遗传标记STR基因座分型

遗传标记STR基因座的高分辨电泳分型

摘要：STR（Short Tandem Repeat，短片段重复序列）广泛存在于人类及哺乳动物的基因组中，具有高度多态性，一般由2～6个碱基构成一个核心序列，核心序列串联重复排列，由核心序列重复数目的变化产生长度多态性。本实验用磁珠法提取人类基因组DNA后，用三对引物（D1S1677、D4S2364和D10S1248）分别对一号染色体、四号染色体和十号染色体的STR序列进行PCR扩增，通过聚丙烯酰氨凝胶电泳技术（PAGE）对PCR产物进行分离，最后用EB染色凝胶后在紫外灯下观察实验结果并进行分析。通过此次实验，我们了解了STR序列的特征和相关应用，掌握了磁珠法提取人类基因组DNA技术、PCR技术，以及聚丙烯酰氨凝胶电泳技术（PAGE）。

关键词：STR磁珠法PCR扩增聚丙烯酰氨凝胶电泳技术（PAGE）

1．引言

DNA指纹技术是一项具有广泛应用价值的技术。它在人类医学中被用于个体鉴别、确定亲缘关系、医学诊断及寻找与疾病连锁的遗传标记；在动物进化学中可用于探明动物种群的起源及进化过程；在物种分类中，可用于区分不同物种，也有区分同一物种不同品系的潜力。在作物的基因定位及育种上也有非常广泛的应用。

DNA指纹技术的发展经历了三代。第一代DNA指纹技术利用了DNA 指纹图谱。1984年英国莱斯特大学的遗传学家Jefferys及其合作者首次将分离的人源小卫星DNA用作基因探针，同人体核DNA的酶切片段杂交，获得了由多个位点上的等位基因组成的长度不等的杂交带图纹，这种图纹极少有两个人完全相同，故称为“DNA指纹”，意思是它同人的指纹一样是每个人所特有的。众多“DNA指纹”组成“DNA指纹图谱”。第二代DNA指纹技术用PCR的方法对STR位点进行PCR扩增可得到不同长度DNA片段，用银染或荧光的方法对扩增后的DNA片段检测得到DNA指纹。第三代DNA指纹技术是用PCR的方法对SNP位点进行PCR扩增。

STR（Short Tandem Repeat，短片段重复序列）广泛存在于人类及哺乳动物的基因组中，具有高度多态性。它们一般由2～6个碱基构成一个核心序列，核心序列串联重复排列，由核心序列重复数目的变化产生长度多态性。对于一个特定的个体，染色体上某个特定位置的重复序列的重复次数是固定的，而对于不同的个体在同一位置处的重复次数可能不同，这就构成了人群中这些重复序列的多态性。由于人类基因组中这种重复序列非常多，通过对这种多态性的检测，就可以明确区分个体与个体的不同，确定父母子的亲缘关系，这就是STR 分型。联合应用16个STR位点的特异性，其个体识别率可达0.999999999998，其父权排除率可达0.99998。

本次实验中人类基因组DNA的提取使用的是磁珠法核酸纯化技术。它采用了纳米级磁珠微珠，这种磁珠微珠的表面标记了一种官能团，能同核酸发生吸附反应。该方法快速简捷，一般可在36分钟内完成。不用多次漂洗磁珠也可确保基因组DNA的高纯度，提取出的基因组DNA OD260/OD280典型的比值达1.7～1.9，长度可达20kb～50kb，可直接用于PCR、Southern-blot和各种酶切反应。

聚合酶链式反应（Polymerase Chain Reaction，PCR）是体外核酸扩增技术，由变性、退火、延伸三个基本反应步骤构成。本实验以人类基因组DNA为模板，以dNTP为原料，以含有Mg2+的buffer为缓冲液，在Taq酶催化下，用特定引物（D1S1677、D4S2364和D10S1248）为延伸起点，通过变性、退火、延伸等步骤，获得不同基因座的STR扩增片段。可用于基因分离克隆，序列分析，基因表达调控，基因多态性研究等许多方面。总之，PCR是一项DNA

体外合成放大技术，能快速特异地在体外扩增任何目的DNA。可用于基因分离克隆，序列分析，基因表达调控，基因多态性研究等许多方面。

聚丙烯酰胺凝胶电泳（英语：polyacrylamide gelelectrophoresis，简称PAGE），可以用于分离蛋白质和寡核苷酸。聚丙烯酰胺凝胶是由单体丙烯酰胺（简称Acr）和交联剂N,N-甲叉双丙烯酰胺（简称Bis）在加速剂N,N,N,N-四甲基乙二胺（简称TEMED）和催化剂过硫酸铵（简称AP）或核黄素（C17H20O6N4)的作用下聚合交联成三维网状结构的凝胶，具有分子筛效应，因此，可以分离大小不同的STR扩增片段。核酸经过染色才能显示带型，最常用的是溴化乙锭染色法。EB（溴化乙锭）是一种具扁平分子的核酸染料，可以插入到DNA或RNA 分子的碱基之间，并在300 nm波长的紫外光照射下放射出荧光，所以可用来显现凝胶中的核酸分子。在适当的染色条件下，荧光的强度是同DNA片段的大小（或数量）成正比。溴化乙锭（EB）是一种荧光染料，这种扁平分子可以嵌入核酸双链的配对的碱基之间，与核酸形成络合物，在紫外线激发下，发出红色荧光。因此，可以在紫外灯下观察电泳结果。

本实验用磁珠法提取人类基因组DNA后，用三对引物（D1S1677、D4S2364和D10S1248）分别对一号染色体、四号染色体和十号染色体的STR序列进行PCR扩增，通过聚丙烯酰氨凝胶电泳技术（PAGE）对PCR产物进行分离，最后用EB染色凝胶后在紫外灯下观察实验结果并进行分析。

2．材料和方法

2.1 材料、试剂和器材

实验材料：人类口腔上皮细胞

实验试剂：饮用水、Buffer MACL、Buffer MCL、Proteinase K、Buffer MA、MagicMag Beads、70%乙醇、TE(pH8.0)、碎冰、ddH2O、10×buffer（含Mg2+）、2.5mmol/LdNTP、10 μmol/L引物（D1S1677-F、D1S1677-R、D4S2364-F、D4S2364-R、D10S1248-F、D10S1248-R）、1U/μlTaq 酶溶液、琼脂糖、10×TBE、30%聚丙烯、APS、TEMED、电极缓冲液、6×loading buffer、20bp DNA Ladder、溴化乙锭（EB）

实验仪器：10 mL离心管、1.5 mL离心管、台式高速离心机、微量移液器、蓝枪头、黄枪头、白枪头、恒温水浴锅、磁力架、PCR管、PCR仪、marker笔、贮槽、螺丝销钉、长玻璃板、短玻璃板、“凵”形硅橡胶框、细长头的滴管、电泳仪、紫外灯凝胶成像仪

2.2 方法

2.2.1 磁珠法提取人类基因组DNA

（1）漱口：用10mL饮用水或自来水持续用力漱口，之后将其收集于10mL离心管中，2000 rpm离心5 min，将上清液小心用微量移液器吸除，沉淀为收集得到的口腔脱落细胞。

（2）裂解：向细胞沉淀中加入400μL Buffer MACL，200μL Buffer MCL和20μL Proteinase K，用微量移液器反复吸打，均匀悬浮起细胞沉淀。然后将其转移至1.5 mL离心管中。65℃水浴20～30min。12000rpm离心5～10min，小心取出500μL上清至新的离心管中。

（3）结合：向样品中加入400μL Buffer MA和10μLMagicMag Beads。剧烈颠倒震荡混匀10s。在加入MagicMag Beads之前，要将MagicMag Beads充分颠倒混匀。务必将MagicMag Beads加至液面以下，并尽量将枪头上残留的MagicMag Beads吸打干净。震荡后如管口沾有少量beads，用微量移液器吸取上清液并将其冲洗至离心管内。

（4）磁吸附：将离心管至于磁力架上2 min，待MagicMag Beads全部吸至离心管壁上，用微量移液器吸弃上清，然后从磁力架上取出离心管。吸弃上清时尽量吸净，但要避免吸入Beads。

（5）洗涤：加入700μL70%乙醇，颠倒震荡混匀10 s。震荡后如管口沾有少量beads，用微量移液器吸取上清液并将其冲洗至离心管内。将离心管置于磁力架上 1 min，待MagicMag Beads全部吸至离心管壁上后，用微量移液器吸弃上清，然后从磁力架上取出离