PCR早已是分子生物学实验的常规技术,但是GC-rich扩增始终是有难度的应用。
以人基因组为例,大约3%的序列可划为GC-rich序列,尤其是在启动子,增强子等控制元件,GC-rich序列更为常见。因此,GC-rich片段的PCR扩增困难,也就阻碍了有关这类序列的科研进展。
人基因组典型GC-Rich序列
基因名称
描述
FMR1
fragileXmentalretardationsyndromeprotein
IGFB
insulin-likegrowthfactorbindingprotein3
HTR
hydroxytryptaminereceptorC2fragment
TFPI-2
TFPI-2promotersequence
GC-Rich片段案例:FMR1
脆性X综合征(FragileXSyndrome)是一种X连锁遗传病,是最常见的遗传性智能障碍疾病之一,发病率仅次于唐氏综合征。致病原因是X染色体上FMR1基因(CGG)n扩展突变,导致维持脑部正常神经传导的FMRP蛋白缺乏,患者会有严重的智力低下、发育迟缓、语言障碍和行为问题,包括多动症、自闭症、注意力不集中和伴有癫痫等症状。
FMR1基因突变类型及临床表现说明
注:本表格引自北京阅微基因技术有限公司网站,未经征得同意,如有侵权,联系删除。
事实上,阅微基因参考Hagerman等1论文制作,MasterP又查阅AMERICANCOLLEGEOFMEDICALGENETICS的FragileX技术标准与指南2,相关数据一致,故偷个懒不再自己编制。
FMR1基因序列展示
注:正常人在此段序列内含有CGG连续重复5~44次,最常见于29或30次。若30-44次重复,属于“Grayzone”,高于等于45repeats则可能患病, 重复达到次。
GC-Rich片段的扩增策略
在此先给出一般定义上的GC-Rich定义:MasterP综合多种论文文献及产品技术文档等,对于一个片段内GC含量高于65%即可认为是GC-Rich片段。值得注意的是,根据个人经验,如果一个片段只有部分是GC-Rich,导致全部序列统计时并未显示GC-Rich——这需要更细心的序列分析,如使用Oligo软件等——这类片段的扩增也应归属于GC-Rich扩增。下图展示了两种不同的GC-Rich片段类型。
典型的GC-Rich扩增片段
注:FragileXSyndrome片段,84%GC,bp
非典型的GC-Rich扩增片段
注:TFPI-2promotersequence(AY),68%GC,bp
GC-Rich扩增困难的原因
模板变性更难:GC-Rich区域显然变性更不容易,可能存在变性不足的情况。
退火过程中变性的模板更容易复性:正如之前介绍的,引物-聚合酶-模板这“三位一体”(