CN114015749A - 一种基于高通量测序的线粒体基因组测序文库的构建方法及扩增引物 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于高通量测序的线粒体基因组测序文库的构建方法及扩增引物。该扩增引物包括引物对1和引物对2;引物对1的核苷酸序列如SEQ ID NO.1和2所示,引物对2的核苷酸序列如SEQ ID NO.3和4所示。本发明只需两对扩增引物,通过一次PCR扩增,即可获得足量的线粒体DNA样本,大大减少了繁杂的引物量和成本的投入,并简化操作。本发明通过两对引物的扩增产物混合建库,提高了mtDNA的完整性和准确性,保证数据分析的有效性。
Description
技术领域
本发明属于高通量测序技术领域,涉及一种基于高通量测序的线粒体基因组测序文库的构建方法及扩增引物。
背景技术
线粒体是细胞能量的制造工厂,是生物体能量代谢的重要细胞器。人类线粒体基因组呈双链环状结构,大小为16569bp,编码13个参与ATP合成过程的功能蛋白、22个tRNA和2个rRNA。线粒体DNA没有组蛋白的保护,且位于高度氧化的环境中,具有高突变率的特点。这些突变引起基因结构的改变,影响了线粒体功能,造成氧化磷酸化和能量代谢异常,最终引起疾病的发生,如常见的KSS综合征、Leigh氏综合征等。
检测线粒体DNA的突变,当前已有不少方法可以用来对线粒体DNA进行测序。通过一代Sanger测序,可以检出异质性大于10%以上的突变位点。而基于高通量测序技术对线粒体DNA的测序方法,主要有以下几种:一是线粒体DNA分离法,通过氯化铯密度梯度离心、柱层析和碱变性等方法,将线粒体基因组从细胞中分离出来进行测序;二是探针杂交捕获法,合成与mtDNA互补的寡核苷酸探针,与mtDNA杂交后,捕获、富集目的片段,再进行高通量测序;三是PCR扩增法,通过一对或多对引物,特异扩增线粒体DNA,随后进行高通量测序。
传统的一代测序技术,由于低灵敏度和高成本,已难以适应线粒体基因组测序的要求。新一代测序技术的发展,为复杂和低频率mtDNA异质性突变的检测,提供了良好的技术保障。氯化铯梯度离心分离的线粒体基因组产量低,对人力、时间和样本量的要求较高。而探针杂交捕获法,价格昂贵,操作繁琐。PCR扩增法中,短片段扩增需要设计多对引物,组合使用各种引物集,操作较为繁琐,且成本提高;而长片段扩增,一些方法通过分段扩增,集合完整的线粒体DNA,但存在当引物结合位点突变而无法扩增的缺陷,或存在能相互校正的分段扩增方法,但需要将不同的扩增产物分别进行后续纯化、建库的工作,使工作量和试剂成本成倍增加。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足,针对目前方法都存在一些操作或成本上的局限,本发明提供一种基于高通量测序技术的简单、经济、快速的线粒体DNA PCR扩增引物组合和测序方法。该引物组合只需两对扩增引物,通过一次PCR扩增,即可获得足量的可相互校正的线粒体DNA样本,即当其中一对引物因突变而未能扩增时,另一对引物仍能扩增获得完整DNA样本,同时两对引物扩增所得的片段,无需纯化,可直接合并进行后续建库工作,大大减少了繁杂的引物量和成本的投入,并简化操作。
为了解决技术问题,本发明一方面提供了一种人线粒体扩增引物,其包括引物对1和引物对2;
所述引物对1的上游引物MT1-F如SEQ ID NO.1所示,下游引物MT1-R如SEQ IDNO.2所示,所述引物对2的上游引物MT2-F如SEQ ID NO.3所示,下游引物MT2-R如SEQ IDNO.4所示。
本发明还提供了一种用于构建线粒体基因组测序文库的试剂盒,其包括所述的人线粒体扩增引物。
本发明另一方面提供了一种人线粒体基因组扩增方法,其包括如下步骤:
以全血DNA为模板,采用所述的人线粒体扩增引物进行PCR扩增。
优选地,所述PCR扩增的PCR反应体系包括:5×PrimeSTAR GXL Buffer 10μL,dNTPMixture(2.5mM each)4μL,PrimeSTAR GXL DNAPolymerase 1μL,模板DNA 1μL,10μM MT1-F/MT2-F 1μL,10μM MT1-R/MT2-R 1μL,NF·H2O32μL。
优选地,所述PCR扩增的PCR反应程序为:预变性98℃2min;98℃变性10s,68℃退火/延伸10min,进行32个循环;68℃延长15min;然后4℃保存。
本发明还提供了一种基于高通量测序的线粒体基因组测序文库的构建方法,其包括如下步骤:
1)以全血DNA为模板,采用所述的人线粒体基因组扩增方法进行PCR扩增;
2)将两对引物扩增所得的mtDNA等量混匀,进行文库构建。
优选地,所述的步骤2)包括:
2.1)将两对引物扩增所得的mtDNA等量混匀,用超声打断仪进行片段化;
2.2)将片段化产物进行修复以及末端加单碱基A;
2.3)进行接头连接反应;
2.4)进行磁珠纯化和片段筛选,质控检测完成文库构建。
作为本发明的优选方案,所述的步骤2.1):分别取同一样本的MT1产物和MT2产物各500ng,混匀后加Nuclease-free ddH2O补足体积至55μL,用超声打断仪进行片段化,打断时间为80s。
本发明还进一步提供了一种用于构建线粒体基因组测序文库的试剂盒,其包括上述的人线粒体扩增引物。本发明的有益效果包括:
(1)通过简单的两对引物PCR扩增,即可获得完整足量的mtDNA样本,无需繁杂的引物组合配对使用,简化人员操作,经济快速;
(2)通过两对引物的扩增产物混合建库,提高了mtDNA的完整性和准确性,保证数据分析的有效性。
附图说明
图1是引物对MT1和MT2的位置及其扩增方向示意图;
图2是引物对MT1和MT2扩增产物凝胶电泳鉴定图。
图3是线粒体测序数据覆盖度。
具体实施方式
下面将结合具体的实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,但本发明不仅限于以下实施例。
取4例样本,进行样本发明的验证,实施流程具体步骤如下:
1、mtDNA模板的提取与保存
将采集的外周静脉血按常规全血DNA提取流程进行DNA提取。
2、引物对设计
采用PrimerPremier 5设计线粒体扩增引物引物对1和引物对2,引物序列如表1所示。
表1.mtDNA扩增引物
编号 | 引物 | 序列 |
SEQ ID NO.1 | MT1-F | GGTAAAGGTCGGTTTATC |
SEQ ID NO.2 | MT1-R | TATGCCTCTTCACG |
SEQ ID NO.3 | MT2-F | CGATACTCGGACACCC |
SEQ ID NO.4 | MT2-R | AGGGGCGTTTGGTATGG |
3、分别使用两对扩增引物,以全血DNA为模板,扩增mtDNA,冰上配置PCR反应体系如下:
PCR反应条件:
将MT1扩增产物和MT2扩增产物进行1%琼脂糖凝胶电泳鉴定,结果显示如图2所示。使用Qubit测定产物浓度。
4、线粒体DNA文库构建
分别取同一样本的MT1产物和MT2产物各500ng,混匀后加Nuclease-free ddH2O补足体积至55μL,用超声打断仪进行片段化,打断时间为80s。
随后,配置如下反应体系:
组分 | 体积/用量 |
打断产物 | 50μL |
End Prep Mix4 | 15μL |
Total | 65μL |
反应程序如下:
步骤 | 温度 |
1 | 105℃ |
2 | 20℃ |
3 | 65℃ |
4 | 4℃ |
该反应对打断产物进行修复以及末端加A,随后进行接头连接反应,反应体系如下:
组分 | 体积 |
修复产物 | 65μL |
Rapid Ligation Buffer3 | 25μL |
Rapid DNA Ligase | 5μL |
DNAAdapter X | 5μL |
Total | 100μL |
将混合物置于PCR仪中,反应条件为20℃,15min。
5.磁珠纯化和片段筛选
吸取60μL VAHTS DNA Clean Beads至100μL接头连接产物中,涡旋震荡混匀。
室温孵育5min。
将PCR管短暂离心并置于磁力架中分离磁珠和液体,待溶液澄清后(约5min)小心移除上清。
保持PCR管始终置于磁力架上,加入200μL新鲜配制的80%乙醇漂洗磁珠,室温孵育30s后小心移除上清。
重复漂洗一次,总计漂洗两次。
保持PCR管始终置于磁力架上,开盖空气干燥磁珠5-10min至无乙醇残留。
加入105μL Nuclease-free water,涡旋震荡于室温放置2min。
将PCR管短暂离心并置于磁力架中静置,待溶液澄清后(约5min)小心移取100μL上清至新的EP管中。
吸取59μL VAHTS DNA Clean Beads至100μL产物中,涡旋震荡充分混匀。
室温孵育5min。
将PCR管短暂离心并置于磁力架中分离磁珠和液体,待溶液澄清后(约5min)小心转移上清至新PCR管中,丢弃磁珠。
吸取15μL VAHTS DNA CLean Beads磁珠至上清中,涡旋震荡。
室温孵育5min。
将PCR管短暂离心并置于磁力架中分离磁珠和液体,待溶液澄清后(约5min)小心移除上清,避免接触磁珠。
保持PCR管始终置于磁力架上,加入200μL新鲜配制的80%乙醇漂洗磁珠,室温孵育30sec后小心移除上清。
重复漂洗一次,总计漂洗两次。
保持PCR管始终置于磁力架上,开盖空气干燥磁珠5-10min至无乙醇残留。
将PCR管从磁力架中取出,加入22.5μL Nuclease-free water,使用移液器轻轻吹打混匀,于室温放置2min。
将PCR管短暂离心并置于磁力架中静置,待溶液澄清后(约5min)小心吸取20μL上清至新的EP管中,切勿触碰磁珠。
分别取1μL文库进行Qubit浓度测定和QIAXcel片段大小测定,文库主峰大小位于400-500bp之间,与理论值大小相符,表明文库构建质量符合测序要求。
6、DNA文库测序
4个样本文库采用Illumina NOVA_S4测序,数据质量分析如表2所示。
表2.测序数据质量分析
Sample_ID | Clean_reads | Clean_Q30% | Average_Depth | chrM% |
B2020111147 | 644024 | 92.19% | 11100.04 | 96.47% |
B2020111342 | 557201 | 91.85% | 9625.2 | 96.68% |
E21020074 | 515465 | 91.49% | 8863 | 96.25% |
E21030317 | 659826 | 92.08% | 11460.16 | 97.28% |
结果显示,线粒体测序数据占96%以上,Q30%达到91%以上,说明测序数据质量良好,线粒体的覆盖度如图3所示,mtDNA的覆盖率达到100%。对于阳性突变位点A1555G、A1557G检出率达100%,测序深度在5500×以上,综上说明,本发明能及简单、快速、有效对人类线粒体序列进行分析。
以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
序列表
<110> 浙江博圣生物技术股份有限公司
杭州博圣医学检验实验室有限公司
<120> 一种基于高通量测序的线粒体基因组测序文库的构建方法及扩增引物
<160> 4
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 18
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 1
ggtaaaggtc ggtttatc 18
<210> 2
<211> 14
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 2
tatgcctctt cacg 14
<210> 3
<211> 16
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 3
cgatactcgg acaccc 16
<210> 4
<211> 17
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 4
aggggcgttt ggtatgg 17
Claims (8)
1.一种人线粒体扩增引物,其特征在于,包括引物对1和引物对2;
所述引物对1的上游引物MT1-F如SEQ ID NO.1所示,下游引物MT1-R如SEQ ID NO.2所示,所述引物对2的上游引物MT2-F如SEQ ID NO.3所示,下游引物MT2-R如SEQ ID NO.4所示。
2.一种人线粒体基因组扩增方法,其特征在于包括如下步骤:
以全血DNA为模板,采用权利要求1所述的人线粒体扩增引物进行PCR扩增。
3.根据权利要求2所述的扩增方法,其特征在于,所述PCR扩增的PCR反应体系包括:5×PrimeSTAR GXL Buffer 10μL,dNTP Mixture(2.5mM each)4μL,PrimeSTAR GXL DNAPolymerase 1μL,模板DNA 1μL,10μM MT1-F/MT2-F 1μL,10μM MT1-R/MT2-R 1μL,NF·H2O32μL。
4.根据权利要求2所述的扩增方法,其特征在于,所述PCR扩增的PCR反应程序为:预变性98℃2min;98℃变性10s,68℃退火/延伸10min,进行32个循环;68℃延长15min;然后4℃保存。
5.一种基于高通量测序的线粒体基因组测序文库的构建方法,其特征在于包括如下步骤:
1)以全血DNA为模板,采用权利要求2-4任一项所述的人线粒体基因组扩增方法进行PCR扩增;
2)将两对引物扩增所得的mtDNA等量混匀,进行文库构建。
6.根据权利要求5所述的构建方法,其特征在于,所述的步骤2)包括:
2.1)将两对引物扩增所得的mtDNA等量混匀,用超声打断仪进行片段化;
2.2)将片段化产物进行修复以及末端加单碱基A;
2.3)进行接头连接反应;
2.4)进行磁珠纯化和片段筛选,质控检测完成文库构建。
7.根据权利要求6所述的构建方法,其特征在于,所述的步骤2.1):分别取同一样本的MT1产物和MT2产物各500ng,混匀后加Nuclease-free ddH2O补足体积至55μL,用超声打断仪进行片段化,打断时间为80s。
8.一种用于构建线粒体基因组测序文库的试剂盒,其特征在于包括权利要求1所述的人线粒体扩增引物。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20220208 |