专利名称：一种检测肥胖相关基因snp的检测试剂盒的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及生物芯片领域，具体地涉及一种用于检测肥胖相关基因的单核苷酸多态性(SNP)的寡核苷酸芯片及相应的检测试剂盒。
背景技术：
我国正处于经济快速增长的社会发展阶段，近年来的统计资料表明，心血管疾病已经成为导致中国居民死亡的首要原因。在心血管疾病的众多病因中，肥胖是一个重要的因素。肥胖是一种以机体脂肪的过度积聚与脂肪组织的过量扩增为表现的疾病，它不仅会导致高血压、动脉粥样硬化和冠脉系统疾病，同时还是内分泌系统疾病，如糖尿病，及各种肿瘤的诱发因素。
目前对于体脂的含量，虽可用脂溶气体同位素85氪(85Kr)密闭吸入稀释法直接测得，或用体密度或比重测定计算、同位素40钾或42钾全身扫描以及重水(D2O)稀释法等间接测得。但由于这些方法操作复杂，并需特殊设备，不便于临床应用。在临床实践中，对肥胖程度最为简易的办法，一般认为是体重测量和皮褶厚度测量。然而，以上所有方法均无法对肥胖的发生进行有效地预测。
然而，目前为止尚缺乏快速、灵敏地同时检测多个与肥胖相关基因的SNP的芯片。因此，本领域迫切需要开发可快速、灵敏地同时检测多个与肥胖相关基因的SNP的芯片。
发明内容
本发明的目的就是提供一种可快速灵敏地同时检测多个与肥胖相关基因的SNP的芯片和相应的检测试剂盒。
在本发明的第一方面，提供了一种用于检测肥胖相关基因单核苷酸多态性的寡核苷酸芯片，它包括 2-10000种(较佳地3-1000种，更佳地4-500种)球形的固相载体，所述的固相载体分别带有不同的荧光标记，从而可以互相区分，并且每一种固相载体的数量为103-107个(较佳地103-106个，更佳地104-105个)； 并且在每一种固相载体上，连接有单链寡核苷酸分子，所述的单链寡核苷酸分子特异性地结合于一种肥胖相关基因。
在另一优选例中，所述的球形固相载体的直径为1-100微米。
在另一优选例中，所述的寡核苷酸选自下组 UCP2探针 正常5’-ttttttttttttttttgaacccgggtatctcacca-3’ 突变5’-tttttttttttttttcccttccgctggagatttac-3’ ADRB2探针 正常5’-ttttttttttttttttgtgttcggcgacttggtag-3’ 突变5’-tttttttttttttttacctgctgggccgggatgtt-3’ ADRB3探针 正常5’-tttttttttttttttggctttggacgctctttaa-3’ 突变5’-tttttttttttttttaggaaaggagaggcgtcgtc-3’ PPARγ探针正常5’-tttttttttttttttaaccaccttaagggacggac-3’ 突变5’-tttttttttttttttgttccggtttcgccatgaga-3’。
在本实用新型的第二方面，提供了一种用于检测肥胖相关基因单核苷酸多态性的试剂盒，它包括 (a)一个容器a，以及装于所述容器中的上述的用于检测肥胖相关基因单核苷酸多态性的寡核苷酸芯片。
在另一优选例中，所述的试剂盒还包括选自下组的组件 (b)一个引物容器b，以及位于位于所述引物容器中的寡核苷酸引物混合物，所述寡核苷酸引物用于扩增肥胖相关基因； (c)一个聚合酶容器c，以及位于所述聚合酶容器中的DNA聚合酶； (d)一个等位基因特异性引物容器d，以及位于所述容器b的等位基因特异性寡核苷酸引物混合物。
在另一优选例中，所述的试剂盒还包括 (e)装于容器e内的标记的核苷酸； (f)容器f，和装于容器f内的用于特异位点引物延伸(ASPE)反应的DNA聚合酶； (g)容器g，和装于容器g内的杂交液； (h)容器h，和装于容器h内的杂交后洗液； (i)容器i，和装于容器i内的能与标记的核苷酸结合的荧光染料； (j)阳性对照和阴性对照。
在另一优选例中，球形固相载体的直径为1-100微米，更佳地2-50微米。
在另一优选例中，装于容器b内的引物选自下组 UCP2引物上游5’-gagatgactggaggtgggaag-3’ 下游5’-catttggcgctgcaggccgg-3’ ADRB2引物 上游5’-ccgccgtgggtccgcc-3’ 下游5’-ccatgaccagatcagcac-3’ ADRB3引物 上游5’-cgcccaataccgccaacac-3’ 下游5’-ccaccaggagtcccatcacc-3’ PPARγ引物 上游5’-gccaattcaagcccagtc-3’ 下游5’-gcagacagtgtatcagtgaagg-3’。
在另一优选例中，装于容器c内的等位基因特异性引物选自下组 UCP2正常5’-tggtgagatacccgggttcatcaggggccagtgcgcgctacagc-3’ 突变5’-gtaaatctccagcggaagggtacggtcaggggccagtgcgcgctacagt-3’ ADRB2 正常5’-ctaccaagtcgccgaacacacgccggaccacgacgtcacgcagc-3’ 突变5’-aacatcccggcccagcaggtcgccggaccacgacgtcacgcagg-3’ ADRB3 正常5’-ttaaagagcgtccaaagccctgctggtcatcgtggccatcgcct-3’ 突变5’-gacgacgcctctcctttcctctgctggtcatcgtggccatcgccc-3’ PPARγ正常5’-gtccgtcccttaaggtggttacagtgtatcagtgaaggaatcgctttctgg-3’ 突变5’-tctcatggcgaaaccggaacacagtgtatcagtgaaggaatcgctttctgc-3’。
图1是本实用新型寡核苷酸芯片一个实例的结构示意图。
图2是本实用新型的寡核苷酸芯片的检测示意图。
图3是本实用新型的一个实例的检测结果。其中泳道1为目的基因，泳道2为分子量标准品。
图4显示了本实用新型的一个实例中对UCP2、ADRB2、ADRB3、PPARγ的SNP检测结果。
图5显示了的PCR操作流程图。
具体实施方式
本发明人经过深入而广泛的研究，将针对不同肥胖相关基因SNP的寡核苷酸固化在不同的球形的固相载体上，制得寡核苷酸芯片和检测试剂盒。通过取样、基因组的提取，核酸靶片段的扩增，及对核酸靶片段中特定位点SNP的分析等步骤，本发明的芯片利用寡核苷酸链间可特异性互补配对的特性来检测具有不同核苷酸序列的目的基因，从而可以快速灵敏地同时检测多个与肥胖相关基因的SNP。
本实用新型的目的是提供一种检测4个与肥胖相关基因SNP的液相寡核苷酸芯片检测试剂盒，这种液相寡核苷酸芯片检测试剂盒其主要技术特征在于将液相寡核苷酸芯片与ASPE方法相结合，对与肥胖相关的UCP2(55A/V)、ADRB2(27Q/E)、ADRB3(64W/R)、PPARγ(12P/A)进行联合基因SNP位点分析。
本实用新型的芯片结构可参见图1。其中10为第一球形载体，12为与球形载体10连接并固定的第一种寡核苷酸探针，20为第二球形载体，22为与球形载体20连接并固定的第二种寡核苷酸探针，第一球形载体10与第二球形载体20自身具有可区别的不同荧光信号。
在另一优选例中，本实用新型的芯片所用的固相载体是一种直径5.5微米，以不同荧光标记的微珠。在每种微珠(固相载体)均偶联了具有不同结合特异性的寡核苷酸(检测探针)。
本发明还提供了一种用于检测肥胖相关基因单核苷酸多态性的试剂盒，它包括一个容器a，以及装于所述容器中的上述的用于检测肥胖相关基因单核苷酸多态性的寡核苷酸芯片。
在另一优选例中，本实用新型的试剂盒还至少包括一管寡核苷酸引物混合物，该寡核苷酸引物混合物可在DNA聚合酶及相应缓冲溶液、dNTP和人基因组模板存在时，通过至少一个循环周期的PCR反应，对4个目的基因进行有效地扩增。
可用于本实用新型的DNA聚合酶有多种，如由Takara公司生产的Taq DNApolymerase。PCR反应循环周期包括a)加热变性；b)退火，引物与模板或样品中的靶核苷酸杂交；c)延伸，DNA聚合酶延长靶核苷酸链。
本实用新型公开的液相寡核苷酸芯片试剂盒其特征在于至少包括一管ASPE寡核苷酸引物混合物，一管特定标记的核苷酸和一管可用于ASPE反应的DNA聚合酶。该ASPE寡核苷酸引物混合物可在DNA聚合酶及相应缓冲溶液、特定标记的核苷酸和经扩增纯化后的目的基因存在时，通过至少一个循环周期的PCR反应(ASPE)，对4个目的基因进行有效地标记。
可用于本实用新型的ASPE反应的DNA聚合酶有多种，其具有5’端至3’端聚合酶活性，但不具有3’端至5’端外切酶活性；当引物3’端与靶基因SNP位点不匹配时，该DAN聚合酶无法扩增目的基因，只有当引物3’端与靶基因SNP位点完全匹配时，引物才能进一步延伸，同时已标记的核苷酸参入到新合成的目的基因中。
在另一优选例中，本实用新型的芯片试剂盒还至少包括一管杂交液，该杂交液用于液相寡核苷酸芯片与经标记的新合成的目的基因的杂交。
在另一优选例中，本实用新型的芯片试剂盒还至少包括一管杂交后洗液，该杂交后洗液用于液相寡核苷酸芯片与经标记的新合成的目的基因的杂交后的洗涤。
在另一优选例中，本实用新型的芯片试剂盒还至少包括一管能与特定标记的核苷酸结合的荧光染料。
在另一优选例中，本实用新型的芯片试剂盒还至少包括一管阳性对照，该阳性对照用于在扩增4个目的基因时，对扩增过程进行控制。
在另一优选例中，本实用新型的芯片试剂盒还至少包括一管阴性对照，该阳性对照用于在对4个目的基因扩增标记时，对该过程进行控制。
本实用新型还提供了相应的检测方法。通常，检测方法包括如下步骤 1.取待检人员外周血或其它组织，提取基因组DNA； 2.以适量的基因组DNA为模板，经PCR反应扩增相应的目的基因片段； 3.收集目的基因PCR扩增产物，并对其进行PCR产物纯化； 4.以适量的经纯化的目的基因PCR扩增产物为模板，经PCR反应扩增得到带有特定标记的寡核苷酸； 5.使用集成了不同结合特异性的液相寡核苷酸芯片对经PCR反应扩增得到带有特定标记的寡核苷酸进行鉴定(参见图2)； (a)将制备好的液相寡核苷酸芯片加入PCR薄壁管中，将带有特定标记的寡核苷酸加入液相微珠寡核苷酸芯片中，并加入适量的杂交液，42度孵育30-60分钟； (b)将杂交后的液相芯片转入96孔抽滤板或离心管中。抽滤或高速离心后弃上清，加入杂交后洗液洗去未结合的寡核苷酸； (c)向液相芯片中加入相应荧光染料，反应后以液相芯片检测仪进行检测； 6.经过寡核苷酸芯片筛选鉴定到的阳性样本，即表明其基因组中与肥胖相关的基因存在相应位点的点突变。
本实用新型的优越性在于 第一，可以同时对某一个体基因组样本中与肥胖相关的基因进行SNP分析。
第二，节省了大量时间与资金，同时在很大程度上降低了检测时的背景信号。大大促进了对基因组中广泛存在的SNP的研究。寡核苷酸芯片将具有不同结合特异性的寡核苷酸集成于芯片上，采用ASPE的方法对基因SNP金星分析，最大限度降低了不同基因在杂交时存在的非特异性的结合，从而大大降低了背景信号的产生。
第三，本实用新型在促进了基因组学研究的同时，对人群进行大规模的筛查，并在基因水平上对预测人类肥胖的发生及对肥胖和相关疾病的治疗有很好的促进作用。
下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件如Sambrook等人，分子克隆实验室手册(New YorkCold Spring Harbor Laboratory Press，1989)中所述的条件，或按照制造厂商所建议的条件。
实施例1 芯片制备方法(微珠包被方法) 取5×105个微珠(购自Bio-Rad公司)，震荡、超声30秒→50微升0.1M MES重悬，震荡、超声30秒→加入0.3nmol检测探针(博亚生物技术公司合成，见下表a)→加入0.5ul 50mg/ml EDC→震荡30分钟→加入0.5ul 50mg/ml EDC，震荡30分钟→1.0毫升含0.02％ Tween-20的PBS洗涤→1.0毫升含0.1％SDS的PBS洗涤→50微升TE重悬。
表a 芯片上用于肥胖相关基因的检测探针 (3)微珠包被效率的检测。
(a)检测微珠包被效率的标签序列 Lug Tag Sequence5’-acttggcctg-3’其中5’端生物素标记 (b)杂交反应体系如下 1.5×TMAC杂交缓冲液33微升 微珠2500个 Lug Tag序列0.05nmol TE适量 总量50微升 (c)杂交反应条件如下 94℃变性10分钟，然后42℃ 1小时。
结果制得了分别针对4种SNP的微球，即芯片。
实施例2 ASPE扩增产物的制备 一、人基因组DNA的制备 (1)取人适量全血或其它组织，提取基因组DNA。
(2)采用PCR对基因组DNA中的4个目的基因进行扩增。4个目的基因分别为UCP2、ADRB2、ADRB3和PPARγ。
(a)4个目的基因的引物序列分别为 表b 4个目的基因的引物序列 (b)PCR反应条件如下 如图5所示。
(c)PCR反应体系如下 10×PCR缓冲液5微升 25mM MgCl23微升 2.5mM dNTP5微升 Taq DNA聚合酶5单位 10mM引物各2微升 模板1微克 H2O适量 总量50微升 (d)回收并纯化多重PCR反应产物。
检测结果如图3所示。
二、采用PCR对纯化后的多重PCR反应产物进行等位基因特异性引物延伸。
(a)4个目的基因的等位基因特异性引物序列分别为 表c 4个目的基因的等位基因特异性引物序列 (b)PCR反应条件如下 同1(b)中所示的条件(图5)。
(c)PCR反应体系如下 10×PCR缓冲液1.5微升 25mM MgCl20.45微升 5mM dATP，dGTP，dTTP0.4微升 0.4mM Biotin-dCTP4微升 Tsp DNA聚合酶1单位 10mM引物各2微升 模板0.5微克 H2O适量 总量15微升 结果ASPE扩增，得到ASPE扩增产物。
实施例3 SNP的检测 在本实施例中，用实施例1制备的芯片对实施例2中ASPE扩增产物进行检测。
(a)杂交反应体系如下 1.5×TMAC杂交缓冲液33微升 微珠各2500个 PCR产物5微升 TE适量 总量50微升 (b)杂交反应条件如下 94℃预变性10分钟→94℃ 30秒，42℃ 30秒(共52个循环，每循环-1℃)→42℃ 1小时 (c)杂交后洗涤及荧光染色方法对杂交后溶液，16000rpm离心5分钟。弃上清，加入150微升6×SSPET溶液重悬，然后16000rpm离心5分钟。再次弃上清，加入75微升适量浓度(Sigma公司产品1mg/ml，1∶25稀释)的SA-PE溶液重悬，高速震荡10分钟，然后取50微升上样检测。
(d)SNP检测结果 采用本方法对30余份人基因组样本进行分析。
结果如图4以及表1和表2所示。 表1 样本SNP检测结果 表2 人基因组样本SNP检测结果判定 上述结果显示各基因型差异显示良好。
对全部样本进行基因测序，并将测序结果与芯片检测结果相比较，结果完全一致。
实施例4 检测试剂盒的制备 制备包含以下组件的试剂盒 (a)一个容器a，以及装于所述容器中分别偶联了UCP2(55A/V)、ADRB2(27Q/E)、ADRB3(64W/R)、PPARγ(12P/A)这4个基因检测探针的4对(8种)不同微珠的混合物。(实施例1中制备) (b)一个引物容器b，以及位于位于所述引物容器中的寡核苷酸引物混合物，所述寡核苷酸引物用于扩增肥胖相关基因(见表b)； (c)一个聚合酶容器c，以及位于所述聚合酶容器中的Taq DNA聚合酶； (d)一个等位基因特异性引物容器d，以及位于所述容器b的等位基因特异性寡核苷酸引物混合物(见表c)。
(e)装于容器e内的荧光标记的核苷酸； (f)容器f，和装于容器f内的用于特异位点引物延伸(ASPE)反应的DNA聚合酶； (g)容器g，和装于容器g内的杂交液； (h)容器h，和装于容器h内的杂交后洗液； (i)容器i，和装于容器i内的能与标记的核苷酸结合的荧光染料； (j)阳性对照和阴性对照。
其中，组件(e)～(j)的试剂与实施例1-3中所用的相同。
讨论 随着人类基因组计划的实施和推进，生命科学研究已进入了后基因组时代。各种基因在个体之间表现的差异，越来越受到人们的关注。在所有这些基因表现的差异中，最为常见的是单核苷酸多态性(single nucleotidepolymorphism，SNP)。对于人类基因组SNP的分析有助于确定人类疾病易感基因、药物敏感性和遗传多样性。
近来对参与“体脂恒定调控网络”若干候选基因的SNP研究发现，这些基因包括瘦素(LEP)、瘦素受体(LEPR)、黑皮素4受体(MC4R)、肾上腺素能受体(ADRB)2，3、解偶联蛋白(UCP)1，2，3、小肠脂酸结合蛋白2(FABP2)、肿瘤坏死因子α(TNFα)、过氧化质体增殖激活受体γ(PPARγ)在不同位点上的多态性即点突变与肥胖及其相关疾病的发生存在密切的关系。其中对UCP2(55A/V)、ADRB2(27Q/E)、ADRB3(64W/R)、PPARγ(12P/A)的联合基因分析有利于预测肥胖的发生。
传统的对于基因SNP的分析方法包括限制性片段长度多态性分析(Restriction Fragment Length Polymorphism，RFLP)、单链构象多态性分析(Single Strand Conformation Polymorphism，SSCP)及DNA测序等等。然而，以上这些方法的工作量大，且无法做到高通量检测。采用完全匹配(PerfectMatch，PM)和错配(Mismatch，MM)探针与目的基因直接杂交(DirectlyHybridization，DH)的方法虽然可以做到较高的通量，但存在着较强的背景信号，易产生假阳性结果。寡核苷酸连接分析(Oligonucleotide Ligation，OLA)对于某些基因的检测同样存在假阳性的问题。由于上述方法对于高通量检测基因SNP均存在着明显的弊端，两种新的方法被提出。它们是单碱基延伸(Single-Base Chain Extension，SBCE)和特异位点引物延伸(Allele-SpecificPrimer Extension，ASPE)。在综合考虑检测成本和工作量等因素后，近来的研究发现，较SBCE而言，ASPE是一种更加经济简便，适用于大规模高通量的基因分析方法。ASPE的检测原理是设计一条终止于基因SNP位点的引物，在特定标记的核苷酸和一定的DNA聚合酶存在的条件下对靶基因进行扩增。当引物3’端与靶基因SNP位点不匹配时，该DAN聚合酶无法扩增目的基因，只有当引物3’端与靶基因SNP位点完全匹配时，引物才能进一步延伸，同时特定标记的核苷酸参入到新合成的目的基因中。通过检测新合成目的基因的信号，获得靶基因SNP位点的信息。
要做到高通量的检测，需要一个良好的技术平台。生物芯片技术是基于生物大分子(核酸、蛋白质等)相互作用的大规模并行分析方法，已成为当今生命科学研究领域发展最快的技术之一。液相寡核苷酸芯片是检测寡核苷酸之间相互作用的生物芯片，它是基于互补寡核苷酸特异性结合的原理，将多种寡核苷酸结合在液相微珠上，从而使传统的生物学分析手段能够在极小的范围内快速完成，达到一次实验同时分析多个生物标本或检测多种疾病的目的。与固相寡核苷酸芯片相比，液相寡核苷酸芯片具有制备简单、反应快易控制且结果判定准确等明显优势。
在本实用新型提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本实用新型的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
权利要求1.一种用于检测肥胖相关基因单核苷酸多态性的试剂盒，其特征在于，它包括
(a)一个容器a，以及装于所述容器中的用于检测肥胖相关基因单核苷酸多态性的寡核苷酸芯片，其中所述的芯片包括
2-10000种球形的固相载体，所述的固相载体分别带有不同的荧光标记，从而可以互相区分，并且每一种固相载体的数量为103-107个；
并且在每一种固相载体上，连接有单链寡核苷酸分子，所述的单链寡核苷酸分子特异性地结合于一种肥胖相关基因。
2.如权利要求1所述的试剂盒，其特征在于，它还包括选自下组的组件
(b)一个引物容器b，以及位于位于所述引物容器中的寡核苷酸引物混合物，所述寡核苷酸引物用于扩增肥胖相关基因；
(c)一个聚合酶容器c，以及位于所述聚合酶容器中的DNA聚合酶；
(d)一个等位基因特异性引物容器d，以及位于所述容器的等位基因特异性寡核苷酸引物混合物。
3.如权利要求2所述的试剂盒，其特征在于，所述试剂盒还包括
(e)装于容器e内的标记的核苷酸；
(f)容器f，和装于容器f内的用于特异位点引物延伸(ASPE)反应的DNA聚合酶；
(g)容器g，和装于容器g内的杂交液；
(h)容器h，和装于容器h内的杂交后洗液；
(i)容器i，和装于容器i内的能与标记的核苷酸结合的荧光染料；
(j)阳性对照和阴性对照。
4.如权利要求1所述的试剂盒，其特征在于，球形固相载体的直径为1-100微米。
5.如权利要求2所述的试剂盒，其特征在于，装于容器b内的引物是扩增肥胖相关基因UCP2基因、ADRB2基因、ADRB3基因、和PPARγ基因的引物。
专利摘要本实用新型公开了一种检测肥胖相关基因SNP的寡核苷酸芯片及试剂盒，所述的芯片包括2－10000种球形的固相载体，所述的固相载体分别带有不同的荧光标记，从而可以互相区分，并且每一种固相载体的数量为103－107个；并且在每一种固相载体上，连接有单链寡核苷酸分子，所述的寡核苷酸分子特异性地结合于肥胖相关基因。本实用新型的芯片和试剂盒可快速灵敏地同时检测多个与肥胖相关基因的SNP。
文档编号C12Q1/68GK2918435SQ2005200424
公开日2007年7月4日 申请日期2005年6月15日 优先权日2005年6月15日
发明者张庆华, 夏明灿, 赵芹, 宋凯, 尚渊 申请人:上海生物芯片有限公司