基于双链特异性核酸酶水解信号放大检测miRNA的方法学进展

微小RNA(miRNA)作为肿瘤等多种疾病相关的一类核酸标志物,在疾病早期或预后阶段水平极低,需要提高miRNA检测灵敏度。双链特异性核酸酶(DSN)是近年来新发现的一种特异性水解DNA-RNA杂交链中DNA、而对单链RNA不产生作用的核酸酶;利用其酶切特性可导致miRNA循环再利用,从而实现miRNA检测信号放大。目前基于DSN酶切放大效应检测miRNA为一项热点研究,其与等温扩增及纳米材料相结合,主要在DSN介导的比色传感器、荧光传感器、电化学及电化学发光传感器等方面发展出许多miRNA检测新方法,为医学检验工作者提供了极具前景的miRNA技术工具。巧妙设计DNA探针、克服DSN部分局限性、增加新型纳米材料等则是基于DSN酶切放大效应检测miRNA新方法的未来研究发展方向。

半番鸭羽色相关基因均一化差减文库的构建和鉴定

【目的】分离半番鸭羽色相关基因,探索半番鸭羽色基因表达调控的分子机制。【方法】以半番鸭白羽皮肤和黑羽皮肤分别作为试验组(tester)和驱动组(driver),利用双链特异性核酸酶(duplexspecificnuclease,DSN)介导的均一化消减杂交方法,构建半番鸭羽色相关基因消减cDNA文库,同时采用实时荧光定量PCR方法对文库质量进行验证。【结果】①从文库中随机选取144个阳性克隆进行测序分析,最终共获得64条有效序列,平均长度为1 031 bp;经BLAST比对发现,21条具有同源序列,且同源性平均为92.8%;43条未找到匹配序列,推测可能为羽色相关新基因;②Geneontology功能分析表明,已知基因参与信号转导、细胞结构、物质转运、细胞凋亡、细胞与机体防御、转录与表达调控等诸多生物学过程,并且与色素形成和转运存在不同程度的相关性。【结论】经实时荧光定量PCR鉴定后,所建文库质量良好,能够有效地富集白羽皮肤特异表达基因。

抑制性消减杂交技术的应用

基因的差异表达是调控各种生命活动的核心分子机制,而分离、克隆并进一步研究差异表达基因已成为现代分子生物学研究的热点,也是功能基因组学研究的重要内容。在研究差异表达基因的诸多项技术中,抑制性消减杂交(SSH)技术具有特异性强、假阳性率低、灵敏度高和快速简便等优点,被广泛地应用于生命科学和医学领域的基因差异表达的研究中。近年来,抑制性消减杂交(SSH)技术得到了相应的改进和完善,而在许多研究领域,该技术在广度和深度上都有了一些新进展。主要就抑制性消减杂交技术的产生背景、原理、技术流程、特点及其最新应用研究进展等方面作简要综述。

细菌性条斑病菌JH01诱导水稻抗病均一化差减文库的构建

[目的]构建细菌性条班病菌诱导下的水稻抗病均一化差减eDNA文库，对获得的差异表达ESTs进行生物信息学及抗病相关基因的表达分析。[方法]以水稻IR26（Tester）和两优培九（Driver）幼苗5～6叶期叶片为材料，采用双链特异性核酸酶（DSN）介导的均一化消减杂交技术，构建细菌性条斑病菌JH01诱导的水稻抗病相关基因差减eDNA文库，以pLB-F和pLB-R为引物，通过菌液PCR扩增对差减文库的质量进行检测。【结果】eDNA文库的插入片段分布在0．5～2．0kb，平均大小约为1．0kb．重组率达95％。序列测定分析发现，随机挑取的504个克隆中有98条差异表达基因；经BLAST比对和GO注释发现，59条序列具有同源基因，分别参与信号转导、能量代谢、过敏性坏死反应、防卫反应等；另外39条序列无相似基因，有待进一步研究。通过实时荧光定量PCR发现，从该文库中分离得到的OsNDPK4参与细菌性条斑病菌JH01诱导的水稻防卫反应。[结论]水稻受细菌性条斑病菌侵染的eDNA文库质量较好，为研究条斑病菌致病性因子与水稻互作机制奠定基础.

基于酶辅助循环放大和银纳米簇技术构建荧光传感器用于MicroRNA的检测

基于双链特异性核酸酶(Duplex-specific nuclease,DSN)选择性切割DNA单链和DNA保护的银纳米簇的特性,建立了一种新型的荧光传感器用于MicroRNA(MiR-21)的高灵敏检测。当MiR-21存在时,与Cp杂交形成DNA/RNA双链结构,此时在DSN的水解下,释放出探针DNA部分片段和完整的MiR-21。释放出来的MiR-21可再次发生与Cp杂交、DSN酶切等反应,如此反复,可实现一条MiR-21分子与多条探针杂交、酶切的循环过程。经磁分离,上清液中的探针DNA部分片段与Ag+结合并在硼氢化钠(Na BH4)的还原下产生银簇,检测到较强的荧光信号。相反,当MiR-21不存在时,DSN对单链探针无酶切作用,不能水解Cp,经磁分离,上清液中检测不到荧光信号。在最佳条件下,该传感器检测MiR-21的线性范围为50 fmol/L^10 pmol/L,检测限达6 fmol/L,而且具有较好的选择性,有望用于临床实际样本中微量MiR-21的检测。

关于双链特异性核酸酶介导的生物传感器研究进展

双链特异性核酸酶(DSN酶)是一种能高效识别并酶切完全互补配对的DNA双链或者DNA/RNA杂交双链中的DNA链,而对单链DNA和单/双链RNA几乎没有作用的核酸酶,所以DSN酶在生物和医学等领域有着广泛的应用。目前,基于DSN酶对单双链核酸不同的切割特点,搭载不同的信号输出及扩增方式,已经建立了一系列生物传感技术,如比色法、荧光法及电化学法等。实现了miRNAs、mRNA及重金属离子等一系列生物标志物及食品安全风险因子的检测。另外,DSN酶与新兴纳米材料搭载的纳米传感器也在RNA等物质传感中显示出了极大的分析优势。首先从结构、性质和切割方式3个方面介绍了DSN酶,并对近年来基于DSN酶介导的、具有代表性的生物传感器的组建及应用情况进行了综述,主要是根据不同的信号输出方法对DSN酶介导的核酸传感器进行归类综述,包括光学传感器、电化学传感器和光磁传感器等。具体综述内容包括,详细地阐述了各种传感器的传感原理,综合比较了各传感器的检测范围及检测灵敏度等,同时还归纳了目前DSN酶介导的生物传感器能够检测的靶物质类型,有助于人们以后对DSN酶更深层次的使用。最后,对DSN酶介导的生物传感器目前存在的不足及今后的发展趋势进行了展望,旨在指导人们在未来使用DSN酶介导的生物传感器中能避免相关问题,研发出更快捷、更方便、灵敏度更高的生物传感器。

DSN结合CHA用于miRNA的可视化检测

为了研究灵敏特异、方便快捷的新型microRNA(miRNA)检测技术,试验采用双链特异性核酸酶(DSN)结合CHA(catalyzed hairpin assembly)恒温核酸扩增技术产生的双重信号放大方法,以试纸条作为信号输出方式用于miRNA的检测,将含有miRNA识别部分和CHA启动序列的复合探针与靶标miRNA结合后,DSN循环反应酶切释放CHA的启动序列T-trigger并引发CHA反应,最终产物可在试纸条检测线上留下红线。结果表明:本体系最低检测限可达到7.66 pmol/L,灵敏性好,且除靶标miRNA-21外,其余非特异性靶标均不能使试纸条留下红线,即使单碱基也能够被很好地区分,特异性强。说明本研究成功建立了等温、灵敏、特异的miRNA检测新方法,可用于miRNA的便携分析。

基于磁珠和双链特异性核酸酶辅助目标循环技术构建荧光传感器用于MicroRNA的检测

基于磁珠（MBs）的分离富集和双链特异性核酸酶（DSN）选择性切割DNA单链的特性,建立了信号增强型荧光生物传感器用于microRNA-21（miR-21）的检测。荧光素（FAM）修饰的捕获探针（Cps）,通过亲和素-生物素的特异识别作用固定在磁珠表面。当miR-21存在时,Cps与其杂交形成DNA/RNA双螺旋结构,DSN能特异性水解杂合双链中的DNA,同时释放出荧光标记片段和完整的miR-21。被释放出来的miR-21与另一Cp再次杂交并被DSN酶切,如此循环,从而实现恒温条件下一个miR-21与多个Cp杂交、酶切,释放出大量的荧光标记片段的循环过程,最终使体系的荧光强度明显变大。相反,当miRNA-21不存在时,Cps无法形成双螺旋结构,DSN对单链DNA无酶切作用,不能水解Cps,经磁分离,上清液没有荧光标记片段,所以检测不到荧光信号。最佳条件下,miR-21浓度在100~5×104fmol/L范围内,荧光强度与其浓度呈良好的线性关系,检测限达80 fmol/L。该传感器可以识别单碱基错配序列,有望为肿瘤早期诊断提供新思路。

双链特异性核酸酶的生物学和医学应用

双链特异性核酸酶DSN是一种能高选择性地识别并酶切完全匹配的DNA双链或者DNA-RNA杂交双链中的DNA,而对单链DNA和RNA几乎没有作用的核酸酶。DSN酶的上述特点使其在生物和医学等领域广泛应用,主要包括全长c DNA文库的均一化、单核苷酸多态性(SNP)检测和高通量测序等。近年来,DSN酶在microRNAs(miRNAs)的检测领域得以长足发展和应用。miRNAs是一组内源性、非编码短序列RNAs,在生理和病理过程中具有重要作用,但由于其序列短、丰度低等特点,miRNAs的检测一直是临床难题。新近研究主要基于DSN酶信号放大的特点,相继建立了一系列生物传感技术,通过采用不同检测原理如比色法、荧光法、电化学法等实现痕量miRNAs检测。本文就DSN酶在miRNAs检测、SNP检测、全长cDNA文库均一化及高通量测序等方面的生物学应用进行了综述。

基于双链特异性核酸酶触发滚环扩增的microRNA-21太赫兹超材料传感方法的构建

目的:构建一种太赫兹(THz)超材料传感方法用于microRNA-21(miRNA-21)的信号放大检测。方法:首先构建THz超材料传感方法,并用聚丙烯酰胺凝胶电泳及zeta电位验证方法的可行性;对传感器检测条件进行优化之后,对不同浓度的miRNA-21以及其他不同的miRNAs进行检测,并与其他microRNA检测方法进行比较;最后,对该传感器的回收率进行了评价。结果:在最优实验条件下,通过双链特异性核酸酶(DSN)循环识别与滚环扩增(RCA)的双重信号放大策略,该THz超材料传感器对靶标miRNA-21的响应范围为10 fmol/L至10 nmol/L,检测限为8.49 fmol/L。并且该传感器具有较好的特异性,具备了从多种miRNAs中识别靶标miRNA-21的能力,并且在商业化人血清样本中的回收率可达94.33%到115.33%。结论:该THz传感器可以实现靶标miRNA-21的高灵敏、高特异性检测,具备了在miRNA相关疾病无标记诊断与早期预警的潜力。