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CN106868005B - 一种用于高效快速扩增cDNA末端的锚定引物及扩增方法 - Google Patents

一种用于高效快速扩增cDNA末端的锚定引物及扩增方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种用于高效快速扩增cDNA5’及3’末端的锚定引物,所述两种锚定引物可特异性结合于靶核酸序列并引发反转录延伸反应,从而高效快速扩增出cDNA5’及3’末端,尤其可应用于低丰度转录本中cDNA的5’和3’末端快速扩增。另外,本发明还提供一种高效快速扩增cDNA5’及3’末端的试剂盒及扩增方法。

Description

一种用于高效快速扩增cDNA末端的锚定引物及扩增方法
技术领域
本发明涉及一种cDNA末端的快速扩增方法,特别涉及一种用于高效快速扩增cDNA末端的锚定引物及扩增方法。
背景技术
全长基因的获得是生物工程及分子生物学研究的一个重点。经典的 RACE(rapid-amplification of cDNA ends)技术是由Frohman等于1988年发明的一项技术,该技术可以有效获得基因的全长序列。RACE基于RT-PCR技术,末端加入锁定引物从RNA中获取带有与末端锁定引物互补或相同序列的cDNA,再通过特异性引物进行PCR扩增从而获得完整的cDNA5'和3'端序列。RACE技术原理简单,它具有快捷、高效、廉价等优点。
在很多生物研究中,所研究的目的基因丰度往往很低,这种情况下传统的 RACE技术就突显其不足,如特异性差,扩增效率低等,因此从低丰度mRNA 通过转录获得全长cDNA变得异常困难。因此,本领域迫切需要开发快捷、效率高、特异性好的cDNA 5’及3’末端扩增技术。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种用于高效快速扩增cDNA末端的锚定引物,所述锚定引物可特异性结合于靶核酸序列并引发反转录延伸反应,从而高效快速扩增出cDNA 5’及3’末端。另外,本发明还提供一种高效快速扩增cDNA’末端的试剂盒及扩增方法。
为实现上述目的,本发明采取的技术方案为一种用于高效快速扩增cDNA 5’末端的锚定引物,所述5’末端锚定引物的序列末端含3个鸟嘌呤,其中前两个鸟嘌呤为单脱氧鸟嘌呤,最末端的一个鸟嘌呤为锁核酸修饰鸟嘌呤。
优选的,所述5’末端锚定引物的序列自身形成3’末端部分突出的茎环状结构。
优选的,所述5’末端锚定引物的序列与所有物种转录本不存在特异性结合区。
优选的,所述5’末端锚定引物的序列末端与cDNA 5’末端的胞嘧啶碱基互补配对,待M-MLV反转录酶合成cDNA至末端时,以所述5’末端锚定引物作为模板进行延伸。
优选的,所述5’末端锚定引物的序列为:ATGCAGACGATTCTACGCT GTGTTCTArGrG+G。采用此5’末端锚定引物的序列,可扩增出一段长链非编码RNA的全长cDNA,其UCSC数据库的登录号为TCONS_00027227,自命名为27227,其染色体定位position:chr19:22025306-22035178。
另一方面,本发明提供一种高效快速扩增cDNA末端的试剂盒,所述试剂盒含有权利要求1~5任一项所述的5’末端锚定引物以及3’末端锚定引物。
优选的,所述高效快速扩增cDNA末端的试剂盒中的3’末端锚定引物序列末端连接30个dT,并且所述3’末端锚定引物序列自身不形成发夹结构;且锚定引物序列与所有物种转录本不存在特异性结合区。
优选的,所述3’末端锚定引物序列为CGATCTGGGCTCTGTGTTCTC-(dT) 30。
另一方面,本发明提供一种高效快速扩增cDNA的方法,所述方法包括以下步骤:(1)、扩增目的基因的5'末端的cDNA片段,得到5'末端的RACE产物; (2)、扩增目的基因的3'末端的cDNA片段,得到3'末端的RACE产物;(3)、从步骤(1)和步骤(2)中获得的2个有相互重叠序列的3'及5'末端的RACE 产物中获得全长cDNA,或通过分析RACE产物的3'和5'端序列,合成相应引物扩增出全长cDNA。
优选的,所述步骤(1)中得到5'末端的RACE产物的方法为:以5’末端锚定引物作为上游引物,基因特异引物R-Primer作为下游引物,以合成的第一链cDNA为模板,进行PCR循环,把目的基因5'末端的cDNA片段扩增出来,得到5'末端的RACE产物;所述步骤(2)中得到3'末端的RACE产物的方法为:以基因特异引物F-Primer作为上游引物,3'末端锚定引物作为下游引物,以合成的第一链cDNA为模板,进行PCR循环,把目的基因3'末端的cDNA片段扩增出来,得到3'末端的RACE产物。
5’末端锚定引物的鸟嘌呤与cDNA 5'末端的胞嘧啶碱基互补配对紧牢结合,当M-MLV反转录酶的反转录至cDNA末端时,M-MLV反转录酶以锚定引物作为模板进行延伸,转录产物末端含有与锚定引物互补的序列;3'末端锚定引物的胸腺嘧啶与cDNA 3'末端的poly(A)尾腺嘌呤碱基互补配对结合,M-MLV 反转录酶以锚定引物作为模板进行延伸,转录产物的5'末端含有与锚定引物相同的序列。
本发明所述高效快速扩增cDNA的方法的原理示意图如图1所示,本发明对传统RACE技术进行改良优化,针对cDNA 5'末端及3'末端分别设计特异性锁定引物。cDNA5'末端扩增中,M-MLV反转录酶具有末端转移酶活性,在反转录到达第一链的5'末端时自动加上3-5个(dC)残基,在体系中掺入5'末端含鸟嘌呤(dG)特异性锁定引物,特异性锁定引物(dG)与cDNA胞嘧啶(dC)残基配对后,转换为以特异性锁定引物序列为模板继续延伸而连上通用接头序列,利用含有部分接头序列的通用引物UP(universal primer,UP)作为上游引物,基因特异引物GSP(genespecific primer,GSP)作为下游引物,以合成的第一链cDNA为模板,进行PCR循环,把目的基因5'末端的cDNA片段扩增出来; cDNA3'末端扩增中,利用mRNA的3'末端的poly(A)尾巴作为一个引物结合位点,以连接通用接头引物的Oligo(dT)30序列作为锁定引物反转录合成标准第一链cDNA,然后用一个基因特异引作为上游引物,用一个含有部分与通用接头互补的序列作为下游引物,以cDNA第一链为模板,进行PCR循环,把目的基因3'末端的DNA片段扩增出来;最终,从2个有相互重叠序列的3'及5'的RACE 产物中获得全长cDNA,或者通过分析RACE产物的3'和5'端序列,合成相应引物扩增出全长cDNA。
本发明的有益效果在于:本发明基于M-MLV反转录酶末端转移酶活性,利用PCR从低丰度转录本中快速扩增cDNA的5’和3’末端,所述扩增方法具有操作简便、快捷、扩增效率高、特异性好的优点,尤其可用于从低丰度转录本中cDNA的5’和3’末端的快速扩增。
附图说明
图1为本发明所述高效快速扩增cDNA的方法的原理示意图,其中rG为单脱氧鸟嘌呤(riboguanosine),+ G为锁核酸修饰鸟嘌呤(LNA);
图2为采用本发明所述高效快速扩增cDNA 5’及3’末端的方法扩增本将实施例2所述cDNA的5’及3’末端,然后扩增产物进行1.5%琼脂糖胶电泳的电泳检测图,其中泳道1代表5’末端扩增产物,泳道2代表3’末端扩增产物,泳道M代表DL2000marker。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点,下面将结合具体实施例及附图对本发明作进一步说明。
实施例1
一种高效快速扩增cDNA 5’及3’末端的方法,包括如下步骤:
a.设计一段与cDNA 5’末端连接的特异性锁定引物,即锚定引物,记为LT。该序列3’末端带3个鸟嘌呤,其中前两个鸟嘌呤为单脱氧鸟嘌呤(riboguanosine),最末端的一个鸟嘌呤碱基为锁核酸修饰鸟嘌呤(LNA),该引物可自身形成3’末端部份突出的茎环状结构。接头序列末端的特殊修饰及自身结构可显著提高锁定引物的锚定效率;
b.设计一段与3'末端的poly(A)尾结合的锚定序列,记为MT。该序列末端含30个胸腺嘧啶,自身不形成发夹结构;
c.设计一引物与MT序列部份互补,记为B;
d.设计得到二段针对靶基因的特异性引物,其中扩增cDNA 5’末端的引物序列记为R-Primer,扩增cDNA 3’末端的引物序列记为F-Primer;
e.cDNA 5'末端扩增:提取样品总RNA,将总RNA及LT锚定引物置于含有M-MLV反转录酶的反转录反应体系中进行cDNA的合成。采用该锚定引物进行cDNA合成时,锚定引物的鸟嘌呤与cDNA 5'末端的胞嘧啶碱基互补配对, M-MLV反转录酶以锚定引物作为模板进行延伸,转录产物末端含有与锚定引物互补的序列。利用LT引物作为上游引物,基因特异引物R-Primer作为下游引物,以合成的第一链cDNA为模板,进行PCR循环,把目的基因5'末端的cDNA 片段扩增出来。
f.cDNA 3'末端扩增:提取样品总RNA,将总RNA及MT锚定引物置于含有M-MLV反转录酶的反转录反应体系中进行cDNA的合成。采用该锚定引物进行cDNA合成时,锚定引物的胸腺嘧啶与cDNA3'末端的poly(A)尾腺嘌呤碱基互补配对,M-MLV反转录酶以锚定引物作为模板进行延伸,转录产物的5' 末端含有与锚定引物相同的序列。利用基因特异引物F-Primer作为上游引物,B 引物作为下游引物,以合成的第一链cDNA为模板,进行PCR循环,把目的基因3'末端的cDNA片段扩增出来。
实施例2 27227lncRNA 5’和3’末端的快速扩增
27227lncRNA为长链非编码RNA,目前还不确定该长链非编码RNA的功能及基因名称。已知其UCSC数据库的登录号为TCONS_00027227,自命名为 27227,其染色体定位position:chr19:22025306-22035178。
按照实施例1所述的方法扩增27227lncRNA5’和3’末端,其关键部分为:
1、核酸序列的设计
本实施例中所使用的特异性核酸序列,具体序列如下:
表1本实施例中所使用的特异性核酸序列
Figure BDA0001248179700000051
其中,上表中rG为单脱氧鸟嘌呤(riboguanosine),+G为锁核酸修饰鸟嘌呤(LNA),然后按照表2配制反转录反应体系:
表2反转录反应体系
Figure BDA0001248179700000061
反转录反应体系配制完成后,按照表3循环体系进行反转录反应;
表3反转录反应循环体系
Figure BDA0001248179700000062
接下来,进行PCR扩增反应,其中按照表4配制5'末端扩增反应体系、按照表5配制3'末端扩增反应体系:
表4 5'末端扩增反应体系
Figure BDA0001248179700000063
表5 3'末端扩增反应体系
Figure BDA0001248179700000071
配制体系完毕后,上机进行PCR扩增,其中PCR扩增程序为:
Figure BDA0001248179700000072
反应完毕后,将cDNA5’及3’末端的扩增产物进行1.5%琼脂糖胶电泳检测,结果如图2所示,其中泳道1代表5’末端扩增产物,泳道2代表3’末端扩增产物,在此两条泳道中清晰可见明亮的扩增条带,产物经琼脂糖电泳回收纯化后测序,测序结果比对与27227lncRNA长链非编码RNA序列一致,表明我们成功的获得了cDNA5’及3’末端。
最后所应当说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制,尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (8)

1.一种用于高效快速扩增cDNA 5’末端的锚定引物,其特征在于,所述5’末端锚定引物的序列末端含3个鸟嘌呤,其中前两个鸟嘌呤为单脱氧鸟嘌呤,最末端的一个鸟嘌呤为锁核酸修饰鸟嘌呤;所述5’末端锚定引物的序列自身形成3’末端部分突出的茎环状结构;所述5’末端锚定引物的序列为ATGCAGACGATTCTACGCTGTGTTCTArGrG+G。
2.如权利要求1所述的用于高效快速扩增cDNA 5’末端的锚定引物,其特征在于,所述5’末端锚定引物的序列与所有物种转录本不存在特异性结合区。
3.如权利要求1所述的用于高效快速扩增cDNA 5’末端的锚定引物,其特征在于,所述5’末端锚定引物的序列末端与cDNA 5’末端的胞嘧啶碱基互补配对,待M-MLV反转录酶合成cDNA至末端时,以所述5’末端锚定引物作为模板进行延伸。
4.一种高效快速扩增cDNA末端的试剂盒,其特征在于,所述试剂盒含有权利要求1~3任一项所述的用于高效快速扩增cDNA 5’末端的锚定引物以及用于高效快速扩增cDNA 3’末端的锚定引物。
5.如权利要求4所述的一种高效快速扩增cDNA末端的试剂盒,其特征在于,所述用于高效快速扩增cDNA 3’末端的锚定引物序列末端连接30个dT,并且所述3’末端锚定引物序列自身不形成发夹结构;且锚定引物序列与所有物种转录本不存在特异性结合区。
6.如权利要求5所述的一种高效快速扩增cDNA末端的试剂盒,其特征在于,所述用于高效快速扩增cDNA 3’末端的锚定引物序列为CGATCTGGGCTCTGTGTTCTC-(dT)30。
7.一种采用如权利要求4-6任一所述的试剂盒高效快速扩增cDNA的方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:(1)、采用所述用于高效快速扩增cDNA 5’末端的锚定引物扩增目的基因的5'末端的cDNA片段,得到5'末端的RACE产物;(2)、采用用于高效快速扩增cDNA3’末端的锚定引物扩增目的基因的3'末端的cDNA片段,得到3'末端的RACE产物;(3)、从步骤(1)和步骤(2)中获得的2个有相互重叠序列的3'及5'末端的RACE产物中获得全长cDNA,或通过分析RACE产物的3'和5'端序列,合成相应引物扩增出全长cDNA。
8.如权利要求7所述的一种高效快速扩增cDNA的方法,其特征在于,所述步骤(1)中得到5'末端的RACE产物的方法为:以用于高效快速扩增cDNA 5’末端的锚定引物作为上游引物,目的基因特异引物R-Primer作为下游引物,以合成的第一链cDNA为模板,进行PCR循环,把目的基因5'末端的cDNA片段扩增出来,得到5'末端的RACE产物;所述步骤(2)中得到3'末端的RACE产物的方法为:以目的基因特异引物F-Primer作为上游引物,用于高效快速扩增cDNA 3’末端的锚定引物作为下游引物,以合成的第一链cDNA为模板,进行PCR循环,把目的基因3'末端的cDNA片段扩增出来,得到3'末端的RACE产物。
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