高分辨率熔解技術(shù)(high resolution melting,HRM)僅僅通過PCR之后的熔解曲線分析,就能檢測PCR片段的微小序列差異,從而應(yīng)甩于突變掃描、序 列配對和基因分型等多個方面(Liu et al一2010)。雙鏈D\A的熔解分析可追溯到20世紀(jì)60年代,當(dāng)時是通過紫外吸收來監(jiān)測的。分析需要幾微克的DNA,而樣品以(0.1~1.0)℃/min的速率緩慢加熱,常常要花上幾個小時才能完成:后來,LightCycler定量PCR儀的出現(xiàn),讓熒光熔解分析變得流行:樣品量因毛細(xì)管而縮減至納克級,且熔解速率更快,達(dá)(0.1~1.0)℃/S,熔解時間縮短至幾分鐘,當(dāng)時使用的染料是SYBR Green I。然而,這種熔解分析只能區(qū)分在片段大小和GC含量上差別較顯著的DNA序列,如檢查PCR擴(kuò)增產(chǎn)物中是否存在引物二聚體及其他非特異性的擴(kuò)增。如果要區(qū)分SNP,分辨率還不夠。SYBR Green I屬于非飽和性染料,由于它對PCR的抑制作用,在實(shí)驗(yàn)中的使用濃度很低,遠(yuǎn)未將DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)中的小溝飽和。這樣,DNA雙鏈高溫變性時,單鏈部分的熒光染料分子發(fā)生重排,熒光染料分子重新結(jié)合到雙鏈DNA的空置位點(diǎn),造成熒光信號沒有變化,因此出現(xiàn)假陰性,特異性下降。而飽和染料即便在飽和濃度(熒光最大)下,也不會抑制PCR,故高濃度的染料飽和了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)中的小溝,在DNA觶鏈過程中就不會發(fā)生重排,這樣熔解曲線才有了更高的分辨率。目前市場上的飽和染料主要有LC Green、LC G,een Plus等幾種。
擴(kuò)增子的熔解曲線完全取決于DNA堿基序列。序列中如有一個堿基發(fā)生了突變,就會改變DNA鏈的解鏈溫度,但是這個差異極小,只有零點(diǎn)幾攝氏度,如果儀器的分辨率不高,是根本無法檢測的。那么什么樣的分辨率才是高分辨率呢?根據(jù)儀器現(xiàn)有的功能測試,在熔解操作時每攝氏度至少要獲得10個數(shù)據(jù)點(diǎn),這是對儀器的最低要求。此外,溫度均一性也同樣重要。如果兩孔之間溫度相差0.1℃,就很可能導(dǎo)致最終的熔解溫度相差0.1℃,這樣就無法保證HRM分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。大多數(shù)常規(guī)定量PCR儀的孔間溫度差為0.3~0.5℃,這也決定了它們無法勝任HRM。
目前市場上有多個廠家提供HRM分析的儀器,包括Idaho Technology、Corbett (QIAGEN)、Roche等,有些是專供HRM的儀器,有些則是附帶HRM功能的定量PCR儀。在擁有飽和染料和高分辨率儀器之后,HRM分析過程其實(shí)很簡單,就是對PCR的擴(kuò)增子進(jìn)行加熱,溫度從50℃逐漸上升到95℃。在此過程中,擴(kuò)增子逐漸解鏈,在到達(dá)熔解溫庋(L)時,DNA鏈完全分開。在HRM分析的初期,熒光強(qiáng)度很高,隨著溫度升高,雙鏈DNA逐漸減少,熒光強(qiáng)度也就隨之下降了。HRM儀器通過照相機(jī)記錄下熒光變化的整個過程。通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行作圖,就生成了熔解曲線。
綜上所述,HRM技術(shù)應(yīng)用廣泛,操作簡單又經(jīng)濟(jì),結(jié)果精確且可靠,適合任何實(shí)驗(yàn)室使用。市場上有一些專供HRM分析的儀器,不過,那些帶有HRM功能的定量PCR儀則更實(shí)用。QIAGEN的Rotor-Gene Q(Corbett Rotor-Gene 6000)就是全球第一臺將實(shí)時擴(kuò)增與HRM分析技術(shù)相結(jié)合的實(shí)時熒光定量分析裝置。Rotor-Gene Q的溫度均一性為0.01℃,解決了溫度均一性,精確性和分辨率的問題,實(shí)現(xiàn)了定量擴(kuò)增與HRM的合二為一。
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