CN1438325A

CN1438325A - 一种基因组dna微阵列芯片及其制备和使用方法

Info

Publication number: CN1438325A
Application number: CN 03112943
Authority: CN
Inventors: 陆祖宏; 祭美菊; 侯鹏; 何农跃; 李松
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2003-03-10
Filing date: 2003-03-10
Publication date: 2003-08-27

Abstract

本发明涉及一种基因组DNA微阵列芯片及其制备和使用方法。其特征：(1)从一组不同生物个体的细胞中分别制备其基因组DNA样品，(2)分别将这些基因组DNA样品固定于同一载体的不同位置上，构成基因组DNA微阵列芯片。制备方法(1)从细胞中提取出的基因组DNA；(2)基因组DNA通过限制性内切酶消化后得到DNA片段总和作为基因组DNA样品，且限制性内切酶的识别位点中不包含待测的突变或单核苷酸多态性SNP位点；(3)其基因组DNA样品中掺入可溶性的高分子聚合物材料形成复合物；(4)将其点在载体上制成芯片。其使用方法为在微阵列芯片上加入与被检测基因位点相关DNA探针、带有标记物的核苷酸单体和聚合酶，以基因组的DNA为模板，进行探针的延伸，进行检测。

Description

一种基因组DNA微阵列芯片及其制备和使用方法

技术领域

本发明涉及一种基因组DNA微阵列芯片及其制备和使用方法是将不同的生物个体的基因组DNA经适当的处理后，通过点样装置将处理后的DNA固定于经特殊处理的固体基板(如玻璃、硅片、凝胶、塑料、橡胶、陶瓷和微球等)上构成微阵列芯片。该基因组DNA微阵列芯片可包含成百上千个不同个体的基因组DNA，可同时对大量样本进行突变及单核苷酸多态性(SNP)分析，寻找有生物学功能的或与疾病相关的基因多态位点，发现重要的生物功能和疾病相关基因。该基因组DNA微阵列芯片具有方便、实用、可靠和高通量检测等特点。

技术背景

随着基因组计划的进展，发现基因的生物学功能和疾病相关基因成为生命科学的研究热点。人们通过比较不同个体基因组的差异，分析基因组中诸多基因突变及单核苷酸多态性(SNP)位点的信息是研究基因功能的重要方法。基因突变对于阐明肿瘤与遗传病的分子机制、疾病的早期诊断具有重要意义。而单核苷酸多态性(SNP)则有助于解释个体的表型差异、不同群体和个体对疾病，特别是对复杂疾病的易感性、以及对各种药物的耐受性和对环境因子的反应。因此，寻找研究突变及单核苷酸多态性已成为后人类基因组计划中研究的内容和目标之一。

基因突变和多态性的生物学功能研究一般要对大量(数百至数万)个体的基因组DNA进行分析。目前，突变和单核苷酸多态性检测方法是采用已有的成熟技术，如DNA测序、限制性酶切长度多态性(RFLP)、单链构象多态性(SSCP)和等位基因特异的寡聚核苷酸杂交(ASO)等。这些技术虽然能完成对突变或核苷酸多态性的检测，但由于它们必须对每一个个体的基因组DNA进行逐个分析和检测，包括：基因组DNA的提取，PCR扩增，测序分析等。不但耗时长、工作量大，而且，还要耗费大量的研究费用。因此，发展可同时用于多个基因组多态性和突变检测的快速、高效、自动化技术是目前人们追求的目标。

基因芯片是近年来在生命科学领域中迅速发展起来的一项高新技术。所谓基因芯片就是按特定的排列方式固定有大量基因探针(寡核苷酸探针或cDNA探针)的硅片、玻片、塑料片。基因芯片技术是高效地大规模获取相关生物信息的主要手段。目前，该技术应用领域主要有基因表达谱分析、新基因发现、基因突变及多态性分析、基因组文库作图、疾病诊断和预测、药物筛选、基因测序等。九十年代初以美国为主开始进行的各种生物芯片的研制，不到十年的功夫，芯片技术得以迅速发展，并呈现发展高峰。但在目前的芯片检测中，样品的前期处理极为繁琐(如DNA提取、聚合酶链式反应扩增、荧光标记等)。基因芯片技术在基因多态性的研究和检测方面也受到了人们的关注。例如，美国Affymetrix公司等发展了一种可用于基因组中上千个单核苷酸多态性(SNP)检测的基因芯片技术，而成为生物芯片行业的领头雁。但是，目前的生物芯片技术都不能对大量的不同个体的基因组进行同时分析，而只能对某个基因组中多个基因多态位点进行同时进行高通量分析和检测的微阵列芯片对于功能基因组的研究是十分重要的。

发明内容

本发明针对上述不足之处提供一种基因组DNA微阵列芯片及其制备和使用方法。该芯片是把一组从不同生物个体的细胞中提取的基因组DNA样品，经适当酶切后，每一个个体的总DNA片段分别固定于同一载体的不同位置上，构成包含有多个基因组DNA的微阵列芯片。

技术方案：本发明的核心是怎样实现基因组DNA的高效率的固定，以及对于固定的基因组DNA进行序列的检测。本发明提出经适当的限制性内切酶对基因组DNA进行消化形成较短的片段，然后与可溶性高分子聚合物(如多聚赖氨酸等)混合，并通过紫外交联仪交联，形成分子刷。最后，通过点样装置将交联后的基因组DNA固定于经特殊处理(如醛基)的固体基板(如玻璃、硅片、凝胶、塑料、橡胶、陶瓷和微球等)上构成微阵列芯片。

一种基因组DNA微阵列芯片，其特征在于：(1)从一组不同生物个体的细胞中分别制备其基因组DNA样品，(2)分别将这些基因组DNA样品固定于同一载体的不同位置上，构成基因组DNA微阵列芯片。

一种基因组DNA微阵列芯片制备方法。其特征在于(1)从细胞中提取出的基因组DNA；(2)基因组DNA通过限制性内切酶消化后得到DNA片段总和作为基因组DNA样品，且限制性内切酶的识别位点中不包含待测的突变或单核苷酸多态性SNP位点；(3)其基因组DNA样品中掺入可溶性的高分子聚合物材料形成DNA复合物；(4)将复合物点在载体上制成基因组DNA微阵列芯片。可溶性的高分子聚合物材料采用多聚赖氨酸、聚乙烯醇、聚乙氟亚胺、聚烯丙基亚胺等。固定基因组样品的载体为固体基板，采用玻璃、硅片、凝胶、塑料、橡胶、陶瓷。制备微阵列芯片所用的载体是经醛基、巯基、氨基特殊基团修饰。

基因组DNA微阵列芯片其使用方法为在微阵列芯片上加入与被检测基因位点相关DNA探针、进行连接或延伸，实现对某一物种基因组的大量个体样本差异性分析。根其特征在于连接采用T4DNA连接酶，在片延伸所采用的是DNA聚合酶I大片段(Klenow片段)或Taq DNA聚合酶。特征在于在片延伸所掺入的标记物采用荧光基团或生物素。其特征在于芯片使用结果检测采用荧光检测、化学发光检测、酶化学法检测、胶体金检测。

有益效果：本发明是一种制备简单、结果可靠、使用方便的DNA芯片及其制备和使用方法。应用该基因组DNA微阵列芯片可以在试验中对成千上万个体的基因组DNA的某些序列差异进行分析和检测，从而实现基因多态性检测的高效率和低成本。通过高分子聚合物(如多聚赖氨酸等)，可以将基因组DNA固定于经特殊处理(如醛基)的固体基板(如玻璃、硅片、凝胶、塑料、橡胶、陶瓷和微球等)上构成微阵列芯片。最后，利用在片延伸技术对突变和单核苷酸多态性进行分析。高分子聚合物(如多聚赖氨酸等)对基因组DNA具有聚合作用。本方法无须聚合酶链式反应扩增便可以进行突变和单核苷酸多态性检测，大大简化了样品前期处理的过程。而且该方法制备的基因组DNA微阵列芯片可包含成百上千个不同生物个体的基因组DNA，可同时对大量样本进行突变和单核苷酸多态性(SNP)分析，寻找有生物学功能的或与疾病相关的基因。目前的任何技术(包括DNA芯片技术)都无法实现这一功能。因此该基因组DNA芯片能被广泛应用于突变和单核苷酸多态性(SNP)检测。

附图说明

以下将结合附图对本发明作进一步说明。

图1为本发明基因组DNA微阵列芯片制备流程图。

图2为本发明使用方法中在片延伸流程图。

图中1、基因组DNA；2、内切酶酶切后的总的DNA短片段；3、高分子聚合物(如多聚赖氨酸等)；4、载体；5、突变或SNP位点；6、寡聚核苷酸探针；7、荧光或生物素标记物。

具体实施方式

参照附图1、2，一种基因组DNA微阵列芯片，其特征在于：(1)从一组不同生物个体的细胞中分别制备其基因组DNA样品，(2)分别将这些基因组DNA样品固定于同一载体4的不同位置上，构成基因组DNA微阵列芯片。

参照附图1，一种基因组DNA微阵列芯片制备方法。具体如下：1、提取基因组DNA 1；2、用适当的限制性内切酶酶切基因组DNA 2；3、将酶切后的总的DNA片段与高分子聚合物(如多聚赖氨酸)3混合，并用紫外交联仪交联，形成复合物；4、利用点样装置将交联后的基因组DNA复合物固定于经特殊处理(如醛基)的固相载体4固体基板，(如玻离、硅片、凝胶、塑料、橡胶、陶瓷和微球等)构成微阵列芯片。5、在湿润的环境下，室温密闭放置过夜。然后，用0.1％的十二烷基硫酸钠(SDS)去除未结合的交联复合物，然后用双蒸水彻底清洗，干燥，即制备成一种基因组DNA微阵列芯片。

参照附图2一种基因组DNA微阵列芯片使用方法，具体如下：

1、根据待测的突变或SNP位点5，合成互补的寡聚核苷酸探针6，将突变或SNP位点设计在3’端；2、将寡聚核苷酸探针与上述微阵列芯片杂交数小时；3、去除未结合的寡聚核苷酸探针，然后用双蒸水彻底清洗，干燥后待用；4、利用DNA聚合酶I大片段(Klenow片段)或Taq DNA聚合酶做在片延伸，在延伸过程中掺入荧光或生物素标记物7。含有突变或SNP位点的样本就会掺入标记物，相反就不会掺入标记物。通过荧光或其它方法检测便可以判断芯片上哪些样本含有相关的突变或SNP位点。

Claims

1、一种基因组DNA微阵列芯片，其特征在于：(1)从一组不同生物个体的细胞中分别制备其基因组DNA样品，(2)分别将这些基因组DNA样品固定于同一载体的不同位置上，构成基因组DNA微阵列芯片。

2、权利要求1所述的一种基因组DNA微阵列芯片制备方法，其特征在于(1)从细胞中提取出的基因组DNA；(2)基因组DNA通过限制性内切酶消化后得到DNA片段总和作为基因组DNA样品，且限制性内切酶的识别位点中不包含待测的突变或单核苷酸多态性SNP位点；(3)其基因组DNA样品中掺入可溶性的高分子聚合物材料形成DNA复合物；(4)将复合物点在载体上制成基因组DNA微阵列芯片。

3、根据权利要求2所述的一种基因组DNA微阵列芯片及其制备方法，其特征在于可溶性的高分子聚合物材料采用多聚赖氨酸、聚乙氟亚胺、聚烯丙基亚胺。

4、根据权利要求1和2所述的一种基因组DNA微阵列芯片及其制备方法，其特征在于制备微阵列芯片的载体为固体基板，采用玻璃、硅片、凝胶、塑料、橡胶、陶瓷、微球。

5、根据权利要求1或2所述的一种基因组DNA微阵列芯片及其制备方法，其特征在于制备微阵列芯片所用的载体是经醛基、巯基、氨基特殊基团修饰。

6、权利要求1所述的一种基因组DNA微阵列芯片，其使用方法为在微阵列芯片上加入与被检测基因位点相关DNA探针、通过化学反应进行连接或延伸，实现对某一物种基因组的大量个体样本差异性分析。

7、根据权利要求5所述的一种基因组DNA微阵列芯片的使用方法，其特征在于连接反应采用的是T4DNA连接酶，在片延伸所采用的是DNA聚合酶I大片段(Klenow片段)或TaqDNA聚合酶。

8、根据权利要求5所述的一种基因组DNA微阵列芯片使用方法，其特征在于在片延伸所掺入的标记物采用荧光基团或生物素。

9、根据权利要求5所述的一种基因组DNA微阵列芯片使用方法，其特征在于芯片使用结果检测采用荧光检测、化学发光检测、酶化学法检测、胶体金检测。