数字PCR技术及其在检测领域的应用

随着分子生物学技术的不断发展和需求的多样化,用于核酸检测的各种PCR衍生技术应运而生。数字PCR是一种单分子水平的大规模分区扩增定量核酸检测技术。该技术以微腔室/微孔或微滴作为PCR反应器,无需校准物和绘制标准曲线即可实现对样品初始浓度的绝对定量,具有高灵敏度、高特异性和高精确度的特点。本文详细介绍了数字PCR的技术发展史、作用原理以及仪器平台类型,系统阐述了数字PCR在转基因检测、疾病诊断、环境及食品监管等方面的应用概况,并对该技术的应用前景进行了展望,以期对未来数字PCR的开发利用提供参考。     

数字PCR在新型冠状病毒检测中的应用前景

2020年,由新型冠状病毒（SARS-CoV-2）导致的新型冠状肺炎（COVID-19）疫情在世界各国大规模爆发,导致全球公共卫生安全受到巨大影响。目前广泛采用的荧光定量PCR（RT-PCR）在检测SARS-CoV-2方面存在可能出现“假阴性”结果、需多次取样、重复检测等缺点,亟需建立一种灵敏度更高、样本用量少、操作简单的检测技术,以快速、准确、高效的筛选出新型冠状肺炎患者。数字PCR为新兴痕量核酸分子技术,具有灵敏度高、耐受性强、可绝对定量等优点,在病毒检测领域中广泛应用。介绍了SARS-CoV-2病原学特征和荧光PCR检测SARS-CoV-2目前存在的主要问题,并对数字PCR在SARS-CoV-2检测中的应用前景进行了具体阐述,以期为后续开发更高效的检测试剂盒、提高检测准确性提供方案。     

数字PCR在食源性致病菌检测中的应用进展

食源性致病菌是食品安全的重大隐患,对人类健康造成极大危害,因此亟待研究和建立精准有效的食源性致病菌检测方法。随着单分子检测技术的快速发展,数字PCR技术因其具有超高的灵敏度、稳定性和低试剂消耗等优点而被广泛应用于食源性致病菌的检测。主要介绍了数字PCR的基本原理及其研究进展,深入探讨了其在检测大肠杆菌（Escherichia coli）、沙门氏菌（Salmonella）、金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、空肠弯曲菌（Campylobacter jejuni）、志贺氏菌（Shigella）、克罗诺杆菌（Cronobacter）、副溶血性弧菌（Vibrio parahaemolyticus）、单核细胞增生李斯特氏菌（Listeria monocytogenes）和蜡状芽孢杆菌（Bacillus cereus）中的应用,为今后该技术在食源性致病菌检测中的研究与应用提供一定的技术性参考。     

数字PCR技术及其应用进展

数字PCR(Digital PCR,dPCR)是核酸绝对定量的新方法,该技术通过分液,将含有核酸模板的PCR反应体系分配到上万个反应器中进行PCR扩增,根据荧光信号的有或无,进行结果计数,通过泊松分布的统计处理,直接得出核酸的拷贝数。相比于实时荧光定量PCR(Quantitative PCR,qPCR),dPCR不需要建立标准曲线,应用前景更广。本文对dPCR的发展历史、原理及其应用进行了综述。     

人结核分枝杆菌特异性核酸探针制备及结核病PCR检测技术的初步临…

采用人结核分枝杆菌染色体ＤＮＡ为模板,选择位于插入片段ＩＳ６１１０中８８４￣８６５和５６８￣５８８碱基对处的两个片段为引物,扩增出３１７ｂｐ的特异性片段,将共克隆进ｐＵＣ１９载体,酶切酶谱分析和ＤＮＡ序列测定证实为目的片段。     

人结核分枝杆菌特异性核酸探针制备及结核病PCR检测技术的初步临床应用

采用人结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis TB)染色体DNA为模板,选择位于插入片段IS6110中884～865和568～588碱基对处的两个片段为引物,扩增出317bp的特异性片段．将其克隆进pUCl9载体。酶切图谱分析和DNA序列测定证实为目的片段。该片段经DIG标记,分别与11种分枝杆菌DNA进行Southern杂交,结果证明只与人型复合分枝杆菌发生杂交反应。利用该对引物建立的PcR检测拄术对74份结核病痰液标本进行检测,并与临床细菌快速培养结果相比较,发现48份临床阳性均为PcR阳性,在26份临床阴性标本中亦发现11份PCR检测阳性。将标本PCR产物与克隆探针进行杂交,显示两者结果完全一致。说明PCR检测体系结果可靠,其灵敏度明显高于目前临床所采用的方法,可作为一种常规技术用于结核病的临床检测。     

数字PCR在生物学检测中应用的研究进展

数字PCR (digital PCR, dPCR)是在普通PCR和定量PCR基础上发展的第三代PCR技术,通过有限稀释和泊松分布统计实现精确的绝对定量检测.相比于前两代PCR技术,dPCR能够实现DNA模板的绝对定量且对PCR抑制剂具有更强的耐受性.目前,该技术在致病菌和病毒、基因突变、甲基化DNA、转基因成分和食品掺...     

数字PCR技术及其应用进展北大核心CSCD

数字PCR(Digital PCR,dPCR)是核酸绝对定量的新方法,该技术通过分液,将含有核酸模板的PCR反应体系分配到上万个反应器中进行PCR扩增,根据荧光信号的有或无,进行结果计数,通过泊松分布的统计处理,直接得出核酸的拷贝数。相比于实时荧光定量PCR(Quantitative PCR,qPCR),dPCR不需要建立标准曲线,应用前景更广。本文对dPCR的发展历史、原理及其应用进行了综述。     

双重数字PCR在转基因大豆检测中的应用

利用微滴式数字PCR(droplet digital PCR, ddPCR)平台建立针对MON87705、MON87769、DP356043三种转基因大豆中外源基因的双重PCR检测方法。利用双重数字PCR方法检测特异性、定量范围等参数,优化所用引物探针组合及实验体系程序,检测外源基因与内标准基因的拷贝数。结果表明,所用引物探针组合在数字PCR方法中仅对目标大豆品系有荧光信号,具有特异性,可用于转基因大豆品系的筛选与鉴别。检测了大豆的转基因成分含量,结果与材料标准品参数基本一致,并根据结果设定定量检测限为0.5%,定性检测限为0.05%,可满足低纯度样品检测的需求。双重数字PCR体系能够准确且稳定的满足实际检测需要,在实际应用上具有良好的发展前景。     

基于RNAi技术的转基因玉米逆转录数字PCR检测方法

针对基于RNAi技术的转基因玉米品系,研究并建立了一套逆转录芯片式数字PCR(dPCR)定量检测该品系玉米双链RNA的方法。研究内容主要包括RNA提取方法、引物探针设计、逆转录方法、dPCR反应条件及体系等方面的探索和优化。该方法的绝对定量限为2.5 copies/μL,RSD为12.4%;检测低浓度实际样品达21.7 copies/μL时,相对偏差为2.7%,RSD为14.6%,满足国际上转基因定量结果RSD≤25%的要求。将该方法用于基于RNAi技术转基因作物的定量检测,将为我国相关转基因作物的安全评价提供了精确可靠的技术手段。     

交叉活性探针确定单核苷酸多态性相关的拷贝数目变异

单核苷酸多态性相关的拷贝数变异(copy number variant,CNV)在体外诊断和精准治疗中占据着重要地位,而其常用的荧光原位杂交技术(fluorescence in situ hybridization,FISH)无法区分具有单核苷酸差异的CNV。本研究利用交叉活性探针定性与定量检测具有单核苷酸差异的拷贝数变异(copy number variant,CNV)。rs76711854所在以及下游9 514 bp长度片段通过PCR方法扩增获得,其基因型通过一代测序确认。此SNP的定性与定量分别通过探针法的定量PCR和数字PCR方法检测。rs76711854所在的CNV在针对G基因型探针出现分层,并在针对GA不同基因型的探针中均表现出A/G比例2:1。检测长度超过其下游9 kb以及更长的92 kb和203 kb的DNA片段,发现此CNV存在于前列腺癌细胞系DU145中,而子宫内膜癌细胞系中此203 kb范围拷贝数一致。本研究开发出以rs76711854位点的G/A片段为例,通过不同通道交叉定量检测的CNV方法,并推断DU145细胞的此处为多拷贝。     

The rs9939609 polymorphism in the fat mass and obesity associated (FTO) gene is associated with obesity in Tunisian population

Abstract

Context: Variations in the fat mass and obesity-associated gene (FTO) has been associated with obesity in many populations, but the results are conflicting.

Objective: The aim of this study was to evaluate the effect of the rs9939609 polymorphism in the FTO gene on obesity risk and plasma leptin, adiponectin, insulin and lipid concentrations in Tunisians.

Materials and methods: Four hundred and ninety-four subjects with obesity and 334 non-obese participated in this study. The rs9939609 (T/A) genotype was determined by polymerase chain reaction-restriction fragment length polymorphism (PCR-RFLP) method.

Results: Significant differences in genotype frequencies were observed between cases and controls. In the separate analysis by gender, the association between the AA genotype and obesity was statistically significant in women but not in men. After stratification by obesity class this association remains only with obesity class III.

Discussion: Our study is in agreement with studies on Caucasian, Portuguese and Cebu Filipino populations where a gender-specific association was found between rs9939609 polymorphism and obesity. It is also in agreement with studies on Mexican, Spanish and European populations, where an association was found with obesity class III.

Conclusion: The rs9939609 polymorphism of FTO gene is associated with obesity, especially obesity class III in women.     

焦磷酸测序测定SNP的常见问题与解决方法

目的:探讨焦磷酸测序技术对单核苷酸多态性分型因测序图谱中存在的一些典型问题而导致分型结果不准确的解决方法。方法:以VKORC1基因1639 GA位点、CYP2C19基因636 GA位点及UGT1A1基因TA重复序列(TA)6(TA)7的多态性检测为例,分别采用优化PCR条件、改变测序时dNTP的加入顺序以及设立外标校正的方法来解决上述问题,从而提高焦测序对SNP分型的准确性。结果:通过升高PCR退火温度,可以显著提高VKORC1基因的扩增特异性,降低了测序图谱中非特异性信号峰强度;通过优化测序时dNTP的加入顺序,CYP2C19基因636 GA位点的准确分型结果可通过观察测序图谱中相关信号峰的有无而简单获得,避免了比较信号峰的相对强度;通过比较待测样本与已知基因型的外标样本的测序图谱来确定待测样本的基因型,提高了对UGT1A1基因TA重复序列(TA)6(TA)7多态性的分型准确性。结论:本文针对焦测序在测定SNP时的常见问题所提出的相应解决方法不仅简单、经济有效,而且在临床应用方面具有可靠性。     

焦磷酸测序测定SNP的常见问题与解决方法

目的：探讨焦磷酸测序技术对单核苷酸多态性分型因测序图谱中存在的一些典型问题而导致分型结果不准确的解决方法。方法：以VKORC1基因1639 G〉A位点、CYP2C19基因636 G〉A位点及UGT1A1基因TA重复序列（TA）6〉（TA）7的多态性检测为例,分别采用优化PCR条件、改变测序时dNTP的加入顺序以及设立外标校正的方法来解决上述问题,从而提高焦测序对SNP分型的准确性。结果：通过升高PCR退火温度,可以显著提高VKORC1基因的扩增特异性,降低了测序图谱中非特异性信号峰强度;通过优化测序时dNTP的加入顺序,CYP2C19基因636 G〉A位点的准确分型结果可通过观察测序图谱中相关信号峰的有无而简单获得,避免了比较信号峰的相对强度;通过比较待测样本与已知基因型的外标样本的测序图谱来确定待测样本的基因型,提高了对UGT1A1基因TA重复序列（TA）6〉（TA）7多态性的分型准确性。结论：本文针对焦测序在测定SNP时的常见问题所提出的相应解决方法不仅简单、经济有效,而且在临床应用方面具有可靠性。     

一种单核苷酸多态性的单倍型分析技术

运用多步PCR和测序技术,完成基因组中相距较远的单核苷酸多态位点的单倍型构建。通过设计2条等位基因特异性引物,扩增大片段DNA(10kb左右),以此大片段DNA作为下一轮PCR反应的模板,再在该片段中设计待检测区域的PCR引物,进行第2轮PCR。对PCR产物进行测序分析,确定其多态位点处的等位基因。结合第1轮PCR中的等位基因特异性引物,即可确定该大片段DNA中不同单核苷酸多态性构成的单倍型。以脂蛋白脂酶基因为例,应用其启动子区以及第4外显子区的等位基因特异性引物扩增约16kb的DNA片段,然后检测位于该片段中第2、3外显子的多态性。在￡-尸￡-基因第2内含子中发现了 13557G→A多态性。经分析确定出-421G／ 13557G／ 15222A、-421A／ 13557G／ 15222A、-421G／ 13557G／ 15222G、-421G／ 13557A／ 15222A等4种单倍型。等位基因特异性PCR结合小片段测序是一种快捷高效的对相距较远的多个SNP进行单倍型构建的新策略。     

Touchdown thermocycling program enables a robust single nucleotide polymorphism typing method based on allele-specific real-time polymerase chain reaction

Different methods have been developed for single nucleotide polymorphism (SNP) typing during recent years. Allele-specific polymerase chain reaction (ASPCR) is a cost-saving method that scores SNPs by difference of the PCR efficiency of allele-specific primers. However, ASPCR for SNP typing is notoriously confounded for its locus-specific unpredictability and the laborious gel electrophoresis. In the current study, we investigated the real-time kinetics of ASPCR and found that a simple touchdown thermocycling protocol improved its specificity significantly. Combined with real-time PCR, we developed a homogeneous genotyping method and scored more than 1000 genotypes, including all transition and transversion SNPs. A clear genotyping result was identified and validated the robustness of the method. Optimization of reactions and intrinsic modification of allele-specific primers, a laborious process but one that is repeatedly reported to be inevitable for successful ASPCR, was proved to be unnecessary with our method. Accuracy was confirmed with mass spectrometry. These characters enabled real-time ASPCR with the touchdown thermocycling protocol being very competitive among various SNP typing methods for large-scale genetic studies.     

转基因烟草检测技术研究

本研究建立了转基因烟草常用调控基因35S启动子和nos终止子,标记基因npt-II和目的基因TMV－CP的PCR检测技术,并用轻构建的pUC18质粒提纯的35S启动子和nos终止子基因经地高辛标记后制成了基因探针,建立了检测35S启动子和os终止子的分子杂交技术,杂交试验证明,PCR扩增的35S启动子和nos终止子为特异性扩增产物,此项检测技术具有快速,特异,敏感,经济以及可重复性强等优点。