一步獲取基因定點(diǎn)修飾技術(shù)測(cè)序樣品雙峰中突變序列方法的建立

賴(lài)婭娜，周 洲

(1.南京醫(yī)科大學(xué)，江蘇南京 211166；2.南京師范大學(xué)，江蘇南京 210023)

一步獲取基因定點(diǎn)修飾技術(shù)測(cè)序樣品雙峰中突變序列方法的建立

賴(lài)婭娜1，周 洲2*

(1.南京醫(yī)科大學(xué)，江蘇南京 211166；2.南京師范大學(xué)，江蘇南京 210023)

介紹了一種經(jīng)濟(jì)高效獲取突變序列的方法。該方法克服了傳統(tǒng)的基因定點(diǎn)突變樣品雙峰測(cè)序峰圖分析工作量大、操作繁瑣、結(jié)果判定周期長(zhǎng)等問(wèn)題，通過(guò)與野生型序列的對(duì)比分析，判定突變類(lèi)型，直接獲取突變型基因序列，從而為基因定點(diǎn)突變技術(shù)中快速篩選、確定陽(yáng)性樣品及其研究奠定理論基礎(chǔ)。

序列分析；基因定點(diǎn)修飾技術(shù)；突變序列

近年來(lái)，隨著DNA剪輯技術(shù)的快速發(fā)展，ZFN、TALENs、Crispr/Cas9等技術(shù)在越來(lái)越多的實(shí)驗(yàn)室得到運(yùn)用和開(kāi)展[1-5]。鑒別獲取的突變樣品表型是否有意義，首先要在目標(biāo)基因靶點(diǎn)兩端設(shè)計(jì)引物，進(jìn)行PCR擴(kuò)增并純化，然后用PCR引物或新合成的引物對(duì)純化后的樣品進(jìn)行測(cè)序，若結(jié)果顯示目標(biāo)靶點(diǎn)附近出現(xiàn)套峰，則判定為DNA剪輯技術(shù)作用過(guò)的樣本。若要進(jìn)一步明確具體的模板堿基改變是否有意義(移碼或提前終止)，可通過(guò)擴(kuò)增獲取測(cè)序套峰樣品的目標(biāo)基因片段PCR產(chǎn)物，將其克隆到質(zhì)粒(如T載體)，篩選陽(yáng)性單克隆測(cè)序或?qū)CR產(chǎn)物進(jìn)行PAGE膠純化(片段大小差別大，至少瓊脂糖充分電泳后能夠?qū)崿F(xiàn)切膠純化)后再進(jìn)行測(cè)序。

克隆測(cè)序存在操作繁瑣、工作量大、周期長(zhǎng)以及費(fèi)用高等問(wèn)題；而切膠純化在實(shí)際操作時(shí)又存在很多困難，其原因在于基因剪輯技術(shù)得到的新基因型在序列缺失/增加堿基數(shù)量與野生型相差不大，因此切膠純化僅針對(duì)一部分大片段剪輯缺失的樣本進(jìn)行操作。筆者通過(guò)總結(jié)近年來(lái)實(shí)際操作的經(jīng)驗(yàn)，介紹一種快速、經(jīng)濟(jì)、便捷的方法。該方法通過(guò)直接對(duì)樣品PCR產(chǎn)物測(cè)序雙峰進(jìn)行分析，無(wú)需其他試驗(yàn)操作，一步即能實(shí)現(xiàn)突變基因型序列的獲取。

1 一步法從雙峰圖中獲得突變序列的原理和步驟

樣品在特定位點(diǎn)出現(xiàn)突變，當(dāng)檢測(cè)到測(cè)序位點(diǎn)時(shí)，由于該位點(diǎn)除野生型對(duì)應(yīng)的堿基組成外還有與野生型不同突變型堿基組成。因此在該位點(diǎn)表現(xiàn)出2種或2種以上不同堿基組成對(duì)應(yīng)的雙峰或重疊峰。如果樣品中僅有堿基替換引起的突變，測(cè)序峰圖在突變位點(diǎn)除野生型在該位點(diǎn)為重疊峰，突變點(diǎn)上下游序列均與野生型一致的單一測(cè)序峰型；當(dāng)樣品中存在序列缺失/增加時(shí)，樣品峰圖在該位點(diǎn)前表現(xiàn)為單一測(cè)序峰型，該位點(diǎn)后由于突變?cè)斐烧魏罄m(xù)序列的移碼，因其與野生型堿基序列不同造成靶位點(diǎn)后均為雙峰峰型。因此，操作者要得到突變序列，讀取峰圖時(shí)首先要辨別特定位點(diǎn)與野生型不同的堿基類(lèi)型，當(dāng)單峰因位點(diǎn)與野生型該位點(diǎn)的堿基類(lèi)型相同即可直接記錄，讀到雙峰時(shí)記錄與野生型不同的堿基型，如此反復(fù)逐一記錄即可獲取靶位點(diǎn)后的完整突變堿基序列。

盡管通過(guò)上述原理的分析，可以采用機(jī)械的方法，獲得僅存在一種堿基改變情況下的樣品突變型序列。但實(shí)際工作中，序列獲取在操作過(guò)程中有一定的技巧。通過(guò)突變類(lèi)型的判斷，根據(jù)堿基突變的類(lèi)型(堿基替換、堿基的增加以及堿基的缺失)，可以利用簡(jiǎn)單的方法，更快地獲得所需要的突變序列。

2 實(shí)例分析

2.1 相同數(shù)量堿基替換引起的突變 基因定點(diǎn)編輯技術(shù)引起堿基改變后的序列與野生型對(duì)應(yīng)序列的堿基數(shù)量相同，可視為個(gè)別堿基替換引起的突變。此類(lèi)突變測(cè)序峰圖的特征：測(cè)序序列的長(zhǎng)度不變，峰圖上下游因序列重合表現(xiàn)為大片段的單一峰，中間序列由于出現(xiàn)與野生型相同數(shù)量的堿基改變，而表現(xiàn)出短片段(通常幾個(gè)堿基)雙峰。表現(xiàn)形式為長(zhǎng)片段單峰-短片段雙峰-長(zhǎng)片段單峰。

堿基替換引起突變的典型測(cè)序峰見(jiàn)圖1，圖1a為突變位點(diǎn)前的部分單一峰，圖1b為突變位點(diǎn)為雙峰的一段峰圖，圖1c為突變位點(diǎn)后測(cè)序序列末梢的一段單一峰。對(duì)突變序列圖1a、1c的序列可直接讀取，圖1b野生型的序列為AAAAGTTACTT，突變的序列排除野生型的峰型，雙峰位點(diǎn)處野生型的堿基序列為AG，記錄與之不同的堿基GT，將GT替換掉野生型該位點(diǎn)的AG，最后此段突變型的序列為AAAGTTTACTT。

圖1 堿基替換引起突變的典型測(cè)序峰Fig.1 The typical peak of the mutation induced by base substitution

2.2 樣品中個(gè)別堿基缺失引起的突變 在堿基缺失的情況下，由于突變序列比野生型序列短。因此，操作者在判斷突變類(lèi)型時(shí)，發(fā)現(xiàn)整段序列與野生型序列等長(zhǎng)，即測(cè)序序列終止的位點(diǎn)與野生型序列應(yīng)終止的位點(diǎn)一致，峰圖上游是一段單峰序列，雙峰的序列較長(zhǎng)，從突變起始位置延續(xù)至測(cè)序峰圖尾端(圖2a、2b)，序列末端雙峰結(jié)束后有一段單一序列。具體表現(xiàn)為長(zhǎng)片段單峰-長(zhǎng)片段雙峰-短片段單峰(測(cè)序峰圖結(jié)束位點(diǎn)與野生型序列等長(zhǎng))。

通過(guò)比較圖2b、2d，即野生型與突變型峰末端的序列，突變型序列結(jié)束的位點(diǎn)在478 bp處，相比野生型482 bp的長(zhǎng)度少4 bp，該突變類(lèi)型可判斷為堿基缺失。由圖2a、2c可知，野生型序列為CGGGTGGAACTGTGTTAC，突變型部分序列為CGGAACTGTGTTAC，突變型比野生型序列少GTGG 4個(gè)堿基，向下游選取特定位置再進(jìn)行驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)突變型整體序列相對(duì)于野生型均向前移動(dòng)4個(gè)堿基，由此即可獲取突變型整段基因序列。

圖2 堿基缺失引起突變的典型測(cè)序峰Fig.2 The typical peak of the mutation induced by base deletion

2.3 樣品中個(gè)別堿基增加引起的突變 在堿基增加的情況下，突變型序列獲取的方式與堿基缺失引起突變的方式相似。由于突變序列比野生型序列長(zhǎng)，在測(cè)序峰圖上表現(xiàn)為雙峰結(jié)束的位點(diǎn)比野生型序列應(yīng)結(jié)束的位點(diǎn)長(zhǎng)，而該位點(diǎn)下游有一段與野生型末端序列相同單一測(cè)序峰出現(xiàn)(圖3b)。具體表現(xiàn)為長(zhǎng)片段單峰-長(zhǎng)片段雙峰(雙峰結(jié)束位點(diǎn)與野生型序列等長(zhǎng))-短片段單峰。

3 討論

該研究列舉了3種典型表現(xiàn)形式的雙峰測(cè)序峰圖，符合其特征的峰圖都可以按照其圖譜特征，判定樣品突變類(lèi)型，獲取完整突變序列。在實(shí)際工作中，有時(shí)會(huì)遇到其他類(lèi)型的雙峰突變，當(dāng)樣品中的2種突變均為堿基缺失時(shí)，峰圖的整體特征是雙峰結(jié)束的位點(diǎn)在野生型序列應(yīng)結(jié)束的位點(diǎn)上游，不同之處是下游單峰測(cè)序峰圖的結(jié)束位點(diǎn)比野生型結(jié)束的位點(diǎn)短。樣品中的2種突變均為堿基增加時(shí)，雙峰結(jié)束的位點(diǎn)比野生型序列應(yīng)結(jié)束的位點(diǎn)長(zhǎng)。而當(dāng)樣品中的2種突變，一種為堿基增加而另一種為堿基減少時(shí)，峰圖則表現(xiàn)為雙峰結(jié)束的位點(diǎn)在野生型序列應(yīng)結(jié)束位點(diǎn)上游，單峰測(cè)序峰圖的結(jié)束位點(diǎn)在野生型結(jié)束位點(diǎn)的下游。應(yīng)用過(guò)程中，僅需要通過(guò)觀察峰圖特征判斷突變類(lèi)型，再選取雙峰下游幾個(gè)位點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證，如均符合移碼突變序列改變的規(guī)律，即可得到突變型基因的整段序列。

關(guān)于定點(diǎn)突變技術(shù)得到的品系樣品，通過(guò)傳統(tǒng)方法明確測(cè)序雙峰陽(yáng)性樣品的突變序列還要進(jìn)行大量的試驗(yàn)工作，通常要幾天才能完成。而該方法對(duì)測(cè)序雙峰樣品圖譜進(jìn)行直接分析，即可在幾分鐘快速明確突變類(lèi)型(堿基缺失、增加或者替換)，獲取具體改變的堿基數(shù)目和序列，大大縮短了試驗(yàn)步驟和周期，提高了工作效率，節(jié)約了試驗(yàn)成本，為開(kāi)展基因定點(diǎn)突變提供了一種行之有效的分析方法。

圖3 堿基增加引起突變的典型測(cè)序峰Fig.3 The typical peak of the mutation induced by the increase of the base

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One Step Analysis of Mutation Sequences in Two Peak Sequencing Samples Obtained by the Site-directed Mutagenesis

LAI Ya-na1,ZHOU Zhou2*

(1.Nanjing Medical University, Nanjing, Jiangsu 211166;2.Nanjing Normal University, Nanjing, Jiangsu 210023)

A quick method to obtain the sequence of mutation was mtroduced. The traditional sequence analysis method of site-directed gene mutagenesis had the problems such as complicated operation, long result determination cycle and high cost of research.Mutations in the sequence and the type of mutation could be obtained by direct comparison with the wild type sequence. As a result, this method could obviously improve the work efficiency and also provided an economical and efficient sequence analysis for the selection of positive samples of gene site mutation technique for researchers.

Sequence analysis;The site-directed mutagenesis;Mutatim sequence

賴(lài)婭娜(1979- )，女，四川綿陽(yáng)人，助理實(shí)驗(yàn)師，碩士，從事實(shí)驗(yàn)動(dòng)物技術(shù)方面的研究。*通訊作者，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，碩士，從事細(xì)胞與遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)方面的研究。

2016-11-04

S 188

A

0517-6611(2016)34-0152-02