一种构建杂交捕获测序文库的方法及应用与流程

本发明属于基因检测领域，具体涉及一种基因组dna直接杂交的策略和dna文库构建的方法，及其在核酸检测领域的应用。
背景技术：
：基于二代测序的目标区域捕获方法在科研和临床基因检测领域已被广泛应用。捕获测序技术由于需要很少的测序数据量，因此不仅降低了检测成本，而且降低了数据分析过程中的计算量与计算时间。目前，已有大量的捕获测序方法被开发，主要是基于pcr的捕获技术与基于杂交的捕获技术。基于杂交的捕获技术分为芯片杂交和液相杂交两种。芯片杂交捕获技术是一种将探针合成在芯片上，与dna文库杂交结合，不能结合的非特异性dna文库片段从芯片上洗去，而靶向富集的dna文库稍后被洗脱下来用于测序。液相探针捕获技术是通过体外转录固相探针产生生物素标记的rna探针，也可以直接通过合成产生dna探针，在溶液中进行杂交富集的技术。基因组dna经过文库构建过程，形成dna文库后，再与探针杂交，经过捕获与洗脱后，获得捕获的dna文库，再一次进行文库富集后，进行测序。液相探针捕获技术是几种捕获技术中应用最为广泛的一种，该方法特别适用于多基因的捕获测序。在杂交捕获过程中，由于现有技术均采用含有接头的dna文库进行杂交，这会导致样品在杂交时，由于文库接头互补序列之间的退火结合，极大降低dna文库的捕获效率；同时，非特异的dna文库片段也可能由于接头之间的退火而被捕获下来，并且会以级联放大的形式存在大量非靶序列文库；另外，产生dna文库的过程需要经过一定循环数的pcr扩增，经过捕获后需要再次扩增富集，这就潜在pcr过程中引入错误以及不均衡性。这些极大的影响了捕获文库的质量，浪费大量的数据甚至影响基因检测的结果。技术实现要素：为了解决现有技术的不足，本发明的目的为提供一种构建杂交捕获测序文库的方法及应用，本发明的方法解决了现有技术中的种种不足之处，获得一种捕获效率高、捕获均衡性好、操作简便的杂交捕获方法；同时本发明提供的dna文库构建方法也可用于常规的dna文库构建。本发明提供了采用片段化基因组dna直接杂交的方法，采用片段化的基因组dna直接与探针杂交，得到具有目标捕获区域的单链dna以及一种dna文库构建方法。普遍适用于固相芯片捕获杂交系统与液相捕获杂交系统，极大的提升了捕获效率与均衡性。同时，本发明进一步提供了一种dna文库构建方法，具有方法简单，成本低廉，适用性广等特点，可用于dna或rna的高通量测序文库的构建。一种构建杂交捕获测序文库的方法，包括以下步骤：将基因组dna片段化和磷酸化，其中，基因组dna片段化包括但不限于超声波打断法打断成200-400bp大小；将磷酸化后的片段化的基因组dna与捕获探针杂交，或者在固相芯片杂交平台或液相杂交平台进行杂交；杂交体系中包括杂交缓冲液、cot-1dna、鲑鱼精dna、杂交探针；杂交完成后洗脱捕获得到的单链dna，所述单链dna具有目的区域，单链dna与接头连接得到连接产物；以连接产物为模板进行pcr扩增，得到扩增产物，对扩增产物进行纯化获得测序文库。优选的，磷酸化处理为往片段化的基因组dna中加入缓冲液、t4多聚核苷酸激酶进行磷酸化；所述捕获方法为通过能与杂交探针结合的磁珠等方法进行捕获，所述洗脱采用洗脱缓冲液进行洗脱。优选的，所述的片段化的基因组dna为经过机械打断的基因组dna、经过酶切法打断的基因组dna、外周血游离dna、肿瘤游离dna或自然降解的基因组dna。优选的，所述接头为5’接头和3’接头；所述pcr扩增采用测序平台兼容的接头引物进行pcr扩增。优选的，所述pcr扩增的退火温度为62℃-72℃。优选的，如附图2所示：所述5’接头和3’接头的一对序列包含正向序列f与反向序列r；所述反向序列r包含随机碱基n区域和反向互补区域，其中，所述随机碱基n的个数为3-6个，且反向序列r的反向互补区域的tm值低于正向序列f的tm值。优选的，所述正向序列f的tm值为60℃-80℃，反向序列r的反向互补区域的tm值为40℃-55℃。优选的，所述5’接头和3’接头的反向序列r的3’末端的封闭修饰包括氨基、ddntp或肩臂修饰；所述3’接头正向序列f的5’末端进行磷酸基团修饰。一组优选的兼容illumina测序平台的接头序列；所述5’接头的正向序列f如seqidno:1所示，5’接头的反向序列r如seqidno:2所示；所述3’接头的正向序列f如seqidno:3所示，3’接头的反向序列r如seqidno:4所示。5’接头：编号序列seqidno:1acactctttccctacacgacgctcttccgatctseqidno:2nnnnnnagatcggaagagcgtc3’接头：编号序列seqidno:3agatcggaagagcacacgtctgaactccagtcseqidno:4gtgtgctcttccgatctnnnnnn一种构建杂交捕获测序文库的方法应用于双链dna文库构建、rna逆转录获得的cdna文库构建及其他方式获得的单链或双链dna文库构建。优选的，所述双链dna文库构建采用95℃变性片段化的双链dna后形成单链dna，再进行接头连接与扩增。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：1)、捕获效率极高：片段化的基因组dna直接与探针杂交，避免了含有接头的dna文库进行杂交造成的非特异捕获。2)、捕获均衡性好：采用不经过pcr扩增的dna直接与探针杂交，避免了dna文库构建过程中带来的偏性。3)、操作简单：基因组dna的直接杂交，省去了常规dna文库构建过程中需要的补平、加a、连接、扩增等步骤；实验操作简单。4)、适用性广：基因组dna直接杂交策略可以适用于固相芯片杂交平台或液相杂交平台，适用于rna或dna探针进行杂交捕获；本发明的dna文库构建方法适用于双链dna文库构建及单链dna文库构建。5)、成本低廉：省去了常规构建dna文库的补平、加a、扩增等试剂，极大降低了成本。附图说明图1为本发明的一种构建杂交捕获文库流程示意图；图2为本发明的接头示意图。具体实施方式下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细说明。但本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件按照说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。实施例1一种构建杂交捕获测序文库的方法，如图1所示：包括以下步骤：1、基因组dna直接与3m区域的外显子探针杂交a)、将500ng基因组dna采用酶切法打断成200-400bp大小，并浓缩至5μl，得到浓缩的片段化基因组dna；b)、配制杂交缓冲液，组分如下：试剂体积(μl)2x杂交缓冲液13rna捕获探针2rnaseblock1总体积16c)、将浓缩的基因组dna与2.5μlcot-1dna、2.5μl鲑鱼精dna混合，在pcr仪中运行如下程序：步骤温度时间195℃5min265℃保持(至少5min)d)、将b步骤中的杂交缓冲液加入到c步骤的基因组dna中，混合均匀，65℃杂交16小时。e)、杂交完成后，采用链霉素磁珠进行目标rna序列吸附，室温条件下1500rpm混匀30min。f)、吸附后，加入清洗缓冲液1进行清洗，室温清洗15min；再采用清洗缓冲液2进行清洗，65℃清洗10min，一共重复清洗三次。g)、加入naoh溶解捕获序列后，加入中和液中和，并使用1.8xampurexp磁珠纯化样本至10μl。2、捕获的单链dna进行文库构建a)、配制连接体系，所述连接体系中的5’接头和3’接头序列如下所示，5’接头：编号序列seqidno:1acactctttccctacacgacgctcttccgatctseqidno:2nnnnnnagatcggaagagcgtc3’接头：编号序列seqidno:3agatcggaagagcacacgtctgaactccagtcseqidno:4gtgtgctcttccgatctnnnnnn所述连接体系组分如下：反应组分体积(μl)2xquickligationbuffer12捕获dna105’接头(10μm)0.53’接头(10μm)0.5quickt4dnaligase1总体积24b)、在pcr仪中运行：25℃，15min，进行连接反应。c)、连接产物经过1xampurexp磁珠纯化后，溶于23μl纯水中，并配置如下pcr反应组分：d)、pcr仪执行以下反应程序：步骤温度时间预变性198℃3min变性298℃10s退火366℃30s延伸472℃1min返回步骤2循环13次5延伸672℃5min保持74℃5mine)、扩增产物经磁珠纯化后，采用illumina测序平台测序。对照例1本对照例采用常规液相杂交系统进行3m区域的外显子捕获。实验方法如下所示：1、基因组dna文库构建根据常规dna文库构建流程进行：基因组dna经过打断后，进行末端修复、加a、接头连接、pcr扩增及纯化等步骤，得到dna文库。2、文库杂交a)、将500ngdna文库浓缩至4μl。b)、配制杂交缓冲液，组分如下：试剂体积(μl)2x杂交缓冲液13rna捕获探针2rnaseblock1总体积16c)、将浓缩的基因组dna与2.5μlcot-1dna、2.5μl鲑鱼精dna和1μldnablock混合，在pcr仪中运行如下程序：步骤温度时间195℃5min265℃保持(至少5min)d)、将b步骤中的杂交缓冲液加入到c步骤的基因组dna中，混合均匀，65℃杂交16小时。e)、杂交完成后，采用链霉素磁珠进行目标rna序列吸附，室温条件下1500rpm混匀30min。f)、吸附后，加入清洗缓冲液1进行清洗，室温15min；再采用清洗缓冲液2进行清洗，65℃10min，一共清洗三次。g)、加入naoh溶解捕获序列后，加入中和液中和，并使用1.8xampurexp磁珠纯化样本至23μl。3、捕获dna再次富集a)、捕获得到含目标区域的dna文库后，配制如下pcr体系：反应组分体积(μl)2xq5high-fidelitymastermix25纯化dna23p5引物(10μm)1p7引物(10μm)1总体积50b)、pcr仪执行以下反应程序：步骤温度时间预变性198℃2min变性298℃30s退火360℃30s延伸472℃1min返回步骤2循环12次5延伸672℃10min保持74℃5minc)、扩增产物经磁珠纯化后，采用illumina测序平台测序。实施例1和对照例1的测序结果见下所示：方法总reads数(m)捕获效率1x覆盖度10x覆盖度20x覆盖度实施例19.82018697.12％99.7％93.9％84.3％对照例110.0633262.51％98.6％83.9％74.1％由上表可见：实施例1在测序数据量约为10m时，捕获效率到达了97.12％，20x覆盖度达到了84.3％。对照例1在测序数据量约为10m时，捕获效率到为62.51％，20x覆盖度为74.1％。序列表<110>南京迪康金诺生物技术有限公司无锡中德美联生物技术有限公司<120>一种构建杂交捕获测序文库的方法<160>4<170>siposequencelisting1.0<210>1<211>33<212>dna<213>seqidno:1(2ambystomalateralexambystomajeffersonianum)<400>1acactctttccctacacgacgctcttccgatct33<210>2<211>22<212>dna<213>2ambystomalateralexambystomajeffersonianum<400>2nnnnnnagatcggaagagcgtc22<210>3<211>32<212>dna<213>2ambystomalateralexambystomajeffersonianum<400>3agatcggaagagcacacgtctgaactccagtc32<210>4<211>23<212>dna<213>2ambystomalateralexambystomajeffersonianum<400>4gtgtgctcttccgatctnnnnn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