公开/公告号CN105506748A
专利类型发明专利
公开/公告日2016-04-20
原文格式PDF
申请/专利权人 北京百迈客生物科技有限公司;
申请/专利号CN201610031221.4
申请日2016-01-18
分类号C40B50/06;
代理机构北京路浩知识产权代理有限公司;
代理人王文君
地址 101300 北京市顺义区南法信府前街12号顺捷大厦5层
入库时间 2023-12-18 15:37:44
法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2018-11-27
授权
授权
2016-05-18
实质审查的生效 IPC(主分类):C40B50/06 申请日:20160118
实质审查的生效
2016-04-20
公开
公开
技术领域
本发明涉及基因高通量测序技术领域,具体地,涉及一种适用于 复杂环境中生物的DNA高通量测序建库方法。
背景技术
在二代和三代测序技术中,构建高质量的测序文库是高通量测序 的关键因素。测序文库的质量直接决定测序产出的数据质量,进而对 数据分析有着莫大的关联。随着高通量测序技术的快速发展,各大试 剂公司,包括Illumina、NEB、KAPA、Nugen等,已能提供多种文库 制备的试剂或试剂盒,为DNA、RNA等形式的核酸样品的建库带来 极大的便利,但是,在DNA核酸建库方面,并不是所有物种的DNA 都能够顺利完成文库的构建。究其原因为这些DNA样品中含有大量杂 质,特性与DNA相近,不能够通过调整DNA提取条件去除干净,且 这些杂质对建库过程中酶反应产生抑制效应,使DNA修复不完全或接 头连接效率低,最终导致文库产出量低。比较有代表性的一种生物类 型是海洋生物,如海带、贝类等。利用上述各大公司提供的建库方法, 海带、贝类DNA仍然不能得到有效的文库产出,因此迫切需要一种能 够有效降低复杂环境中生物DNA杂质污染的影响,特别是降低海洋生 物DNA中杂质污染的影响的建库方法。
发明内容
本发明的目的在于解决现有的高通量测序建库方法中难以降低 环境中杂质污染的影响的问题,提供一种能够有效避免环境杂质污染 的DNA高通量测序建库方法。
为达到以上目的,本发明提供了一种DNA高通量测序建库方法, 包括以下步骤:
(1)对待测生物的基因组DNA进行片段化处理,获得DNA片 段化物料;
(2)对所述DNA片段化物料进行琼脂糖凝胶电泳获得电泳胶 块,切取所述电泳胶块中文库目的大小的片段至比所述文库目的大 小的片段大40-60bp的片段范围内的凝胶,回收凝胶内的DNA获得 第一纯化DNA;
(3)对所述第一纯化DNA进行末端修复和在3`末端加A,末端 加A后连接接头序列获得连接产物。
本发明所提供的DNA高通量测序建库方法能够在含有多糖、酚 类物质、萜类、酯类等杂质污染的复杂环境下对生物DNA进行高通 量测序文库构建,能够将样品中与DNA特性接近的杂质去除,提高 高通量测序文库的质量。适用于那些按照本领域现有构建文库方法, 获得的文库产出低,同时通过调节DNA纯度、反应体积、酶用量等 手段仍然无法排除缺陷的,属于疑难样品的DNA。
可选的,所述待测生物为海洋生物,特别优选的,所述海洋生物 为海带或贝类。本发明对于海带和贝类的具体种类没有特别的限制, 包括所有已知和未知海带和贝类种类。
可选的,所述待测生物为石榴。
石榴籽中含有多糖、蛋白质、酯类等杂质物质的干扰,多糖与 DNA或者RNA的理化性质相似,抽提过程中易与DNA形成胶状沉 淀,导致最终提取的DNA纯度不高。而这些杂质会对建库过程中酶 造成影响。本发明所提供的方法能够去除石榴籽中的杂质物质的干 扰,获得高质量的测序文库。
其中,在步骤(1)中,进行片段化处理的方式包括但不限于超 声波破碎、酶切破碎和微波破碎。
其中,在所述DNA片段化物料中,DNA片段的大小为180-600bp。
优选的,在步骤(2)中,所述琼脂糖凝胶电泳的凝胶的浓度为 2.0%。可选的,凝胶长度为6cm-12cm。电泳条件为110V,60min 或120min(可以根据凝胶长度选择适当的电泳条件和时间)。
其中,在步骤(2)中,若文库目的大小的片段为300bp,那么应 该切取300bp至340bp或360bp范围内的凝胶。优选切取所述电泳 胶块中文库目的大小的片段至比所述文库目的大小的片段大50bp的 片段范围内的凝胶,即如果目的大小的片段为300bp,那么应该切取, 300bp至350bp范围内的凝胶。
在本发明的一种实施方式中,所使用的DNA胶回收试剂盒为 QIAGEN公司QIAquickGelExtractionKit,最终回溶体积为30-60μl, 本方法建议回溶体积为55.5-60μl,以便后续实验不需要补H2O。
其中,在步骤(3)中对于进行末端修复、3`端加A、加接头等 建库步骤的试剂来源、形式没有特别的要求,但试剂必须能够完成 所述功能。
由于片段后物料经过切胶后,符合目的要求的DNA占总量的 1/10左右,为保持最适的接头与DNA的比例,因此本发明中所使用 的接头的用量显著低于本领域加接头时所使用的接头用量,可以约 为本领域常规接头用量的1/5-1/10,在本发明的一种实施方式中可以 按照常规推荐用量的十分之一添加接头,例如,当所使用的接头为 南京诺唯赞公司(Vazyme)提供的VAHTSDNAAdaptersset1/set2for 试剂盒(N801/N802)中提供的接头时,接头使用量可以调 整为建议用量的1/10,即建议用量为2.5μl,在本发明中可以将其稀 释10倍后,使用2.5μl。
优选的,在获得所述连接产物后,还包括利用纯化磁珠对所述连 接产物进行第二次纯化获得第二次纯化后的连接产物,所述纯化珠 子的用量为所述连接产物体积的1.0-2.0倍,优选为1.8倍。
所述方法还包括对所述第二次纯化后的连接产物进行Solexa PCR获得PCR产物,再对所述PCR产物进行第二次凝胶电泳并切 胶回收获得文库DNA。其中,第二次凝胶电泳和切胶回收的目的是 去除非目的DNA、进一步提高文库片段的均一性,所使用的凝胶浓 度优选为2.0%,切胶范围为电泳亮带。
本发明还提供了所述DNA高通量测序建库方法的应用,所述应 用包括对存在于含有多糖、酚类物质、萜类和酯类杂质中的至少一 种的环境下的生物进行DNA高通量测序建库。
本发明所提供的建库方法适用于复杂环境中生物DNA的高通 量测序建库,具有以下优点及有益效果:
(1)能够有效低降低样品杂质对建库酶活反应的抑制效应,解 决高通量测序中部分样品建库困难的问题,提高建库成功率。
(2)该方法提供的DNA片段化后切胶回收,其方法简单,几乎 所有实验室均有条件实现。
(3)该方法对DNA破碎方法、建库试剂、建库流程等简便易行, 可以在多种建库条件下使用,适用性广泛。
附图说明
图1为海带DNA样品利用常规高通量建库方法文库结果电泳图。
图2为海带DNA样品利用本发明高通量建库方法文库结果电泳 图。
图3为贝类DNA样品利用常规高通量建库方法文库结果电泳图。
图4为贝类DNA样品利用本发明高通量建库方法文库结果电泳 图。
具体实施方式
以下实施例进一步说明本发明的内容,但不应理解为对本发明 的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下,对本发明方法、步 骤或条件所作的修改或替换,均属于本发明的范围。
若未特别指明,实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟 知的常规手段;实施例中所用的试剂为市售商品。超声波清洗仪由 江苏苏美电器公司生产,型号为KQ-50E;琼脂糖为Bio-Rad Laboratories,Inc提供的CertifiedTMLowRangeUltraAgarose (#161-3107);胶回收试剂盒为QIAGEN公司提供的QIAquickGel ExtractionKit(28706)和MinElutePCRPurificationKit(28006), 建库试剂由南京诺唯赞公司(Vazyme)提供的VAHTSTMTurboDNA LibraryPrepKitfor(#ND102)和VAHTSDNAAdapters set1/set2for试剂盒(N801/N802),纯化磁珠使用的是 BeckmanCoulter公司的AMPureXPBeads(A63882),DNAMarker 买自NewEnglandLab(NEB)公司的50bpDNALadder(N3236L)。
实施例1本发明的高通量测序建库方法及其与常规高通量建库方 法之间的比较
一、常规高通量建库方法实验步骤及结果:
1.取出海带DNA样品500ng(北京百迈客生物科技有限公司海 带DNA样品,编号451,文库目的大小的片段为300bp),加入到PCR 管中,补H2O至总体积44μl,置于超声波清洗仪中进行DNA破碎至所 需片段大小(300-400bp);
2.根据BeckmanCoulter公司AMPureXPBeads说明书,使用1.8 倍样品体积的AMPureXPBeads对片段化DNA进行纯化,纯化后DNA 用55.5μlH2O溶解;
3.根据南京诺唯赞公司(Vazyme)提供的VAHTSTMTurboDNA LibraryPrepKitfor和VAHTSDNAAdaptersset1/set2for 试剂盒对片段化且纯化后的DNA进行末端修复、3`末端加A、 连接适用于Illumina测序平台的接头;
4.连接产物使用1.8倍样品体积的AMPureXPBeads进行纯化, 最后溶剂体积为30μl;
5.纯化产物点样于2.0%琼脂糖凝胶上进行电泳,电泳条件 110V,120min;切取“400bp下-400bp上”范围内凝胶,并用QIAGEN 公司提供的QIAquickGelExtractionKit试剂盒进行回溶,回溶体积30 μl;
6.取出连接产物切胶后的12μl样品,利用VAHTSTMTurboDNA LibraryPrepKitfor试剂盒提供的高保真Taq酶进行Solexa PCR,添加特定Index;
7.SolexaPCR产物点样于2.0%琼脂糖凝胶上进行电泳,电泳条 件110V,120min;电泳完毕的凝胶进行染色、成像,观察样品亮度, 结果如图1所示,图中所使用样品为北京百迈客生物科技有限公司海 带DNA样品451,Marker为NewEnglandLab(NEB)公司50bpDNA Ladder,最亮的条带为500bp。图中显示R3-R7共5个文库浓度弱,不 可见。
8.切取“400bp-450bp”上范围内凝胶,使用QIAGEN公司提供的 MinElutePCRPurificationKit试剂盒对文库进行回收,回溶体积为26 μl。
二、本发明的高通量建库方法实验步骤及结果:
1.取出海带DNA样品500ng(北京百迈客生物科技有限公司海 带DNA样品,编号451,文库目的大小的片段为300bp),加入到PCR 管中,补H2O至总体积44μl,置于超声波清洗仪中进行DNA破碎至所 需片段大小(300-400bp);
2.DNA片段化产物点样于2.0%琼脂糖凝胶上进行电泳,电泳 条件110V,120min,切取“300-400bp”范围内凝胶,并用QIAGEN公 司提供的QIAquickGelExtractionKit试剂盒进行回溶,回溶体积55.5 μl;
3.根据南京诺唯赞公司(Vazyme)提供的VAHTSTMTurboDNA LibraryPrepKitfor和VAHTSDNAAdaptersset1/set2for 试剂盒对片段化且纯化后的DNA进行末端修复、3`末端加A、 连接适用于Illumina测序平台的接头(其中Adapter需要用H2O稀释10 倍);
4.连接产物使用1.8倍样品体积的AMPureXPBeads进行纯化, 最后溶剂体积为30μl;
5.取出连接产物纯化后的12μl,利用VAHTSTMTurboDNA LibraryPrepKitfor试剂盒提供的高保真Taq酶进行Solexa PCR,添加特定Index;
6.SolexaPCR产物点样于2.0%琼脂糖凝胶上进行电泳,电泳条 件110V,120min;电泳完毕的凝胶进行染色、成像,观察样品亮度, 结果如图2所示,图中所使用样品为北京百迈客生物科技有限公司海 带DNA样品451,Marker为NewEnglandLab(NEB)公司50bpDNA Ladder,最亮的条带为500bp。图中显示R03、R04、R05、R07四个 文库明显可见,且同项目的R01和R02两个文库也可见。
7.切取“400-450bp”范围内凝胶,使用QIAGEN公司提供的 MinElutePCRPurificationKit试剂盒对文库进行回收,回溶体积为26 μl。
通过比较电泳图1和图2,图1显示451海带DNA样品利用常规的高 通量建库方法进行建库,文库产物极低,反应到胶图上,看不到应有 的电泳条带;而这些海带DNA样品,利用本发明的高通量建库方法构 建的文库,最终文库反应到电泳胶图上,目的范围内有着清晰的亮带。 该示例说明,本发明能够显著提高海带DNA样品的建库产出、建库成 功率。
实施例2本发明的高通量测序建库方法及其与常规高通量建库方 法之间的比较
一、常规高通量建库方法实验步骤及结果:
1.取出贝类DNA样品500ng(北京百迈客生物科技有限公司贝 类DNA样品,编号S72,文库目的大小的片段为500bp),加入到PCR 管中,补H2O至总体积44μl,置于超声波清洗仪中进行DNA破碎至所 需片段大小(500bp);
2.根据BeckmanCoulter公司AMPureXPBeads说明书,使用1.8 倍样品体积的AMPureXPBeads对片段化DNA进行纯化,纯化后DNA 用55.5μlH2O溶解;
3.根据南京诺唯赞公司(Vazyme)提供的VAHTSTMTurboDNA LibraryPrepKitfor和VAHTSDNAAdaptersset1/set2for 试剂盒对片段化且纯化后的DNA进行末端修复、3`末端加A、 连接适用于Illumina测序平台的接头;
4.连接产物使用1.8倍样品体积的AMPureXPBeads进行纯化, 最后溶剂体积为30μl;
5.纯化产物点样于2.0%琼脂糖凝胶上进行电泳,电泳条件 110V,120min;切取“600bp下-600bp上”范围内凝胶,并用QIAGEN 公司提供的QIAquickGelExtractionKit试剂盒进行回溶,回溶体积30 μl;
6.取出连接产物切胶后的12μl样品,利用VAHTSTMTurboDNA LibraryPrepKitfor试剂盒提供的高保真Taq酶进行Solexa PCR,添加特定Index;
7.SolexaPCR产物点样于2.0%琼脂糖凝胶上进行电泳,电泳条 件110V,120min;电泳完毕的凝胶进行染色、成像,观察样品亮度, 结果如图3所示,图中所使用样品为北京百迈客生物科技有限公司贝 类DNA样品S72,Marker为NewEnglandLab(NEB)公司50bpDNA Ladder,最亮的条带为500bp。图中显示D02文库在650bp处有很弱的 条带。
8.切取“600-650bp”范围内凝胶,使用QIAGEN公司提供的 MinElutePCRPurificationKit试剂盒对文库进行回收,回溶体积为26 μl。
二、本发明的高通量建库方法实验步骤及结果:
1.取出贝类DNA样品500ng(北京百迈客生物科技有限公司贝 类DNA样品,编号S72,文库目的大小的片段为500bp),加入到PCR 管中,补H2O至总体积44μl,置于超声波清洗仪中进行DNA破碎至所 需片段大小(500bp);
2.DNA片段化产物点样于2.0%琼脂糖凝胶上进行电泳,电泳 条件110V,120min,切取“500-550bp”范围内凝胶,并用QIAGEN公 司提供的QIAquickGelExtractionKit试剂盒进行回溶,回溶体积55.5 μl;
3.根据南京诺唯赞公司(Vazyme)提供的VAHTSTMTurboDNA LibraryPrepKitfor和VAHTSDNAAdaptersset1/set2for 试剂盒对片段化且纯化后的DNA进行末端修复、3`末端加A、 连接适用于Illumina测序平台的接头(其中Adapter需要用H2O稀释10 倍);
4.连接产物使用1.8倍样品体积的AMPureXPBeads进行纯化, 最后溶剂体积为30μl;
5.取出连接产物纯化后的12μl,利用VAHTSTMTurboDNA LibraryPrepKitfor试剂盒提供的高保真Taq酶进行Solexa PCR,添加特定Index;
6.SolexaPCR产物点样于2.0%琼脂糖凝胶上进行电泳,电泳条 件110V,120min;电泳完毕的凝胶进行染色、成像,观察样品亮度, 结果如图4所示,图中所使用样品为北京百迈客生物科技有限公司贝 类DNA样品S72,Marker为NewEnglandLab(NEB)公司50bpDNA Ladder,最亮的条带为500bp。图中显示D02文库在650bp处有很强的 亮带。
7.切取“600-650bp”范围内凝胶,使用QIAGEN公司提供的 MinElutePCRPurificationKit试剂盒对文库进行回收,回溶体积为26 μl。
通过比较电泳胶图3和4,其结果与实施例1的极为一致,贝类 DNA样品利用常规高通量建库方法只能得到低浓度的文库,胶图显 示目的范围内有较弱的条带;利用本发明的高通量建库方法对贝类 DNA样品进行建库,最终反应到电泳胶图上,目的范围内DNA亮 度的强度远大于常规方法构建的文库。该结果显示,本发明的方法 能够显著提高贝类DNA样品的建库浓度、建库成功率。
虽然,上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了 详尽的描述,但在本发明基础上,可以对之作一些修改或改进,这 对本领域技术人员而言是显而易见的。因此,在不偏离本发明精神 的基础上所做的这些修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。
机译: 高通量,可能是自动化的,用于目标DNA片段的转座介导测序的方法,其中非目标DNA序列的数量最少
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