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DNA鉴定之高分辨率熔解技术
来源:北京亲子鉴定中心
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       高分辨率熔解技术(high resolution melting,HRM)仅仅通过PCR之后的熔解曲线分析,就能检测PCR片段的微小序列差异,从而应甩于突变扫描、序 列配对和基因分型等多个方面(Liu et al一2010)。双链D\A的熔解分析可追溯到20世纪60年代,当时是通过紫外吸收来监测的。分析需要几微克的DNA,而样品以(0.1~1.0)℃/min的速率缓慢加热,常常要花上几个小时才能完成:后来,LightCycler定量PCR仪的出现,让荧光熔解分析变得流行:样品量因毛细管而缩减至纳克级,且熔解速率更快,达(0.1~1.0)℃/S,熔解时间缩短至几分钟,当时使用的染料是SYBR Green I。然而,这种熔解分析只能区分在片段大小和GC含量上差别较显著的DNA序列,如检查PCR扩增产物中是否存在引物二聚体及其他非特异性的扩增。如果要区分SNP,分辨率还不够。SYBR Green I属于非饱和性染料,由于它对PCR的抑制作用,在实验中的使用浓度很低,远未将DNA双螺旋结构中的小沟饱和。这样,DNA双链高温变性时,单链部分的荧光染料分子发生重排,荧光染料分子重新结合到双链DNA的空置位点,造成荧光信号没有变化,因此出现假阴性,特异性下降。而饱和染料即便在饱和浓度(荧光最大)下,也不会抑制PCR,故高浓度的染料饱和了DNA双螺旋结构中的小沟,在DNA觯链过程中就不会发生重排,这样熔解曲线才有了更高的分辨率。目前市场上的饱和染料主要有LC Green、LC G,een Plus等几种。
      扩增子的熔解曲线完全取决于DNA碱基序列。序列中如有一个碱基发生了突变,就会改变DNA链的解链温度,但是这个差异极小,只有零点几摄氏度,如果仪器的分辨率不高,是根本无法检测的。那么什么样的分辨率才是高分辨率呢?根据仪器现有的功能测试,在熔解操作时每摄氏度至少要获得10个数据点,这是对仪器的最低要求。此外,温度均一性也同样重要。如果两孔之间温度相差0.1℃,就很可能导致最终的熔解温度相差0.1℃,这样就无法保证HRM分析结果的准确性。大多数常规定量PCR仪的孔间温度差为0.3~0.5℃,这也决定了它们无法胜任HRM。
      目前市场上有多个厂家提供HRM分析的仪器,包括Idaho Technology、Corbett (QIAGEN)、Roche等,有些是专供HRM的仪器,有些则是附带HRM功能的定量PCR仪。在拥有饱和染料和高分辨率仪器之后,HRM分析过程其实很简单,就是对PCR的扩增子进行加热,温度从50℃逐渐上升到95℃。在此过程中,扩增子逐渐解链,在到达熔解温庋(L)时,DNA链完全分开。在HRM分析的初期,荧光强度很高,随着温度升高,双链DNA逐渐减少,荧光强度也就随之下降了。HRM仪器通过照相机记录下荧光变化的整个过程。通过对数据进行作图,就生成了熔解曲线。
      综上所述,HRM技术应用广泛,操作简单又经济,结果精确且可靠,适合任何实验室使用。市场上有一些专供HRM分析的仪器,不过,那些带有HRM功能的定量PCR仪则更实用。QIAGEN的Rotor-Gene Q(Corbett Rotor-Gene 6000)就是全球第一台将实时扩增与HRM分析技术相结合的实时荧光定量分析装置。Rotor-Gene Q的温度均一性为0.01℃,解决了温度均一性,精确性和分辨率的问题,实现了定量扩增与HRM的合二为一。
 

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