DE19934084A1 - Labeling DNA fragments during polymerase chain reaction, useful e.g. for sequencing or polymorphic analysis, uses labeled universal primer and sequence-specific primers - Google Patents

Abstract

Labeling DNA fragments (I) during a polymerase chain reaction (PCR) by performing, in a reaction batch, fluorescent labeling with a predetermined set of primers, is new. An Independent claim is also included for test kits for performing the novel method.

Description

Die Erfindung betrifft eine Methode und ein Testbesteck zur Markierung von DNA- Fragmenten während einer PCR-Reaktion in einem Reaktionsansatz. Dazu bedient sie sich eines markierten Universal-Oligonukleotid-Primers und zweier sequenzspezifischer Oligonukleotid-Primer, von denen ein Primer mit der dem Universal-Oligonukleotid-Primer homologen Adaptorsequenz versehen ist.The invention relates to a method and a test kit for labeling DNA Fragments during a PCR reaction in a reaction mixture. To do this, she uses herself a labeled universal oligonucleotide primer and two sequence-specific Oligonucleotide primers, one of which is the same as the universal oligonucleotide primer homologous adapter sequence is provided.

Bei zahlreichen molekulargenetischen Anwendungen ist es erforderlich, das Vorhandensein oder die Länge von DNA-Fragmenten zu bestimmen (Abkürzungen am Ende des Abschnitts Ausführungsbeispiele). Dieses Ziel wird in der Regel durch eine Kombination von elektrophoretischer Größenauftrennung und anschließender Sichtbarmachung der DNA- Fragmente erreicht. Zur Sichtbarmachung der DNA-Fragmente existieren unterschiedlichste Methoden (Ethidiumbromid-Färbung, Silberfärbung, Chemilumineszenz, Detektion von radioaktiv markierten Fragmenten mittels eines photographischen Films oder eines Phosphorimagers oder die Fluoreszenzmarkierung). Bei der zunehmenden Automatisierung molekulargenetischer Analysen hat die Fluoreszenzmarkierung eine überragende Bedeutung (Smith et al. [11] - Literatur am Ende des Abschnitts Ausführungsbeispiele). Fluoreszenzmarkierte DNA-Fragmente können elektrophoretisch aufgetrennt werden. Nach deren Auftrennung können die an die Fragmente gekoppelten Fluoreszenzfarbstoffe mit Laserlicht einer spezifischen Wellenlänge angeregt werden. Das ausgesandte Fluoreszenzlicht kann detektiert und in ein Signal umgewandelt werden, was spezifisch für den angekoppelten Fluoreszenzfarbstoff ist (Perlin MW [9, 10]).In numerous molecular genetic applications, the presence is required or to determine the length of DNA fragments (abbreviations at the end of the section Embodiments). This goal is usually achieved through a combination of electrophoretic size separation and subsequent visualization of the DNA Fragments reached. There are many different ways of making the DNA fragments visible Methods (ethidium bromide staining, silver staining, chemiluminescence, detection of radioactively labeled fragments using a photographic film or Phosphor imagers or the fluorescent label). With increasing automation In molecular genetic analysis, fluorescence labeling is of paramount importance (Smith et al. [11] - Literature at the end of the Examples section). Fluorescence-labeled DNA fragments can be separated electrophoretically. To the fluorescence dyes coupled to the fragments can also be separated Laser light of a specific wavelength can be excited. The emitted fluorescent light can be detected and converted into a signal, which is specific for the coupled Is fluorescent dye (Perlin MW [9, 10]).

Hauptanwendungsgebiete dieser Technologie sind die automatische Sequenzierung und die automatische Haplotypisierung/Genotypisierung mittels Mikrosatelliten-Markern (Litt et al. [6]). Die Markierung der DNA-Fragmente für die Haplotypisierung erfolgte bisher mittels einer PCR-Reaktion (PCR - polymerase chain reaction, Polymerase Kettenreaktion), bei der zwei Oligonukleotid-Primer eingesetzt werden, von denen einer am 5'-Ende mit einem Fluoreszenzfarbstoff markiert ist (Weber JL [12]). Beide Primer werden in das PCR-Produkt eingebaut, welches dadurch selbst markiert und mit Laserlicht einer spezifischen Wellenlänge detektierbar wird. Nachteil bei der Verwendung von direkt markierten Oligonukleotid- Primern sind die damit verbundenen hohen Kosten. Die kommerzielle Markierung eines Oligonukleotid-Primers mit einem gewöhnlichen Flureszenzfarbstoff (FAM, HEX, TET oder ROX) kostet in der Regel zwischen 160 und 200 DM. Eine Selbstmarkierung ist für viele kleinere Laboratorien nicht praktikabel, da der zusätzliche instrumentelle und manuelle Mehraufwand (DNA-Synthesizer, HPLC-Reinigung) die Kostenersparnis nicht rechtfertigt. Im Rahmen von Genfindungs-Projekten muß man in der Regel durch Kopplungsanalysen an Familienstammbäumen gewisse Kandidatenloci mittels der Analyse polymorpher Mikrosatelliten-Marker ein- beziehungsweise ausschließen. Dabei gibt es gegenwärtig die Regel, daß zur Erreichung einer hohen Sicherheit und zum Ausschluß möglicher Rekombinationen mindestens drei polymorphe Mikrosatelliten-Marker sowohl auf der zentromeren als auch auf der telomeren Seite des Kandidatengens untersucht werden müssen. Die Kosten allein für die Fluoreszenzmarkierung der erforderlichen Oligonukleotid-Primer belaufen sich damit auf 960-1200 DM pro Genlocus. Dies stellt eine erhebliche finanzielle Belastung insbesondere für kleinere Arbeitsgruppen dar, welche in der Regel eine hohe Anzahl von verschiedenen Markern zur Feinkartierung eines Genlocus einsetzen, jedoch pro Markierung nur wenig markiertes Oligonukleotid verbrauchen.The main areas of application for this technology are automatic sequencing and automatic haplotyping / genotyping using microsatellite markers (Litt et al. [6]). The DNA fragments for haplotyping have so far been labeled using a PCR reaction (PCR - polymerase chain reaction, polymerase chain reaction), in which two oligonucleotide primers are used, one at the 5 'end with one Fluorescent dye is marked (Weber JL [12]). Both primers are in the PCR product built in, which thereby marks itself and with laser light of a specific wavelength becomes detectable. Disadvantage when using directly labeled oligonucleotide  Primers are the high costs involved. The commercial marking of a Oligonucleotide primers with an ordinary fluorescent dye (FAM, HEX, TET or ROX) usually costs between 160 and 200 DM. Self-marking is for many smaller laboratories not practical because of the additional instrumental and manual Additional effort (DNA synthesizer, HPLC cleaning) does not justify the cost savings. In the context of gene-finding projects, one usually has to start with coupling analyzes Family trees of certain candidate loci by means of polymorphic analysis Include or exclude microsatellite markers. There are currently Rule that to achieve a high level of security and to exclude possible Recombines at least three polymorphic microsatellite markers on both the centromeric as well as on the telomeric side of the candidate gene must be examined. The cost of fluorescent labeling of the required oligonucleotide primers alone amount to 960-1200 DM per gene locus. This represents a significant financial one This is particularly a burden for smaller work groups, which are usually high Use number of different markers for fine mapping a gene locus, however per Use only a little labeled oligonucleotide.

Der Erfindung liegen die Aufgaben zugrunde, ein Verfahren und ein Testbesteck zu entwickeln, mit denen eine Markierung von DNA-Fragmenten während einer PCR-Reaktion möglich wird. Die Aufgaben wurden dadurch gelöst, daß in einem Reaktionsansatz eine Fluoreszenzmarkierung mit einem abgestimmten Primerdesign dergestalt durchgeführt wird, daß ein markierter Universal-Oligonukleotid-Primer und zwei sequenzspezifische Oligonukleotid-Primer eingesetzt werden, von denen ein Primer mit der dem Universal- Oligonukleotid-Primer homologen Adaptorsequenz versehen ist.The invention is based on the objects of a method and a test kit develop with which to label DNA fragments during a PCR reaction becomes possible. The problems were solved in that a reaction approach Fluorescence labeling is carried out with a coordinated primer design in such a way that a labeled universal oligonucleotide primer and two sequence-specific Oligonucleotide primers are used, of which a primer with the universal Oligonucleotide primer homologous adapter sequence is provided.

Erfindungsgemäß werden bei der Amplifikation eines DNA-Fragmentes mittels einer PCR- Reaktion zwei Oligonukleotid-Primer eingesetzt, welche zur zu amplifizierenden DNA- Sequenz genügend komplementär sind, so daß sie spezifisch hybridisieren und von denen ein Oligonukleotid-Primer an seinem 5'-Ende mit einer dem Universal-Oligonukleotid-Primer homologen Adaptorsequenz versehen ist. Dabei findet die Markierungsreaktion in einem Reaktionsgefäß statt, in dem schon zu Beginn der PCR-Reaktion der markierte Universal- Oligonukleotid-Primer hinzugefügt wird und sowohl die Oligonukleotid- Primerkonzentrationen als auch die PCR-Zyklusbedingungen so gewählt werden, daß der markierte Universal-Oligonukleotid-Primer in den folgenden PCR-Zyklen in die neu synthetisierten DNA-Fragmente inkorporiert wird. According to the invention, when amplifying a DNA fragment using a PCR Reaction, two oligonucleotide primers are used, which are used to amplify the DNA Sequence are sufficiently complementary that they hybridize specifically and one of which Oligonucleotide primer at its 5 'end with one of the universal oligonucleotide primers homologous adapter sequence is provided. The marking reaction takes place in one Reaction vessel instead, in which the marked universal Oligonucleotide primer is added and both the oligonucleotide Primer concentrations and the PCR cycle conditions are chosen so that the labeled universal oligonucleotide primers in the following PCR cycles in the new synthesized DNA fragments is incorporated.  

Bei der Durchführung als Multiplex-Reaktion gelingt es, während der PCR-Reaktion gleichzeitig mehrere Genfragmente zu amplifizieren, zu markieren und zu charakterisieren.When carried out as a multiplex reaction, it succeeds during the PCR reaction to amplify, label and characterize several gene fragments simultaneously.

Die Erfindung ist auch so ausgestaltbar, daß ein an den Universal-Oligonukleotid-Primer gekoppeltes Molekül - wie zum Beispiel Dioxygenin oder Biotin - erst in einer weiteren chemischen oder enzymatischen Reaktion ein Signal generiert.The invention can also be designed in such a way that it attaches to the universal oligonucleotide primer coupled molecule - such as dioxygenin or biotin - only in another chemical or enzymatic reaction generates a signal.

Die DNA-Fragmente lassen sich mittels des Universal-Oligonukleotid-Primers an einer Festphase immobilisieren. Die DNA kann genomischen oder geklonten Ursprunges sein.The DNA fragments can be attached to one using the universal oligonucleotide primer Immobilize the solid phase. The DNA can be genomic or cloned in origin.

Die erfindungsgemäße Verwendung des Verfahrens besteht in einer DNA-Quantifizierung, in der automatischen Sequenzierung von DNA-Fragmenten, in der gelelektrophoretischen Trennung und Detektion von markierten DNA-Fragmenten sowie in der Analyse polymorpher DNA-Marker zur Genotypisierung oder Haplotypisierung mit dem Ziel der Identitätsfeststellung, zur Erstellung von Stammbäumen und Aufklärung von Verwandtschaftsverhältnissen.The use of the method according to the invention consists in a DNA quantification in the automatic sequencing of DNA fragments, in the gel electrophoretic Separation and detection of labeled DNA fragments as well as polymorphic analysis DNA markers for genotyping or haplotyping with the aim of Identity determination, for creating family trees and clarification of Kinship relationships.

Das erfindungsgemäße Testbesteck zur Markierung von DNA-Fragmenten während einer PCR-Reaktion eignet sich zur Durchführung des Verfahrens als Einzel- oder Multiplexanalyse. Es enthält markierte Universal-Oligonukleotid-Primer, die sich sowohl in der universellen Adaptorsequenz als auch im Markierungsmolekül unterscheiden:
The test kit according to the invention for marking DNA fragments during a PCR reaction is suitable for carrying out the method as a single or multiplex analysis. It contains labeled universal oligonucleotide primers, which differ both in the universal adapter sequence and in the labeling molecule:

• 1. Markierungsmolekül(1)-TAATACGACTCACTATAGGG-3'
  (Adaptorsequenz: T7-Promotorsequenz)1. Labeling molecule (1) -TAATACGACTCACTATAGGG-3 '
  (Adapter sequence: T7 promoter sequence)
• 2. Markierungsmolekül(2)-ATTTAGGTGACACTATAG-3'
  (Adaptorsequenz: SP6-Promotorsequenz)2. Labeling molecule (2) -ATTTAGGTGACACTATAG-3 '
  (Adapter sequence: SP6 promoter sequence)
• 3. Markierungsmolekül(3)-GTTTTCCAAGTCACGACG-3'
  (Adaptorsequenz: M13(-40)-Sequenz)3. Labeling molecule (3) -GTTTTCCAAGTCACGACG-3 '
  (Adapter sequence: M13 (-40) sequence)
• 4. Markierungsmolekül(4)-TGTAAAACGACGGCCAGT-3'
  (Adaptorsequenz: M13(-21)-Sequenz).4. Labeling molecule (4) -TGTAAAACGACGGCCAGT-3 '
  (Adapter sequence: M13 (-21) sequence).

Bei den Markierungsmolekülen 1 bis 4 handelt es sich um einfache Fluoreszenzfarbstoffe mit unterschiedlichem Emissionsspektrum (FAM, HEX, TET, ROX) oder um Fluoreszenzfarbstoff-Kombinationen im Falle von Energietransfer-Fluoreszenzfarbstoff markierten Primern. Es lassen sich auch andere zur Markierung benutzte Moleküle einsetzen, die erst in einer weiteren chemischen Reaktion ein Signal erzeugen oder mittels derer die PCR-Fragmente an einer Festphase immobilisiert werden.The labeling molecules 1 to 4 are simple fluorescent dyes with different emission spectrum (FAM, HEX, TET, ROX) or around Fluorescent dye combinations in the case of energy transfer fluorescent dye labeled primers. Other molecules used for labeling can also be used, which only generate a signal in a further chemical reaction or by means of which the PCR fragments are immobilized on a solid phase.

Die erfindungsgemäße Methode umfaßt folgende Schritte:
The method according to the invention comprises the following steps:

• 1. Amplifikation eines DNA-Fragmentes mittels einer PCR-Reaktion unter Anwendung zweier Oligonukleotid-Primer, welche zur zu amplifizierenden DNA-Sequenz genügend komplementär sind, so daß sie spezifisch hybridisieren und von denen ein Oligonukleotid-Primer an seinem 5'-Ende mit einer dem Universal-Oligonukleotid- Primer homologen Adaptorsequenz versehen ist.1. Amplification of a DNA fragment by means of a PCR reaction using two oligonucleotide primers, which are used to amplify the DNA sequence are sufficiently complementary that they hybridize specifically and one of which Oligonucleotide primer at its 5 'end with a universal oligonucleotide Primer homologous adapter sequence is provided.
• 2. Durchführung der Markierungsreaktion in einem Reaktionsgefäß, in dem schon zu Beginn der PCR-Reaktion der markierte Universal-Oligonukleotid-Primer hinzugefügt wird und sowohl die Oligonukleotid-Primerkonzentrationen als auch die PCR- Zyklusbedingungen so gewählt werden, daß der markierte Universal-Oligonukleotid- Primer in den folgenden PCR-Zyklen in die neu synthetisierten DNA-Fragmente inkorporiert wird.2. Carrying out the labeling reaction in a reaction vessel in which already Added the labeled universal oligonucleotide primer to the start of the PCR reaction and both the oligonucleotide primer concentrations and the PCR Cycle conditions are chosen so that the labeled universal oligonucleotide Primer in the following PCR cycles in the newly synthesized DNA fragments is incorporated.
• 3. Durchführung der erfindungsgemäßen Methode als Multiplex-Reaktion, d. h. daß während einer PCR-Reaktion gleichzeitig mehrere Genfragmente amplifiziert, markiert und charakterisiert werden.3. Implementation of the method according to the invention as a multiplex reaction, d. H. that several gene fragments are amplified simultaneously during a PCR reaction, be marked and characterized.
• 4. Durchführung der erfindungsgemäßen Methode, bei denen ein an den Universal- Oligonukleotid-Primer gekoppeltes Molekül (z. B. Dioxygenin oder Biotin) erst in einer weiteren chemischen oder enzymatischen Reaktion ein Signal generiert.4. Implementation of the method according to the invention, in which one of the universal Oligonucleotide primer coupled molecule (e.g. dioxygenin or biotin) only in another chemical or enzymatic reaction generates a signal.
• 5. Durchführung der erfindungsgemäßen Methode bei der automatischen Sequenzierung von DNA-Fragmenten.5. Implementation of the method according to the invention in automatic sequencing of DNA fragments.
• 6. Durchführung der erfindungsgemäßen Methode, bei denen die DNA-Fragmente mittels des Universal-Oligonukleotid-Primers an einer Festphase immobilisiert werden.6. Implementation of the method according to the invention in which the DNA fragments immobilized on a solid phase by means of the universal oligonucleotide primer become.
• 7. Anwendung der erfindungsgemäßen Methode zur gelelektrophoretischen Trennung und Detektion von markierten DNA-Fragmenten.7. Application of the method according to the invention for gel electrophoretic separation and detection of labeled DNA fragments.
• 8. Anwendung der erfindungsgemäßen Methode bei der Analyse polymorpher DNA- Marker zur Genotypisierung oder Haplotypisierung mit dem Ziel der Identitätsfeststellung, zur Erstellung von Stammbäumen und Aufklärung von Verwandtschaftsverhältnissen.8. Application of the method according to the invention in the analysis of polymorphic DNA Markers for genotyping or haplotyping with the aim of Identity determination, for creating family trees and clarification of Kinship relationships.
• 9. Anwendung der erfindungsgemäßen Methode zur DNA-Quantifizierung.9. Application of the method according to the invention for DNA quantification.
• 10. Anwendung der erfindungsgemäßen Methode, wobei die DNA genomischen Ursprunges ist.10. Application of the method according to the invention, the DNA being genomic Origin is.
• 11. Anwendung der erfindungsgemäßen Methode, wobei die DNA geklonten Ursprunges ist.11. Application of the method according to the invention, the DNA being of cloned origin is.

Im Hinblick auf die im Vorabschnitt dargestellten Details bisher angewandter Methoden zur DNA-Fragmentmarkierung realisiert die hier dargestellte Methode folgende Ziele:
With regard to the details of previously used methods for DNA fragment labeling described in the previous section, the method presented here achieves the following goals:

• a) Die kostengünstige Markierung von DNA-Fragmenten innerhalb einer PCR- Reaktion mittels eines markierten Universal-Oligonukleotid-Primers und zweier sequenzspezifischer Oligonukleotid-Primer. Die beschriebene Methode bedeutet für den Anwender keinen manuellen oder labortechnischen Mehraufwand, reduziert jedoch durch Anwendung eines speziellen PCR-Protokolls und von speziellen Oligonukleotid-Primern die Kosten pro Genlocus um 80-90%.a) The inexpensive labeling of DNA fragments within a PCR Reaction using a labeled universal oligonucleotide primer and two sequence-specific oligonucleotide primer. The method described means for no additional manual or laboratory work for the user however, by using a special PCR protocol and special ones Oligonucleotide primers cost 80-90% per gene locus.
• b) Eine weitere Kosteneinsparung wird durch die Tatsache bedingt, daß der Universal-Oligonukleotid-Primer mit einem Energietransfer-Fluoreszenzfarbstoff markiert werden kann, welcher normale Fluoreszenzfarbstoffe bis zu 10-fach an Signalintensität übertrifft. Eine derartige Markierung ist für gängige fluoreszenzmarkierte Primer aufgrund sehr hoher Kosten in der Regel nicht praktikabel. Mittels der in dieser Patentschrift dargestellten Methode können die Vorteile einer Energiertransfer-Fluoreszenzmarkierung voll ausgenutzt werden, ohne daß die Kosten für das Gesamtprojekt wesentlich steigen. Die hohe Fluoreszenz- Signalintensität bedingt die Möglichkeit, mit sehr kleinen Probenvolumina zu arbeiten.b) A further cost saving is due to the fact that the Universal oligonucleotide primer with an energy transfer fluorescent dye can be marked, which normal fluorescent dyes up to 10 times Signal intensity exceeds. Such marking is common for fluorescence-labeled primers are generally not available due to their very high cost practical. By means of the method shown in this patent, the Advantages of an energy transfer fluorescent label can be fully exploited without that the costs for the entire project increase significantly. The high fluorescence Signal intensity means that it is possible to work with very small sample volumes.
• c) Zur Erzielung optimaler Ergebnisse wird ein spezielles Thermocycling-Protokoll beschrieben, welches die Anlagerungstemperaturen der unterschiedlichen Primer und die Amplifikationsdynamik berücksichtigt.c) A special thermocycling protocol is used to achieve optimal results described, which the annealing temperatures of the different primers and the amplification dynamics are taken into account.

Die Markierung des Universal-Oligonukleotid-Primers kann am 5'-Ende, am 3'-Ende oder intern mit Fluoreszenzfarbstoffen, jedoch auch mit anderen konventionellen Markierungsmethoden, wie z. B. mit Biotin, per Enzymmarkierung, per radioaktiver Markierung, per Dioxygenin-Markierung oder durch Immobilisierung an eine Festphase erfolgen.The labeling of the universal oligonucleotide primer can be at the 5 'end, at the 3' end or internally with fluorescent dyes, but also with other conventional ones Marking methods, such as B. with biotin, by enzyme labeling, by radioactive Labeling, by dioxygenin labeling or by immobilization on a solid phase respectively.

Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß die erfindungsgemäße Markierungsmethode eine unmittelbare Fluoreszenzmarkierung möglich macht, d. h. in einem Reaktionsansatz eine Fluoreszenzmarkierung mit den beschriebenen drei Primern durchgeführt werden kann.It has surprisingly been found that the invention Labeling method enables immediate fluorescent labeling, d. H. in one Reaction approach a fluorescent label with the three primers described can be carried out.

Die Pimersequenzen hängen von der zu amplifizierenden DNA-Matritze ab und werden im Einzelfall immer neu synthetisiert. Gleich bleibt in jedem Fall die Adaptorsequenz. Bei der Adaptorsequenz kommen verschiedene Sequenzen in Frage: T3-, SP6-, T7-Promotorsequenz oder M13-Sequenz. Es kann auch eine künstliche Sequenz gewählt werden; sie sollte nur nicht im Genom des zu untersuchenden Organismus vorkommen.The pimer sequences depend on the DNA template to be amplified and are in the Always synthesized in individual cases. In any case, the adapter sequence remains the same. In the Adapter sequences come in different sequences: T3, SP6, T7 promoter sequence  or M13 sequence. An artificial sequence can also be selected; it should only do not occur in the genome of the organism to be examined.

Die Merkmale der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Kombinationen vorteilhafte schutzfähige Ausführungen darstellen, für die mit dieser Schrift Schutz beantragt wird. Die Kombination besteht aus bekannten (PCR-Methode, Primer allgemein, Fluoreszenzmarkierung generell, Fluoreszenzmarkierung mit Energietransfer- Primern) und neuen Elementen (das aufeinander abgestimmte Primerdesign, der Reaktionsansatz in einem Reaktionsgefäß, die Verwendung eines markierten Universal- Oligonukleotid-Primers zur Markierung von unterschiedlichsten PCR-Fragmenten, das dafür erforderliche Thermocycler-Protokoll), die sich gegenseitig beeinflussen und in ihrer neuen Gesamtwirkung einen Vorteil (synergistischen Effekt) und den erstrebten Erfolg ergeben, der darin liegt, daß die Markierung in einem Reaktionsgefäß während der normalen PCR- Reaktion erfolgt, bei der ein Genabschnitt amplifiziert wird - d. h., PCR und Markierung gleichzeitig ohne technischen oder manuellen Mehraufwand durchgeführt werden können. Gleichzeitig können die Kosten für größere Markierungsprojekte um bis zu 90% reduziert werden.The features of the invention go beyond the claims and also from the description , the individual features each individually or in groups in the form of Combinations represent advantageous protective designs for those with this font Protection is requested. The combination consists of known (PCR method, primer general, fluorescence labeling in general, fluorescence labeling with energy transfer Primers) and new elements (the coordinated primer design, the Reaction batch in a reaction vessel, the use of a labeled universal Oligonucleotide primer for labeling a wide variety of PCR fragments required thermocycler protocol), which influence each other and in their new Overall effect an advantage (synergistic effect) and the desired success result is that the label in a reaction tube during normal PCR Reaction occurs in which a gene segment is amplified - d. i.e., PCR and labeling can be carried out simultaneously without additional technical or manual effort. At the same time, the costs for larger marking projects can be reduced by up to 90% become.

Die Erfindung soll anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden, ohne auf diese Beispiele beschränkt zu sein.The invention is to be explained in more detail with reference to exemplary embodiments, without referring to these Examples to be limited.

AusführungsbeispieleEmbodiments Beispiel 1example 1

Die Markierung von PCR-Fragmenten für Haplotyp-Analysen, mittels eines markierten Universal-Oligonukleotid-Primers umfaßt folgende Schritte:
The labeling of PCR fragments for haplotype analyzes using a labeled universal oligonucleotide primer comprises the following steps:

• 1. Isolierung von DNA, welche die zu amplifizierende DNA-Sequenz enthält. Die Isolierung der einzusetzenden DNA-Matritze kann aus genomischer DNA, cDNA, aus einem Klonierungsvektor oder aus den Produkten einer vorangegangenen PCR- Reaktion erfolgen (Miller et al. [7]).1. Isolation of DNA which contains the DNA sequence to be amplified. The Isolation of the DNA template to be used can consist of genomic DNA, cDNA a cloning vector or from the products of a previous PCR Reaction occur (Miller et al. [7]).
• 2. Synthese von zwei Oligonukleotid-Primern, welche zur zu amplifizierenden Sequenz hinreichend komplementär sind, so daß mit ihnen eine PCR-Reaktion durchgeführt werden kann. An einem dieser beiden Primer wird am 5'-Ende eine Adaptorsequenz von 18-20 bp angehängt, welche im Genom des zu untersuchenden Organismus möglichst nicht vorkommen sollte.2. Synthesis of two oligonucleotide primers which lead to the sequence to be amplified are sufficiently complementary that a PCR reaction is carried out with them can be. An adapter sequence is attached to one of these two primers at the 5 'end  appended from 18-20 bp, which in the genome of the organism to be examined should not happen if possible.
• 3. Synthese des Universal-Oligonukleotid-Primers, welcher aus der homologen o. g. Adaptorsequenz besteht und an seinem 5'-Ende, seinem 3'-Ende oder intern mit einem Molekül markiert ist. Die bevorzugte Markierung ist die Energietransfer- Fluoreszenzmarkierung (Hung et al. [2], Ju et al. [3], Kwok PY [4]).3. Synthesis of the universal oligonucleotide primer, which from the homologous o. G. Adapter sequence exists and at its 5 'end, its 3' end or internally with one Molecule is marked. The preferred marker is energy transfer Fluorescence labeling (Hung et al. [2], Ju et al. [3], Kwok PY [4]).
• 4. Die o. g. drei Oligonukleotid-Primer werden in einem Reaktionsansatz mit Matritzen- DNA, PCR-Puffer und Magnesiumchlorid gemischt. Hierbei ist zu beachten, daß die Konzentration des Oligonukleotid-Primers, welcher die Adaptorsequenz trägt, deutlich geringer sein muß als die des anderen Oligonukleotid-Primers und des markierten Universal-Oligonukleotid-Primers. Idealerweise beträgt die Konzentration des Oligonukleotid-Primers mit Adaptorsequenz 1/4 der molaren Konzentration der übrigen beiden Primer.4. The above three oligonucleotide primers are mixed in a reaction DNA, PCR buffer and magnesium chloride mixed. It should be noted that the Concentration of the oligonucleotide primer carrying the adapter sequence clearly must be less than that of the other oligonucleotide primer and the labeled one Universal oligonucleotide primer. Ideally the concentration is Oligonucleotide primers with adapter sequence 1/4 of the molar concentration of the remaining two primers.
• 5. Die Amplifikation der zu untersuchenden DNA-Fragmente erfolgt mit der Polymerase- Kettenreaktion oder PCR-Methode (Mullis KB [8]): Nach Denaturierung der Matritzen-DNA bei 94°C für S Minuten wird die PCR-Reaktion unter Hinzugabe einer thermostabilen DNA-Polymerase gestartet. Die Zyklusbedingungen der ersten 30 Zyklen richten sich nach der Natur der zu amplifizierenden DNA und der verwendeten Oligonukleotid-Primersequenzen. Gegebenenfalls müssen diese Zyklusbedingungen experimentell optimiert werden.5. The DNA fragments to be examined are amplified with the polymerase Chain reaction or PCR method (Mullis KB [8]): After denaturing the Matrix DNA at 94 ° C for S minutes, adding the PCR reaction thermostable DNA polymerase started. The cycle conditions of the first 30 Cycles depend on the nature of the DNA to be amplified and the one used Oligonucleotide primer sequences. If necessary, these cycle conditions be experimentally optimized.
• 6. Für die anschließenden 8 PCR-Zyklen wird die Anlagerungstemperatur so weit abgesenkt, daß sich der markierte Universal-Oligonukleotid-Primer auf die der Adaptorsequenz komplementären Sequenz anlagern kann und die Funktion des "verbrauchten" Oligonukleotid-Primers mit Adaptorsequenz "übernehmen" kann.6. For the subsequent 8 PCR cycles, the annealing temperature becomes so far lowered that the labeled universal oligonucleotide primer to that of Adapter sequence can attach complementary sequence and the function of "take over" used "oligonucleotide primer with adapter sequence.
• 7. Das fertige PCR-Produkt, welches den markierten Universal-Oligonukleotid-Primer inkorporiert hat, kann nun mit unterschiedlichen Methoden weiter analysiert werden.7. The finished PCR product containing the labeled universal oligonucleotide primer incorporated, can now be further analyzed using different methods.
• 8. Zur Genotypanalyse mittels polymorpher Mikrosatelliten-Marker wird ein Aliquot des markierten PCR-Produktes mit Formamid versetzt und durch Erhitzung auf 94°C für 5 Minuten und anschließender Schockkühlung auf 4°C denaturiert. Die Auftrennung der Fragmente erfolgt bevorzugt durch eine Polyacrylamid-Gelelektrophorese mit anschließender Detektion der Fragmente durch Laserlicht einer bestimmten Wellenlänge, welche die inkorporierte(n) Fluoreszenzgruppe(n) spezifisch anregt. Das ausgesandte Fluoreszenzlicht kann durch eine geeignete Apparatur registriert und in ein elektrisches Signal verwandelt werden. Dieses Signal korrespondiert mit der Art, der Länge und der Konzentration der untersuchten markierten DNA-Fragmente (Perlin MW [9, 10]).8. For genotype analysis using polymorphic microsatellite markers, an aliquot of the labeled PCR product with formamide and heated to 94 ° C for 5 Minutes and subsequent shock cooling to 4 ° C denatured. The separation of the Fragments are preferably carried out by polyacrylamide gel electrophoresis subsequent detection of the fragments by laser light of a certain Wavelength that specifically excites the incorporated fluorescent group (s). The emitted fluorescent light can be registered by a suitable apparatus and in an electrical signal can be converted. This signal corresponds to the way  the length and concentration of the examined DNA fragments (Perlin MW [9, 10]).
• 9. Weitere Anwendungsgebiete der beschriebenen Markierungsmethode sind:
  • - Erstellung von Stammbäumen, Identitätsfeststellung und Aufklärung von Verwandtschaftsverhältnissen mittels Analyse polymorpher Mikrosatelliten- Marker oder SNPs.
  • - Multiplexing der beschriebenen Markierungsmethode. Das heißt, daß während einer PCR-Reaktion durch Anwendung geeignerter Oligonukleotid-Primerpaare gleichzeitig mehrere DNA-Fragmente amplifiziert und markiert werden können (Levitt R [6]).
  • - DNA-Quantifizierung und Amplifikations-Kinetik Analyse durch Messung der Fluoreszenzzunahme des via markierten Universal-Oligonukleotid-Primers inkorprierten Fluoreszenzfarbstoffes in das PCR-Produkt.
  • - Anwendung der beschriebenen Methode bei der Sequenzierung von DNA- Fragmenten mittels 5'-End-Markierung durch den markierten Universal- Oligonukleotid-Primer und der Anwendung von Didesoxynukleotid Terminatoren.
  • - Anwendungen, bei denen PCR-Fragmente mittels des eingebauten markierten Universal-Oligonukleotid-Primers an einer Festphase immobilisiert werden können. Dies könnte durch Markierung des Universal-Oligonukleotid-Primers mit einem Molekül bewerkstelligt werden, welches später mit einem anderen Molekül, welches an eine Festphase gekoppelt ist eine feste chemische Bindung eingeht. (z. B. Biotin-Markierung des Universal-Oligonukleotid-Primers und nachfolgende Bindung des markierten PCR-Produktes an eine Strepavidin-beschichtete Festphase).
  • - Anwendungen, bei denen mit dem Universal-Oligonukleotid-Primer markierte PCR-Fragmente jeglicher Herkunft elektrophoretisch aufgetrennt und detektiert werden müssen. (bei der RFLP-Analyse, Restriktionsenzym-Analysen, Mutationsanalysen durch PCR-PIRA)
  9. Further areas of application of the marking method described are:
  • - Creation of family trees, identification and clarification of relationships by means of analysis of polymorphic microsatellite markers or SNPs.
  • - Multiplexing the described marking method. This means that several DNA fragments can be simultaneously amplified and labeled during a PCR reaction by using suitable oligonucleotide-primer pairs (Levitt R [6]).
  • - DNA quantification and amplification kinetics analysis by measuring the increase in fluorescence of the fluorescent dye incorporated via labeled universal oligonucleotide primer into the PCR product.
  • - Application of the method described in the sequencing of DNA fragments by means of 5 'end labeling by the labeled universal oligonucleotide primer and the use of dideoxynucleotide terminators.
  • - Applications in which PCR fragments can be immobilized on a solid phase using the built-in labeled universal oligonucleotide primer. This could be accomplished by labeling the universal oligonucleotide primer with a molecule that later forms a firm chemical bond with another molecule that is coupled to a solid phase. (e.g. biotin labeling of the universal oligonucleotide primer and subsequent binding of the labeled PCR product to a strepavidin-coated solid phase).
  • - Applications in which PCR fragments of any origin labeled with the universal oligonucleotide primer have to be separated and detected electrophoretically. (in RFLP analysis, restriction enzyme analysis, mutation analysis by PCR-PIRA)

Beispiel 2Example 2

Das im folgenden ausgeführte Experiment beschreibt die Markierung und Analyse eines polymorphen Mikrosatelliten-Markers des MaoA-Locus (GenBank X55451) auf dem X- Chromosom anhand eines informativen Stammbaumes (Fig. 3): Die Isolierung von menschlicher genomischer gesamt-DNA aus kernhaltigen Blutzellen erfolgt nach Standard- Protokollen (z. B. Miller et al. [7]). Über die Darstellung der Verwandtschaftsbeziehungen des untersuchten Stammbaumes gibt Fig. 3 Auskunft. Als Primer für die anschließende PCR- Reaktion werden folgende Oligonukleotide benutzt, welche nach Standardmethoden kommerziell synthetisiert wurden:
The experiment carried out below describes the labeling and analysis of a polymorphic microsatellite marker of the MaoA locus (GenBank X55451) on the X chromosome using an informative family tree ( FIG. 3): The isolation of total human genomic DNA from nucleated blood cells takes place according to standard protocols (e.g. Miller et al. [7]). Fig. 3 provides information about the representation of the kinship relationships of the examined family tree. The following oligonucleotides, which were commercially synthesized using standard methods, are used as primers for the subsequent PCR reaction:

• 1. Ein fluoreszenz (FAM) markierter Universal-Oligonukleotid-Primer: FAM- TGT AAA ACG ACG GCC AGT-3' (UNI). Die unterstrichene Sequenz oder "M13(-21)" genannte Sequenz, auch als Adaptorsequenz bezeichnet, entspricht der -21 Promotorsequenz des M13-Phagen und kommt im menschlichen Genom natürlicherweise nicht vor.1. A fluorescence (FAM) labeled universal oligonucleotide primer: FAM- TGT AAA ACG ACG GCC AGT -3 '(UNI). The underlined sequence or "M13 (-21)" sequence, also referred to as the adapter sequence, corresponds to the -21 promoter sequence of the M13 phage and does not occur naturally in the human genome.
• 2. Zwei Mikrosatelliten-Marker spezifische (Black et al. Nucleic Acids Res 1986; 19, 689) Oligonukleotid-Primer, von denen der Vorwärtsprimer (VOR) 5'-TGT AAA ACG ACG GCC AGT AGA GAC TAG ACA AGT TGC A-3' an seinem 5'-Ende mit der oben beschriebenen M13(-21)-Adaptorsequenz gekoppelt ist und der Rückwärtsprimer (REV) 5'-CAC TAT CTT GTT AGC TCA CT-3'.2. Two microsatellite marker specific (Black et al. Nucleic Acids Res 1986; 19, 689) oligonucleotide primers, of which the forward primer (VOR) 5'- TGT AAA ACG ACG GCC AGT AGA GAC TAG ACA AGT TGC A-3 'is coupled at its 5' end to the M13 (-21) adapter sequence described above and the reverse primer (REV) 5'-CAC TAT CTT GTT AGC TCA CT-3 '.

Der PCR-Reaktionsansatz enthält in 50 µl Gesamtvolumen: 5 µl Taq spezifischen PCR- Puffer, 1.5 mM MgCl₂, 0.2 mM dNTPs (- Desoxynukleotidtriphospate - equimolare Mischung aus dATP, dCTP, dGTP, dTTP), 100 ng genomische DNA, je 8 pmol UNI- und REV-Primer und 2 µmol FOR-Primer. Um eine unspezifische Bindung der DNA- Polymerase zu verhindern, wird der PCR-Reaktionsansatz zunächst für 5 Minuten auf 94°C erwärmt und erst dann 1 U Taq-Polymerase hinzugefügt. Nach Hinzugabe der Taq- Polymerase startet das folgende Thermocycler-Protokoll:
30 Zyklen:
Denaturierung: 30 Sekunden bei 94°C
Primerbindung: 45 Sekunden bei 56°C
Elongation: 45 Sekunden bei 72°CThe PCR reaction mixture contains in 50 µl total volume: 5 µl Taq specific PCR buffer, 1.5 mM MgCl ₂ , 0.2 mM dNTPs (- deoxynucleotide triphosphate - equimolar mixture of dATP, dCTP, dGTP, dTTP), 100 ng genomic DNA, 8 pmol each UNI and REV primers and 2 µmol FOR primers. In order to prevent non-specific binding of the DNA polymerase, the PCR reaction mixture is first heated to 94 ° C. for 5 minutes and only then is 1 U Taq polymerase added. After adding the Taq polymerase, the following thermal cycler protocol starts:
30 cycles:
Denaturation: 30 seconds at 94 ° C
Primer binding: 45 seconds at 56 ° C
Elongation: 45 seconds at 72 ° C

Im Anschluß daran werden noch weitere 8 Zyklen mit folgender Charakteristik durchlaufen:
Denaturierung: 30 Sekunden bei 94°C
Primerbindung: 45 Sekunden bei 53°C
Elongation: 45 Sekunden bei 72°CThen another 8 cycles with the following characteristics are run through:
Denaturation: 30 seconds at 94 ° C
Primer binding: 45 seconds at 53 ° C
Elongation: 45 seconds at 72 ° C

Der abschließende Elongationsschritt wird bei 72°C über 10 Minuten durchgeführt.The final elongation step is at 72 ° C for 10 minutes carried out.

1 µl des PCR-Produktes wird mit 20 µl deionisiertem Formamid und 0.5 µl eines 50 bp ROX Standard (Perkin Eimer) vermischt. Nach 2 minütiger Erhitzung auf 94°C und anschließender Schockkühlung im Eisbad wird die Probe auf einem Kapillarsequenzierungsgerät (z. B. ABI 310 Prism Genetic Analyzer) oder einem Gelsequenzierungsgerät (z. B. ABI 377 Prism Genetic Analyzer) mit Laserdetektion analysiert.1 µl of the PCR product is mixed with 20 µl deionized formamide and 0.5 µl of a 50 bp ROX Standard (Perkin bucket) mixed. After heating for 2 minutes to 94 ° C and then The sample is shock-cooled in an ice bath on a capillary sequencing device (e.g. ABI 310 Prism Genetic Analyzer) or a gel sequencer (e.g. ABI 377 Prism Genetic Analyzer) analyzed with laser detection.

Die Originalausdrucke des ABI 310 Prism Genetic Analyzers sind in Fig. 4 dargestellt. Die aus der Analyse resultierenden Haplotypen sind im Stammbaum (Fig. 3) dargestellt. Die Haplotypenverteilung ist vereinbar mit einem X-chromosomalen Erbgang mit zwei Allelen bei Frauen und einem Allel bei Männern. Bei den Individuen IL2 und III.1 konnte nur bereits lange gelagerte, degenerierte DNA zur Amplifikation verwendet werden. Es resultierten eine etwas geringere Signalintensität und ein Amplifikationsartefakt vor dem eigentlichen Signal, welcher jedoch in keiner Weise mit dem Signal interferierte oder die Ablesegenauigkeit beeinträchtigte. Alle Signale zeigen die bei Dinukleotid-Repeats üblichen Stotter-Peaks in 2 bp Abständen, welche unter Verwendung von direkt markierten Primern ebenso auftreten.The original printouts of the ABI 310 Prism Genetic Analyzer are shown in Fig. 4. The haplotypes resulting from the analysis are shown in the family tree ( FIG. 3). The haplotype distribution is compatible with an X chromosomal inheritance with two alleles in women and one allele in men. In the case of the individuals IL2 and III.1, only degenerate DNA that had been stored for a long time could be used for the amplification. The result was a slightly lower signal intensity and an amplification artifact before the actual signal, which, however, did not interfere with the signal in any way or impaired the reading accuracy. All signals show the stutter peaks common at dinucleotide repeats at 2 bp intervals, which also occur using directly labeled primers.

Beschreibung der FigurenDescription of the figures Fig. 1 Fig. 1 Darstellung der benutzten PrimerRepresentation of the primers used

• a) Vorwärts-Primer: der gewellte Anteil stellt die universelle Adaptorsequenz dar (z. B. die M13(-21)-Sequenz), der schraffierte Anteil stellt die genspezifische Oligonukleotidsequenz dar.a) Forward primer: the corrugated portion represents the universal adapter sequence (e.g. the M13 (-21) sequence), the hatched portion represents the gene-specific Oligonucleotide sequence.
• b) Rückwärts-Primer: der schraffierte Anteil stellt die genspezifische Oligonukleotidsequenz dar. Nota bene: die Länge der genspezifischen Oligonukleotidsequenzen wird so gewählt, daß sowohl der Vorwärts- als auch der Rückwärtsprimer ähnliche Anlagerungstemperaturen haben, welche zwischen 55 und 65°C liegen sollten. b) reverse primer: the hatched portion represents the gene-specific Oligonucleotide sequence. Nota bene: the length of the gene-specific Oligonucleotide sequences are chosen so that both the forward and the Reverse primers have similar annealing temperatures, which are between 55 and Should be 65 ° C.  
• c) Markierter Universal-Oligonukleotid-Primer: der gewellte Anteil stellt die universelle Adaptorsequenz dar, der Stern stellt die angekoppelte Markierung dar, welche einem Fluoreszenzfarbstoff, einem Radionuklid, Biotin oder einem anderen Molekül entsprechen kann, das später in einer Indikatorreaktion verwendet wird.c) Labeled universal oligonucleotide primer: the corrugated portion represents the universal Adapter sequence represents, the star represents the attached marker, which one Fluorescent dye, a radionuclide, biotin or other molecule can correspond to that which will later be used in an indicator reaction.

Fig. 2 Fig. 2 Schematische Darstellung der ReaktionsabläufeSchematic representation of the reaction processes

• a) Zunächst lagern sich nach Schmelzen der DNA-Matritze der Vorwärts- und Rückwärts-Primer mit ihrer genspezifischen Sequenz an und werden in 3'-Richtung durch die themostabile DNA-Polymerase verlängert. Während dieser ersten PCR- Zyklen wird die Adaptorsequenz des Vorwärts-Primers in das PCR-Produkt eingebaut.a) First, after melting the DNA matrix, the forward and Reverse primers with their gene-specific sequence and are in the 3 'direction extended by the themostable DNA polymerase. During this first PCR Cycles, the adapter sequence of the forward primer is built into the PCR product.
• b) Die molare Konzentration der Primer ist so berechnet, daß von dem Vorwärts-Primer nur ein Viertel der Konzentration des Rückwärts- und des Universal-Oligonukleotid- Primers eingesetzt wird. Dies führt dazu, daß der Vorwärts-Primer nach etwa 25 Zyklen verbraucht ist. Da zwischenzeitlich durch den Vorwärtsprimer jedoch die Adaptorsequenz mit in die PCR-Produkte inkorporiert wurde, kann sich nun der markierte Universal-Oligonukleotid-Primer spezifisch anlagern und die Funktion des Vorwärts-Primers "übernehmen". Da der markierte Universal-Oligonukleotid-Primer jedoch eine geringere Schmelztemperatur hat, muß die Temperatur bei den folgenden 8-10 Zyklen für die Anlagerungsreaktion auf 53°C abgesenkt werden.b) The molar concentration of the primers is calculated so that of the forward primer only a quarter of the concentration of the reverse and the universal oligonucleotide Primers is used. This results in the forward primer after about 25 Cycles is used up. Since in the meantime through the forward primer Adapter sequence was incorporated into the PCR products, can now specifically labeled labeled universal oligonucleotide primers and the function of the "Apply" forward primers. Because the labeled universal oligonucleotide primer however, has a lower melting temperature, the temperature must be the following 8-10 cycles for the addition reaction can be reduced to 53 ° C.
• c) Das fertige PCR-Endprodukt ist nun an seinem 5'-Ende markiert und um die Anzahl der Basenpaare der Adaptorsequenz länger als ein vergleichbares PCR-Produkt, welches nur mit den rein sequenzspezifischen Oligonukleotiden (schraffierte Anteile der Primer) generiert worden wäre. Das heißt, vergleicht man die ermittelten Sequenzlängen für polymorphe Mikrosatelliten-Marker mit der publizierten Allelfrequenz, muß man die Anzahl der Basen der Adaptorsequenz (z. B. 18 Basen bei der M13(-21)-Sequenz) von den experimentell ermittelten Fragmentlängen abziehen. Wurde mit der Taq-Polymerase amplifiziert, muß man noch zusätzlich eine weitere Base abziehen, die durch den 3'-terminalen Adenosin-Überhang verursacht wird.c) The finished PCR end product is now marked at its 5 'end and by the number the base pairs of the adapter sequence longer than a comparable PCR product, which only with the purely sequence-specific oligonucleotides (hatched portions the primer) would have been generated. That is, one compares the determined Sequence lengths for polymorphic microsatellite markers with the published Allele frequency, one has to add the number of bases of the adapter sequence (e.g. 18 bases subtract the M13 (-21) sequence) from the experimentally determined fragment lengths. If the amplification was carried out with the Taq polymerase, you have to add another one Remove base caused by the 3'-terminal adenosine overhang.

Fig. 3 Fig. 3

Stammbaum der untersuchten Familie: unter den Symbolen der Familienmitglieder sind die entsprechenden Haplotypen für den MaoA Locus dargestellt. Die Zahlen bezeichnen die Längen des entsprechenden MaoA polymorphen Dinucleotid-Repeat Mikrosatelliten- Markers. Gleiche Haplotypen sind durch entsprechende Muster der Haplotyp-Balken dargestellt. Da es sich um einen X-chromosomalen Marker handelt, besitzen die männlichen Familienangehörigen nur ein Allel.Family tree of the examined family: are among the symbols of the family members the corresponding haplotypes for the MaoA locus are shown. Denote the numbers the lengths of the corresponding MaoA polymorphic dinucleotide repeat microsatellite  Markers. The same haplotypes are the corresponding pattern of the haplotype bar shown. Since it is an X-chromosomal marker, they have male family members only one allele.

Fig. 4 Fig. 4

Original Kurvenausdrucke des ABI 310 Genetic Analyzers. Auf der rechten Skala ist die relative Signalintensität dargestellt. Die bei den Experimenten eingesetzte DNA der Familienmitglieder II.2 und III.1 war aufgrund langer Lagerung degeneriert. Dies resultierte in einem Kurvenartefakt und einer niedrigeren Signalstärke. Die Ablesegenauigkeit war dadurch jedoch in keiner Weise beeinträchtigt. Die durch Elektrophorese und Laserdetektion ermittelten Fragmentlängen werden durch die Gerätesoftware automatisch detektiert und berechnet. Als Bezugsgröße wird der höchste Peak gewählt, dessen jeweilige Fragmentgröße in dem Kästchen darunter angezeigt ist. Die Fragmentlängen segregieren mit den Verwandtschaftsverhältnissen der Familie, wie in Fig. 3 dargestellt.Original curve printouts of the ABI 310 Genetic Analyzer. The relative signal intensity is shown on the right scale. The DNA of family members II.2 and III.1 used in the experiments was degenerate due to long storage. This resulted in a curve artifact and a lower signal strength. However, the reading accuracy was not affected in any way. The fragment lengths determined by electrophoresis and laser detection are automatically detected and calculated by the device software. The highest peak is selected as the reference variable, the fragment size of which is shown in the box below. The fragment lengths segregate with the family relationships, as shown in FIG. 3.

AbkürzungenAbbreviations

PCR polymerase chain reaction (Polymerase Kettenreaktion)
DNA desoxyribonucleic acid (Desoxyribonukleinsäure)
dNTPs Desoxynukleotidtriphospate (equimolare Mischung aus dATP, dCTP, dGTP, dTTP)
FAM (Fluorescenzfarbstoff) 6-Carboxyfluorescin
HEX (Fluoreszenzfarbstoff) Hexachloro-6-Carboxyfluorescin
U Unit (Aktivitätseinheit für Enzyme)
bp Basenpaar
SNP single nucleotide polymorphism (Einzelnukleotid-Polymorphismus)
RFLP restriction fragment length polymorphism (Restriktionsfragment- Längenpolymorphismus)
PIRA primer induced restriction analysis (Restriktionsanalyse mittels durch PCR-Primer eingeführte Restriktionsschnittstellen)
ROX (Fluoreszenzfarbstoft) 6-Carboxy-X-Rhodamin
TET (Fluoreszenzfarbstoff) Tetrachloro-6-Carboxyfluorescin PCR polymerase chain reaction
DNA deoxyribonucleic acid (deoxyribonucleic acid)
dNTPs deoxynucleotide triphosphates (equimolar mixture of dATP, dCTP, dGTP, dTTP)
FAM (fluorescent dye) 6-carboxyfluorescine
HEX (fluorescent dye) hexachloro-6-carboxyfluorescine
U Unit (activity unit for enzymes)
bp base pair
SNP single nucleotide polymorphism
RFLP restriction fragment length polymorphism
PIRA primer induced restriction analysis (restriction analysis using restriction interfaces introduced by PCR primers)
ROX (fluorescent dye) 6-carboxy-X-rhodamine
TET (fluorescent dye) tetrachloro-6-carboxyfluorescine

Literaturliterature

[1] Black GCM, Chen ZY, Craig IW, Powell JF. Dinucleotide repeat at the MaoA locus. NucleicAcidsRes 1991, 19: 689
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[3] Ju J, Glazer AN, Mathies RA. Energy transfer primers: a new fluorescence labeling paradigm for DNA sequencing and analysis. Nature Med 1996, 2: 246-249
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Claims (17)

1. Verfahren zur Markierung von DNA-Fragmenten während einer PCR-Reaktion, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Reaktionsansatz eine Fluoreszenzmarkierung mit einem abgestimmten Primerdesign durchgeführt wird.1. A method for labeling DNA fragments during a PCR reaction, characterized in that fluorescence labeling is carried out in a reaction batch with a coordinated primer design. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem abgestimmten Primerdesign drei Primer gehören, bei denen es sich um einen markierten Universal- Oligonukleotid-Primer und um zwei sequenzspezifische Oligonukleotid-Primer handelt, von denen ein Primer mit der dem Universal-Oligonukleotid-Primer homologen Adaptorsequenz versehen ist.2. The method according to claim 1, characterized in that to the coordinated Primer design belong to three primers, which are a marked universal Oligonucleotide primer and two sequence-specific oligonucleotide primers, one of which is a primer homologous to that of the universal oligonucleotide primer Adapter sequence is provided. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch die Amplifikation eines DNA-Fragmentes mittels einer PCR-Reaktion unter Anwendung zweier Oligonukleotid- Primer, welche zur zu amplifizierenden DNA-Sequenz genügend komplementär sind, so daß sie spezifisch hybridisieren und von denen ein Oligonukleotid-Primer an seinem 5'- Ende mit einer dem Universal-Oligonukleotid-Primer homologen Adaptorsequenz versehen ist.3. The method according to claims 1 and 2, characterized by the amplification of a DNA fragment by means of a PCR reaction using two oligonucleotide Primers which are sufficiently complementary to the DNA sequence to be amplified, see above that they hybridize specifically and of which an oligonucleotide primer at its 5'- End with an adapter sequence homologous to the universal oligonucleotide primer is provided. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierungsreaktion in einem Reaktionsgefäß, in dem schon zu Beginn der PCR-Reaktion der markierte Universal-Oligonukleotid-Primer hinzugefügt wird und sowohl die Oligonukleotid-Primerkonzentrationen als auch die PCR-Zyklusbedingungen so gewählt werden, daß der markierte Universal-Oligonukleotid-Primer in den folgenden PCR-Zyklen in die neu synthetisierten DNA-Fragmente inkorporiert wird.4. The method according to claims 1 to 3, characterized in that the Labeling reaction in a reaction vessel in which the PCR reaction begins the labeled universal oligonucleotide primer is added and both the Oligonucleotide primer concentrations and the PCR cycle conditions were chosen in this way that the labeled universal oligonucleotide primer in the following PCR cycles is incorporated into the newly synthesized DNA fragments. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4 als Multiplex-Reaktion, dadurch gekennzeichnet, daß während einer PCR-Reaktion gleichzeitig mehrere Genfragmente amplifiziert, markiert und charakterisiert werden.5. The method according to claims 1 to 4 as a multiplex reaction, characterized in that that amplified several gene fragments simultaneously during a PCR reaction, marked and be characterized. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein an den Universal-Oligonukleotid-Primer gekoppeltes Molekül - wie zum Beispiel Dioxygenin oder Biotin - erst in einer weiteren chemischen oder enzymatischen Reaktion ein Signal generiert. 6. The method according to claims 1 to 5, characterized in that a to Universal oligonucleotide primer-coupled molecule - such as dioxygenin or biotin - a signal only in a further chemical or enzymatic reaction generated.   7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die DNA-Fragmente mittels des Universal-Oligonukleotid-Primers an einer Festphase immobilisiert werden.7. The method according to claims 1 to 6, characterized in that the DNA fragments be immobilized on a solid phase by means of the universal oligonucleotide primer. 8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die DNA genomischen Ursprunges ist.8. The method according to claims 1 to 7, characterized in that the DNA is of genomic origin. 9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die DNA geklonten Ursprunges ist.9. The method according to claims 1 to 7, characterized in that the DNA cloned Origin is. 10. Verwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 9 zur automatischen Sequenzierung von DNA-Fragmenten.10. Use of the method according to claims 1 to 9 for automatic Sequencing of DNA fragments. 11. Verwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 9 zur gelelektrophoretischen Trennung und Detektion von markierten DNA-Fragmenten.11. Use of the method according to claims 1 to 9 for gel electrophoretic Separation and detection of labeled DNA fragments. 12. Verwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 9 bei der Analyse polymorpher DNA-Marker zur Genotypisierung oder Haplotypisierung mit dem Ziel der Identitätsfeststellung, zur Erstellung von Stammbäumen und Aufklärung von Verwandtschaftsverhältnissen.12. Use of the method according to claims 1 to 9 in the analysis polymorphic DNA markers for genotyping or haplotyping with the aim of Identity determination, for creating family trees and clarification of Kinship relationships. 13. Verwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 9 zur DNA-Quantifizierung.13. Use of the method according to claims 1 to 9 for DNA quantification. 14. Testbesteck zur Markierung von DNA-Fragmenten während einer PCR-Reaktion zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 9 als Einzel- oder Multiplexanalyse, enthaltend markierte Universal-Oligonukleotid-Primer, die sich sowohl in der universellen Adaptorsequenz als auch im Markierungsmolekül unterscheiden.14. Test kit for labeling DNA fragments during a PCR reaction Implementation of the method according to claims 1 to 9 as a single or Multiplex analysis, containing labeled universal oligonucleotide primers, both differentiate in the universal adapter sequence as well as in the labeling molecule. 15. Testbesteck nach Anspruch 14, enthaltend

• 1. 15.1 vier markierte, insbesondere fluoreszenzmarkierte, Universal-Oligonukleotid-Primer, die sich sowohl in der universellen Adaptorsequenz als auch im Markierungsmolekül unterscheiden:
  • 1. 15.1.1 Markierungsmolekül(1)-TAATACGACTCACTATAGGG-3'
    (Adaptorsequenz: T7-Promotorsequenz)
  • 2. 15.1.2 Markierungsmolekül(2)-ATTTAGGTGACACTATAG-3
    (Adaptorsequenz: SP6-Promotorsequenz)
  • 3. 15.1.3 Markierungsmolekül(3)-GTTTTCCAAGTCACGACG-3'
    (Adaptorsequenz: M13(-40)-Sequenz)
  • 4. 15.1.4 Markierungsmolekül(4)-TGTAAAACGACGGCCAGT-3'
    (Adaptorsequenz: M13(-21)-Sequenz).

15. Test kit according to claim 14, containing

• 1. 15.1 four labeled, in particular fluorescence-labeled, universal oligonucleotide primers, which differ both in the universal adapter sequence and in the labeling molecule:
  • 1. 15.1.1 marker molecule (1) -TAATACGACTCACTATAGGG-3 '
    (Adapter sequence: T7 promoter sequence)
  • 2. 15.1.2 Labeling molecule (2) -ATTTAGGTGACACTATAG-3
    (Adapter sequence: SP6 promoter sequence)
  • 3.1.15.1 Labeling molecule (3) -GTTTTCCAAGTCACGACG-3 '
    (Adapter sequence: M13 (-40) sequence)
  • 4. 15.1.4 Labeling Molecule (4) -TGTAAAACGACGGCCAGT-3 '
    (Adapter sequence: M13 (-21) sequence).

16. Testbesteck nach den Ansprüchen 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Markierungsmolekülen 15.1.1 bis 15.1.4 um einfache Fluoreszenzfarbstoffe mit unterschiedlichem Emissionsspektrum (FAM, HEX, TET, ROX) oder um Fluoreszenzfarbstoff-Kombinationen im Falle von Energietransfer-Fluoreszenzfarbstoff markierten Primern handelt.16. Test kit according to claims 14 and 15, characterized in that it is in the Marking molecules 15.1.1 to 15.1.4 with simple fluorescent dyes different emission spectrum (FAM, HEX, TET, ROX) or around Fluorescent dye combinations in the case of energy transfer fluorescent dye labeled primers. 17. Testbesteck nach den Ansprüchen 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß zur Markierung Moleküle eingesetzt werden, die erst in einer weiteren chemischen Reaktion ein Signal erzeugen oder mittels derer die PCR-Fragmente an einer Festphase immobilisiert werden.17. Test kit according to claims 14 to 16, characterized in that for marking Molecules are used that only give a signal in another chemical reaction generate or by means of which the PCR fragments are immobilized on a solid phase.