末端に有する。 二次生成合成DNAはその後のDNA合成に鋳型として関与はしない。上述したよう に、二次生成合成DNAは必要なプライマー結合部位の一部のみを含む。選択され たプライマー対合および伸長条件下で、このプライマー結合部位の部分はプライ マーが結合し、プライマー依存性DNA合成のための部位として働くには不十分で ある。すなわち、三番目以降のプライマー伸長サイクルが行われる場合、最初の 鋳型DNAおよび一次生成合成DNAのみが鋳型として関与する。これらの鋳型が引き 続き複製されることによって、目的の配列を含む二次生成合成DNAサイクル毎の 「線形」増幅が行われる。 望ましいプライマー伸長サイクル数の後、各鎖に対する二番目のプライマーを 提供することによって、さらなる複製が達成され得る。この二番目のプライマー は、最初の鋳型鎖の、最初のプライマー対にはさまれる領域中に結合するように 選択される。二番目のプライマーは、二番目のプライマーにもまた、非複製およ び/または被切断因子が含まれ、そのプライマー伸長産物がその後のサイクルに おいてそれらのプライマーを用いた核酸合成鋳型とならないことが保証される。 二番目のプライマーに被切断因子が含まれる場合、それらのプライマーを用いて 作られた一次プライマー伸長産物は、被切断因子の位置で切断され、それから産 生する二次プライマー伸長産物には、一次プライマー鎖と同一の新しい複製物が 生成するような有効な結合部位は含まれない。 プライマー結合条件、特に温度によって、ある特異的なプライマーが特異的な 鋳型に結合するかどうかが決定することが知られている(Rychlik et al.,Nucl eic Acids Res.18,6409-6412(1990);Wu et al.,DNA Cell Biol.10,233-23 8(1991)参照)。すなわち、様々の塩基組成および/または長さのプライマーを含 む反応液中では、プライマー結合温度の選択もまた、どのプライマーがDNA合成 を開始するのか選択するために働く。例えば、それぞれ72℃、62℃および52℃で 反応を開始する一次、二次および三次プライマー対を一つの反応液中に提供する ことによって、最初の一連のプライマー伸長反応を72℃で行うことによって一次 プライマー対のみがプライマー依存性核酸合成をもたらすために機能することが 保証される。望ましいサイクル数の後、プライマー伸長温度は62℃に下げられ、 一次および二次プライマー対がDNA合成を開始する。プライマー伸長反応温度を5 2℃ に下げることによって、三つのプライマー対全てがプライマー依存性DNA合成に 関与することができるようになる。本工程にプライマー混合液を用いることによ り、工程の進行に従って実験者が別々に各プライマーを加える必要なしに、工程 は効率的に行われる。 有用な、プログラム可能な温度サイクル機器の利用によって、上に記載した三 つのプライマー対全てが一つの増幅反応液中で提供され得る。プライマーは、最 も厳しい条件下でDNA合成を開始するプライマーが他のプライマーの3'の鋳型に 結合するように選択される。同様に、最も緩い条件下で合成を開始するプライマ ーは、他のプライマーの5'に結合する。最初の一連のプライマー伸長反応(サイ タル)は、目的の配列を含むDNAの合成に最初のプライマー対のみが関与するよ うな最も厳しい(最も高温の)プライマー対合条件で行われる。予め選択された プライマー伸長サイクルの後、プライマー対合条件は緩く設定される。選択され た条件下で最初の一連のプライマー伸長サイクルによって産生した二次生成合成 DNAの線形複製を開始することにより、二次プライマー対は続けてDNA増幅を開始 する。三次プライマー対がプライマー依存性DNA合成を行い得るように条件がさ らに調整された場合、一次および二次の一連のプライマー伸長反応で産生した二 次生成合成DNAは、DNA複製の鋳型として働く。 予め選択された温度で結合するプライマーの設計は、分子生物学者の能力の範 囲内である。特異的なプライマーが機能する温度は、一般的な計算法(Wu et al .,DNA Cell Biol.10,233-238(1991))、コンピュータープログラム(Rychlik et al.,Nucleic Acids Res.1,6409-6412(1990))によって、プライマーの長 さおよび組成に基づいて予測され得る。試験管内DNA増幅に適した温度サイクル は、手動で、または商業的に入手可能なプログラム温度サイクル機器によって行 われ得る。熱空気サイクラーを用いて、極めて迅速なサイクル時間が達成され得 る(Wittwer et al.,Nucleic Acids Res.17,4353-4357(1989))。30秒までの 短いサイクル時間が可能である(Wittwer et al.,Bioitechniques 10,76-83(1 991))。すなわち、100サイクルのプライマー伸長反応が50分までの短い時間で 達成され得る。 一次プライマー伸長産物を切断するために用いた試薬を不活性化する適当な温 度サイクルが、望ましい増幅反応を行うために、プログラム温度サイクル機器と ともに用いられるプログラムに組み込まれ得る。例えば、多くのRNase活性はRNa seを含む反応液を100℃で3から5分熱することによって破壊される。 対立遺伝子特異的線形増幅反応 本発明の一つの態様においては、3'ヌクレオチドが鋳型中の差異を生じ得る( 多型性である)特定のヌクレオチドに相補的であるプライマーが設計される。差 異を生じ得るヌクレオチドは、鎌形血球症のような遺伝疾患に関与する、または 多型性であることが知られている他の部位のヌクレオチドであり得る。プライマ ーと対応する鋳型の3'ヌクレオチド間に偽対合が存在する場合、プライマーの設 計によって、伸長がほとんどないか、または好ましくは全く起こらないことが保 証される(Petruska et al.,PNAS USA 85,6252-6256(1988)参照)。すなわち 、このようなプライマーは「対立遺伝子特異的」であり、目的の核酸配列中の一 つの塩基の有無を判別し得る。本発明による工程で対立遺伝子特異的プライマー を用いた後の合成DNAの存在は、すなわち最初の鋳型DNA中に目的の対立遺伝子が 存在することを示す。 オリゴヌクレオチドプライム反応の対立遺伝子特異的な特性は、対立遺伝子特 異的PCRを行うのに用いられてきた(例えばNewton et al.,Nucleic Acids Res .17,2503-2516(1989)参照)。しかし一般的なPCRと同様に、対立遺伝子特異的 PCR反応の対数的なふるまいは、反応を行う際の困難を生じてきた(Ugozzoli et al.,Methods 2,42-48(1991)参照)。しかし本増幅工程のサイクル間での線形 のふるまいは、対立遺伝子特異的プライマー中に非複製可能な要素が存在するた めに、このような困難を回避している。 増幅産物の検出 本発明の増幅工程の一次産物は一定の長さの一本鎖合成DNAである。産物鎖の 長さは、最後に用いたプライマーの位置によって決定され、プライマー自身の長 さと、プライマーの3'末端から鋳型の非複製可能な要素までに取り込まれるヌク レオチド数の合計に等しい。産物は、放射線、蛍光分子または酵素等で標識した プ ライマーまたはプローブ、電気泳動、高圧液体クロマトグラフィー等の利用を含 む既知の核酸検出技術によって検出され得る。 本発明は、ヒトまたは他の動物の遺伝疾患の診断において重要な応用性を有す る。ヒトの多くの遺伝疾患は、既知の配列の遺伝子中の特異的な変化によって起 きることが知られている。これらの特異的な変異に対しては、個人のDNA中の様 々な遺伝子配列のどれが疾患に関わるのかを決定するための、ハイブリダイゼー ションまたは他の対立遺伝子特異的技術(上述参照)を用いたDNAによる診断が 可能である。明らかに、標的DNAの増幅はこれらの技術を発展させるのに有効で あった。鋳型増幅の主要な長所は、少量の試料が用いられ得、検出系の背景に対 する信号の比が改善され、自動化の明らかな可能性があり、増幅系自体が検出系 であるという点である。 本発明の工程によって、他の増幅反応によって提供されるのと同じ利点の全て に加えて、さらなる利点が提供される。産物は一本鎖であり、検出に先だって変 性させる必要がない。奇数のプライマーが用いられる場合、過剰量の一本鎖分子 が産生される。これらの分子は、例えばハイブリダイゼーションプローブとして 有用であり、他の増幅技術よりも多くの利点を提供する。産物が線形に蓄積され 正確に定量され得るため、新しく合成されたDNAを鋳型として同一のプライマー を用いて連続したサイクルにおいて用いる対数的工程に比べて「偽陽性」の出現 が減少するというさらなる利点が提供される。 実施例 以下の実施例において使用した溶液を以下に記載する: TE(Tris-EDTA):10mM Tris-HCl,1mM EDTA.pH 8.0 TBE(Tris-ホウ酸-EDTA):89mM Tris-HCl,89mM ホウ酸、2mM EDTA,pH 8.3. クレノーポリメラーゼ緩衝液:50mM Tris-HCl,10mM MgCl2,pH 7.6 キナーゼ緩衝液:50mM Tris-HCl,10mM MgCl2,5mM DTT,0.1mM塩酸スペルミジン ,0.1mM EDTA,pH 7.6 DNAポリメラーゼI緩衝液:50mM Tris-HCl,10mM MgSO4,0.1mM DTT,50μg/mlウ シ血清アルブミン,pH7.2 シーケンス緩衝液:40mM Tris-HCl,20mM MgCl2,50mM NaCl,pH7.5 Bstポリメラーゼ緩衝液:20mM Tris-HCl,20mM MgCl2,pH 8.5 サーマスアクアチクスポリメラーゼ緩衝液:50mM KCl,10mM Tris-HCl,1.5mM M gCl2,0.01%w/vゼラチン、pH8.3 10X ファイコールロード緩衝液:100mM Tris-HCl pH7.5,10mM EDTA,0.5%ブロ モフェノールブルー、0.5%キシレンシアノールおよび30%ファイコール 5X SSPE: 50mMリン酸ナトリウムpH7.0,0.9mMNaClおよび5mM EDTA 6X SSC:0.9MNaCl,0.09M クエン酸ナトリウム 発明の過程は以下の実施例に例示するが、これは保護の請求の範囲を限定する ものではない。 実施例1-1,3プロパンジオールは鋳型中に存在する場合にプライマー伸長を阻害 する 1,3プロパンジオール分子が複製不能な因子として機能してDNA合成を阻害する 能力があることを示すために、1,3プロパンジオール分子(複製不能な因子”X ”として示す)を含む核酸塩基をひとつ含むまたは含まない鋳型および鋳型の3 ’末端に相補的なプライマーを合成した。合成した配列は以下の通りである: プライマーおよび鋳型はアニールして以下のプライマー鋳型複合体を形成する: それからプライマー鋳型複合体を、さまざまなDNAポリメラーゼ(DNAポリメラー ゼIのクレノー断片、アンプリタックポリメラーゼ(Perkin Elmer-Cetus Corp.) 、BSTポリメラーゼ(Bio-Rad Laboratories,ヘルクレス、カリフォルニア州)お よびシークエナーゼポリメラーゼ(United states Biochemical、クリーブラン ド、オハイオ州)を用いてα-[32P]-dCTP存在下において伸長させ、産物を変性 ポリアクリルアミドゲル上で電気泳動にかけた。 プライマーおよび鋳型はプライマー対鋳型の比率が10になるように混合し、ポ リメラーゼ酵素に適した緩衝液を使用した。20μlの反応液は、207または207-X のいずれかを1pmol、10pmol P12,25μMdNTP、0.5μCi のα-[32P]-dCTPおよび アンプリタック緩衝液、BST緩衝液、クレノー緩衝液またはシークエナーゼ緩衝 液のいずれかを含む。試料は2分間90℃に加熱し、それから5分間0℃に冷却して からDNAポリメラーゼを1ユニット添加して37℃で10分間反応させた。結果から、 プロパンジオール残基は以下に示したように4つのDNAポリメラーゼすべてについ てプライマー伸長を阻害することが示された: 実施例2-プロパンジオールを含む塩基を持つプライマーはPCRを行わない。 2つは複製不能な1,3-プロパンジオール分子を含む、4つのオリゴヌクレオチド を調製した。配列は、Eppendorf Ecosyn D300自動DNA合成機にてZ位置にMMT-プ ロパンジオールリン酸化アミジンを持つように合成した。配列を合成機に登録す ると、Zが導入される。配列は以下の表に示す: ヒトβグロビン遺伝子(GenBank 座位HUMHBB)のオリゴヌクレオチドと相補的な 部位を図12に示す。 in vitro 増幅反応を4つのプライマーのさまざまな組み合わせで行った。それ ぞれの反応は、標準的なPCR反応緩衝液中に、100ngのヒトゲノムDNA、それぞれ6 pmolの2つのプライマーが含まれた。反応はサーマルサイクラー(Ericomp)を使用 して94℃3分加熱し、55℃に冷却して30秒、72℃に加熱して30秒、それから以下 のように加熱および冷却を31サイクル行った:94℃、1分、55℃、30秒、72℃、3 0秒。サーマルサイクルを行った後、試料を72℃にてさらに3.5分インキュベート した。プロパンジオールを含まないプライマー(BGP-1 30およびBGP-2 22)を含む 反応液のみから319bpの増幅産物が得られた。従って、プロパンジオールを含む プライマーはPCRを行わないことが確認された。 実施例3-プロパンジオールを含むプライマーは特異的DNA断片を生産する。 プラスミドpHβAを、プロパンジオールを含むプライマー(BGP-1 30XおよびBGP -2 22X)またはプロパンジオール分子を含まないコントロールプライマー(BGP-1 30およびBGP-2 22)と混合した。プライマー/鋳型混合物を、二重鎖鋳型を解離さ せるために94℃20秒、それから48℃20秒のサーマルサイクルにかけた。最後のサ イクルの後、反応液をさらに48℃で5分40秒インキュベートしてプライマー伸長 反応を完了させて一本鎖DNAをアニールさせた。(本発明に従った)プロパンジ オールを含むプライマーを使用した反応混合液は、プライマー伸長を45ラウンド まわった。プロパンジオール分子を含まないプライマーを使用したPCR反応は、 プライマー伸長を10ラウンドまわった。反応産物は1.5%アガロース上において( TBE緩衝液)電気泳動を行った。プロパンジオールを含むプライマーはPCRで作成 される断片よりもちいさいDNA断片をつくりだす。大きさがちいさいのは、プラ イマー伸長が鋳型鎖の末端まで伸長しないで産物の5'伸長が残ったためである。 図11は本発明にしたがったPCR反応およびLLA反応産物の比較である。対数的に 蓄積するPCR反応による主要な産物は、使用したプライマーの末端に相当する決 められた末端を持つ完全な二重鎖である。しかし、本発明の過程の産物は、複製 不 能な因子をプライマー伸長が通過しないために、相当するPCR産物よりも小さい のである。 実施例4-プロパンジオールを含むプライマーはDNA増幅を行う。 本発明に従った増幅反応は、さまざまなサイクル数でBGP-1 30XおよびBGP-2 2 2Xを使用して行った。増幅産物はドットブロットハイブリダイゼーションを行い 、ハイブリダイゼーションシグナルをその配列を含む既知の量のプラスミドDNA から得られるシグナルと比較した。 標準的なPCR反応緩衝液中に、プラスミドpHβA(pBR322にクローニングした完 全なヒトβグロビン遺伝子を含む)、5pmol BGP-1 30X、5pmol BGP-2 22X,83μM dNTP,2.5ユニットアンプリタックDNAポリメラーゼを含む15μlの反応液を調製 した。サーマルサイクル反応を、以下のプログラムを使用して45,32および22サ イクルCorbett Resarch FTS-1サーマルサイクラー中で行った:94℃20秒、48℃2 0秒。サイクルの終了時に、反応液を94℃20秒加熱し、それから48℃4分インキュ ベートした。 反応液産物(3μl)を10μl 4N NaOH、250mM EDTAと混合しゼータプローブメ ンブレン(Bio-Rad Laboratories,ヘルクレス、カリフォルニア州)上にブロッ トした。同じ様に変性させた56,118および231ngのプラスミドpHβAもメンブレン 上にのせた。メンブレンを5'-32P-CTGCAGTAACGGCAGACTTCTCCTで55℃3時間、5X S SPE,1% SDS,5mg/ml Blotto,10μg/ml ホモミックスIRNA中でハイブリダイゼーシ ョンした。ハイブリダイゼーションの後、ブロットを室温にて6X SSCで洗浄し、 それからBio-Rad分子イメージャーで解析した。反応はおよそ250倍増幅しており 、これによって本発明の過程によって興味のアル核酸配列が増幅されたことを示 している。 実施例5-ゲノムDNAからのヒトβグロビン遺伝子の増幅 リニアーな増幅反応は、本発明にしたがってサーマスアクアチクスポリメラー ゼ緩衝液、鋳型DNA(ゲノムDNA800ngまたはプラスミドpHβA104分子)、dNTPを それぞれ200μM(dATP,dTTP,dCTP,およびdGTP),オリゴヌクレオチドプライマーBG P 5-22XおよびBGP4- 22Xを2pmol、および2ユニットのアンプリタックポリメラーゼ (Perkin-Elmer Cetus)を含む15μlで行った。プラスミドpHβAは、pBR322のPst I部位にヒトβグロビン遺伝子の4.4kbのPstI断片を含む。負のコントロールとし て、鋳型DNAを除く先に述べた反応液に使用したすべての組成物を含む反応液を 使用した("鋳型を含まない"コントロール)。鋳型DNAを3分間変性させた後に、 増幅を以下のように99サイクル行った:55℃30秒でアニール、72℃15秒でポリメ ラーゼ反応、および94℃30秒で変性。最後のサイクルが終わったところで、試料 を55℃30秒アニールさせて最後に72℃4分ポリメラーゼ反応させた。 最初の段階の終わりに(100サイクル)、7.5μlをそれぞれの試料から採り( ゲノムDNA,プラスミドDNA、および負のコントロール)、サーマスアクアチクス ポリメラーゼ緩衝液、5pmol BGP1-35XおよびBGP2-35X、および2ユニットのアン プリタックポリメラーゼを含む7.5μlと混合した。サイクルプログラムは、アニ ール温度が63℃であった以外は第一段階において使用したプログラムと同様であ った。 増幅で生じた断片の大きさをコントロールするために、2つの反応を行った。 1つの反応液は、サーマスアクアチクスポリメラーゼ緩衝液、5pmol BGP5-22Xお よびBGP4-22X、1X108モルのプラスミドpHβAおよび3ユニットのアンプリタック ポリメラーゼを含んでいた。第2のコントロールは、プライマーとしてBGP1-35X およびBGP2-35Xを使用した以外は先の反応液と同じ組成を含んでいた。鋳型DNA は94℃4分変性させた後に以下の条件プログラムを使用して48回サイクルをまわ した:アニールおよびポリメラーゼ反応を55℃30秒;変性を94℃30秒。最後のサ イクルが終わったところで、試料を55℃30秒アニールさせて最後に72℃4分ポリ メラーゼ反応させた。 LLA産物の解析 全反応液(15μl)を1.6μlの10Xファイコールロード緩衝液と混合し、1.5%ア ガロースゲル(Bio-Rad ウルトラピュアアガロース)で電気泳動を行った。電気 泳動はTBE緩衝液中で90分110ボルトで行った。ゲルはエチジウムブロマイド(1 μg/ml)で30分染色し、15分脱染色し、それから紫外線(UV)投影機で写真を撮っ た。それから電気泳動をしたDNAをアルカリトランスファー(リード、K.C.およ びD.A.マン、アガロースゲルからナイロンメンブレンへの急速なDNAのトランス ファー,Nucleic Acids Res.13:7207-7221(1985))によりナイロンメンブレン( ゼータプローブ、Bio-Rad)にトランスファーし、メンブレンをUV照射で固定し た(チャーチ,G.M.およびW.ギルバート、ゲノムシーケンス、Proc.Natl.Acad.Sc i.U.S.A.81:1991-1995(1984))。メンブレンを5x SSPE,1% SDS,10μg/ml ホルミ ックスRNAおよび0.5% 脱水した粉末状のスキムミルク(Carnation,ロサンゼルス 、カリフォルニア州)中で1時間プレハイブリダイザーションし、それから55℃ で2時間32Pで5'末端を標識したプローブ5'CAGGAGTCAGGTGCACCATGGT2.5X106cpm/m lでハイブリダイゼーションした。メンブレンを室温にて6X SSCで30分の洗浄を2 回行い、室温で30分オートラジオグラフィーを行った。 ゲノムDNAはグロビン遺伝子プラスミドDNAコントロールと同じ断片を産生した 。断片の大きさはBGP1-35XおよびBGP2-35Xによって生産されるものと同じであっ た。 実施例6:LLA増幅産物はPCRに比較してコンタミネーションに耐性である。in v itroにおける増幅: 本発明の"LLA"増幅反応は、サーマスアクアチクスポリメラーゼ緩衝液、鋳型D NA(3.5X109分子のプラスミドpHβA)、dNTPをそれぞれ200μM(dATP,dTTP,dCTP, およびdGTP),オリゴヌクレオチドプライマーBGP1-22XおよびBGP2- 22Xを5pmol、 および1.25ユニットのアンプリタックポリメラーゼ(Perkin-Elmer Cetus)を含む 15μlで行った。鋳型DNAを1分変性させた後に、増幅をアニールを48℃30秒およ び変性を94℃30秒として49回行った。最後のサイクルが終わったところで、試料 を48℃4分インキュベートした。 PCR反応は比較の目的で、サーマスアクアチクスポリメラーゼ緩衝液、鋳型DNA (3.5X109分子のプラスミドpHβA)、dNTPをそれぞれ200μM(dATP,dTTP,dCTP,お よびdGTP),オリゴヌクレオチドプライマーBGP1-22およびBGP2- 22を5pmol、およ び1.25ユニットのアンプリタックポリメラーゼ(Perkin-Elmer Cetus)を含む15μ lで行った。鋳型DNAを1分変性させた後に、増幅をアニールを48℃30秒および変 性を94℃30秒として9回行った。最後のサイクルが終わったところで、試料を48 ℃4分インキュベートした。 LLAおよびPCR産物の解析 LLAおよびPCR産物の一連の倍希釈(1/64μl,1/32μl,1/16μl,1/8μl,1/4μl,1 /2μl,1μl,2μl,4μl,および8μl)を1Xファイコールロード緩衝液と混合し、1. 5%アガロースゲルで電気泳動を行った。電気泳動はTBE緩衝液中で90分110ボルト で行った。電気泳動をしたDNAをアルカリトランスファー(リードおよびマン,198 5)によりナイロンメンブレンにトランスファーし、UV照射でクロスリンクし(チ ャーチおよびギルバート1984)、2X SSCで中和した。続いてメンブレンを5x SSPE ,1% SDS,10μg/ml ホルミックスRNA、0.5% 脱水した粉末状のスキムミルクおよ び32Pで標識したプローブ5'CAGGAGTCAGGTGCACCATGGT2.5X106cpm/ml中でハイブリ ダイザーションした。ハイブリダイゼーションは55℃で2時間行った。ハイブリ ダイゼーションの後、メンブレンを室温にて6X SSCで15分の洗浄を2回行い、そ れからBio-Rad GS-250分子イメージャーで解析し定量した。 アンプリコンコンタミネーション実験 LLA(1/26μl)およびPCR(1/16μl)産物を等量(イメージャー(上述)で定量し た)を蒸留水で104,105,および106倍に希釈した;これらの希釈産物は引き続い てPCR反応のDNA鋳型として使用した。増幅反応は、サーマスアクアチクスポリメ ラーゼ緩衝液、鋳型DNA(LLAまたはPCR希釈産物)、dNTPをそれぞれ200μM(dATP ,dTTP,dCTP,およびdGTP),オリゴヌクレオチドプライマーBGP1-22およびBGP2- 22 を5pmol、および1ユニットのアンプリタックポリメラーゼを含む15μlで行った 。反応は2回行い、94℃3分の高温変性の第一段階の後に、試料を25または30サ イクル増幅させ(55℃30秒、72℃30秒、および94℃30秒)および最後に50℃30秒 および72℃4分インキュベートした。さらに、鋳型DNA以外のすべての試薬を含む 負のコ ントロールが含まれた。 LLAおよびPCR DNA鋳型の相対的な量のコントロールをとり定量するために、第 2のPCR反応を、BGP1-22およびBGP2- 22の内側に相当する異なるプライマーセッ ト(MD040およびPC04)を使用して行った。反応組成物(プライマー以外)およ び反応条件は上述した章に記載した通りであった。 15μlの反応液を1.6μlの10Xファイコールロード緩衝液と混合し、1.5%アガロ ースゲル(Bio-Rad ウルトラピュアアガロース)で電気泳動を行った。電気泳動 は1XTBE緩衝液中で90分110ボルトで行った。ゲルはエチジウムブロマイド(1μg /ml)で30分染色し、15分脱染色し、それから紫外線(UV)投影機で写真を撮った 。それから電気泳動をしたDNAをアルカリトランスファー(リードおよびマン(198 5))によりナイロンメンブレンにトランスファーし、メンブレンをUV照射で固定 した(チャーチ(1984))。メンブレンを5x SSPE,1% SDS,10μg/ml ホルミッタス RNAおよび0.5% 脱水した粉末状のスキムミルク中で1時間プレハイブリダイザー ションし、それから55℃で2時間32Pで標識したプローブ5'CAGGAGTCAGGTGCACCATG GT2.5X106cpm/mlでハイブリダイゼーションした。メンブレンを室温にて6X SSC で30分の洗浄を2回行い、それからBio-Rad GS-250分子イメージャーで解析し定 量した。 結果 内側のプライマーセット(反応液中に存在するアンプリコンの量を測定)に対 する外側のプライマーセット(2回目の反応で増幅したアンプリコン能を測定) で増幅した反応物のハイブリダイゼーションの比率を決定した。以下の表でわか るように、LLA反応により、外側のプライマーからの増幅に非常に耐性なアンプ リコンが生産され、それゆえ、コンタミネーションの効果に耐性である。 実施例7:LLAによる特定のDNA断片を生産するリボヌクレオシドを含むプライマ ーの使用 以下の配列のオリゴヌクレオチドを含むオリゴヌクレオチドおよびリボヌクレ オシドを標準的な自動固相合成法を使用して調整した。オリゴヌクレオチドGH1 およびGH2におけるウラシルヌクレオシドはリボヌクレオシドである。 in vitroにおける増幅反応を、リボヌクレオシドを含むプライマーGH1およびG H2またはデオキシプライマーGH3およびGH4を使用してゲノムDNA試料よりヒト増 殖ホルモン遺伝子の断片を増幅するために行った。個々の反応は、1.5ユニット のタックポリメラーゼ(Perkin-Elmer)を含む標準的なPCR反応緩衝液中にヒトゲ ノムDNAを500ng、およびそれぞれ2つのプライマー40ピコモル含んでいた。増幅 反応はサーマルサイクラーに反応混合液を設置して、95℃4分加熱し、52℃2分冷 却し、それから72℃1分加熱して行った。増幅反応は以下のように28サイクル行 った:94℃4分、52℃2分、および72℃1分;それから以下のようにもう1サイク ル行った:94℃1分、52℃2分、および72℃6分。反応に引き続いて、増殖産物を1 .5%アガロースゲルで分離し、それから"Prep-A-Gene"DNA精製キット(Bio-Radよ り入手できる)を使用して精製した。 反応量が5.6μlの増幅産物を、1.4μlの0.5M NaOH で処理して増殖産物を一回 目のPCR産物に取り込まれたウラシルリボヌクレオシドに隣接したホスホジエス テル結合の部分にて切断し、それから95℃で15分加熱した。これらの溶液を0.9 μlの1M HClを添加して中和し、それから産物をさらにリニアーに増幅して、一 回目 のプライマー伸長産物はPCR反応において使用したプライマーを含むリボヌクレ オチドの完全なコピーではないということを示した。PCR産物は、5'末端を32Pで 標識したオリゴヌクレオチドMd114を使用してプライマー伸長した。NaOHで処理 したPCR増幅断片を使用して作成したプライマー伸長産物は、反応で使用したプ ライマーに依存して、NaOHで切断していないPCR増幅断片から得られるプライマ ー伸長産物よりも短かかった。これらの結果は取り込まれたリボヌクレオシドは 、引き続いておこるPCR増幅においてプライマー伸長を妨げるために切断される ことが可能であるということを示している。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to in vitro replication of nucleic acids. The invention particularly relates to the step of replicating the nucleic acid sequence of interest. According to this step, the ligation of multiple primer extension reactions in which the sequence of interest is produced mathematically linearly will ultimately result in a large amount of the desired sequence. 2. Brief Description of the Background Art Mass replication of nucleic acids, now known as nucleic acid "amplification methods" (herein so-called), is widely used practically and theoretically in various situations. H. G. Khorana and colleagues describe an in vitro DNA amplification reaction to increase the practical amount of double-stranded DNA (part of the sequence of the major yeast alanine tRNA gene) produced by enzymatic ligation of synthetic DNA. For the first time (see K. Kleppe et al., J. Mol. Biol. 56: 341-361 (1971)). Subsequently, in vitro amplification, a technique now known as the polymerase chain reaction or "PCR", was applied to the amplification of genomic DNA (Saiki et al., Science 230: 1350-1354 (1985)). The widespread use of synthetic oligonucleotide primers, thermostable DNA polymerases, and automated temperature cycling equipment has made PCR a widely used tool for molecular biologists. This PCR step is referred to in the literature as a "logarithmic amplification" reaction. Each time, or "cycle", of the primer extension reaction, the primer binding site of one primer is synthesized. That is, any of the synthetic DNA molecules produced in any cycle performed can be used as a template for primer-dependent replication. By combining this aspect of the process with the presence of a sufficiently large number of primer molecules, synthetic DNA molecules accumulate mathematically logarithmically as the reaction proceeds. Although PCR has proven to be a useful technique for molecular biologists and has been used extensively in human genetic research, diagnostics, and forensic science, as well as in the detection of antibodies, its shortcomings have also been recognized. The course of the PCR reaction can be difficult to quantify in nature, mainly because the amplification products increase logarithmically with each round of the amplification reaction. PCR products, i.e., double-stranded DNA molecules, are difficult to analyze or sequence as is. Generally, DNA strand separation must be performed prior to sequencing or subsequent steps that require single-stranded nucleic acid (eg, hybridization to a probe capable of detecting the sequence of interest). The PCR reaction process has also been shown to be extremely sensitive to impurities resulting from the introduction of previously amplified DNA sequences into subsequent reactions. This problem is thought to be caused by the fact that (1) very large amounts of DNA are produced in each reaction cycle, and (2) all DNA strand products are used as templates in successive cycles in the reaction. Even small amounts of impure DNA are amplified logarithmically and produce erroneous results (see Kwok and Higuchi, Nature 339: 237-238 (198 9)). The problem of such contamination is widely recognized, and various methods of reducing impurities have been reported in the literature (eg, chemical impurity removal, physical treatment, enzymatic treatment, and the use of closed systems). " Genetic Recognition ", Nov. 20, 1992, San Diego, CA, John B. Findlay," Development of PCR for in vitro Diagnostics "). There is still a need for new nucleic acid (DNA) amplification methods that provide large amounts of DNA, amplify only specific sequences of interest, and avoid the problems associated with "PCR" reactions. In particular, there is a need for a nucleic acid amplification method that ultimately produces large quantities of a nucleic acid molecule of interest, or a large quantity of molecules containing a nucleic acid sequence of interest, and is relatively insensitive to the presence of contaminating nucleic acids. There is also a need for nucleic acid amplification methods that produce single-stranded products. SUMMARY OF THE INVENTION The above and other needs are satisfied by the present invention. The present invention, in one embodiment, provides a step of amplifying a specific nucleic acid sequence of interest in a complementary nucleic acid strand contained in a sample. This process includes the following steps. (A) When the first-generation primer extension product is synthesized using the above-mentioned strand as a template and the generated first-generation primer extension product is dissociated from the strand, the second-generation primer extension product of the primer for the complementary strand is synthesized. Contacting the strand with a primer containing a non-replicable element under conditions where the primer for the strand is selected to act as a template for: (b) separating the first generation primer extension product from the template (C) combining the first generation primer extension product with the primer of step (a) under conditions such that the second generation primer extension product is synthesized using the first generation primer extension product as a template. Let react. In this case, the second-generation primer extension product contains at least a part of the target nucleic acid sequence, and cannot be a template for synthesis of the extension product of the primer extended to synthesize the template. In another embodiment of the present invention, the product of step (c) is separated to produce a single-stranded molecule and the whole process is repeated at least once. Step (c) is preferably repeated a number of times, the process being performed in an automated manner under the control of a programmable temperature cycling instrument. With the increase in second generation primer extension products that cannot be templated for the primers that have been extended to prepare the first generated template, new primer pairs containing non-replicable elements can be used. This new primer pair conveniently binds to the second product synthesis and ensures amplification of the sequence of interest. The linear replication process is again performed for several cycles. Such "ligation" of a multi-cycle primer extension reaction ultimately amplifies the original nucleic acid sequence of interest by a factor of 1000 or 1 million. For this reason, the present invention is referred to as "concatenated linear amplification" or "LLA". In another aspect of the present invention, there are provided a plurality of (plug-in) primer pairs comprising non-replicable elements in a single reaction. These pairs are selected so that they can bind to the individual templates under conditions of decreasing stringency. That is, all the elements necessary to perform several linked linear amplification reactions can be provided in a single reaction. In yet another embodiment of the present invention, a primer for a specific polymorphic site on a template that is known to exhibit a genetic disease or deficiency (such as sickle cell disease) is utilized according to the present invention. An allele-specific nucleic acid replication reaction is performed. Allele-specific primers containing non-replicable elements are designed to be primers for template-only nucleic acid synthesis containing the desired allele. The synthetic nucleic acid molecules produced by this step can be used, for example, in the diagnosis of genetic diseases or disorders, as reagents in further techniques such as gene cloning, or for forensic identification. The steps described herein can also be performed using single-stranded nucleic acids as a starting material. Such a process consists of: (A) contacting the strand with a first primer containing a non-replicatable element under conditions where the first generation primer extension product is synthesized using a single-stranded nucleic acid as a template; (b) a first generation primer Separating the extension product from the template to produce a single-stranded molecule, and (c) generating the first-generation primer extension product under the condition that the second-generation primer extension product is synthesized using the first-generation primer extension product as a template. Contacting with a second primer containing a non-replicable element. In this case, the primers are selected such that the second generation primer extension product cannot be a template for extension of the first primer. Steps (a) to (c) can be repeated many times, and a large number of nucleic acids are synthesized. Subsequently, this reaction is linked to the next reaction using the new primer pair. The steps described herein can also be performed using primers that include the factor to be cleaved. This step consists of the following. (A) contacting a strand of a nucleic acid template with a first primer containing a factor to be cleaved under conditions where the first generation primer extension product is synthesized using a nucleic acid as a template; (b) a first generation primer extension product (C) treating the single-stranded molecule such that the first-generation primer extension product is cleaved at the position of the factor to be cleaved; The first-generation primer extension product is brought into contact with the second primer under conditions where the second-generation primer extension product is synthesized using the primer extension product as a template. In this case, the primers are selected such that if the first primer extension product is cleaved at the position of the factor to be cleaved, the second generation primer extension product cannot serve as a template for extension of the first primer. You. Steps (a) to (c) can be repeated many times, and a large number of nucleic acids are synthesized. Subsequently, this reaction is linked to the next reaction using the new primer pair. In addition, the second primer may include a factor to be cleaved so that a ligated linear amplification reaction can be performed based on double-stranded or single-stranded starting material. The present invention also relates to a reagent kit used for amplifying a specific nucleic acid sequence. Such kits include, for example, a DNA polymerase, two or more primers for each sequence to be amplified, in which case each of the above primers contains a non-replicable element or has a factor to be cleaved. And may also include control nucleic acid sequences that can be replicated by those primers and DNA polymerase. The kit can also include a nucleic acid probe that can indicate the presence or absence of an amplification product of a particular sequence. When the kit includes a primer containing a cleavage factor, the kit may further include a reagent for cleaving the primer at the cleavage factor. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIGS. 1 to 4 are schematic diagrams of the nucleic acid amplification step of the present invention. FIGS. 5 to 6 are schematic diagrams of the nucleic acid amplification steps linked to the steps shown in FIGS. FIG. 7 is a more detailed schematic diagram of the nucleic acid amplification step performed using two primers according to the present invention. 8 to 10 are detailed schematic diagrams of a ligated linear nucleic acid amplification step performed using four primers according to the present invention. FIG. 11 is a schematic diagram of a nucleic acid molecule prepared by the PCR step and the step according to the present invention. FIG. 12 is a schematic diagram of the sequence of the human β globulin gene (Genbank locus HUMHBB) and some of the primers described herein. FIG. 13 shows the sequence of the human growth hormone sequence amplified in Example 7. The relative positions of the oligonucleotides used in the experiments are underlined. Oligonucleotide GH1 hybridizes to the complement of the indicated human growth hormone sequence. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The nucleic acid replication process of the present invention can produce large amounts of a specific nucleic acid sequence of interest. The preferred format for this process consists of a series of linked multi-cycle primer extension reactions. In each multi-cycle primer extension reaction, primer-dependent nucleic acid replication is performed by a large number of cycles, and the primer extension product accumulates linearly in each cycle. Specific primers, or primer pairs, are provided for each nucleic acid strand in the starting sample containing the sequence to be amplified. Linear accumulation of primer extension products with each cycle is assured by the use of primers containing non-replicable elements (factors that prevent nucleic acid polymerase from replicating the entire primer sequence and stop the primer extension reaction). Is done. Alternatively, linear accumulation of the desired primer extension product is assured by the use of primers containing the factor to be cleaved. In this case, cleavage of the first primer extension product results in a second primer extension product that does not have an effective binding site for the first primer. By selecting appropriate primers containing such non-replicable elements or cleavage factors, and appropriate primer pairing conditions, primer extension products that accumulate in large quantities (herein "second generation primer extension products" ), But does not itself serve as a template in subsequent primer extension cycles using the same primers. That is, unlike a nucleic acid amplification reaction (such as "PCR") in which primer extension products from each cycle are used as templates in subsequent cycles, "logarithmic amplification" does not occur between each cycle. The process of the present invention utilizes and takes advantage of a number of important properties of oligonucleotide hybridization and primer extension reactions. The present invention takes advantage of the following advantages. -DNA polymerase can replicate template DNA by successive cycles of denaturation and primer-dependent extension reactions. -Even if the primers are not completely complementary, a primer-dependent extension reaction can occur under appropriate conditions. -The template produced in the previous primer extension cycle can be used for the primer extension reaction. -The primer extension reaction is inhibited by non-basic sites or non-nucleotide residues, if present in the template nucleic acid. Alternatively, the primer extension reaction is inhibited by physically removing a portion of the generated primer extension product by cleaving the molecule at the site to be cleaved introduced into the primer used in the primer extension reaction. -The length and composition of the primers affect the conditions (eg, temperature, etc.) at which the primers initiate a polymerase-induced extension reaction on the template by known mechanisms. -The primer extension reaction is performed in a rapid cycle by a temperature cycling instrument. The process conveniently utilizes a series of linear amplification reactions that can be performed (ligated) sequentially or in parallel (ie, simultaneously) to generate a large number of copies of the nucleic acid sequence of interest. The nucleic acid sequence of interest can include substantially the entire length of the template strand, or can consist of only a small portion thereof. The template strand containing the sequence of interest can be present in a substantially homogeneous sample or as part (even very partially) of the nucleic acid mixture. In accordance with the invention, there is provided a primer containing a non-replicating or cleaving factor for each strand containing the sequence to be amplified. In the case of double-stranded templates, the primer is added before or after denaturing the template. Primers are paired with each starting template and extended in the presence of a polymerase enzyme under conditions appropriate for the function of the enzyme to form a first primer extension product. This process is repeated by denaturing the resulting double-stranded nucleic acid, pairing the primer with the strand, and performing the primer extension reaction again. A second generation primer extension product is produced by a primer extension reaction using the first generation primer extension product. Since this product has non-replicatable elements, it cannot be a template for the same primer in subsequent cycles. Alternatively, if the primer contains a factor to be cleaved, the first generation primer extension product is cleaved at the location of the factor to be cleaved, and if this first generation primer extension product is paired with an appropriate primer and extended, the second generation The primer extension product does not have a binding site for the primer used to produce the first generation primer extension product. 1 to 5 are schematic diagrams of a series of primer extension reactions (ie, one linear amplification reaction) performed on a DNA template according to the steps of the present invention. As shown, the process begins with step (a) using double-stranded DNA molecules with defined ends. 1 to 4, the starting DNA strand is indicated by a solid line. The starting duplex is preferably denatured by heating the buffer containing it, and the resulting single strand is contacted with a pair of primers (step (b)). Each primer is preferably provided in a substantially excess number of molecules over the starting template and contains a non-replicating or cleaved factor in the sequence (indicated here by (x) or (o) in the primer sequence). Under appropriate conditions, the primers are paired with the individual templates and are extended according to a primer extension reaction in the presence of DNA polymerase and four deoxyribonucleotides (step (c)). The synthesized DNA is indicated by the dashed lines in FIGS. 1 to 4, and the DNA synthesized using the starting double-stranded DNA as a template is referred to as “primary” DNA. The resulting template is further denatured and the primers are paired (step (d)). As shown in step (e) of FIG. 2, a secondary product DNA is prepared by a primer extension reaction using the primary product primer extension product as a template, but the reaction is carried out using the non-primary DNA introduced into the primary product synthetic DNA. It does not go beyond the replicable element. That is, the DNA molecules indicated by reference numerals 10 and 20 are synthesized. As shown in the figure, the molecule 10 or the molecule 20 does not have a binding site that functions as a primer containing a non-replicating or cleaved factor. Not involved. That is, as shown in steps (f) and (g), the secondary generated molecules are mathematically linearly accumulated by a series of subsequent primer extension reactions. After a desired number of cycles, the synthetic DNA is used as a starting material (ie, subsequently) for a series of secondary primer extension reactions using a second primer pair. As shown in FIGS. 5 to 6, primers containing the non-replicable elements shown in (a) and (b) can use the reaction products of FIGS. 1 to 4 as molecules 10 and 20 as a template for further DNA synthesis. To be selected. Similarly, as a result of this series of primer extension reactions, synthetic DNA molecules which cannot be used as templates for the primers used in these reactions and which are indicated by reference numerals 30 and 40 in step (e) of FIG. 6 accumulate. After a desired number of cycles, these synthetic molecules can be ligated to the next replication reaction, using appropriate primers, also containing non-replicating or cleaved factors. When the primer contains a factor to be cleaved, a reaction in which the primary primer extension product is cleaved at the position of the factor to be cleaved is performed after the primary primer extension reaction and prior to the secondary primer extension reaction. That is, it is clear that the synthetic nucleic acid product of any series of cycles can itself be a template for further amplification reactions, provided new primers or primer pairs are provided. That is, if the primary linear amplification reaction is run for 100 cycles, the 100 copies resulting from this reaction can be used as a template in a coupled linear amplification (LLA) reaction using a new primer pair that can hybridize to a synthetic template. With an additional 100 cycles of linear amplification, the amplification accumulates 10,000-fold (100 × 100). By repeating the process with a third primer pair, 1 × 10 6 Are cumulatively amplified. Further amplification is achieved by using additional primers and additional primer extension cycles. FIG. 7 is a very detailed schematic diagram of the use of two primers in the amplification step according to the invention. As shown, two primers are utilized for a continuous primer extension reaction. Each primer is complementary to the target sequence but contains one non-replicable element (x) instead of one of the complementary nucleotides. There are four reactions to consider. In reaction 1, primer P1 produces a copy of the strand above the template (primary nucleic acid; product I). One copy of product I is produced for each cycle, with m cycles resulting in m copies. In reaction 2, primer P2 likewise produces the lower strand of the template (primary nucleic acid; product II). One copy of Product II is produced for each cycle, with n cycles resulting in n copies. In practice, m and n are the same. In reaction 3, primer P1 produces multiple copies (secondary nucleic acid; product III) of product II (represented as template II) from reaction 2, but template II has an internally introduced non-replicable After the element is not duplicated. That is, product III cannot be a template for primer P1 or P2. Similarly, in reaction 4, primer P2 produces multiple copies of template I (secondary nucleic acid; product IV), but template I is not replicated beyond the non-replicable element. That is, product IV cannot be a template for primer P1 or P2. Table 1 shows the accumulation of each product as a function of cycle number. As shown, to calculate the output of the reaction (n Two + N) / 2 equation may be used. If the efficiency of the reaction is less than 100%, amplification is less. If a third primer containing a non-replicatable element and complementary to product III or product IV is included in the reaction, new products that are shorter than product III or product IV accumulate. This product is present in larger amounts than any other strand in the reaction, and often remains single-stranded. The “ligation” of the reaction according to the invention and the linear amplification reaction is shown in FIGS. Four primers are used in this reaction, linking two two-primer reactions performed simultaneously. In this reaction, primers P1 and P3 are complementary to the upper strand of the target nucleic acid, and P2 and P4 are complementary to the lower strand. The site complementary to primer P3 is 5 '(relative to the template) of the P1 complementary site. Similarly, the site complementary to primer 4 is 5 ′ (relative to the template) of the P2 complementary site. The nucleic acid sequence of interest is conveniently located in the region between the two primer pairs. Six different reactions, each with a different template, as shown, can be considered. Reactions 1A, 1B, 2A and 2B each result in linear amplification of a primary synthetic nucleic acid (products IA, IB, IIA and IIB, respectively) complementary to each strand of the starting nucleic acid template. Each of reactions 3A, 3B, 4A and 4B produces a secondary product that cannot serve as a template for primer P1 or P2 due to the presence of non-replicable elements in the nucleic acids synthesized in reactions 1A, 1B, 2A and 2B. The synthetic nucleic acid is linearly amplified. However, as seen in reactions 5 and 6, primers P3 and P4 have the function of initiating DNA synthesis on the original template DNA and templates IVA and IIIA, respectively, due to the location of their complementary sites. The products IIIB and IVB naturally do not serve as templates for any of the primers in this reaction, but contain the nucleic acid sequence of interest. It will be apparent that variations can be made to the reactions described herein. For example, linear amplification reactions can be linked sequentially, instead of being performed simultaneously as described in connection with FIGS. That is, primers P3 and P4 can be added to the reaction after an n-ital primer extension reaction (n ranges from 2 to 100). In another variation, primers P1 and P2 are selected such that primers P3 and P4 can pair with template DNA and initiate DNA synthesis under conditions that do not initiate DNA synthesis (eg, temperature, etc.). Primers P1, P2, P3 and P4 are provided in the first reaction. The first linear amplification is performed under more stringent conditions such that only primers P1 and P2 are involved in primer extension. After the desired number of cycles, the reaction conditions are relaxed and all four primers are involved in nucleic acid synthesis. Primers P1 and P2 continue to generate primary product primer extension products using the starting template and secondary products using the primary product as template, and primers P3 and P4 are also secondary product primers of primers P1 and P2. The extension product is used as a template. Again, the nucleic acid sequence of interest is conveniently located in the region of the template strand sandwiched between both primer pairs. If a fifth primer containing non-replicable elements and complementary to product IIIB or IVB is included in the reaction, new products that are shorter than IIIB or IVB will accumulate. This product is present in larger amounts than any other DNA strand in the reaction, and often remains single-stranded. One skilled in the art of molecular biology will understand that accumulation of single-stranded DNA will occur whenever an odd number of primers is used in practicing the present invention. The use of primers containing non-replicating and / or cleavage factors ensures that none of the synthetic nucleic acids produced by this step can serve as templates in subsequent primer extension cycles (provided that they are present in the starting material). Primer extension products synthesized from the initial template nucleic acid strand (except for such primer extension products referred to herein as "primary primer extension products"). That is, the mathematically logarithmic accumulation of synthetic nucleic acid per cycle that occurs during PCR (Kleppe et al., And Saiki et al., Supra) is avoided. Scientists experienced in the fields of molecular biology and DNA chemistry can synthesize primers that include non-replicating or cleaved factors. For example, primers containing a 1,3-propanediol residue (which stops DNA synthesis) are described in Seela et al., Nucleic Acids Res. 15,3113-3129 (1987) and is commercially available from Glen Research, 44901 Falcon Plate, Sterling, VA. Primers containing residues of 1,4-anhydro-2-deoxy-D-ribitol (an example of an abasic site) can be found in Eritja et al., Nucleosides & Nucleotides 6, 803-814 (1987). Can be synthesized. The disclosed European patent application 416817 A2 (Imperial Chemical Industries PLC; March 13, 1991) includes a primer containing a 2 'deoxyribofuranosyl naphthalene molecule as a non-replicable element between the primer sequence and the polynucleotide tail. Synthesis has been described. The synthesis of oligonucleotides containing other factors that terminate polymerase-dependent replication of the template (eg, ribonucleosides or deoxyribonucleosides) will be apparent to those skilled in the art. The non-replicable element is preferably at the terminal residue of the primer. Scientists experienced in the fields of molecular biology and DNA chemistry can also synthesize primers containing the cleaved factor. For example, primers containing ribonucleosides can be obtained by introducing a protected ribonucleotide instead of a deoxyribonucleotide in an oligonucleotide synthesis reaction known to those skilled in nucleic acid chemistry using the basic methods of oligonucleotide synthesis. Can be routinely synthesized by those skilled in the art of nucleic acid chemistry. Primers containing suitable ribonucleosides are commercially available. One method of cleavage of the primary primer extension product takes advantage of the difference in reactivity between the phosphodiester bond adjacent to the ribonucleoside and the phosphodiester bond adjacent to the deoxyribonucleoside. Primer extension products containing ribonucleotides can be readily cleaved by treating the product with a ribonuclease (RNase) such as RNase A. If uridine triphosphate (UTP) is introduced into the primer, the enzyme uracil N-glycosylase (UNG) can also be used to cleave the primary primer extension product to remove its complementary primer hybridization site. Alternatively, primer extension products containing ribonucleosides can also be cleaved, preferably by treatment with 0.5N NaOH hydrogen peroxide. Preferred primers include one or more ribonucleosides present at a position in the primer such that cleavage disrupts one hybridization site of the primer used in a subsequent primer extension reaction. This ribonucleoside, unlike a non-replicatable element, does not prevent a DNA polymerase-dependent extension reaction, and thus is located at the 3 'end of the primer. Depending on the embodiment, a typical amplification reaction is performed starting from a double-stranded DNA molecule containing a replication target sequence present in a longer sequence. Oligonucleotide primers specific for each strand, each containing a non-replicating and / or cleaving factor as described herein, are paired with each strand. Primers are chosen to bind to each strand in a position flanking the sequence to be amplified. The first cycle of the primer extension reaction is performed in the presence of DNA polymerase and four deoxyribonucleotide bases under conditions appropriate for the selected enzyme. The resulting primary synthetic DNA incorporates an oligonucleotide primer at the 3 'end and downstream (5') the complete binding site of the other primer. When the primers include a factor to be cleaved, the resulting primary synthetic DNA incorporates an oligonucleotide primer containing one or more factors to be cleaved at the 3 'end. A second primer extension cycle is performed in which the primary synthetic DNA serves as a template for another primer (ie, a primer not incorporated at its 3 'end). DNA synthesis proceeds along the template, but stops when the polymerase molecule reaches a non-replicable element located in the template. The resulting synthetic DNA, referred to herein as "secondary synthetic DNA," has a specific end defined by the entire sequence of the primer at the 5 'end and a portion of the other primer (which reaches a non-replicable element). At the 3 'end, as defined by the portion where the DNA polymerase has replicated. Secondary synthetic DNA does not participate as a template in subsequent DNA synthesis. As described above, the secondary synthetic DNA contains only a portion of the required primer binding site. Under selected primer pairing and extension conditions, this portion of the primer binding site is insufficient for the primer to bind and to serve as a site for primer-dependent DNA synthesis. That is, when the third and subsequent primer extension cycles are performed, only the first template DNA and the primary synthetic DNA are involved as templates. Subsequent replication of these templates results in a "linear" amplification every cycle of the secondary synthetic DNA containing the sequence of interest. After the desired number of primer extension cycles, additional replication can be achieved by providing a second primer for each strand. This second primer is selected to bind in the region of the first template strand that is sandwiched between the first primer pair. The second primer also contains a non-replicating and / or cleaved factor in the second primer, ensuring that the primer extension product does not become a nucleic acid synthesis template using those primers in subsequent cycles. You. When the second primer contains a factor to be cleaved, the primary primer extension product produced using those primers is cleaved at the position of the factor to be cleaved, and the secondary primer extension product produced therefrom contains the primary primer It does not contain an effective binding site such that a new copy identical to the chain is generated. It is known that primer binding conditions, especially temperature, determine whether a specific primer binds to a specific template (Rychlik et al., Nucleic Acids Res. 18, 6409-6412 (1990). ); Wu et al., DNA Cell Biol. 10, 233-238 (1991)). That is, in reactions containing primers of various base compositions and / or lengths, the choice of primer binding temperature also serves to select which primer initiates DNA synthesis. For example, by providing the primary, secondary and tertiary primer pairs in one reaction that initiate reactions at 72 ° C., 62 ° C. and 52 ° C., respectively, by performing a first series of primer extension reactions at 72 ° C. It is guaranteed that only the primary primer pair will function to effect primer-dependent nucleic acid synthesis. After the desired number of cycles, the primer extension temperature is reduced to 62 ° C., and the primary and secondary primer pairs begin DNA synthesis. Reducing the primer extension reaction temperature to 52 ° C allows all three primer pairs to participate in primer-dependent DNA synthesis. By using a primer mixture in this step, the step can be performed efficiently without the need for an experimenter to add each primer separately as the step proceeds. By utilizing a useful, programmable temperature cycling instrument, all three primer pairs described above can be provided in one amplification reaction. Primers are chosen so that the primer that initiates DNA synthesis under the most stringent conditions binds to the 3 'template of the other primer. Similarly, a primer that initiates synthesis under the mildest conditions will bind 5 ′ to the other primer. The first series of primer extension reactions (Cital) is performed under the most stringent (highest temperature) primer pairing conditions such that only the first primer pair is involved in the synthesis of DNA containing the sequence of interest. After a preselected primer extension cycle, the primer pairing conditions are set loosely. By initiating linear replication of the secondary synthetic DNA produced by the first series of primer extension cycles under selected conditions, the secondary primer pair subsequently begins DNA amplification. When the conditions are further adjusted to allow the tertiary primer pair to perform primer-dependent DNA synthesis, the secondary synthetic DNA produced in the primary and secondary series of primer extension reactions serves as a template for DNA replication. The design of primers that bind at preselected temperatures is within the capabilities of a molecular biologist. The temperature at which a specific primer functions is determined by a general calculation method (Wu et al., DNA Cell Biol. 10, 233-238 (1991)), a computer program (Rychlik et al., Nucleic Acids Res. 1, 6409). -6412 (1990)) and can be predicted based on primer length and composition. Temperature cycling suitable for in vitro DNA amplification can be performed manually or with commercially available programmed temperature cycling equipment. Extremely rapid cycle times can be achieved using a hot air cycler (Wittwer et al., Nucleic Acids Res. 17, 4353-4357 (1989)). Short cycle times of up to 30 seconds are possible (Wittwer et al., Bioitechniques 10, 76-83 (1991)). That is, a primer extension reaction of 100 cycles can be achieved in a short time of up to 50 minutes. Appropriate temperature cycling to inactivate the reagents used to cleave the primary primer extension product can be incorporated into the program used with the programmed temperature cycling instrument to perform the desired amplification reaction. For example, many RNase activities are destroyed by heating a reaction containing Rase at 100 ° C. for 3 to 5 minutes. Allele-specific linear amplification reaction In one embodiment of the invention, primers are designed in which the 3 'nucleotide is complementary to a particular nucleotide that is capable of making a difference in the template (is polymorphic). Nucleotides that can make a difference can be nucleotides at other sites that are involved in genetic disorders, such as sickle cell disease, or are known to be polymorphic. Where there is a pseudopair between the primer and the 3 'nucleotide of the corresponding template, the design of the primer ensures that little or preferably no extension occurs (Petruska et al., PNAS USA 85 , 6252-6256 (1988)). That is, such primers are "allele-specific" and can determine the presence or absence of one base in the target nucleic acid sequence. The presence of synthetic DNA after the use of the allele-specific primer in the process according to the invention indicates that the allele of interest is present in the initial template DNA. The allele-specific properties of the oligonucleotide prime reaction have been used to perform allele-specific PCR (see, eg, Newton et al., Nucleic Acids Res. 17, 2503-2516 (1989)). However, like general PCR, the logarithmic behavior of allele-specific PCR reactions has created difficulties in performing the reactions (see Ugozzoli et al., Methods 2, 42-48 (1991)). However, the linear behavior between the cycles of this amplification step avoids such difficulties due to the presence of non-replicable elements in the allele-specific primer. Detection of Amplified Product The primary product of the amplification step of the present invention is a single-stranded synthetic DNA of a fixed length. The length of the product strand is determined by the position of the last used primer and is equal to the length of the primer itself plus the number of nucleotides incorporated from the 3 'end of the primer to the non-replicable element of the template. The product can be detected by known nucleic acid detection techniques including use of radiation, fluorescent molecules or primers or probes labeled with enzymes, electrophoresis, high pressure liquid chromatography, and the like. The present invention has important applications in the diagnosis of genetic disorders in humans or other animals. Many human genetic diseases are known to be caused by specific changes in genes of known sequence. For these specific mutations, hybridization or other allele-specific techniques (see above) were used to determine which of the various gene sequences in the individual's DNA were involved in the disease. Diagnosis by DNA is possible. Clearly, amplification of the target DNA was effective in developing these techniques. The main advantages of template amplification are that small amounts of sample can be used, the ratio of signal to background of the detection system is improved, there is a clear potential for automation, and the amplification system itself is the detection system. The process of the present invention provides all of the same advantages provided by other amplification reactions, as well as additional advantages. The product is single-stranded and does not need to be denatured prior to detection. If an odd number of primers are used, excess single-stranded molecules will be produced. These molecules are useful, for example, as hybridization probes and offer many advantages over other amplification techniques. The additional advantage that the appearance of "false positives" is reduced compared to the logarithmic step used in successive cycles using the newly synthesized DNA as a template and the same primers as the product can be accumulated linearly and accurately quantified. Is provided. EXAMPLES The solutions used in the following examples are described below: TE (Tris-EDTA): 10 mM Tris-HCl, 1 mM EDTA. PH 8.0 TBE (Tris-borate-EDTA): 89 mM Tris-HCl, 89 mM borane Acid, 2mM EDTA, pH 8.3. Klenow polymerase buffer: 50mM Tris-HCl, 10mM MgCl Two , pH 7.6 Kinase buffer: 50 mM Tris-HCl, 10 mM MgCl2, 5 mM DTT, 0.1 mM spermidine hydrochloride, 0.1 mM EDTA, pH 7.6 DNA polymerase I buffer: 50 mM Tris-HCl, 10 mM MgSO Four , 0.1 mM DTT, 50 μg / ml bovine serum albumin, pH 7.2 Sequence buffer: 40 mM Tris-HCl, 20 mM MgCl Two , 50 mM NaCl, pH 7.5 Bst polymerase buffer: 20 mM Tris-HCl, 20 mM MgCl Two , pH 8.5 Thermus Aquatic Polymerase Buffer: 50 mM KCl, 10 mM Tris-HCl, 1.5 mM M gCl Two , 0.01% w / v gelatin, pH 8.3 10X Ficoll load buffer: 100 mM Tris-HCl pH7.5, 10 mM EDTA, 0.5% bromophenol blue, 0.5% xylene cyanol and 30% Ficoll 5X SSPE: 50 mM sodium phosphate pH 7.0, 0.9 mM NaCl and 5 mM EDTA 6X SSC: 0.9 M NaCl, 0.09 M sodium citrate The process of the invention is illustrated in the following examples, which do not limit the scope of protection claims. . Example 1-1 1,3 propanediol inhibits primer extension when present in a template To demonstrate that 1,3 propanediol molecules have the ability to function as non-replicatable factors and inhibit DNA synthesis A template complementary to the 3 'end of the template and a template with or without one nucleobase containing a 1,3 propanediol molecule (denoted as the non-replicatable factor "X") was synthesized. The synthesized sequence is as follows: The primer and template are annealed to form the following primer-template complex: The primer-template complex was then combined with various DNA polymerases (Klenow fragment of DNA polymerase I, AmpliTac polymerase (Perkin Elmer-Cetus Corp.), BST polymerase (Bio-Rad Laboratories, Hercules, Calif.) And Sequenase polymerase (United states Biochemical, Cleveland, Ohio) 32 The product was extended in the presence of [P] -dCTP, and the product was subjected to electrophoresis on a denaturing polyacrylamide gel. The primer and template were mixed such that the ratio of primer to template was 10, and a buffer suitable for the polymerase enzyme was used. 20 μl of the reaction solution contains 1 pmol of either 207 or 207-X, 10 pmol P12, 25 μM dNTP, 0.5 μCi α- [ 32 Includes P] -dCTP and either Amplitac buffer, BST buffer, Klenow buffer or Sequenase buffer. The sample was heated to 90 ° C. for 2 minutes, then cooled to 0 ° C. for 5 minutes, and then reacted by adding 1 unit of DNA polymerase at 37 ° C. for 10 minutes. The results showed that the propanediol residue inhibited primer extension for all four DNA polymerases as shown below: Example 2-PCR with primers containing bases containing propanediol is not performed. Four oligonucleotides were prepared, two containing a non-replicable 1,3-propanediol molecule. The sequence was synthesized with an MMT-propanediol phosphorylated amidine at position Z on an Eppendorf Ecosyn D300 automated DNA synthesizer. When the sequence is registered in the synthesizer, Z is introduced. The sequence is shown in the table below: The site complementary to the oligonucleotide of the human β-globin gene (HUMHBB at GenBank locus) is shown in FIG. In vitro amplification reactions were performed with various combinations of the four primers. Each reaction contained 100 ng of human genomic DNA, 6 pmol each of the two primers, in a standard PCR reaction buffer. The reaction was heated at 94 ° C. for 3 minutes using a thermal cycler (Ericomp), cooled to 55 ° C. for 30 seconds, heated to 72 ° C. for 30 seconds, and then 31 cycles of heating and cooling as follows: 94 ° C, 1 minute, 55 ° C, 30 seconds, 72 ° C, 30 seconds. After thermal cycling, the samples were incubated at 72 ° C. for an additional 3.5 minutes. An amplification product of 319 bp was obtained only from the reaction solution containing the primers (BGP-130 and BGP-222) without propanediol. Therefore, it was confirmed that the primer containing propanediol did not perform PCR. Example 3-Primers containing propanediol produce specific DNA fragments. Plasmid pHβ A Was mixed with primers containing propanediol (BGP-1 30X and BGP-2 22X) or control primers without propanediol molecules (BGP-1 30 and BGP-2 22). The primer / template mixture was subjected to a thermal cycle of 94 ° C for 20 seconds and then 48 ° C for 20 seconds to dissociate the duplex template. After the last cycle, the reaction was further incubated at 48 ° C. for 5 minutes and 40 seconds to complete the primer extension reaction and anneal the single-stranded DNA. Reaction mixtures using primers containing propanediol (according to the invention) went around 45 rounds of primer extension. The PCR reaction using the primer without the propanediol molecule involved 10 rounds of primer extension. The reaction product was subjected to electrophoresis on 1.5% agarose (TBE buffer). Primers containing propanediol create smaller DNA fragments than those generated by PCR. The small size is because primer extension did not extend to the end of the template strand, leaving a 5 'extension of the product. FIG. 11 is a comparison between the PCR reaction product and the LLA reaction product according to the present invention. The major product of the logarithmically accumulating PCR reaction is a complete duplex with defined ends corresponding to the ends of the primers used. However, the products of the process of the present invention are smaller than the corresponding PCR products because primer extension does not pass through non-replicable factors. Example 4-Primers containing propanediol perform DNA amplification. Amplification reactions according to the invention were performed using BGP-1 30X and BGP-2 22X at various cycles. The amplification products were subjected to dot blot hybridization and the hybridization signal was compared to the signal obtained from a known amount of plasmid DNA containing the sequence. Plasmid pHβ in standard PCR reaction buffer A A 15 μl reaction solution containing (including the complete human β-globin gene cloned into pBR322), 5 pmol BGP-1 30X, 5 pmol BGP-2 22X, 83 μM dNTPs, and 2.5 units amplitac DNA polymerase was prepared. Thermal cycling reactions were performed in a 45, 32 and 22 cycle Corbett Resarch FTS-1 thermal cycler using the following program: 94 ° C for 20 seconds, 48 ° C for 20 seconds. At the end of the cycle, the reaction was heated at 94 ° C for 20 seconds and then incubated at 48 ° C for 4 minutes. The reaction product (3 μl) was mixed with 10 μl 4N NaOH, 250 mM EDTA and blotted onto a zeta probe membrane (Bio-Rad Laboratories, Hercules, CA). 56,118 and 231 ng of plasmid pHβ similarly denatured A Was also placed on the membrane. 5'- membrane 32 Hybridization was carried out with P-CTGCAGTAACGGCAGACTTCTCCT at 55 ° C. for 3 hours in 5 × S SPE, 1% SDS, 5 mg / ml Blotto, 10 μg / ml homomixed IRNA. After hybridization, blots were washed with 6X SSC at room temperature and then analyzed on a Bio-Rad molecular imager. The reaction was amplified approximately 250-fold, indicating that the al nucleic acid sequence of interest was amplified by the process of the present invention. Example 5-Amplification of the human β-globin gene from genomic DNA The linear amplification reaction was carried out according to the present invention using a Thermus Aquatics polymerase buffer, template DNA (800 ng genomic DNA or plasmid pHβ). A Ten Four Molecule), dNTPs in 200 μM each (dATP, dTTP, dCTP, and dGTP), oligonucleotide primers BGP 5-22X and BGP4-22X in 2 pmol, and 15 μl containing 2 units of amplitac polymerase (Perkin-Elmer Cetus). went. Plasmid pHβ A Contains a 4.4 kb PstI fragment of the human β-globin gene at the PstI site of pBR322. As a negative control, a reaction solution containing all the components used in the above-described reaction solution except the template DNA was used (a "no template" control). After denaturing the template DNA for 3 minutes, amplification was performed for 99 cycles as follows: annealing at 55 ° C for 30 seconds, polymerase reaction at 72 ° C for 15 seconds, and denaturation at 94 ° C for 30 seconds. At the end of the last cycle, the sample was annealed at 55 ° C. for 30 seconds and finally subjected to a polymerase reaction at 72 ° C. for 4 minutes. At the end of the first step (100 cycles), 7.5 μl were taken from each sample (genomic DNA, plasmid DNA, and negative control), thermus Aquatic polymerase buffer, 5 pmol BGP1-35X and BGP2-35X, and It was mixed with 7.5 μl containing 2 units of Amplitac polymerase. The cycle program was similar to the program used in the first step except that the annealing temperature was 63 ° C. Two reactions were performed to control the size of the fragments generated by the amplification. One reaction was performed with Thermus Aquatic Polymerase Buffer, 5 pmol BGP5-22X and BGP4-22X, 1X10 8 Molar plasmid pHβ A And 3 units of amplitac polymerase. The second control contained the same composition as the previous reaction, except that BGP1-35X and BGP2-35X were used as primers. The template DNA was denatured at 94 ° C for 4 minutes before being cycled 48 times using the following conditional program: annealing and polymerase reaction at 55 ° C for 30 seconds; denaturation at 94 ° C for 30 seconds. At the end of the last cycle, the sample was annealed at 55 ° C. for 30 seconds and finally subjected to a polymerase reaction at 72 ° C. for 4 minutes. Analysis of LLA product All reaction solutions (15 μl) were mixed with 1.6 μl of 10 × Ficoll load buffer, and electrophoresed on a 1.5% agarose gel (Bio-Rad Ultrapure agarose). Electrophoresis was performed at 110 volts for 90 minutes in TBE buffer. The gel was stained with ethidium bromide (1 μg / ml) for 30 minutes, destained for 15 minutes, and then photographed with an ultraviolet (UV) projector. The electrophoresed DNA was then transferred to a nylon membrane (zeta probe, zeta probe, lead, KC and DA Man, rapid DNA transfer from agarose gel to nylon membrane, Nucleic Acids Res. 13: 7207-7221 (1985)). Bio-Rad) and the membrane was fixed by UV irradiation (Church, GM and W. Gilbert, Genome Sequencing, Proc. Natl. Acad. Sci USA 81: 1991-1995 (1984)). Pre-hybridize the membrane in 5x SSPE, 1% SDS, 10 μg / ml formic RNA and 0.5% dehydrated powdered skim milk (Carnation, Los Angeles, CA) for 1 hour, then 2 hours at 55 ° C 32 Probe labeled 5 'end with P 5' CAGGAGTCAGGTGCACCATGGT2.5X10 6 Hybridization was performed at cpm / ml. The membrane was washed twice with 6X SSC at room temperature for 30 minutes and autoradiographed at room temperature for 30 minutes. Genomic DNA produced the same fragment as the globin gene plasmid DNA control. Fragment size was the same as that produced by BGP1-35X and BGP2-35X. Example 6: LLA amplification products are more resistant to contamination than PCR. Amplification in vitro: The "LLA" amplification reaction of the present invention is performed by using a Thermus Aquatics polymerase buffer, template DNA (3.5 × 10 9 Molecular plasmid pHβ A ), DNTPs were performed in 15 μl each containing 200 μM (dATP, dTTP, dCTP, and dGTP), 5 pmol of oligonucleotide primers BGP1-22X and BGP2-22X, and 1.25 units of amplitac polymerase (Perkin-Elmer Cetus). After denaturing the template DNA for 1 minute, amplification was performed 49 times with annealing at 48 ° C. for 30 seconds and denaturation at 94 ° C. for 30 seconds. At the end of the last cycle, the samples were incubated at 48 ° C for 4 minutes. The PCR reaction was performed for comparison purposes with the Thermus Aquatics polymerase buffer, template DNA (3.5X10 9 Molecular plasmid pHβ A ), DNTPs were performed in 15 μl each containing 200 μM (dATP, dTTP, dCTP, and dGTP), 5 pmol of oligonucleotide primers BGP1-22 and BGP2-22, and 1.25 units of amplitac polymerase (Perkin-Elmer Cetus). . After denaturing the template DNA for 1 minute, amplification was performed 9 times with annealing at 48 ° C. for 30 seconds and denaturation at 94 ° C. for 30 seconds. At the end of the last cycle, the samples were incubated at 48 ° C for 4 minutes. Analysis of LLA and PCR products Serial dilutions of LLA and PCR products (1/64 μl, 1/32 μl, 1/16 μl, 1/8 μl, 1/4 μl, 1/2 μl, 1 μl, 2 μl, 4 μl, and 8 μl) After mixing with 1X Ficoll load buffer, electrophoresis was performed on a 1.5% agarose gel. Electrophoresis was performed at 110 volts for 90 minutes in TBE buffer. The electrophoresed DNA was transferred to a nylon membrane by alkaline transfer (Read and Man, 1985), cross-linked by UV irradiation (Church and Gilbert 1984), and neutralized with 2X SSC. Subsequently, the membrane was washed with 5x SSPE, 1% SDS, 10 μg / ml formic RNA, 0.5% dehydrated powdered skim milk and 32 Probe labeled with P 5 'CAGGAGTCAGGTGCACCATGGT2.5X10 6 Hybridized in cpm / ml. Hybridization was performed at 55 ° C. for 2 hours. After hybridization, the membrane was washed twice with 6 × SSC at room temperature for 15 minutes, and then analyzed and quantified using a Bio-Rad GS-250 molecular imager. Amplicon contamination experiment LLA (1/26 μl) and PCR (1/16 μl) products were aliquoted (quantified with an imager (described above)) in 10 volumes of distilled water. Four ,Ten Five , And 10 6 These dilutions were subsequently used as DNA templates in PCR reactions. Amplification reaction was performed using the Thermus Aquatics polymerase buffer, template DNA (LLA or PCR dilution product), 200 μM each of dNTPs (dATP, dTTP, dCTP, and dGTP), 5 pmol of oligonucleotide primers BGP1-22 and BGP2-22, And 15 μl containing 1 unit of amplitac polymerase. The reaction was performed twice and after the first step of high temperature denaturation at 94 ° C for 3 minutes, the sample was amplified for 25 or 30 cycles (55 ° C for 30 seconds, 72 ° C for 30 seconds, and 94 ° C for 30 seconds) and finally at 50 ° C. Incubated for 30 seconds and 72 ° C for 4 minutes. In addition, a negative control containing all reagents except template DNA was included. To control and quantify the relative amounts of LLA and PCR DNA templates, a second PCR reaction was performed using different primer sets (MD040 and PC04) corresponding to the inside of BGP1-22 and BGP2-22. went. Reaction compositions (other than primers) and reaction conditions were as described in the section above. 15 μl of the reaction solution was mixed with 1.6 μl of 10 × Ficoll load buffer, and electrophoresed on a 1.5% agarose gel (Bio-Rad Ultra Pure Agarose). Electrophoresis was performed at 110 volts for 90 minutes in 1XTBE buffer. The gel was stained with ethidium bromide (1 μg / ml) for 30 minutes, destained for 15 minutes, and photographed with an ultraviolet (UV) projector. The electrophoresed DNA was then transferred to a nylon membrane by alkali transfer (Lead and Mann (1985)) and the membrane was fixed by UV irradiation (Church (1984)). Pre-hybridize membrane in 5x SSPE, 1% SDS, 10μg / ml formitas RNA and 0.5% dehydrated skim milk for 1 hour, then 2 hours at 55 ° C 32 Probe labeled with P 5 'CAGGAGTCAGGTGCACCATG GT2.5X10 6 Hybridization was performed at cpm / ml. The membrane was washed twice with 6X SSC at room temperature for 30 minutes and then analyzed and quantified on a Bio-Rad GS-250 molecular imager. Results Determine the ratio of hybridization of the reaction products amplified with the outer primer set (measured the amplicon ability amplified in the second reaction) to the inner primer set (measured the amount of amplicon present in the reaction solution) did. As can be seen in the table below, the LLA reaction produces amplicons that are very resistant to amplification from the outer primer and are therefore resistant to the effects of contamination. Example 7: Use of primers containing ribonucleosides to produce specific DNA fragments by LLA Oligonucleotides and ribonucleosides containing oligonucleotides of the following sequences were prepared using standard automated solid-phase synthesis methods. The uracil nucleosides in oligonucleotides GH1 and GH2 are ribonucleosides. In vitro amplification reactions were performed to amplify fragments of the human growth hormone gene from genomic DNA samples using primers GH1 and GH2 containing ribonucleosides or deoxy primers GH3 and GH4. Each reaction contained 500 ng of human genomic DNA in a standard PCR reaction buffer containing 1.5 units of tack polymerase (Perkin-Elmer) and 40 pmoles of each of the two primers. The amplification reaction was performed by placing the reaction mixture in a thermal cycler, heating at 95 ° C for 4 minutes, cooling at 52 ° C for 2 minutes, and then heating at 72 ° C for 1 minute. The amplification reaction was performed for 28 cycles as follows: 94 ° C for 4 minutes, 52 ° C for 2 minutes, and 72 ° C for 1 minute; then another cycle was performed for: 94 ° C for 1 minute, 52 ° C for 2 minutes, and 72 ° C for 6 minutes. Following the reaction, the growth products were separated on a 1.5% agarose gel and then purified using the "Prep-A-Gene" DNA purification kit (available from Bio-Rad). A reaction volume of 5.6 μl of the amplified product was treated with 1.4 μl of 0.5 M NaOH to cut the growth product at the phosphodiester bond adjacent to the uracil ribonucleoside incorporated into the first PCR product, and then 95 Heated at C for 15 minutes. These solutions were neutralized by the addition of 0.9 μl of 1 M HCl, then the product was further linearly amplified, and the first primer extension product was not an exact copy of the ribonucleotide containing the primer used in the PCR reaction It was shown that. The PCR product has a 5 ' 32 Primer extension was performed using P-labeled oligonucleotide Md114. The primer extension product generated using the PCR amplified fragment treated with NaOH was shorter than the primer extension product obtained from the PCR amplified fragment not digested with NaOH, depending on the primer used in the reaction. These results indicate that the incorporated ribonucleoside can be cleaved in subsequent PCR amplifications to prevent primer extension.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1.相補的核酸鎖内に含まれる目的核酸配列を増輻させる方法であって、下記段 階からなる方法: (a)上記鎖と非複製可能な要素を含むプライマーとを、該鎖を鋳型として使用 して第1世代プライマー伸長産物が合成されるような条件下に接触させ、鎖のた めの該プライマーは、その上で合成された第1世代プライマー伸長産物が該鎖か ら分離されるとき上記鎖の補体のためのプライマーの第2世代プライマー伸長産 物の合成のための鋳型として役立つことができるように選択され; (b)上記第1世代プライマー伸長産物を各鋳型から分離して一重鎖分子を生成 し;そして (c)該第1世代プライマー伸長産物と段階(a)のプライマーとを、第1世代 プライマー伸長産物を鋳型として使用して第2世代プライマー伸長産物が合成さ れる条件下に処理する; ここで、上記第2世代プライマー伸長産物は目的核酸配列の少なくとも1部を 含有し、上記伸長されてそれらの鋳型を合成したプライマーのプライマー伸長産 物合成のための鋳型としては役立ち得ない。 2.さらに、それらの各鋳型から生じた第2世代プライマー伸長産物を分離して 一重鎖分子を生成することからなる請求項1の方法。 3.段階(c)が少なくとも一度繰り返される請求項1の方法。 4.非複製可能な要素が上記プライマーのいずれの末端残基にも存在しない請求 項1の方法。 5.非複製可能な要素がデオキシリボヌクレオチドの誘導体である請求項1の方 法。 6.非複製可能な要素がリボヌクレオチドの誘導体である請求項1の方法。 7.非複製可能な要素が1,3−プロパンジオールの残基である請求項5の方法 。 8.非複製可能な要素が1,4−アンヒドロ−2−デオキシ−D−リビトールの 残基である請求項5の方法。 9.さらに、第2世代プライマー伸長産物を該プライマー伸長産物が上記第2世 代プライマー伸長産物を鋳型として使用して合成される条件下に第2非複製可能 な要素で処理する段階を含む請求項1の方法。 10.相補的核酸鎖内に含まれる目的核酸配列を増輻させる方法であって、下記 段階からなる方法: (a)上記鎖と非複製可能な要素を含むプライマーとを、該鎖を鋳型として使用 して第1世代プライマー伸長産物が合成されるような条件下に接触させ、鎖のた めの該プライマーは、その上で合成された第1世代プライマー伸長産物が該鎖か ら分離されるとき上記鎖の補体のためのプライマーの第2世代プライマー伸長産 物の合成のための鋳型として役立つことができるように選択され; (b)上記第1世代プライマー伸長産物を各鋳型から分離して一重鎖分子を生成 し;そして (c)該第1世代プライマー伸長産物と段階(a)のプライマーとを、第1世代 プライマー伸長産物を鋳型として使用して第2世代プライマー伸長産物が合成さ れる条件下に処理する; ここで、上記第2世代プライマー伸長産物は目的核酸配列の少なくとも1部を 含有し、上記第1プライマーの第2世代プライマー伸長産物は第2プライマーの プライマー伸長産物の製造のための鋳型として役立つことができる。 11.さらに、段階(c)で生成したプライマー伸長産物を分離して一重鎖分子 を生成することからなる請求項10の方法。 12.段階(c)が少なくとも一度繰り返される請求項10の方法。 13.非複製可能な要素が上記プライマーのいずれの末端残基にも存在しない請 求項10の方法。 14.非複製可能な要素がデオキシリボヌクレオチドの誘導体である請求項10 の方法。 15.非複製可能な要素がリボヌクレオチドの誘導体である請求項10の方法。 16.非複製可能な要素が1,3−プロパンジオール残基である請求項14の方 法。 17.非複製可能な要素が1,4−アンヒドロ−2−デオキシ−D−リビトール 残基である請求項14の方法。 18.さらに、上記第2プライマーの第2世代プライマー伸長産物を、第3プラ イマー伸長産物が上記第2プライマーの第2プライマー伸長産物を鋳型として使 用して形成される条件下に第3プライマーで処理し、該各第3プライマーは非複 製可能な要素を含む請求項10の方法。 19.上記各鎖が第1プライマーのためのプライマー結合部位および第2プライ マーのためのプライマー結合部位を含み、該第1プライマーのためのプライマー 結合部位は第2プライマーのためのプライマー結合部位の3’である請求項10 の方法。 20.相補的核酸鎖内に含まれる目的核酸配列を増輻させる方法であって、下記 段階からなる方法: (a)上記鎖と第1プライマーおよび第2プライマーとを、該鎖を鋳型として使 用して第1世代プライマー伸長産物が第2プライマーからではなく第1プライマ ーから合成されるようなプライマー伸長反応第1セット条件下に接触させ、ここ で該第1プライマーはこの段階からの第1プライマー伸長産物がその鋳型から分 離されたとき、上記鎖の補体のための第1プライマーの第2世代プライマー伸長 産物の合成のための鋳型として役立つことができるように選択され; (b)上記第1世代プライマー伸長産物を各鋳型から分離して一重鎖分子を生成 し;そして (c)該第1世代プライマー伸長産物と段階(a)のプライマーとを、第1世代 プライマー伸長産物を鋳型として使用して第2世代プライマー伸長産物が合成さ れる条件下に処理し; (d)それらの鋳型から第2世代プライマー伸長産物を分離して一重鎖分子を生 成し; (e)段階(c)および(d)を少なくとも1度繰り返し;そして (f)段階(e)の反応混合物を、上記第2世代プライマーから第2世代プライ マー伸長産物を鋳型として使用してプライマー伸長産物が合成されるような第2 のセットのプライマー伸長反応条件下に付する。 21.上記第1セットのプライマー伸長反応条件は上記第2セットのプライマー 伸長反応条件よりも厳しい請求項20の方法。 22.上記第1セットの反応条件は上記第2セットの反応条件よりも高温である 請求項20の方法。 23.非複製可能性要素は上記プライマーのいずれの末端残基にも存在しない請 求項20の方法。 24.非複製可能性要素はデオキシリボヌクレオチドの誘導体である請求項20 の方法。 25.非複製可能な要素がリボヌクレオチドの誘導体である請求項20の方法。 26.非複製可能な要素が1,3−プロパンジオール残基である請求項24の方 法。 27.非複製可能な要素が1,4−アンヒドロ−2−デオキシ−D−リビトール 残基である請求項24の方法。 28.上記各鎖が第1プライマーのためのプライマー結合部位および第2プライ マーのためのプライマー結合部位を含有し、該第1プライマーのためのプライマ ー結合部位が上記第2プライマーのためのプライマー結合部位の3’である請求 項20の方法。 29.核酸配列が遺伝性疾患と関連した多形部位を含み、上記プライマーの各々 は上記病状の存在下にのみあるいは該病状の不存在下にのみ核酸合成を開始させ るように選択されている請求項1の方法。 30.遺伝性疾患が鎌状赤血球貧血である請求項29の方法。 31.増幅された目的核酸配列の存在あるいは不存在を検出することをさらに含 む請求項1の方法。 32.増幅された目的核酸配列の存在あるいは不存在を検出することをさらに含 む請求項10の方法。 33.増幅された目的核酸配列の存在あるいは不存在を検出することをさらに含 む請求項20の方法。 34.DNAポリメラーゼ、増幅されるべき各配列のプライマー対(ここで各プ ライマーは非複製可能な要素からなる)ならびに上記プライマーおよびDNAポ リメラーゼによって複製され得る対照核酸配列からなる、特定の核酸配列の増幅 用試薬キット。 35.非複製可能な要素が1,3−プロパンジオール残基である請求項34の試 薬キット。 36.非複製可能な要素が1,4−アンヒドロ−2−デオキシ−D−リビトール 残基である請求項34の試薬キット。 37.DNAポリメラーゼ、増幅されるべき各配列のプライマー対(ここで各プ ライマーは非複製可能な要素からなる)ならびに上記特定の核酸配列の増幅生産 物の存在または不存在を検出し得る核酸プローブからなる、特定の核酸配列の増 幅用試薬キット。 38.上記プライマーおよびDNAポリメラーゼによって複製され得、上記核酸 プローブによって検出され得る対照核酸配列をさらに含む請求項37の試薬キッ ト。 39.非複製可能な要素が1,3−プロパンジオール残基である請求項37の試 薬キット。 40.非複製可能な要素が1,4−アンヒドロ−2−デオキシ−D−リビトール 残基である請求項37の試薬キット 41.上記プライマーが遺伝性疾患または異常を表示する核酸配列を増幅するよ うに選択される請求項34の試薬キット。 42.上記プライマーが遺伝性疾患または異常を表示する核酸配列を増幅するよ うに選択される請求項37の試薬キット。[Claims] 1. A method for intensifying a target nucleic acid sequence contained in a complementary nucleic acid strand, comprising: The method consisting of floors: (A) using the above strand and a primer containing a non-replicatable element as a template And contacted under such conditions that the first generation primer extension product was synthesized. The primer for the first generation primer extension product synthesized on the Second generation primer extension of primers for complement of the above strands when separated from Selected so that it can serve as a template for the synthesis of the product; (B) Separating the above first generation primer extension product from each template to generate a single-stranded molecule And; (C) combining the first generation primer extension product and the primer of step (a) with a first generation A second generation primer extension product was synthesized using the primer extension product as a template. Treated under the conditions   Here, the second generation primer extension product comprises at least a part of the target nucleic acid sequence. Primer extension of primers containing It cannot serve as a template for product synthesis. 2. Further, the second-generation primer extension products generated from each of those templates were separated. 2. The method of claim 1, comprising producing a single chain molecule. 3. The method of claim 1, wherein step (c) is repeated at least once. 4. Claim that the non-replicable element is not present at any terminal residue of the primer Item 1. The method of Item 1. 5. 2. The method of claim 1, wherein the non-replicatable element is a derivative of deoxyribonucleotide. Law. 6. The method of claim 1, wherein the non-replicable element is a derivative of a ribonucleotide. 7. 6. The method of claim 5, wherein the non-replicable element is a residue of 1,3-propanediol. . 8. The non-replicable element is 1,4-anhydro-2-deoxy-D-ribitol 6. The method of claim 5, which is a residue. 9. Furthermore, the second-generation primer extension product is combined with the second-generation primer extension product. Second non-replicable under conditions synthesized using alternative primer extension products as template The method of claim 1 including the step of processing with the various elements. 10. A method for enhancing the target nucleic acid sequence contained in a complementary nucleic acid strand, comprising: Step-by-step method: (A) using the above strand and a primer containing a non-replicatable element as a template And contacted under such conditions that the first generation primer extension product was synthesized. The primer for the first generation primer extension product synthesized on the Second generation primer extension of primers for complement of the above strands when separated from Selected so that it can serve as a template for the synthesis of the product; (B) Separating the above first generation primer extension product from each template to generate a single-stranded molecule And; (C) combining the first generation primer extension product and the primer of step (a) with a first generation A second generation primer extension product was synthesized using the primer extension product as a template. Treated under the conditions   Here, the second generation primer extension product comprises at least a part of the target nucleic acid sequence. The second generation primer extension product of the first primer It can serve as a template for the production of primer extension products. 11. Further, the primer extension product generated in step (c) is separated to form a single-stranded molecule. 11. The method of claim 10, comprising generating 12. 11. The method of claim 10, wherein step (c) is repeated at least once. 13. Ensure that non-replicable elements are not present at any terminal residue of the primer. The method of claim 10. 14. The non-replicable element is a derivative of deoxyribonucleotide. the method of. 15. The method of claim 10, wherein the non-replicable element is a derivative of a ribonucleotide. 16. 15. The method of claim 14, wherein the non-replicatable element is a 1,3-propanediol residue. Law. 17. The non-replicatable element is 1,4-anhydro-2-deoxy-D-ribitol 15. The method of claim 14, which is a residue. 18. Further, the second generation primer extension product of the second primer is transferred to the third primer. The immersion extension product uses the second primer extension product of the second primer as a template. Treatment with the third primers under the conditions formed by using each of the third primers, 11. The method of claim 10, comprising a manufacturable element. 19. Each strand is a primer binding site for a first primer and a second ply A primer binding site for the primer, the primer for the first primer 11. The binding site is 3 'of the primer binding site for the second primer. the method of. 20. A method for enhancing the target nucleic acid sequence contained in a complementary nucleic acid strand, comprising: Step-by-step method: (A) using the above strand, a first primer and a second primer, The first generation primer extension product is used for the first primer instead of the second primer. Under the first set of conditions for primer extension reaction as synthesized from The first primer separates the first primer extension product from this step from its template. When released, second generation primer extension of the first primer for complement of the strand Selected so that it can serve as a template for the synthesis of the product; (B) Separating the above first generation primer extension product from each template to generate a single-stranded molecule And; (C) combining the first generation primer extension product and the primer of step (a) with a first generation A second generation primer extension product was synthesized using the primer extension product as a template. Treated under the conditions (D) separating the second generation primer extension products from those templates to produce single-stranded molecules Make; (E) repeating steps (c) and (d) at least once; and (F) separating the reaction mixture of step (e) from the second generation primer A second primer is used to synthesize a primer extension product using the primer extension product as a template. Of the set of primer extension reaction conditions. 21. The first set of primer extension reaction conditions is the same as the second set of primers. 21. The method of claim 20, which is more stringent than the extension reaction conditions. 22. The first set of reaction conditions is at a higher temperature than the second set of reaction conditions. The method of claim 20. 23. Non-replicable elements are those that are not present at any terminal residue of the primer. The method of claim 20. 24. 21. The non-replicable element is a derivative of deoxyribonucleotide. the method of. 25. 21. The method of claim 20, wherein the non-replicable element is a derivative of a ribonucleotide. 26. 25. The method of claim 24, wherein the non-replicable element is a 1,3-propanediol residue. Law. 27. The non-replicatable element is 1,4-anhydro-2-deoxy-D-ribitol 25. The method of claim 24, which is a residue. 28. Each strand is a primer binding site for a first primer and a second ply A primer binding site for the first primer and a primer for the first primer. The binding site is 3 'of the primer binding site for the second primer Item 20. The method according to Item 20. 29. The nucleic acid sequence comprises a polymorphic site associated with a genetic disease, and each of the above primers Initiates nucleic acid synthesis only in the presence of the condition or only in the absence of the condition. 2. The method of claim 1, wherein the method is selected to: 30. 30. The method of claim 29, wherein the genetic disease is sickle cell anemia. 31. It further includes detecting the presence or absence of the amplified target nucleic acid sequence. The method of claim 1. 32. It further includes detecting the presence or absence of the amplified target nucleic acid sequence. The method of claim 10. 33. It further includes detecting the presence or absence of the amplified target nucleic acid sequence. 21. The method of claim 20. 34. DNA polymerase, primer pair for each sequence to be amplified (where each primer Primers are composed of non-replicable elements) and the primers and DNA primers described above. Amplification of a specific nucleic acid sequence, consisting of a control nucleic acid sequence that can be replicated by rimase Reagent kit. 35. 35. The method of claim 34, wherein the non-replicatable element is a 1,3-propanediol residue. Medicine kit. 36. The non-replicatable element is 1,4-anhydro-2-deoxy-D-ribitol 35. The reagent kit of claim 34, which is a residue. 37. DNA polymerase, primer pair for each sequence to be amplified (where each primer The primer comprises a non-replicable element) and the amplification production of the specific nucleic acid sequence described above. An increase in a specific nucleic acid sequence consisting of a nucleic acid probe capable of detecting the presence or absence of a substance. Reagent kit for width. 38. The nucleic acid, which can be replicated by the primer and a DNA polymerase; 38. The reagent kit of claim 37, further comprising a control nucleic acid sequence that can be detected by the probe. G. 39. 38. The method of claim 37, wherein the non-replicatable element is a 1,3-propanediol residue. Medicine kit. 40. The non-replicatable element is 1,4-anhydro-2-deoxy-D-ribitol 38. The reagent kit of claim 37, which is a residue. 41. The primers amplify a nucleic acid sequence indicative of a genetic disease or abnormality. 35. The reagent kit of claim 34, which is selected as follows. 42. The primers amplify a nucleic acid sequence indicative of a genetic disease or abnormality. 38. The reagent kit of claim 37, wherein the reagent kit is selected as follows.
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