数字PCR技术的发展和应用

数字PCR(digital PCR,dPCR)技术作为一种全新的核酸检测方法,通过把反应体系均分到大量反应单元中独立地进行PCR,并根据泊松分布和阳性比例来计算核酸数量。目前dPCR主要分为微滴式和芯片式两种。与传统PCR技术相比,dPCR具有高灵敏度、高精确度、高耐受性和绝对定量的优点。因此,dPCR技术在近年来得到了迅速的发展,广泛地应用于稀有突变检测、拷贝数变异分析和复杂样本基因表达检测等方面。

转基因玉米MON89034、MON810、MIR162双重数字PCR定量方法的建立

针对进出口贸易中涉及较多的转基因玉米MON89034、MON810、MIR162品系,研究一套双重数字PCR(dPCR)定量检测方法,包括引物探针的序列设计和浓度,DNA模板浓度,PCR反应过程的时间、温度等。该方法的定量限为0.1%,转基因定量检测范围覆盖0.1%~100%,线性系数为0.999,精密度优于10%。该检测方法中,每个微反应体系都含有两套引物探针,分别用FAM和VIC荧光通道进行检测,能实现内外源基因的同时检测,避免同一样品因取样不一致造成的定量差异。该方法可以同时应用到市面上最常用微滴dPCR平台和3D芯片dPCR平台,且两种方法定量结果一致性好。

转基因玉米MON863质粒DNA双重数字PCR定值方法的建立

针对转基因玉米MON863质粒DNA,研究建立一套双重数字PCR(ddPCR)定值方法。优化引物探针浓度,退火温度等条件,考察方法特异性、线性范围、精密度。结果表明,外源基因MON863在1.6~6743.3 copies和内源基因Adh在1.1~6770.0 copies的浓度范围均呈线性关系,r^2为1;MON863基因和Adh基因的定量限分别为8.3 copies和7.9 copies;方法精密度小于5%。采用该方法对基体标准物质进行验证,误差小于10%。该方法每个反应体系都含有内源(VIC)和外源(FAM)基因,能实现内外源基因的同时检测,避免同一样品在不同反应体系造成的定值差异。结果显示该方法与单重数字PCR定值结果无显著差异,重复性优于单重数字PCR结果,方法准确可靠。

PCV2和PCV3双重纳米PCR方法的建立及初步应用

本研究旨在建立一种同时检测猪圆环病毒2型(PCV2)和猪圆环病毒3型(PCV3)的双重纳米PCR(nanodPCR)方法,同时应用该方法对PCV2和PCV3进行检测。参考GenBank中登录的PCV2和PCV3型基因序列分别设计特异性引物,对nano-dPCR的反应条件进行优化;同时考察所建立的nano-dPCR检测方法的特异性和敏感性。结果显示,所建方法的特异性和敏感性良好,对PCV2和PCV3两种病毒的最低核酸检测量分别为93.2和91.6拷贝/μL,其敏感性比普通PCR高100倍。应用该方法对送检的265份临床样本进行检测,结果显示,PCV2和PCV3在猪群中存在普遍感染,PCV3和PCV2的阳性率分别为16.6%和14.7%,混合感染阳性率为6.8%。临床样品的检测结果表明,本试验建立的nano-dPCR方法为PCV2和PCV3早期感染进行快速、敏感鉴别诊断提供了新方法。

马疱疹病毒1型QuantStudio^TM 3D数字PCR检测方法的建立

试验旨在建立一种高灵敏性的马疱疹病毒1(EHV-1)3D数字PCR(3D-dPCR)检测方法,对EHV-1病毒含量较低的样品能准确定量检出,实现马鼻肺炎早期诊断及预防。根据EHV-1糖蛋白B基因保守区域设计特异性引物和探针,优化3D-dPCR反应体系中引物探针浓度和退火温度,对该方法进行灵敏性、特异性、重复性分析,建立了EHV-1的3D-dPCR方法。本研究建立的3D-dPCR方法,引物和探针最佳浓度分别为0.4和0.4μmol/L,最佳退火温度为60℃,该方法绝对定量曲线的R2=0.998,线性关系良好,与实时荧光定量PCR方法相比灵敏度高10倍左右,最低检出限为5.83拷贝/μL;批内和批间重复性试验变异系数均<3.2%;与EHV-4、马泰勒虫、马病毒性动脉炎的核酸无交叉反应;通过对123份临床样品进行3D-dPCR检测,结果显示,3D-dPCR方法阳性检出率为66.7%,高于世界动物卫生组织(OIE)中EHV-1的实时荧光定量PCR方法阳性检出率64.2%。3D-dPCR方法对病毒含量较高的样品与实时荧光定量PCR结果一致,对病毒含量较低的样品敏感性更高,能有效检出可疑样品。本试验结果表明,建立的3D-dPCR方法检测低拷贝数的临床样品时灵敏度高、特异性强、重复性好,可用于EHV-1的准确定量检测。

转基因玉米MON87427/zSSIIb二重微滴数字PCR方法建立及应用

实施转基因产品定量标识制度需要建立准确可靠的定量检测技术和方法。数字PCR(dPCR)不依赖标准物质,实现对DNA分子的绝对定量,已成功用于转基因含量检测和标准物质定值。为建立可靠的dPCR方法,获得准确测量结果,本研究以耐除草剂玉米MON87427为材料,探索建立二重微滴数字PCR(ddPCR)的策略。以构建的聚合MON87427转化体和5个玉米内标基因的重组质粒pUC57-M为质控样品,将5个不同的玉米内标基因分别与MON87427组合,通过优化退火温度,根据阳性微滴与阴性微滴分辨率、中等信号强度雨滴数量及测量值与理论值的一致性等,确定了二重ddPCR组合为MON87427/zSSIIb,最适退火温度为58.4℃。MON87427/zSSIIb二重ddPCR的动力学范围为10~60000拷贝。对盲样进行定量检测,二重ddPCR的定量结果与荧光定量PCR有良好的可比性,表明MON87427/zSSIIb二重ddPCR可取代qPCR方法进行转基因玉米MON87427的定量检测及标准物质定值。

数字PCR及其在现代医学分子诊断中的应用

数字PCR(digital PCR,d PCR)技术被认为是精确定量核酸分子的全新技术手段,因为具有较高的灵敏度和特异性等特点而得到迅速发展。数字PCR在临床上的多个领域展现出良好的应用前景,比如肿瘤液体活检、器官移植物损伤评估、无创产前筛查、病原微生物分子诊断以及二代测序文库质控和结果验证等。本文就数字PCR在上述领域中的应用研究及其进展进行综述。

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,dd PCR)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。

转基因玉米NK603转化体/zSSIIb内标基因二重微滴数字PCR方法的建立及应用

【目的】批准进口的转基因玉米NK603是中国转基因生物安全监管的主要对象。转基因安全监管需要标准物质和标准检测方法,建立转基因玉米NK603的数字PCR(dPCR)方法将为转基因玉米NK603的定量检测和标准物质研制提供精准测量技术。【方法】采用人工合成技术构建标准质粒分子pUC57-NK603;将NK603转化体与不同的玉米内标基因引物/探针一一组合,遴选与NK603转化体特异性PCR具有相同扩增能力的玉米内标基因PCR方法;设置二重微滴数字PCR(ddPCR)的退火温度梯度和引物/探针浓度梯度,优化二重ddPCR的反应体系和反应条件;用梯度稀释的标准质粒溶液作模板,考察二重ddPCR的检测极限、定量极限和动力学范围;将转基因玉米NK603种子粉末和非转基因玉米种子粉末混合,配制质量分数分别为100%、10%和6%的盲样,考察二重ddPCR的定量准确性。【结果】用标准质粒分子pUC57-NK603作为二重ddPCR的质控对照,通过考察二重ddPCR反应热图的微滴信号强度、阳性微滴与阴性微滴分辨率、雨滴数量、NK603转化体与内标基因拷贝数比值测量值与预期值的一致性,确定将NK603转化体特异性PCR方法与内标基因zSSIIb PCR方法组合,建立NK603/zSSIIb二重ddPCR方法。二重ddPCR反应体系中NK603转化体和zSSIIb内标基因的引物/探针浓度相同,均为400 nmol·L^(-1)/200 nmol·L^(-1),在60℃退火延伸。NK603/zSSIIb二重ddPCR的检测极限是2 copies DNA模板,定量极限是48 copies DNA模板,动力学范围是10—60000 copies DNA。应用NK603/zSSIIb二重ddPCR方法可准确定量玉米盲样中的NK603转化体含量,定值结果变异系数小于25%;dPCR定量结果与荧光定量PCR(qPCR)定量结果无显著差异,且具有更高的精确性。【结论】内标基因的选择会影响dPCR定量结果的准确性,在建立dPCR方法的过程中,要用具有准确量值的样品作为质控对照,评估内标准基因的适用性。以人工合成的标准质粒分子pUC57-NK603为质控对照,建立了NK603/zSSIIb二重ddPCR方法。应用建立的二重ddPCR定值方法进行标准物质的研制和定值,已成功研制出转基因玉米NK603有证标准物质。

数字PCR在食品安全检测中的应用研究进展

聚合酶链反应(PCR)在动植物源掺杂鉴别、转基因成分和致病微生物等食品安全检测领域成为日趋重要的检测技术。从传统PCR、荧光PCR到数字PCR,PCR技术逐渐从定性分析、半定量分析发展到准确定量,不仅提升了准确度和检测效率,同时也扩展了食品检测范围,使食品安全的监管更加精细化。该文总结了近5年来数字PCR在食品安全检测中的研究进展,比较了传统PCR、荧光定量PCR和数字PCR的相关标准制订情况,列举、讨论了数字PCR在不同食品安全领域检测中的技术进展和存在的问题,并对数字PCR未来发展方向进行了展望。

聚二甲基硅氧烷球形微腔阵列的数字PCR芯片

数字聚合酶链式反应(d PCR)技术是一种核酸绝对定量技术,但现有d PCR平台因其昂贵的设备或复杂的操作限制了其实际应用。利用气体膨胀浇注成型技术,结合集成微腔阵列的模具,设计、制作了一种成本低廉、简单可靠的d PCR微流控芯片。独特的球形微腔为液滴存储提供了更稳定的几何形式,保证了样品数字离散化的可靠性和稳定性。同时,芯片还利用预脱气的聚二甲基硅氧烷(PDMS)实现自动进样和样品离散化,大大降低了对复杂昂贵设备的依赖,且提供了更高集成度。利用芯片进行了EGFR基因第19号外显子数字PCR定量检测,验证了该芯片的实用性。

多重微滴式数字PCR定量检测市售核桃乳中核桃、大豆源性成分

目的:为市售核桃乳中核桃源及主要掺杂物种大豆两种源性成分建立准确、快速定量检测方法。方法:从植物组织(核桃、大豆)或是植物蛋白饮料(核桃乳饮料)提取核酸后,主要采用多重微滴式数字聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)技术,测算单位质量核桃和大豆的目的基因拷贝数比值,建立基因拷贝数与质量之间的关系,进而利用该比例关系换算出植物蛋白饮料中核桃和大豆的投料量,以实现对植物蛋白饮料中植物源性成分的定量检测。结果:基于多重微滴式数字PCR定量检测市售产品中大豆和核桃源性组分的方法,引物探针特异性好,目标物种间无交叉反应;灵敏度高,核桃中掺杂大豆的质量检测限为0.5%,相对误差为5.6%。将单一源性5种不同质量下靶基因拷贝数之比与5种不同比例混合源性靶基因拷贝数之比通过重复3次检测,综合比较并拟合后得到单位质量下拷贝数(C_(大豆)/C_(核桃)=1.771 1)的换算比例值。在从商品超市中抽取的11份不同品牌的核桃乳中(仅含核桃一种植物源成分),多重微滴式数字PCR方法检测显示:11份样品均检出核桃源性成分,6份样品检出大豆源性成分,其中4份样品中大豆与核桃质量之比高于10%,判断存在掺杂使假;2份样品大豆与核桃质量之比低于0.2%,极低的检出量推断为工艺沾染。结论:采用多重微滴式数字PCR准确、快速的定量方法可作为鉴别核桃乳中掺杂使假问题的有效手段。

荧光PCR扩增相关技术

利用荧光PCR(FPCR)技术扩增DNA是现代生物学研究的重要内容。本文以FPCR的发明为起始,以其主要的发展历程为主线,介绍和阐述了实时定量式PCR(QPCR,包括染料法、水解探针法及其衍生种类、划分为分子信标和阴阳探针等类型的杂交探针法、染料熔解曲线法和探针熔解曲线法)与数字式PCR(DPCR,主要是芯片式DPCR,cdPCR和微液滴DPCR,ddPCR)这2代阶段性方法的原理、要点、设计技巧及实际运用等,总结其主要应用领域与局限性,对比不同类型各自的特点,并对未来的发展进行展望。

实时定量PCR发展概述

实时定量聚合酶链反应(real-time quantitative polymerase chain reaction,简称qPCR)是一种通过荧光信号对PCR进程进行实时监测,并对未知模板进行定量分析的一种核酸定量技术,该技术在临床诊断和生命科学等多领域发挥着重要的作用。现就生物制品领域有着重要应用价值的中介探针聚合酶链反应(mediator probe polymerase chain reaction,MP PCR)和数字聚合酶链反应(digital polymerase chain reaction,dPCR)新技术加以介绍,同时也对qPCR技术中的关键因素(如参考基因选择和核酸质量评价)以及qPCR最低限度标准(minimum information for the publication of real-time quantitative PCR,MIQE)指南作一概述。

数字PCR技术的发展及其在食品源性成分鉴定中的应用

随着全球食品工业的蓬勃发展,食品掺假及造假现象日趋严重,因此对相关检测技术的开发及应用需求日益迫切。数字PCR(d PCR)是近年发展起来的一种对核酸进行精确定量的全新方法,不仅能对食品源性成分进行精准定性,更重要的是可对不同来源的掺假成分进行定量分析,因此,相对于目前源性成分鉴定中广泛应用的实时荧光PCR(q PCR),它的应用前景更为广阔。本文阐述了d PCR的发展历程、特点和原理,并对d PCR发展中遇到的问题进行探讨。在此基础上就d PCR技术在食品源性成分鉴定中的原理和应用进行了综述,并就该技术在此领域的应用前景进行了展望。

一种基于反相微乳液的数字PCR微滴的制备方法

目的提出一种新型的微滴生成方式——油包水(W/O)包裹技术,为数字PCR实验过程中微滴的制备提供一种更便捷的方式。方法通过配制一定比例的特定油相以及包含模板DNA等反应物的特定水相,在不同条件下形成W/O微滴,并进行PCR反应。结果所形成的微滴粒径大小均匀,并且在进行PCR反应过程中热力学性能保持不变,微滴不会因温度升降而破裂,适合于数字PCR中微滴的制备。结论生成的微滴可以有效地使模板DNA进行扩增反应。

基于双重数字PCR检测副溶血弧菌和鼠伤寒沙门氏菌

本研究利用非特异性核酸染料Eva Green,建立检测副溶血弧菌Tlh基因和鼠伤寒沙门氏菌InvA基因的双重数字PCR方法,并分析该检测方法的特异性、灵敏度及重复性。结果显示,所建立的方法对副溶血弧菌和鼠伤寒沙门氏菌的检测具有较高的特异性和灵敏度,检测DNA最低浓度为10 fg·μL^(-1),tlh最低检测限为16.8 copies/20μL,invA最低检测限为8.6 copies/20μL,该方法特异性强、灵敏度高且重复性好,可用于食品中副溶血弧菌和鼠伤寒沙门氏菌的检测。

同时检测H5和N8亚型AIV双重纳米PCR方法的建立和应用

建立了一种同时检测H5亚型和N8亚型禽流感病毒(AIV)的双重纳米PCR(nano-dPCR)方法,运用该方法可以同时检测出H5亚型和N8亚型AIV。登录GenBank下载H5亚型AIV HA和N8亚型AIV NA基因的序列进行比对分析,依据分析结果进行特异性引物的设计。经过多次验证实验,筛选出最佳的两对引物组合进行nano-dPCR反应体系的建立并优化反应条件,同时进行特异性实验、敏感性实验和临床样品检测验证。实验结果表明:该方法特异性良好,其他不同禽流感亚型及禽病病原体均未扩增出任何特异性条带,H5亚型AIV和N8亚型AIV的最低核酸检测量均达到了5×102拷贝/μL,其敏感性是普通PCR检测方法的100倍,可以用于临床样品检测。所建立的nano-dPCR检测方法可以同时对H5亚型和N8亚型AIV进行检测,具有很好的特异性和敏感性,为H5亚型和N8亚型AIV防控提供了新的技术支撑。

转基因玉米MON87427梯度含量基体标准物质的研制

【目的】转基因检测标准物质是转基因生物安全监管、标识制度实施的物质基础,是实验室内检测数据溯源、实验室间检测数据可比的保证。中国于2017年批准进口转基因玉米MON87427用作加工原料,其安全监管和检测急需研制有证标准物质。【方法】以开发商提供的转基因玉米MON87427杂合种子和非转基因受体种子为原材料,对转基因玉米MON87427和其受体种子分别清洗、干燥、冷冻研磨、粒径及含水量检测,按质量分数(以干基计)称量配制得到质量分数分别为60.0、99.5和1000.0 mg·g^(-1)的转基因玉米MON87427基体标准物质MON87427a、MON87427b和MON87427c。运用实时荧光定量PCR进行粉末的均匀性初检,初检合格后分装。用MON87427/zSSIIb二重微滴数字PCR(ddPCR)方法进行标准物质均匀性、稳定性评估和8家实验室联合定值。根据《标准物质定值的通用原则及统计学原理》(JJF 1343)进行标准物质均匀性评估、稳定性评估、联合定值数据的处理及不确定度评定。【结果】本批标准物质有MON87427a、MON87427b、MON87427c 3个浓度,粒径小于200μm的粉末大于80%,含水量低于5%。用棕色玻璃瓶分装,不低于1.0 g/瓶,充氮后轧盖,3个浓度的标准物质各分装400瓶。3种标准物质均匀性检验的F值均小于临界值F0.05(14,30)(2.04),在瓶内和瓶间具有良好的均匀性,使用时,最小取样量为100 mg。标准物质在25℃、37℃和60℃条件下可稳定储存14 d,表明在常温下运输14 d标准物质特性量值不发生趋势性变化;在4℃和-20℃条件下长期稳定性达到12个月;开盖取样5次,标准物质特性量值未发生显著偏离。8家实验室联合测定的标准物质拷贝数比值无异常值、呈正态分布、且等精度,标准物质MON87427a、MON87427b、MON87427c的标准值及扩展不确定度分别为(2.92±0.44)%、(4.89±0.57)%、(52.1±3.4)%。【结论】研制的转基因玉米MON87427梯度含量基体标准物质均匀性良好,可稳定运输和储存,满足转基因玉米MON87427定性、定量检测需求,为转基因玉米MON87427的安全监管、定量标识制度的实施提供了可靠的有证标准物质。

玉米MON863质粒DNA标准物质的研制

转基因成分检测是转基因生物安全应用和管理的重要技术支撑,转基因标准物质种类的不足可影响转基因生物检测方法的建立和标准化。选取玉米MON863中外源基因MON863与内标基因Adh1构建质粒标准物质,通过测序验证,以双重数字PCR技术对获得的质粒DNA进行均匀性及不同温度下(-20、4、25、37℃)短期(14 d)和-20℃长期(6个月)稳定性检验,联合8家实验室进行定值分析。结果显示,玉米MON863质粒DNA标准物质具备良好的均匀性,可以在-20℃稳定存放6个月;外源与内标基因的拷贝数比值为1.01,扩展不确定度为0.04;拷贝数为5.78×10^(10) copies/μL,扩展不确定度为0.29×10^(10) copies/μL。获得的标准物质适用于玉米MON863的方法学建立、定性定量检测和实验室质控等应用。