CN112126987A - 一种用于甲基化扩增子测序的建库方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于甲基化扩增子测序的建库方法，涉及分子生物学技术领域，所述建库方法包括以下步骤：1)第一次PCR扩增；2)一次磁珠纯化；3)补平修复；4)接头连接；5)二次磁珠纯化；6)第二次PCR扩增；7)三次磁珠纯化。为了解决传统靶向甲基化测序中的测序文库的构建费用过高和周期过长的问题，本发明通过利用特异性引物对重亚硫酸盐转化过后的DNA进行多重PCR反应得到靶向的扩增子，然后利用连接反应将NGS测序用到的接头加至扩增子两端纯化回收形成测序文库，有利于实现靶向甲基化测序，减低了测序文库的构建费用和周期，具有广阔的市场前景。

Description

一种用于甲基化扩增子测序的建库方法
技术领域
本发明涉及分子生物学技术领域，具体是一种用于甲基化扩增子测序的建库方法。
背景技术
随着高通量测序技术的发展，测序成本的降低，使测序技术逐渐成为基础生物学研究和医学检测的常规实验方法。DNA甲基化是一种人体内常见的表观遗传学修饰方式，其可以调控被修饰基因的表达情况，因此与肿瘤的发生有密切关系。通过检测肿瘤相关基因的甲基化状态可完成对肿瘤的早期筛查、辅助诊断、治疗以及预后。
目前对DNA甲基化状态的检测主要是基于亚硫酸盐预处理，从而将DNA样本中的未被甲基化的胞嘧啶(C)转化为尿嘧啶(U)，而被甲基化的胞嘧啶(C)则无法被转化而保持原始状态，随后通过二代基因测序(Next generation sequencing，NGS)技术对其甲基化状态进行检测。NGS技术通过全基因组的甲基化测序已经构建了大量常规物种的甲基化图谱，因此促进了人类表观遗传学，特别是DNA甲基化与人类肿瘤之间相关性的研究。
但是，全基因组甲基化测序流程复杂，需求数据量大，周期长，费用高；同时，当前许多研究者仅对基因组中部分基因的特定区域甲基化状态感兴趣，因而只需对相应的靶向区域进行测序即可。扩增子测序(Amplicon Sequencing)就是一种可以只对目标区域进行测序研究的靶向基因测序技术。这种方法已经在常规的基因测序中得到了有效的验证，而在靶向甲基化测序方面，Padlock甲基化靶向测序技术已被证实可以进行相关的文库构建与测序，但其文库构建过程过于繁琐，并且耗时过长；CpGiant甲基化捕获技术也已经被证明可以用来进行靶向甲基化测序，但是CpGiant检测成本过于高昂，因而无法在普通实验室进行普及应用。因此，需要提供一种用于甲基化扩增子测序的建库方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于甲基化扩增子测序的建库方法，以解决上述背景技术中提出的问题。通过提供一种适用于甲基化扩增子测序的建库方法，从而建立起甲基化扩增子测序的操作过程，使其可以应用到基因组中特定区域的甲基化状态检测，实现靶向甲基化测序，并且在不影响测序质量的情况下，减低测序文库的构建费用和周期。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于甲基化扩增子测序的建库方法，其特征在于，它包括以下步骤：
1)第一次PCR扩增：利用甲基化特异性扩增子引物，对重亚硫酸盐转化过后的基因组DNA按照常规方法进行第一次PCR扩增，得到第一次PCR产物，完成对靶向区域的扩增和富集；
2)一次磁珠纯化：对步骤1)中得到的第一次PCR产物进行磁珠纯化并且回收，得到第一次PCR回收产物；通过采用磁珠纯化比一般的过柱纯化速度快，可节省实验时间；
3)补平修复：将步骤2)中得到的第一次PCR回收产物末端补平修复加A，得扩增子；
4)接头连接：利用连接反应，将NGS测序用到的接头加至步骤3)中得到的扩增子两端，得连接产物；
5)二次磁珠纯化：对步骤4)中得到的连接产物进行磁珠纯化并回收得扩增子连接产物；
6)第二次PCR扩增：按照常规方法对步骤5)中回收的混合物进行第二次PCR扩增，从而将P5、P7序列加至文库两端,得到第二次PCR产物；
7)三次磁珠纯化：对步骤6)中得到的第二次PCR产物进行磁珠纯化并且回收，形成最终测序前的文库。
作为本发明进一步的方案：步骤1)中，在针对靶向区域进行引物设计时控制引物长度在20-25bp之内，同时引物内部不包含CpG位点。
作为本发明再进一步的方案：步骤1)中，所述第一次PCR扩增的退火温度在55℃-65℃。
作为本发明再进一步的方案：步骤1)中，所述DNA为待测样品的基因组DNA进行提取而得。
作为本发明再进一步的方案：所述提取采用本领域内常规方法进行，例如使用Omega公司的SOIL DNA KIT进行提取。
作为本发明再进一步的方案：步骤6)中，所述第二次PCR扩增的正向引物中带有P5序列，反向引物带有P7序列。
所述的用于甲基化扩增子测序的建库方法在甲基化测序中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明利用不依赖甲基化状态的捕获引物，对重亚硫酸盐转化过后的基因组DNA进行多重PCR反应，从而得到靶向的扩增子，然后利用连接反应，将NGS测序用到的接头加止扩增子两端，纯化回收后，通过PCR反应将P5、P7序列加止文库两端，形成最终测序前的文库，解决了传统靶向甲基化测序中的测序文库的构建费用过高和周期过长的问题；
2)本发明提供了一种适用于甲基化扩增子测序的建库方法，从而建立起甲基化扩增子测序的操作过程，使其可以应用到基因组中特定区域的甲基化状态检测，实现靶向甲基化测序，并且在不影响测序质量的情况下，减低测序文库的构建费用和周期；
3)本发明可以对基因组上特定区域甲基化状态进行检测，由于采用了PCR过程进行靶向序列的富集，因而相比较依赖探针进行靶向富集的padlock和CpGiant方法，该发明大幅度降低了文库构建的成本；此外，由于本发明不涉及到DNA杂交的过程，因此在文库构建时间上大幅度改善，由padlock和CpGiant的3-4天降至1天。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
实施例1
一种用于甲基化扩增子测序的建库方法，其特征在于，它包括以下步骤：
1)第一次PCR扩增：利用甲基化特异性扩增子引物，对重亚硫酸盐转化过后的基因组DNA进行第一次PCR扩增，得到第一次PCR产物，完成对靶向区域的扩增和富集；
其中，在针对靶向区域进行引物设计时控制引物长度为20bp，同时引物内部不包含CpG位点；所述第一次PCR扩增的退火温度在55℃；所述基因组DNA为将待测样品的基因组DNA进行提取而得，所述提取采用本领域内常规方法进行，本实施例中，使用Omega公司的SOIL DNA KIT进行提取；
2)一次磁珠纯化：对步骤1)中得到的第一次PCR产物进行磁珠纯化并且回收，得到第一次PCR回收产物；通过采用磁珠纯化比一般的过柱纯化速度快，可节省实验时间；
3)补平修复：将步骤2)中得到的第一次PCR回收产物末端补平修复加A，得扩增子；
4)接头连接：利用连接反应，将NGS测序用到的接头加至步骤3)中得到的扩增子两端，得连接产物；
5)二次磁珠纯化：对步骤4)中得到的连接产物进行磁珠纯化并回收得混合物；
6)第二次PCR扩增：按照常规方法对步骤5)中回收的混合物进行第二次PCR扩增，得到第二次PCR产物；所述第二次PCR扩增的正向引物中带有P5序列，反向引物带有P7序列；
7)三次磁珠纯化：对步骤6)中得到的第二次PCR产物进行磁珠纯化并且回收，形成最终测序前的文库。
本实施例中，所述的用于甲基化扩增子测序的建库方法在甲基化测序中的应用。
实施例2
一种用于甲基化扩增子测序的建库方法，其特征在于，它包括以下步骤：
1)第一次PCR扩增：利用甲基化特异性扩增子引物，对重亚硫酸盐转化过后的基因组DNA按照常规方法进行第一次PCR扩增，得到第一次PCR产物，完成对靶向区域的扩增和富集；
其中，在针对靶向区域进行引物设计时控制引物长度为25bp，同时引物内部不包含CpG位点；所述第一次PCR扩增的退火温度在65℃；所述基因组DNA为将待测样品的基因组DNA进行提取而得，所述提取采用本领域内常规方法进行，本实施例中，使用Omega公司的SOIL DNA KIT进行提取；
2)一次磁珠纯化：对步骤1)中得到的第一次PCR产物进行磁珠纯化并且回收，得到第一次PCR回收产物；通过采用磁珠纯化比一般的过柱纯化速度快，可节省实验时间；
3)补平修复：将步骤2)中得到的第一次PCR回收产物末端补平修复加A，得扩增子；
4)接头连接：利用连接反应，将NGS测序用到的接头加至步骤3)中得到的扩增子两端，得连接产物；
5)二次磁珠纯化：对步骤4)中得到的连接产物进行磁珠纯化并回收得混合物；
6)第二次PCR扩增：按照常规方法对步骤5)中回收的混合物进行第二次PCR扩增，得到第二次PCR产物；所述第二次PCR扩增的正向引物中带有P5序列，反向引物带有P7序列；
7)三次磁珠纯化：对步骤6)中得到的第二次PCR产物进行磁珠纯化并且回收，，形成最终测序前的文库。
本实施例中，所述的用于甲基化扩增子测序的建库方法在甲基化测序中的应用。
实施例3
一种用于甲基化扩增子测序的建库方法，其特征在于，它包括以下步骤：
1)第一次PCR扩增：利用甲基化特异性扩增子引物，对重亚硫酸盐转化过后的基因组DNA按照常规方法进行第一次PCR扩增，得到第一次PCR产物，完成对靶向区域的扩增和富集；
其中，在针对靶向区域进行引物设计时控制引物长度在20-25bp之内，同时引物内部不包含CpG位点；所述第一次PCR扩增的退火温度在55℃-65℃；所述基因组DNA为将待测样品的基因组DNA进行提取而得，所述提取采用本领域内常规方法进行，本实施例中，使用Omega公司的SOIL DNA KIT进行提取；
2)一次磁珠纯化：对步骤1)中得到的第一次PCR产物进行磁珠纯化并且回收，得到第一次PCR回收产物；通过采用磁珠纯化比一般的过柱纯化速度快，可节省实验时间；
3)补平修复：将步骤2)中得到的第一次PCR回收产物末端补平修复加A，得扩增子；
4)接头连接：利用连接反应，将NGS测序用到的接头加至步骤3)中得到的扩增子两端，得连接产物；
5)二次磁珠纯化：对步骤4)中得到的连接产物进行磁珠纯化并回收得混合物；
6)第二次PCR扩增：按照常规方法对步骤5)中回收的混合物进行第二次PCR扩增，得到第二次PCR产物；所述第二次PCR扩增的正向引物中带有P5序列，反向引物带有P7序列；
7)三次磁珠纯化：对步骤6)中得到的第二次PCR产物进行磁珠纯化并且回收，，形成最终测序前的文库。
本实施例中，所述的用于甲基化扩增子测序的建库方法在甲基化测序中的应用。
实施例4
一种甲基化扩增子测序方法，包括如实施例3所述的用于甲基化扩增子测序的建库方法，通过实施例3中的方法利用甲基化特异性扩增子引物构建甲基化扩增子NGS文库，然后采用实施例3建库所得到的DNA文库，通过Illumina公司的miseq测序平台，进行扩增子测序，每个文库测400M数据量，然后对甲基化扩增子测序数据进行生物信息学分析；建库后的上机测序可以通过一代测序平台进行，也可通过高通量测序平台进行，例如ABI公司的3730XL测序平台或Illumina公司的miseq测序平台等；进行生物信息学分析的步骤主要是指通过质控和barcode得到优化数据，然后聚OTU，物种注释，α多样性分析(稀释曲线、shannon曲线、物种累积曲线；chao、simpson等多样性指数)等。
实施例5
对不同已知浓度的甲基化标准品按照如实施例4所述方法进行4个扩增子的甲基化测序检测，验证该发明方法的可靠性。
实施例6
对不同肺癌组织DNA与癌症组织DNA按照如实施例4所述方法进行4个扩增子的甲基化状态检测，验证该发明方法对癌症组织DNA甲基化检测的可靠性。
实施例7
对不同人群的cfDNA按照如实施例4所述方法进行4个扩增子的甲基化状态检测，验证该发明方法对血液中cfDNA检测的可靠性。
本发明有益效果是，本发明通过利用不依赖甲基化状态的捕获引物，对重亚硫酸盐转化过后的基因组DNA进行特异性多重PCR反应，从而得到靶向的扩增子，然后利用连接反应，将NGS测序用到的接头加止扩增子两端，纯化回收后，通过PCR反应将P5、P7序列加止文库两端，形成最终测序前的文库，解决了传统靶向甲基化测序中的测序文库的构建费用过高和周期过长的问题；本发明提供了一种适用于甲基化扩增子测序的建库方法，从而建立起甲基化扩增子测序的操作过程，使其可以应用到基因组中特定区域的甲基化状态检测，实现靶向甲基化测序，并且在不影响测序质量的情况下，减低测序文库的构建费用和周期；本发明可以对基因组上特定区域甲基化状态进行检测，由于采用了PCR过程进行靶向序列的富集，因而相比较依赖探针进行靶向富集的padlock和CpGiant方法，该发明大幅度降低了文库构建的成本；此外，由于本发明不涉及到DNA杂交的过程，因此在文库构建时间上大幅度改善，由padlock和CpGiant的3-4天将至1天；本发明在肿瘤筛查与辅助诊断、甲基化测序、二代基因测序、需要对DNA甲基化进行检测的科研及临床领域具有广阔的市场前景。
上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (7)

1.一种用于甲基化扩增子测序的建库方法，其特征在于，它包括以下步骤：
1)第一次PCR扩增：利用不依赖甲基化状态的扩增子引物，对重亚硫酸盐转化过后的DNA进行第一次PCR扩增，得到第一次PCR产物，完成对靶向区域的扩增和富集；
2)一次磁珠纯化：对步骤1)中得到的第一次PCR产物进行磁珠纯化并且回收，得到第一次PCR回收产物；
3)补平修复：将步骤2)中得到的第一次PCR回收产物末端补平修复加A，得扩增子；
4)接头连接：利用连接反应，将NGS测序用到的接头加至步骤3)中得到的扩增子两端，得连接产物；
5)二次磁珠纯化：对步骤4)中得到的连接产物进行磁珠纯化并回收扩增子连接产物；
6)第二次PCR扩增：按照常规方法对步骤5)中回收的扩增子连接产物进行第二次PCR扩增，从而将P5、P7序列加至文库两端,得到第二次PCR产物；
7)三次磁珠纯化：对步骤6)中得到的第二次PCR产物进行磁珠纯化并且回收，形成最终测序前的文库。
2.根据权利要求1所述的用于甲基化扩增子测序的建库方法，其特征在于，步骤1)中，在针对靶向区域进行引物设计时控制引物长度在20-25bp之内，同时引物内部不包含CpG位点。
3.根据权利要求2所述的用于甲基化扩增子测序的建库方法，其特征在于，步骤1)中，所述第一次PCR扩增的退火温度在55℃-65℃。
4.根据权利要求2或3所述的用于甲基化扩增子测序的建库方法，其特征在于，步骤1)中，所述DNA为待测样品的基因组DNA提取而得。
5.根据权利要求4所述的用于甲基化扩增子测序的建库方法，其特征在于，所述提取采用本领域内常规方法进行。
6.根据权利要求5所述的用于甲基化扩增子测序的建库方法，其特征在于，步骤6)中，所述第二次PCR扩增的正向引物中带有P5序列，反向引物带有P7序列。
7.一种如权利要求1-6任一所述的用于甲基化扩增子测序的建库方法在甲基化测序中的应用。
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