TaqMan探针技术用于X—SNP位点的分型
2021-10-15
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・22・ Journal of Forensic Medicine,February 2010,Vo1.26,No.1 TaqMan 探针技术用于X—SNP位点的分型 张素华 ,李莉 ,李成涛 ,赵书民 (1.苏州大学医学部法医学系,江苏苏州215123;2.司法部司法鉴定科学技术研究所上海市法医学重 点实验室,上海200063) 摘 要:目的建立一种基于TaqMan探针技术的快速、准确且经济的实时荧光PCR方法,用于检测X染 色体上的单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)。 方法选择X染色体上的13个SNP位 点(X—SNP),针对每个位点分别设计1对PCR引物和TaqMan探针,进行实时荧光PCR扩增,对X—SNP位 点进行分型。 结果13个位点均符合Hardy—Weinberg平衡:多态信息含量分布为0.3497-0.3750,杂合度 为0.453 7~0.502 1,、建立的方法能够用于X—SNP位点的基因分型,检测结果与DNA测序结果完全一致。 结论基于TaqMan探针技术的等位基因特异的实时荧光PCR方法灵敏、简单、快速,可实现对X—SNP位 点的分型检测:所选择的l3个X—SNP位点具有高信息量,在法医遗传学中具有潜在的应用价值。 关键词:法医遗传学:多态性,单核苷酸:X染色体;TaqMan探针 中图分类号:DF795.2 文献标志码:A doi:10.3969 ̄.issn.1004—5619.2010.01.007 文章编号:1004—5619(2010)01—0022—04 X-SNP Genotyping Using the TaqMan Probe Technology ZHANG Su-hua LI Li2,LI Cheng-tao ̄ZHA 0 Shu-min。 (J.Department D/‘Foren ̄iC Medicine,Medical College o厂Soochow University,Suzhou 215123,China;2.Shang- hal Key Laboratory Forensic Medicine Istnitute of Forensic Science Ministry hai 200063,China) Justice P.R.China,Shang- Abstract: Objective To develop a rapid,accurate and economical real time fluorescence PCR method with TaqMan probe technology to detect the X chromosome single nucleotide polymorphism(X—SNP).Methods Taq— Man probes and polymerase chain reaction primers were respectively designed according to the 1 3 X-SNP. Then.the X—SNP were genotyped after the amplification by real time fluorescence PCR. Results A1l the loci follow the Hardy-Weinberg equilibrium.The polymorphic information content for 1 3 distinct loci varied between 0.349 7 and 0.375 0 while the heterozygosity ranged from 0.453 7 to 0.502 1.A real time fluorescent PCR method based on TaqMan probe was successfully developed and the results were accordant with those analyzed by DNA sequencing of the 13 X-SNP.Conclusion The allele specific real time fluores— cenee PCR based on TaqMan probe is a sensitive,simple technology and suitable for rapid analysis of X- SNP.All the loci show highly polymorphic and may be potential in forensic genetics. Key words:forensic genetics;polymorphism,single nucleotide;X chromosome;TaqMan probe 单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism. SNP)指不同个体基因组DNA序列同一位置上的单 个核苷酸的差别,包括单碱基的转换、颠换以及单碱 基的插入或缺失等。由于SNP具有分布广泛、蕴涵 国内外广泛使用的法医DNA检测试剂所能分析的 均是常染色体STR或SNP,满足不了特殊亲缘关系 鉴定的需要。对于祖母与孙女之间亲缘关系的鉴 定、同父异母姐妹之间血缘关系的鉴定等.只能通 的信息量大、突变率低以及变异程度简单、便于设计 更短的PCR产物等特点,其在法医遗传学领域得到 了广泛的关注并被应用到了法医学实践中【】_ 目前. 过x染色体上遗传学标记(如STR、SNP)得到一定 的信息。 本研究采用一种较新的SNP分型方法一TaⅡ. Man探针法,在常规PCR的基础上加入荧光标记探 基金项目:上海市自然科学基金资助项目(08ZR14l9800) 针来实现其定量、分型功能_4l。即在PCR反应系统中 作者简介:张素华(1985一),女,江苏常州人:硕士研究生,主 要从事法医生物学研究。E-mail:zsh—daisy@163.corn。 通信作者:李莉,女。研究员,主要从事法医生物学研究。E— mail:anneinchina@163.con 加入2种不同荧光标记的探针,它们可分别与2个等 位基因完全配对。正常情况下.由于探针5 端荧光基 团和3 端淬灭基团紧邻在一起.荧光被淬灭(Forster 法医学杂志 2【)l0年2月 第26卷 第1期 效应)。随着PCR的有效进行.与模板完全配对的探 针逐步被Taq DNA聚合酶5 一3 外切酶活性切割, 致使探针5 端上的荧光基团与3 端的淬灭基『硐分 离,Forster效应解除,报告荧光基团被激活:而与模板 不能完全配对的探针(代表另一种等位基凶)不能被 有效切割,故检测不到荧光信号,通过相应仪器检测 荧光值的变化,便可得到相应SNP位点的分型结果。 现报道如下。 1材料与方法 1.】样本 无关个体血样238份,其中139份来源于日常检 案积累,99份来源于上海市血液中心(男性:女性= 125:113)。 实际二联体案例126例.包括母一女二联体案例 32例,母一子二联体案例3l例,父一子二联体案例 63例,均已用Sinofiler试剂盒得到明确的鉴定结论, 其中排除案例72例,认定案例54例。 1.2主要仪器与试剂 7500实时荧光定量PCR仪(美国AB公司),紫 外分光光度计(上海复Et科技有限公司),高速冷冻离 心机(德围Eppendoff公司)。 Chelex一100(美国Bio—Rad公司).血液DNA抽提 试剂盒(QIAamp Mini Blood Kit,德国Qiagen公司), 人源性DNA定量试剂盒(Quantiifler Human DNA Quantiifcation Kit,美国AB公司)。 1_3基因组DNA的提取 用常规Chelex一100法和血液DNA抽提试剂盒 进行DNA抽提,采用人源性DNA定量试剂盒进行 DNA定量。 1.4 TaqMan探@tSn引物设计 采用7500实时荧光定量PCR仪随机软件 Primer Express 3.0进行引物和探针的设计。针对每 个SNP位点所设计的两条探针分别采用VIC和FAM 进行荧光标记.由美国AB公司合成,13个SNP位 点的探针和引物混合之后的贮液为40倍浓缩液 (40xTaqMan SNP Genotyping Assay Mix)。 1.5 X—SNP分型 实验反应体系为12.5 L,其中通用PCR混合液 (2 xTaqMan Universal PCR Master Mix)6.25 IxL,引 物与探针混合液(20xTaqMan SNP Genotyping Assay Mix)0.625 L,DNA(1~20rig)5.625 L。实验过程主要 包括读取扩增前信号,生成扩增数据以及读取扩增 后信号。其中扩增的反应条件为95 clC 10rain;92 15 S,60 oC 1 arin,共40个循环。 ・23・ 1.6灵敏度检测 采用人源性DNA定量试剂盒中的标准品DNA (200 ng/IxL)进行倍比稀释,质量浓度分别为50、 l6.7、5.56、1.85、0.21、0.1 ng/ ̄L。 1.7 TaqMan分型结果的验证 采用测序的方法对TaqMan分型结果进行验证 引物设计采用Primer Premier 5.0和Oliog 6.0软件 完成,递交上海捷瑞生物有限公司合成和纯化 PCR 产物的测序由上海生物工程有限公司完成 1.8案例应用 将TaqMan检测技术应用于126例已用Sinofiler 试剂盒得到明确鉴定结论的实际二联体案例.包括排 除案例72例,认定案例54例。 1.9统计学分析方法 采用SNP Analyzer 2.0软件对女性样本进行 Hardy—Weinberg平衡检验和位点问连锁状态的分析 (对于连锁的位点按单倍型进行计算)。采用SAS软 件对等位基因分布频率在男性和女性群体中分布有 无差异进行x 检验。采用直接计数法统计X—SNP位 点在238名无关个体中的等位基【天1分布频率,并计算 单个位点的等位基因杂合度(H),女性和男性个体识 别能力(PD ,PD。 )、二联体和三联体非父排除率 (PE ,PE )以及多态信息含量(PIC)等群体遗传学 参数( 2结 果 2.1 X—SNP位点的选择 一般情况下,位于同一染色体上两遗传标记之间 物理距离大于10 Mb,可以认为二者相互独立,没有 连锁关系l 7l。x染色体长约l55 Mb.基于这一原则,在 x染色体上选择了13个SNP位点,各位点的详细信 息见表1。 表1 13个X—SNP位点的特征 ・24・ Journal of Forensic Medicine,February 2010,Vo1.26,No.1 2.2 X—SNP位点的TaqMan分型结果 对238份样品的检测结果表明,TaqMan探针法 1 rs2209420 2 rs2085121 3 rs5954988 4 rs2808742 5 rs5964206 均可获得明确的分型结果。每个SNP位点的等位基 因1与等位基因2的探针分别采用VIC和FAM荧 光素进行标记。样本为等位基因1的纯合子时,PCR 扩增过程中仅能检测到VIC荧光;样本为等位基因2 的纯合子时,PCR扩增过程中仅能检测到FAM荧光; 样本为杂合子时,PCR扩增过程中可同时检测到 6 rs2519557 7 rs64l825l 8 rs6631828 FAM和VIC两种荧光 2.3测序结果 随机选取10个样品,对13个X—SNP位点进行 PCR产物测序,测序结果表明,TaqMan探针法用于 X—SNP分型结果准确、可靠。图l为一女性样本在位 点rs2085121的测序结果(箭头标示处为所检测的 SNP位点),TaqMan的分型结果为AG,测序结果为 CT.由于采用的是反向引物测序,故应判读为AG,二 者结果一致。 70 80 90 G C A C A C A C C A T N T A T G G G C C T G G A G A T T G G 图1 X—SNP位. ̄.rs2085121的测序结果(女性样本) 2.4灵敏度检测 TaqMan检测技术的灵敏度高,低至0.1 ng/p ̄L的 标准品DNA也可以得到准确的分型结果。另外,在实 验中发现,TaqMan技术对模板的要求不高,常规 Chelex法提取的DNA上清液在冷冻保存1年后仍可 得到准确的分型结果 2.5案例应用情况分析 TaqMan技术应用于54例认定案例中,所得到的 分型结果均符合遗传规律,未检见突变;应用于72例 排除案例中,71例得出排除结论,1例未检出不符合 遗传规律的指标。 2.6 X—SNP位点的连锁情况分析 应用SNP Analyzer 2.0软件进行Hardy—Wein. berg平衡检验和位点问连锁不平衡状态的分析,发现 位点均符合Hardy—Weinberg平衡,13个位点之间相 互独立,见图2。 2.7 X—SNP位点等位基因频率与法医学参数价值 评估 l3个X—SNP位点在男性及女性群体中的分布差 异无统计学意义。对独立遗传的13个X—SNP位点在 中国汉族人群中的等位基凶频率进行了调查,结果见 表2:统计分析各位点的群体遗传学参数结果见表3。 9 rs5986751 l0 rs14986O 1l rs6639398 l2 rs5923750 13 rs978l645 图2 13个X—SNP位点连锁不平衡分析图 表2 13个X—SNP位点在中国汉族人群中的 等位基因频率(n=238) 3讨论 人类x染色体与Y染色体都是性染色体,男性 为XY,女性为XX。男性的x染色体来自母亲,并将 其传递给女儿。女性的两条x染色体分别来自父亲 和母亲,且这两条x染色体中任一条均有可能或传 递给儿子或传递给女儿。所以,X染色体的遗传既不 同于常染色体,也不同于Y染色体。SNP有着其他遗 传标记不具备的优越性和潜力,除了分布广泛、蕴涵 的信息量大、突变率低以及变异程度简单等特点外, 通过对现场生物物证的SNP分析,还可构建身源者 的人种和地域特征,这对于侦查破案具有重要的意 义。因此,SNP在法医遗传学中具有巨大的应用潜力, 目前国内外学者已经开发出了较多的法医学SNP分 型组合¨.5]。X—SNP以单倍体形式传给子代,因此,x— SNP在母一子二联体亲权鉴定、父一女二联体亲权鉴 定、祖母一孙女亲缘关系鉴定、同父异母同胞姐妹关系 鉴定等案例中具有重要应用价值。 法医学杂志 2010年2月 第26卷 第1期 ・25・ 表3 13个相互独立的x—SNP位点的法医学参数(n=238) TaqMan探针法是适合大规模样本、单个SNP位 点分型的一种较好的技术方法,其优点为:操作简 单.不需要PCR后处理;工作效率和自动化程度较 高:结果的重复性好;对样本的质和量要求不高,对 于样本质量浓度低至0.1 ng/txL的标准品,可以得到 准确分型结果;在样本数量较大时,既节约成本又省 时间。但该方法也存在一定难度,如对SNP位点侧翼 2 1——locus autosomal SNP multiplex for forensic identiifca-- tion purposes[J].Forensic Sci Int,2005,154(1):62—77. ¨L'Li CT,Li RY,et a1.SNP genotyping by multi— [2】 plex ampliicatifon and microarrays assay for forensic application[J].Forensic Sci Int,2006,162(1-3):74—79. [3]Tomas C,Stangegaard M,Bcrsting C,et a1.Typing of 48 autosomal SNPs and amelogenin with GenPlex SNP genotyping system in forensic genetics[J].Forensic Sci Int Genet,2008,3(1):l一6. 序列要求很高,有可能在目标范围上找不到合适的探 针和引物:此外在实验过程中必须使用配套的实验器 材等。 本实验中选择了13个X—SNP位点,它们独立遗 传,PIC分布为0.3497~0.375 0,H为0.453 7-0.502 1, PDk 为0.5974-0.6250,PD。T1al 为0.451 8-0.5000。l3个 [4】李成涛,林源,柳燕,等.实时DNA定量技术的应用研 究IJJ.中国司法鉴定,2007,30(3):28-30. [5]Desmarais D,Zhong Y,Chakraborty R,et a1.Devel— opment of a highly polymorphic STR marker for identi— ty testing purposes at the human androgen receptor X~SNP位点的累积个体识别能力(CDP)在三联体为 gene(HUMARA)『J].J Forensic Sci,1998,43(5):1046— 1049. 0.997 5.在二联体为0.973 5。以上结果表明本实验中 【6]Kishida T,Wang W,Fukuda M,et .Duplex PCR of the Y一27H39 and HPRT loci with referenee to 所选择的X—SNP位点具有较高的法医学应用价值。 TaqMan检测技术在126例实际案例中的应用表 明.这13个X—SNP位点所能提供的信息单独作为遗 传证据仍显薄弱,应结合更多的x染色体遗传标记 (SNP或者STR)或常染色体遗传标记进行分析。 参考文献: 【1】Dixon LA,Mun'ay CM,Archer EJ,et a1.Validation of a Japanese population data on the HPRT locus[J].Nihon Hoigaku Zasshi,1997,51(2):67-69. [7】侯一平.法医物证学[M】.第2版.北京:人民卫生出版 社.2005:19. (收稿日期:2009—08—25) (本文编辑:李成涛)