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基于乳剂多聚酶链反应的分子 单倍型分析方法实验

相关实验:基于乳剂多聚酶链反应的分子 单倍型分析方法实验

最新修订时间:

材料与仪器

步骤

2.方法 2 . 1 人类基因组DNA • 任何来源的质量良好且完整的人类D N A 都可用于此实验。在我们的实验中,研究 的人群来自M o u n t Sinai儿童环境健康中心正在进行的一项评判婴儿成长和神经发育与 纽约市城区杀虫剂暴露相关性的研究。研究程序经机构审核委员会批准。这项研究包括 来自多个种族的26〜30周孕期的 怀 孕 妇 女 ( 高加索、非裔美国人和加勒比西班牙裔)。 血浆中白细胞D N A 的提取如前所述(10)。 2 . 2 寡聚核苷酸( 以 PONl-909g> c 和 Q192R 为例) 1. 所有引物由I D T 合成。 2 . 用于扩增P O N 1-909g> c 和 Q 192R 的外部引物: 分 别 为 C A A A A T C A A A T C C T T C T G C C A C C A C T C G A A 和 A C A T G G A G - C A A A T C A T T C A C A G T A A 。 3. P O N l -909g> c 和 Q 192R 的 (5'-生物素化)连接引物: 分 别 为 B i o ^ A A A G T G C T C A G G T C C C A C A C T G A T A A T G G G G C A T T T G A G T A A 和 Bio-G C C C C A T T A T C A G T G T G G G A C C T G A G C A C T T T T A T G G C A C A A 。 4. P O N l -909g> c * Q 192R 的加帽寡核苷酸序列(3'_磷酸化) : A A A A A A G C C C C A T T A T C A G T G -P 和 A A A A A A A A A G T G C T C A G G T C C C A -P 。 5. q A S P C R 引物: 192T : C A A A T A C A T C T C C C A G G A T T 192C : C A A A T A C A T C T C C C A G G A T C . -909C : G C A G A C A G C A G A G A A G A G A C -909G : G C A G A C A G C A G A G A A G A G A G 2 . 3 缓 冲 液 ( I X ) 1. Taq : 10 m m o l / L Tris-H C l , p H 8. 0 , 50 m m o l / L K C l 〇 2. N X : 100 m m o l ,L N a C l , 1 % Triton X -100, 10 m m o l L Tris-H C l , p H 7.5, I m m o l / L E D T A 0 3. B &-W : 10 m m o l / L Tris-H C l , p H 7. 5, l m m o l / L E D T A , 2 m o l / L N a C l 0 4. q A S P C R : I X T 叫 缓 冲 液 , I.5 m m o l /L M g C l 2 , d N T P 各 200 / xmol/L , 2 % 甘 油 , l X B S A (N E B ) 和 I X S Y B R Green(Molecular Probes)。 2 . 4 乳剂成分 1•油相终浓度: 4. 5 % S p a n 80(cat. no. 85548, Fluka), 0 . 4 % T w e e n -80(cat. no. S-8074, Sigma), 0. 05 % Triton X -100(cat. no. T -9284, Sigma-Aldrich) 用 矿 物 油 ( cat. no. M -3516, Sigma-Aldrich) 加至 1 0 0 % 。 2.水 相 终 浓 度 : 1又 丁 叫 缓 冲 液 , (1 1 ^ ^ 各 300 / ^111〇 1,‘ 1 , 2.5 111111〇 1/ 丄 以 3(:12,
50(u m 〇l/L M e4N C l (四甲基氨基氯) ,外 部 引 物 各 I / xmol/L ,连接引物各 0. I pmol/L , 100 m U / p L Amplitaq Gold (Applied Biosystems) 和 I ng/juL 人 类基因组D N A 。 2 . 5 加帽反应成分( 终浓度) 1. I X T a g 缓冲液, I.5 m m o l / L M g C l 2, d N T P 各 200 fxmol/L 。 2 . 加帽寡核苷酸各1/_^〇1/ 1 。 3. 5 U /40juL T a g D N A 聚 合 酶 ( P r o m e g a ,非热起始) 。 2.6 qASPCR成 分 ( 终浓度) 1. I X q A S P C R 缓冲液。 2. q A S P C R 引物各 I ym o l/L 。 3. 2. 5 U /20 juL Amplitaq Gold D N A 聚 合 酶 (Applied Biosystems)。 2 . 7 其他材料 1. P C R 纯 化 试 剂 盒 ( Qiagen)。 2. DynabeadsMyoneStreptavidin (亲和素, Dynal Biotech)。

三、方法

将 通 过 人 类 ] (P O M ) 基 因 上 间 隔 15 k b 的两个常见 基 因 多 态 性P O M -909 g> c 和 Q 192R 来 解 释 L E -P C R 技 术 。 P O M -909 g > c 多态性和另一位于一108的影响转录程度的功能性启动子多态性呈现几乎完整的L D 。 Q 192R 影响底物特异性。在一项共有37 877人参加的研究中,在两个位点都有混合的异源性基因型,从而形成混合单倍型。我们决定了这些个体的分子单倍型,并用两个底物测量酶活性(表型)。我们也对第三个多态性L 55M , 用尸〇 ]\0-909§><: 和 Q 192R 对 在 L 55M 和第二位点有混合异源性基因型的个体进行了分子单倍型分析。只需两次分子单倍型分析就可决定在所有三个位点都是异源型的个体单倍型。通过比较分子单倍型分析和推测单倍型对表 型 的 预 测 效 力 ,我们证明了 L E -P C R 人 群 研 究 中 的 应 用(1)。本 章 只 讲 述 针 对P O M -909 g> c 和 Q 192R 的 L E -P C R , 不涉及表型的测量方法。整 个 L E -P C R 的思路如图1 所示。如模板下方所示,跨越多态性区域的两个扩增子在乳剂的水溶性液滴中产生。连 接 P C R 将这些扩增子连接形成一个微染色体,并保留了这两个多态性的相关信息。

3.1 引物设计

1.乳剂 P C R 中每个扩增子需两条引物,如 图 2A 所示。扩增子应限制在200个核苷酸内。

2.外部引物是典型的P C R 引物 ,大 约 25 nt。根据我们的经验,引 物 G C 含量为5 0 % 且 以 A A 收尾为佳。
图 1 人 类 P O M 基因的LE-PCR。 27 kb 人 类 POAfl基 因 的 外 显 子 ( 水平条 纹)按比例给出。含有启动子多态性-9〇9g' c 的 PCR扩 增 子 ( 竖条纹)和位 于第6 外显子的错义多态性Q192R (实线)比实际大。在乳剂中水溶性液滴内 的连接PCR使微染色体保留各相( 竖条纹和实线) 。 3 . 内部引物是连接引物(11)。图 2B 表示了部分互补的p 〇 M -909g> C 和 Q 192R 引物之间重合部分。在 5'端起始42个核苷酸中的32个是互补的。 3'端 的 2 6 个 与模板互补,并起到引物的作用。在每个连接引物5'端 的 16个核苷酸按与另一 连接引物互补设计,所以可以成为另一扩增子的模板。他 们 必 须 携 带 生 物 素 以便于未连接扩增子的分离。 生 物 素 、 ,生物素 生 物 素 生 物 素 变性前必须是完整的 生物素化的连接引物 外引物 生 物 素 - 来自-909g: C扩增子的序列 来自Q192R扩增子的序列 •生物素 生物素^GCCCCATTATCAGTGtI AATGASTTTACGGGGTAATAGTi ^GGGACCTGAGCACTTTO!ATGGCACAA :CCTGGACTCGTGAAA- 生物素 图 2 LE-PCR引物。 ( A) 用于乳剂液滴中合成两个连接扩增子的外部和生物素连接引 物。扩增子之间虚线所示的是在图1 中 P O M 示 例 的 15kb。所有引物用实线箭头表示。 连接引物只有3'端和模板互补。 ( B) P〇 JVI-9〇 9g> c 和 Q192R 连接引物的设计。部分互 补的序列如图所示。竖线分割了来自两个扩增子的序列。 3 . 2 乳剂配制 1•在P C R 前两个扩增子之间的模板在水溶性液滴中必须是完整的。我们实验表明 乳剂并不影响P O M -9Ogg: ^ 至 Q 192R 模板的完整性(1)。观察显示水溶性液 滴大小应在10 以下。通 过 限 制 模 板 浓 度 在 I ng/ ^ (〜3〇〇单倍型基因
组/ V L ),每滴水中包含多于一个模板的几率小于1 % 。 2.油-水乳剂是根据已有方法配制的(12-14)。油相由2.4中项目1 所列成分组成。 水相成分由2. 4 中项目2 所列成分组成。 P O N l -9〇 9g> c 和 Q 192R 的外部和连 接引物都分别在2. 2 中项目2 和 3 列出。进行单倍型分析的人类模板D N A 对于 这两个相关多态性而言是异质的。 3.乳化过程需要将一份水相部分与两份油相部分振 等 图 3 用改良的实验室涡旋振荡 器对若干样本进行乳化。 荡混匀约5min (—般体积为150 fxL)。图 3 是简 略的亦意图( 见注释1 和 2)。 3.3 LE-PCR 1.对于本章所用的例子, P C R 实验的条件是30个循 环 Imin 67°C , I min 60°C , 30 s 94°C ,然后 95°C 9m h i 以激活聚合酶,再 60°C 孵 育 7min。 2•外部引物要比连接引物多10倍。 P C R 条件的设定 是因为在后面的循环中, Imin 67°C 更有利于较长 引物的延伸,在这里就是首先从稀释的连接引物, 稍后以扩增子的链自身作为引物进行连接的。 3.4 PCR清除 1.每 5 倍体积的乳剂加入3 体积 的 N X 缓冲液。涡旋振荡20 s。用离心机分离各 相 ,并将油相去除。 2•转移水相至Qiagen P C R 纯化试剂盒,过程根据制造商的说明用40 洗脱。 Qiagen P C R 纯化试剂盒可耐受残留的油剂。 3 . 5 去除生物素引物和未连接的扩增子 1. L E - P C R 所有的产物如图4A 所示。这包括由比连接引物多的外部引物形成的单 链 D N A 副 ( runoff) 产物,以及预期的缺少生物素的双链微染色体。图 4 A 阐 释了去除生物素标记核酸的方法。生物素出现在长的、自身互补的连接引物以 及连接失败的扩增子中。 2. 在 B & W 缓冲液中洗 3 (nL Dynabeads M y o n e streptavidin(Dynal Biotech)3 次, 在 T a g 缓冲液中洗一次。在 40 fxL P C R 洗脱液中重悬珠子,加人4 I O X Tag 缓冲液。室温孵育30m i n,磁化,保留上清液。
3.6副产物加帽

1.加帽寡核苷酸的使用如图4B 所示。步 骤 3. 5 后有两个产物保留,包括微染色体以及从P C R 清除过程中逃脱的单链副产物。加帽寡核苷酸3’端的磷酸化会阻碍它们作为引物。相反,它们作为模板来延伸副产物,以防这些产物做为引物参与 P C R 而产生新的微染色体。

2.我们的经验表明对副产物的加帽对于防止新微染色体的形成是不可缺少的。当
对的 Ct 值用 Lightcycler 的二级衍 生算法获得。 3 . 其他实时P C R 仪也可使用。 3 . 8 数据分析 1. 所 有 LE-PCR反应都会形成两个微染色体,从而保留在两个模板链上的等'位基 . 2 7 5 •

因多态性的各相信息。所以对每两个等位基因都有两对可能的微染色体。

2.计算时假定所有 q A S P C R 引物在扩增 P C R 相应模板时的效率相等,正如我们的四个例子。如果不是,需进行合适的矫正。

3.计算第一对单倍型的平均 C (值 :这里为 19277-909c+192 C /-909 g 。

4.计算第二对单倍型的平均 (^值:这里为 192T /-909 g +192C /-909c。

5.相减得 A C z。

6.要求第一对可能的单倍型的两个 G 值应小于第二对可能的单倍型的两个 Q ; 或者前者大于后者。因此四个q A S P C R 测量值中总有一对单倍型偏大。

7.A C i 值必须大于 1 或者小于一 1。这 样 q A S P C R 对某对单倍型测量的偏好程度远
大于该项技术的实验误差。

8.如果条件 6 和 7 都满足,选用最低的(¾ 值。

9.如果条件 6 和 7 不满足,见注释 3〜6。

四、注释

1.管子必须与平台接触。

2.将管子悬挂在周边的装置配制乳剂的效果不好。

3.如观察到的 A C t 的值接近 0 , 则 L E -P C R 失败,

4.在这项技术建立的早期, L E -P C R 的失败率高达 2 0 % 〜3 0 % , 但在改进乳剂形成后,失败率降到小于 5 % 。

5.我们发现所有这些失败都发生在乳剂P C R 步骤,并且不能通过纯化和分析步骤挽救。

6.如果有一个单倍型不能获得,重新再做全部 L E - P C R 实验

来源:丁香实验

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