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Bernard等人针对点突变序列区域设计探针,并在其5´端标记荧光,同时在PCR引物的3ˊ端附近标记Cy5,那么经PCR扩增后就会得到若干条标记有Cy5的扩增产物。当标有荧光的探针与这些产物相互补后就会产生FRET。在PCR扩增过程中伴随温度升高,对其产生的荧光进行实时监测即可得到特征性的探针熔解曲线,通过曲线分析即可检出产物中是否存在突变[3]。
FRET法主要依据野生型和突变型序列在变性温度下的杂交不稳定性差异进行点突变检测。目前认为:这种杂交不稳定性主要取决于探针的长度,错配的特异性,错配所处的位置以及与其邻近的碱基对[3]。研究表明:短核苷酸序列的不稳定性明显大于长核苷酸序列;在所有的碱基对中G:T错配相对较稳定;邻近的碱基对是G:C的要比是A:T的更稳定[9];错配碱基离寡核苷酸中心越近与完全匹配的碱基Tm相差越大,即不稳定性越高[10]。
为了研究FRET法的敏感性,1997年Bernard等人用此法对甲基四氢叶酸还原酶的C677T点突变进行了检测。他们所选择的PCR扩增产物序列长度为198bp;突变类型为C→T的置换,构成了G:T错配;突变点邻近的碱基对是G:C;探针长度为26bp,错配位置距3′荧光标记物仅5bp的距离。尽管检测条件不太理想,但还是检出了点突变。这充分表明,FRET适用于任何形式的点突变的检测[3]。
上述的SYBR Green I法和FRET法对点突变的检测均依赖于熔解曲线分析,但存在着诸多限制条件,即:①熔解曲线的相对位置和宽度与所加入的染料浓度及温度转换率相关。据有关资料显示:染料浓度增加会导致熔解温度升高、熔解转换变宽[10]。②PCR扩增的平稳熔解曲线的温度转换率一般是0.5℃∕min[11],有人认为0.2℃∕s更适宜产物的分离。较为理想的解决方案是:适当降低转换率和/或使样品受热更均匀。此外,如结合熔解峰分析就更能提高突变点的检出率[6]。
⒊ 基因芯片(gene chip)
基因芯片技术系指:将大量(通常每平方厘米点阵密度高于400)探针分子固定在支持物上后与标记的样品分子进行杂交,通过检测每个探针分子的杂交信号强度进而获取样品分子的数量和序列信息。它是基于特异性探针与目的DNA杂交的原理发展起来的一种分析方法,可用于大规模检测基因突变、基因多态、基因表达水平以及测定DNA序列[12,13]。
基因芯片检测突变的原理是[14]:将许多已知序列的核苷酸DNA被排列在一块集成电路板上,彼此之间重叠一个碱基,并覆盖整个所需检测的基因,通过RT-PCR扩增
得到的正常cDNA和突变cDNA分别用荧光标记,并与两块DNA芯片杂交,由于至少一个碱基的差异,正常cDNA和突变cDNA将会得到不同的杂交图谱,通过共聚焦显微镜分别检测两种cDNA分子产生的荧光信号即可确定是否存在突变。探针与样品完全匹配所产生的荧光信号强度是具有单个或两个错配碱基探针的5~35倍,所以对荧光信号强度精确测定是实现检测特异性的基础[15]。将生物传感器与芯片技术相结合,通过改变探针阵列区域的电场强度也证明可以检测基因[16](ras等)的单碱基突变。
该方法具有检测信息高通量和自动化程度高,一次性检测可检出多个位点突变,具有很大的发展潜力。1996年7月,第一块有关HIV酶的DNA芯片问世,相信随着技术的进一步改进,该方法在突变检测中将会发挥越来越重要的作用[17]。
⒋ 等位基因特异性扩增技术(allele-specific PCR或 amplification , ASPCR或ASA)
ASPCR是一项在PCR基础上发展起来的新方法,通过PCR和凝胶电泳即可检测出DNA中各种点突变。
ASPCR的基本构思是设计2个ASO引物,使之与另一引物构成PCR反应体系。这2个引物与探针的ASO不同,等位基因特异性碱基不是位于ASO中间,而是置于引物的3′端。这种设计是基于耐热Taq DNA聚合酶缺乏3′→5´外切校正活性的特点。引物3′端的特异碱基分别互补于野生型和突变型等位基因的相对碱基,若此碱基对形成错配,链延伸反应就会因3′,5´-磷酸二酯键形成障碍而受阻,故此法又称扩增受阻突变体系(amplification refractory mutation system , ARMS)。其扩增结果为:“野生”模板阻碍,“突变”引物放大;或“突变”模板阻碍,“野生”引物放大。
ASPCR点突变的检出率依赖于反应条件的优化和防止引物与靶DNA错配时可能发生的错配延伸,这可通过调整实验条件如:引物、靶DNA、Taq酶的浓度和反应温度等来提高特异性,在反应体系中加入甲酰胺亦可减少非特异性扩增。还可通过人为地使引物3′末端的第二个碱基发生错配来阻止错误延伸。
近来又有报道:在ARMS的反应体系中,引物上标记2个不同荧光素,通过对产物荧光分析即可了解到模板中是否存在点突变,此法称为双荧光扩增受阻突变系统(double fluorescent-amplification refractory mutation system, dFARMS)[18]。
⒌ PCR-ELISA结合微测序检测点突变(PCR-ELISA & mini-sequencing)
新近有报道称:使用PCR-ELISA结合微测序检测到无临床症状且未经抗病毒药物治疗的乙肝患者HBV基因的YMDD主题突变区存在天然Lamivudine耐药基因
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