本發(fā)明涉及轉(zhuǎn)基因水稻多重?cái)?shù)字PCR定量檢測方法,屬于轉(zhuǎn)基因水稻的定量檢測領(lǐng)域。
背景技術(shù):
最新數(shù)據(jù)表明,2015年全球轉(zhuǎn)基因作物種植面積達(dá)到1.81億公頃,比1996年的170萬公頃增長了100倍以上(James,Clive."20th Anniversary(1996 to 2015)of the global commercialization of biotech crops and biotech crop highlights in 2015."ISAAA Brief 51(2015).)。以基因工程為核心的現(xiàn)代生物技術(shù)已廣泛滲入到農(nóng)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域,逐步改變了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的研究和生產(chǎn)模式。轉(zhuǎn)基因作物已被快速、持續(xù)地用于商業(yè)化生產(chǎn)。無論在發(fā)達(dá)國家還是發(fā)展中國家,轉(zhuǎn)基因作物都對環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、能源、衛(wèi)生及社會產(chǎn)生了巨大影響。由于轉(zhuǎn)基因技術(shù)涉及到社會公共安全、安全管理和社會倫理等重要方面,因此轉(zhuǎn)基因作物不僅是各國政府、科研人員和種植農(nóng)民關(guān)注的焦點(diǎn),也引起了全世界各行各業(yè)的廣泛關(guān)注。為此,各國家和地區(qū)紛紛建立起轉(zhuǎn)基因成分的標(biāo)識制度,在全球各國家和地區(qū)制定的轉(zhuǎn)基因成分標(biāo)識制度中,定量標(biāo)識制度占據(jù)較大比重,其中以歐盟和日韓最具代表性,如歐盟的定量閾值為0.9%(EURL-GMFF.Definition of Minimum Performance Requirements for Analytical Methods of GMO Testing European Network of GMO Laboratories(ENGL),European Commission,(2003a)Commission Regulation(EC)No.1829/2003 of September 22,2003,Concerning on genetically modified food and feed.Off.J.Eur.Commun L268:1–23;European Commission,(2003b)Commission Regulation(EC)No.1830/2003 of September 22,2003,Concerning the traceability and labelling of genetically modified organisms and the traceability of food and feed products produced from genetically modified organisms and amending Directive 2001/18/EC.Off.J.Eur.Commun L268:24–28.);日本和韓國分別為:5%和3%(Matsuoka T(2001)GMO labeling and detection methods in Japan.APEC-JIRCAS Joint Symposium and Workshop on Agricultural Biotechnology;Ministry of Agriculture and Forestry(2000)Guidelines for Labeling of Genetically Modified Agricultural Products.MAF Notification No.31.)。中國在轉(zhuǎn)基因成分標(biāo)識方面主要采取定性標(biāo)識制度,由于定性標(biāo)識制度與定量標(biāo)識制度在檢測技術(shù)等方面存在不同,使中國在作物進(jìn)出口方面容易受到國際標(biāo)準(zhǔn)的制約,因此需要大力發(fā)展轉(zhuǎn)基因成分定量檢測技術(shù)并建立相關(guān)的定量標(biāo)識制度。
數(shù)字PCR(Digital PCR)的概念于1992年提出(Sykes,P.J.,et al."Quantitation of targets for PCR by use of limiting dilution."BioTechniques13.3(1992):444-9.),其基本原理是通過將微量樣品進(jìn)行大倍的稀釋和分液,直至每個(gè)擴(kuò)增區(qū)域含有目標(biāo)擴(kuò)增分子為0、1或1個(gè)以上,再進(jìn)行PCR擴(kuò)增,根據(jù)擴(kuò)增信號的有無,利用泊松分布(Poisson distribution)(Pinheiro,Leonardo B.,et al."Evaluation of a droplet digital polymerase chain reaction format for DNA copy number quantification."Analytical chemistry 84.2(2011):1003-1011.)計(jì)算出樣本的最初拷貝數(shù)或濃度。數(shù)字PCR不依賴擴(kuò)增效率以及基于標(biāo)準(zhǔn)曲線的定量,而且對一些PCR抑制因子的耐受性更高。該技術(shù)在基因拷貝數(shù)分析、基因表達(dá)分析、基因分型等方面都取得了突破性的發(fā)展。在轉(zhuǎn)基因檢測方面,也有相應(yīng)的研究報(bào)道(Demeke,Tigst,et al."Assessment of droplet digital PCR for absolute quantification of genetically engineered OXY235 canola and DP305423 soybean samples."Food Control 46(2014):470-474;Morisset,Dany,et al."Quantitative analysis of food and feed samples with droplet digital PCR."PLoS One 8.5(2013):e62583.),表明數(shù)字PCR在轉(zhuǎn)基因檢測方面的可行性與可靠性。然而目前這些研究多基于2重?cái)?shù)字PCR檢測,一次只能對一個(gè)轉(zhuǎn)基因作物的一個(gè)轉(zhuǎn)化事件進(jìn)行定量分析,而目前定量標(biāo)識的要求是針對單一成分而不是單一轉(zhuǎn)化事件的定量,如歐盟對定量標(biāo)識的定義為:食品中含有轉(zhuǎn)基因生物產(chǎn)生的材料,其比例不得高于單一成分的食品成分的0.9%。因此,目前的數(shù)字PCR檢測方法不適合對樣品中單一成分的多種轉(zhuǎn)化事件的同時(shí)定量檢測。目前,中國研發(fā)的轉(zhuǎn)基因水稻主要有KF2、KF6、KF8、KMD1、M12、TT51-1、G6H1這7個(gè)品系,因此開發(fā)一種同時(shí)檢測這7種轉(zhuǎn)基因水稻含量多重?cái)?shù)字PCR定量檢測方法,對于水稻轉(zhuǎn)基因成分的定量檢測將具有重要的意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明所要解決的第一個(gè)技術(shù)問題是提供用于檢測7種轉(zhuǎn)基因水稻KF2、KF6、KF8、KMD1、M12、TT51-1和G6H1的多重?cái)?shù)字PCR定量檢測引物對和探針;
本發(fā)明所要解決的第二個(gè)技術(shù)問題是建立一種轉(zhuǎn)基因水稻KF2、KF6、KF8、KMD1、M12、TT51-1和G6H1的多重?cái)?shù)字PCR定量檢測方法。
為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:
本發(fā)明首先公開了用于檢測轉(zhuǎn)基因水稻KF2、KF6、KF8、KMD1、M12、TT51-1和G6H1的多重?cái)?shù)字PCR定量檢測引物對和探針,其中包括:
由核苷酸序列為SEQ ID No.1所示上游引物和SEQ ID No.2所示下游引物組成的轉(zhuǎn)基因水稻KF2轉(zhuǎn)化體特異性引物對;轉(zhuǎn)基因水稻KF2轉(zhuǎn)化體特異性探針的核苷酸序列為SEQ ID No.3所示;
由核苷酸序列為SEQ ID No.4所示上游引物和SEQ ID No.5所示下游引物組成的轉(zhuǎn)基因水稻KF6轉(zhuǎn)化體特異性引物對;轉(zhuǎn)基因水稻KF6轉(zhuǎn)化體特異性探針的核苷酸序列為SEQ ID No.6所示;
由核苷酸序列為SEQ ID No.7所示上游引物和SEQ ID No.8所示下游引物組成的轉(zhuǎn)基因水稻KF8轉(zhuǎn)化體特異性引物對;轉(zhuǎn)基因水稻KF8轉(zhuǎn)化體特異性探針的核苷酸序列為SEQ ID No.9所示;
由核苷酸序列為SEQ ID No.10所示上游引物和SEQ ID No.11所示下游引物組成的轉(zhuǎn)基因水稻KMD1轉(zhuǎn)化體特異性引物對;轉(zhuǎn)基因水稻KMD1轉(zhuǎn)化體特異性探針的核苷酸序列為SEQ ID No.12所示;
由核苷酸序列為SEQ ID No.13所示上游引物和SEQ ID No.14所示下游引物組成的轉(zhuǎn)基因水稻M12轉(zhuǎn)化體特異性引物對;轉(zhuǎn)基因水稻M12轉(zhuǎn)化體特異性探針的核苷酸序列為SEQ ID No.15所示;
由核苷酸序列為SEQ ID No.16所示上游引物和SEQ ID No.17所示下游引物組成的轉(zhuǎn)基因水稻TT51-1轉(zhuǎn)化體特異性引物對;轉(zhuǎn)基因水稻TT51-1轉(zhuǎn)化體特異性探針的核苷酸序列為SEQ ID No.18所示;以及,
由核苷酸序列為SEQ ID No.19所示上游引物和SEQ ID No.20所示下游引物組成的轉(zhuǎn)基因水稻G6H1轉(zhuǎn)化體特異性引物對;轉(zhuǎn)基因水稻G6H1轉(zhuǎn)化體特異性探針的核苷酸序列為SEQ ID No.21所示。
本發(fā)明所述的多重?cái)?shù)字PCR定量檢測引物對和探針能夠應(yīng)用于檢測轉(zhuǎn)基因水稻KF2、KF6、KF8、KMD1、M12、TT51-1和G6H1中的任意一種或多種。
本發(fā)明進(jìn)一步公開了一種轉(zhuǎn)基因水稻KF2、KF6、KF8、KMD1、M12、TT51-1和G6H1的多重?cái)?shù)字PCR定量檢測方法,包括以下步驟:(1)提取待檢測水稻樣品的DNA;(2)以提取的DNA為模板,以本發(fā)明所述的多重?cái)?shù)字PCR定量檢測引物對和探針,以及水稻內(nèi)參基因檢測引物對和探針建立數(shù)字PCR體系并進(jìn)行PCR擴(kuò)增;(3)對擴(kuò)增結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,計(jì)算外源基因拷貝數(shù)與內(nèi)參基因拷貝數(shù)之比,獲得轉(zhuǎn)基因成分的定量值;即,利用QuantaSoft分析各反應(yīng)孔中外源基因和內(nèi)參基因的熒光信號值,通過泊松分布公式計(jì)算出各反應(yīng)中外源基因與內(nèi)參基因的拷貝數(shù),外源基因拷貝數(shù)記為:Ne,內(nèi)參基因拷貝數(shù)記為:Ni,通過兩者的拷貝數(shù)之比得到轉(zhuǎn)基因成分的定量值,即:轉(zhuǎn)基因成分含量=Ne/Ni×100%。
本發(fā)明多重?cái)?shù)字PCR定量檢測方法中,所述數(shù)字PCR體系為:反應(yīng)體系的總體積為20μL,其中,2xddPCR Supermix for probe 10μL,7種轉(zhuǎn)基因水稻的特異性檢測引物對和探針以及水稻內(nèi)參基因檢測引物對和探針組成的引物與探針的混合物6μL,DNA模板4μL。其中,所述引物與探針的混合物中,水稻內(nèi)參基因檢測引物對的上、下游引物濃度分別為3000nmol/L,水稻內(nèi)參基因探針的濃度為600nmol/L;7種轉(zhuǎn)基因水稻的特異性檢測引物對的各上、下游引物濃度分別為1500nmol/L;7種轉(zhuǎn)基因水稻的特異性探針的濃度分別為300nmol/L。所述PCR擴(kuò)增的程序包括:95℃預(yù)變性5min;95℃變性30sec,60℃退火及延伸60sec,共40個(gè)循環(huán);98℃10min,4℃保存。
本發(fā)明多重?cái)?shù)字PCR定量檢測方法,選用水稻蔗糖磷酸酶(Sucrose phosphate synthase,SPS)基因作為水稻內(nèi)參基因,所述水稻內(nèi)參基因檢測引物對由核苷酸序列為SEQ ID No.22所示上游引物和SEQ ID No.23所示下游引物組成;所述水稻內(nèi)參基因探針的核苷酸序列為SEQ ID No.24所示,探針的5’端標(biāo)記熒光基團(tuán)HEX,3’端標(biāo)記熒光淬滅基團(tuán)BHQ1。本發(fā)明7種轉(zhuǎn)基因水稻的特異性探針的5’端分別標(biāo)記熒光基團(tuán)FAM,3’端分別標(biāo)記熒光淬滅基團(tuán)BHQ1。
本發(fā)明方法可以根據(jù)實(shí)際需要增減相應(yīng)轉(zhuǎn)基因水稻事件,靈活性強(qiáng),同時(shí)操作簡便,是一種轉(zhuǎn)基因成分定量檢測的有效方法。
本發(fā)明還公開了一種轉(zhuǎn)基因水稻KF2、KF6、KF8、KMD1、M12、TT51-1和G6H1的多重?cái)?shù)字PCR定量檢測試劑盒,包括:2xddPCR Supermix for probe、水稻內(nèi)參基因檢測引物對和探針、轉(zhuǎn)基因水稻的多重?cái)?shù)字PCR定量檢測引物對和探針;其中,所述轉(zhuǎn)基因水稻的多重?cái)?shù)字PCR定量檢測引物對和探針為本發(fā)明所述的多重?cái)?shù)字PCR定量檢測引物對和探針,所述探針的5’端分別標(biāo)記熒光基團(tuán)FAM,3’端分別標(biāo)記熒光淬滅基團(tuán)BHQ1;所述水稻內(nèi)參基因檢測引物對由核苷酸序列為SEQ ID No.22所示上游引物和SEQ ID No.23所示下游引物組成;所述水稻內(nèi)參基因探針的核苷酸序列為SEQ ID No.24所示,探針的5’端標(biāo)記熒光基團(tuán)HEX,3’端標(biāo)記熒光淬滅基團(tuán)BHQ1。
本發(fā)明分別利用其它轉(zhuǎn)基因作物及非轉(zhuǎn)基因作物驗(yàn)證所建立的多重?cái)?shù)字PCR方法的特異性,結(jié)果表明所有其它轉(zhuǎn)基因作物及非轉(zhuǎn)基因作物的假陽性率都低于5%,表明本發(fā)明建立的多重?cái)?shù)字PCR方法的特異性較好,滿足對轉(zhuǎn)基因水稻的定量檢測需要。
定量限和檢測限的確定結(jié)果表明,轉(zhuǎn)基因水稻含量在5%-0.05%之間時(shí),多重?cái)?shù)字PCR定量的值與理論值之間的RSD都小于25%,滿足定量檢測的要求(EURL-GMFF),同時(shí)也表明本發(fā)明建立的多重?cái)?shù)字PCR的重復(fù)性和穩(wěn)定性較好。當(dāng)轉(zhuǎn)基因含量為0.01%時(shí),多重?cái)?shù)字PCR定量的值與理論值之間的RSD為39.25%。因此,根據(jù)以上數(shù)據(jù)確定本發(fā)明方法的定量限為0.05%,檢測限為0.01%,滿足轉(zhuǎn)基因成分實(shí)際檢測的需要。
本發(fā)明技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比,具有以下有益效果:
本發(fā)明建立了一種針對7種轉(zhuǎn)基因水稻(KF2、KF6、KF8、KMD1、M12、TT51-1、G6H1)的多重?cái)?shù)字PCR定量檢測方法,實(shí)現(xiàn)對同時(shí)含有以上7種或其中幾種轉(zhuǎn)基因水稻的樣品進(jìn)行定量檢測,省去了對單一轉(zhuǎn)基因水稻成分的分別定量檢測,同時(shí)也省去了常規(guī)PCR方法定量檢測中標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制等步驟。另外,轉(zhuǎn)基因成分是通過外源基因拷貝數(shù)與內(nèi)參基因拷貝數(shù)的比例計(jì)算而得到的,在本發(fā)明方法中7個(gè)外源基因與1個(gè)內(nèi)參基因擴(kuò)增在同一個(gè)反應(yīng)體系中,從而提高了對轉(zhuǎn)基因成分定量檢測的穩(wěn)定性。
附圖說明
圖1為多重?cái)?shù)字PCR擴(kuò)增結(jié)果。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例來進(jìn)一步描述本發(fā)明,本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)將會隨著描述而更為清楚。但是應(yīng)理解所述實(shí)施例僅是范例性的,不對本發(fā)明的范圍構(gòu)成任何限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解的是,在不偏離本發(fā)明的精神和范圍下可以對本發(fā)明技術(shù)方案的細(xì)節(jié)和形式進(jìn)行修改或替換,但這些修改或替換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
實(shí)施例1轉(zhuǎn)基因水稻多重?cái)?shù)字PCR定量檢測方法的建立
1、材料與方法
1.1實(shí)驗(yàn)材料
實(shí)驗(yàn)所用轉(zhuǎn)基因材料分別為:KF2、KF6、KF8、KMD1、M12、TT51-1、G6H1(轉(zhuǎn)基因水稻);GTS40-3-2(轉(zhuǎn)基因大豆);MON15985(轉(zhuǎn)基因棉花);Oxy235(轉(zhuǎn)基因油菜);MON863、MON89034(轉(zhuǎn)基因玉米)。非轉(zhuǎn)基因水稻、大豆、玉米、棉花、油菜DNA作為陰性質(zhì)控。
1.2 DNA提取
稱取200mg粉狀樣品按照試劑盒(DNeasy Plant Mini Kit,Qiagen,Hilden,Germany)說明提取DNA。在分光光度計(jì)260-280nm處測定所獲DNA質(zhì)量和純度,并用瓊脂糖凝膠電泳確定其完整性。將提取的7種轉(zhuǎn)基因水稻DNA等體積混合,再用非轉(zhuǎn)基因水稻基因組DNA將其稀釋到以下相應(yīng)的濃度:5%、1%、0.5%、0.1%、0.05%、0.01%。
1.3引物與探針及其配制
選用水稻蔗糖磷酸酶(Sucrose phosphate synthase,SPS)基因作為水稻內(nèi)參基因,其探針5’端標(biāo)記熒光基團(tuán)HEX,3’端標(biāo)記BHQ1,7種轉(zhuǎn)基因水稻的轉(zhuǎn)化事件的特異性序列的探針5’端都標(biāo)記熒光基團(tuán)FAM,3’端標(biāo)記BHQ1,將8組引物探針混合在一起,相應(yīng)的引物名稱序列及各引物探針在混合物中的濃度見表1。
表1多重?cái)?shù)字PCR引物與探針信息
1.4數(shù)字PCR擴(kuò)增與數(shù)據(jù)分析
數(shù)字PCR體系:10μL 2xddPCR Supermix for probe,6μL引物與探針的混合物,4μL DNA模板或ddH2O,總體積為20μL。
將樣品(20μL)反應(yīng)體系用實(shí)驗(yàn)室通用移液器加入到DG8 cartridge中間一排的8個(gè)孔,在DG8 cartridge最底一排8個(gè)孔中各加入70μL微滴發(fā)生油,儀器自動(dòng)完成微滴生成。將生成的微滴轉(zhuǎn)移到96孔板中,封上熱封膜,放置常規(guī)PCR儀中進(jìn)行PCR。PCR擴(kuò)增程序?yàn)椋?5℃預(yù)變性5min;95℃變性30sec,60℃退火及延伸60sec,共40個(gè)循環(huán);98℃10min,4℃保存。將完成PCR的96孔板放入微滴讀取儀中,儀器自動(dòng)完成每一個(gè)樣本的微滴讀取,要求每孔微滴生成數(shù)大于8000個(gè)才納入統(tǒng)計(jì)分析,含有擴(kuò)增信號的陽性微滴與未擴(kuò)增的陰性微滴用熒光閾值來區(qū)分,利用QuantaSoft分析各反應(yīng)孔中外源基因和內(nèi)參基因的熒光信號值,通過泊松分布公式計(jì)算出各反應(yīng)中外源基因與內(nèi)參基因的拷貝數(shù)(見圖1),外源基因拷貝數(shù)記為:Ne,內(nèi)參基因拷貝數(shù)記為:Ni,通過兩者的拷貝數(shù)之比得到轉(zhuǎn)基因成分的定量值,即:轉(zhuǎn)基因成分含量=Ne/Ni×100%。
2、結(jié)果與分析
2.1特異性驗(yàn)證
數(shù)字PCR的特異性一般用假陽性率(false positive rate)來評價(jià),目前認(rèn)為假陽性率低于5%則表明建立的數(shù)字PCR的特異性較好,滿足檢測的需要(Holst-Jensen,A.;Crespo,T.;Simplicio,A.;Richl,P.;Welsche,M.;Dobnik,D.;Dreo,T.Deliverable 6.1 MPP Decathlon,http://www.decathlon-project.eu/sites/default/files/Deliverable6.1_MPP_Decathlon.pdf.)。在本發(fā)明方法中,分別利用其它轉(zhuǎn)基因作物及非轉(zhuǎn)基因作物驗(yàn)證建立的多重?cái)?shù)字PCR的特異性,驗(yàn)證結(jié)果見表2。結(jié)果表明,所有其它轉(zhuǎn)基因作物及非轉(zhuǎn)基因作物的假陽性率都低于5%,表明本發(fā)明建立的多重?cái)?shù)字PCR方法的特異性較好,滿足對轉(zhuǎn)基因水稻的定量檢測需要。
表2多重?cái)?shù)字PCR假陽性率檢測
2.2多重?cái)?shù)字PCR的定量限和檢測限的確定
為了確定建立的多重?cái)?shù)字PCR的定量限和檢測限,分別測定轉(zhuǎn)基因含量為5%、1%、0.5%、0.1%、0.05%、0.01%樣本的含量,分析定量結(jié)果與理論值之間的差異,每個(gè)樣品重復(fù)4次,每次設(shè)置4個(gè)平行,共16個(gè)反應(yīng)。
結(jié)果見表3,轉(zhuǎn)基因水稻含量在5%-0.05%之間時(shí),多重?cái)?shù)字PCR定量的值與理論值之間的RSD都小于25%,滿足定量檢測的要求(EURL-GMFF),同時(shí)也表明建立的多重?cái)?shù)字PCR的重復(fù)性和穩(wěn)定性較好。當(dāng)轉(zhuǎn)基因含量為0.01%時(shí),多重?cái)?shù)字PCR定量的值與理論值之間的RSD為39.25%。因此根據(jù)以上數(shù)據(jù),將本發(fā)明方法的定量限定為0.05%,檢測限為0.01%。
表3多重?cái)?shù)字PCR檢測限與定量限確定
SEQUENCE LISTING
<110> 浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院
<120> 轉(zhuǎn)基因水稻多重?cái)?shù)字PCR定量檢測方法
<130> ZJ-2001-170102A
<160> 24
<170> PatentIn version 3.5
<210> 1
<211> 19
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<400> 15
ctgatctcta gtgctccagc gagtc 25
<210> 16
<211> 22
<212> DNA
<213> artifical sequence
<400> 16
agagactggt gatttcagcg gg 22
<210> 17
<211> 22
<212> DNA
<213> artifical sequence
<400> 17
gcgtccagaa ggaaaaggaa ta 22
<210> 18
<211> 21
<212> DNA
<213> artifical sequence
<400> 18
atctgcccca gcactcgtcc g 21
<210> 19
<211> 21
<212> DNA
<213> artifical sequence
<400> 19
aagcgtcaat ttgtttacac c 21
<210> 20
<211> 18
<212> DNA
<213> artifical sequence
<400> 20
tcgatctgct gcagcttg 18
<210> 21
<211> 23
<212> DNA
<213> artifical sequence
<400> 21
atggatgtat cgccaccagc acc 23
<210> 22
<211> 18
<212> DNA
<213> artifical sequence
<400> 22
ttgcgcctga acggatat 18
<210> 23
<211> 20
<212> DNA
<213> artifical sequence
<400> 23
cggttgatct tttcgggatg 20
<210> 24
<211> 19
<212> DNA
<213> artifical sequence
<400> 24
tccgagccgt ccgtgcgtc 19