检测核酸片段长度的方法与流程

本发明涉及分子生物学技术领域，具体涉及一种检测核酸片段长度的方法。

背景技术：

一直以来，核酸片段长度都是采用核酸电泳的方法检测，其原理基本是：带电荷的物质(核酸)在电场中的趋向运动称为电泳。核酸电泳是进行核酸研究的重要手段，是核酸探针、核酸扩增和序列分析等技术所不可或缺的组成部分。核酸电泳通常在琼脂糖凝胶或聚丙烯酰胺凝胶中进行，浓度不同的琼脂糖和聚丙烯酰胺可形成分子筛网孔大小不同的凝胶，可用于分离不同分子量的核酸片段。

琼脂糖是从海藻中提取出来的一种线状高聚物。将琼脂糖在所需缓冲液中加热熔化成清澈、透明的溶胶，然后倒入胶模中，凝固后将形成一种固体基质，其密度取决于琼脂糖的浓度。将凝胶置于电场中，在中性ph值下带电荷的核酸通过凝胶网孔向阳极迁移，迁移速率受到核酸的分子大小、构象、琼脂糖浓度、所加电压、电场、电泳缓冲液、嵌入染料的量等因素影响。在不同条件下电泳适当时间后，大小、构象不同的核酸片段将处在凝胶不同位置上，从而达到分离的目的。琼脂糖凝胶的分离范围较广，用各种浓度的琼脂糖凝胶可分离、纯化200bp-50kb长度的核酸片段，广泛应用于基因组提取与分析、载体构建、质粒提取等方面，分辨率较低，相差100bp以内的核酸片段较难分离。

聚丙烯酰胺凝胶通过丙烯酰胺单体、链聚合催化剂n，n，n’，n’-四甲基乙二胺(temed)和过硫酸铵以及交联剂n，n’-亚甲双丙烯酰胺之间的化学反应而形成。丙烯酰胺单体在催化剂作用下产生聚合反应形成长链，长链经交联剂作用交叉连接形成凝胶，其孔径由链长和交联度决定。链长取决于丙烯酰胺的浓度，调节丙烯酰胺和交联剂的浓度比例，可改变聚合物的交联度。聚丙烯酰胺凝胶电泳可根据电泳样品的电荷、分子大小及形状的差别达到分离目的，兼具分子筛和静电效应，分辨力高于琼脂糖凝胶电泳，可分离只相差1个核苷酸的dna片段。聚丙烯酰胺凝胶电泳用于分析和制备长度小于1kb的dna片段。根据所要分离的核酸片段大小，可制备不同浓度的凝胶，适用于序列分析与比对、核酶分析与鉴定、小片段核酸的提取与分析等方面，可以精确分离相差十几至几十个核苷酸的小片段核酸分子。

一般来讲，对于核酸片段长度的查看都是电泳后通过使用溴化乙锭(ethidiumbromide，eb)作为荧光染料，它可以嵌入核酸双链的配对碱基之间，在电泳过程中随核酸片段迁移，将凝胶置紫外光下，插入核酸链中的eb在紫外线激发下产生红色荧光，可清楚显示各核酸片段的迁移。

但由于eb见光易分解，应存棕色试剂瓶中于4℃下保存。且由于eb是一种强的诱变剂并有中度毒性，对实验及环境的污染较大，使用时必须戴手套操作，所以使用需要特别小心。在实际操作中使用的过程对人工消耗极大且不容易大规模操作，不符合自动化使用的批量检测的要求，不能成套地进行处理，且相对成本较高。

现有技术中还有通过微芯片-电泳芯片检测核酸片段长度的方法，其缺点在于，相对成本较高，且对于大规模的样本片段长度检测能力不足。

技术实现要素：

本发明提供一种检测核酸片段长度的方法，该方法基于同种磁珠不同浓度倍数对核酸片段偏向性筛选的特性，结合数据分析对核酸片段的长度进行简易高效的检测。

本发明的检测核酸片段长度的方法，通过如下技术方案实现：

一种检测核酸片段长度的方法，包括：

将待检测核酸稀释至预定浓度；

分别取等量体积的稀释至预定浓度的核酸与梯度倍数用量的磁珠结合；

通过磁力装置吸附结合了核酸的磁珠，并去除上清；

使用上述等量体积的洗脱缓冲液回溶磁珠上结合的核酸，并检测回溶核酸浓度；

根据上述预定浓度和上述回溶核酸浓度计算核酸与磁珠结合前后的浓度差异，并形成上述浓度差异与磁珠梯度倍数用量之间的曲线关系；

将上述曲线关系与标准品曲线进行比对得到待检测核酸的片段长度，其中上述标准品曲线包括上述预定浓度的不同片段长度的核酸标准品与上述梯度倍数用量的磁珠结合前后的浓度差异与磁珠梯度倍数用量之间的对应关系。

在优选实施例中，上述待检测核酸是核酸文库。

在优选实施例中，上述预定浓度是0.1～0.3ng/μl，优选0.2ng/μl。

在优选实施例中，上述磁珠是可吸附核酸的表面具有羧基修饰的磁珠。

在优选实施例中，上述磁珠存在于含有聚乙二醇和盐离子的溶液体系中。

在优选实施例中，上述盐离子是由氯化钠提供的离子，上述溶液体系中聚乙二醇浓度范围是10％-30％(w/v)，氯化钠的浓度范围是0.1-1mol/l。

在优选实施例中，上述梯度倍数用量包括0.1x、0.3x、0.5x、0.7x、0.9x、1x、1.3x、1.5x、1.7x和2x共10个梯度倍数用量。

在优选实施例中，上述等量体积是2～10μl，优选5μl。

在优选实施例中，上述核酸标准品的片段长度分别是100bp、200bp、300bp、400bp、500bp、600bp和700bp。

在优选实施例中，上述待检测核酸和核酸标准品与每个梯度倍数用量的磁珠结合至少平行进行三个重复。

在优选实施例中，上述核酸的浓度通过数字化多功能酶标仪检测；上述磁力装置是磁力架。

在优选实施例中，上述标准品曲线通过如下方法得到：

将不同片段长度的核酸标准品稀释至上述预定浓度；

分别取等量体积的稀释至上述预定浓度的核酸标准品与上述梯度倍数用量的磁珠结合；

通过磁力装置吸附结合了核酸标准品的磁珠，并去除上清；

使用上述等量体积的洗脱缓冲液回溶磁珠上结合的核酸标准品，并检测回溶核酸标准品浓度；

根据上述预定浓度和上述回溶核酸标准品浓度计算核酸标准品与磁珠结合前后的浓度差异，并形成上述浓度差异与磁珠梯度倍数用量之间的曲线关系。

本发明的检测核酸片段长度的方法，检测过程仅使用磁珠，不涉及传统方法中的溴化乙锭等污染物；该方法可通过自动化进行，且不需要昂贵的试剂；可使用96/384板高通量检测，降低检测成本。此外，该方法可通过积累数据，大规模、大数据量地对检测过程进行优化。

附图说明

图1为稀释后浓度0.1ng/μl、长度为100bp、200bp、300bp、400bp、500bp、600bp、700bp的核酸标准品，使用0.1x、0.3x、0.5x、0.7x、0.9x、1x、1.3x、1.5x、1.7x、2x十组倍数浓度的磁珠处理前后的浓度差异曲线图，其中横轴为磁珠浓度，纵轴为磁珠处理前后的标准品浓度差值，每组进行三次重复验证。

图2为稀释后浓度0.2ng/μl、长度为100bp、200bp、300bp、400bp、500bp、600bp、700bp的核酸标准品，使用0.1x、0.3x、0.5x、0.7x、0.9x、1x、1.3x、1.5x、1.7x、2x十组倍数浓度的磁珠处理前后的浓度差异曲线图，其中横轴为磁珠浓度，纵轴为磁珠处理前后的标准品浓度差值，每组进行三次重复验证。

图3为稀释后浓度0.3ng/μl、长度为100bp、200bp、300bp、400bp、500bp、600bp、700bp的核酸标准品，使用0.1x、0.3x、0.5x、0.7x、0.9x、1x、1.3x、1.5x、1.7x、2x十组倍数浓度的磁珠处理前后的浓度差异曲线图，其中横轴为磁珠浓度，纵轴为磁珠处理前后的标准品浓度差值，每组进行三次重复验证。

图4为稀释后浓度0.2ng/μl的待检测文库，使用0.1x、0.3x、0.5x、0.7x、0.9x、1x、1.3x、1.5x、1.7x、2x十组倍数浓度的磁珠处理前后的浓度差异曲线图，其中横轴为磁珠浓度，纵轴为磁珠处理前后的文库浓度差值，每组进行五次重复验证。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本发明能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他材料、方法所替代。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本发明中，磁珠对核酸片段的吸附是基于以下原理：

在一定的环境条件下，例如在一定浓度的聚乙二醇(peg)和盐离子环境中，核酸(例如，dna)可吸附到磁珠表面，特别是表面具有羧基修饰的磁珠。该过程可逆，在适当条件下，吸附到磁珠表面的核酸(例如，dna)可以被重新洗脱回收。在含有peg的环境中，peg通过吸涨作用，产生空间位置排斥效应，诱导溶液中的核酸凝聚。具体而言，peg作为一种分子拥挤试剂，达到一定浓度时会夺取一定的水，溶液环境发生变化，使核酸分子的结构变紧凑，发生坍塌性转变而凝聚。不同长度的核酸分子构像稳定性不同，在遵循热力学规律的情况下，构像稳定性与溶液环境和peg的浓度有关。当peg浓度达到某一临界值时，一定长度以上的核酸分子构象发生非连续突变而凝聚，使这些核酸分子被吸附到溶液中的磁珠表面。

本发明巧妙利用上述相关原理，并采用相应的检测流程及数据分析，实现一种全新的检测核酸片段长度的方法。

在本发明一个实施例中，一种检测核酸片段长度的方法，包括：

将待检测核酸稀释至预定浓度；

分别取等量体积的稀释至预定浓度的核酸与梯度倍数用量的磁珠结合；

通过磁力装置吸附结合了核酸的磁珠，并去除上清；

使用上述等量体积的洗脱缓冲液回溶磁珠上结合的核酸，并检测回溶核酸浓度；

根据上述预定浓度和上述回溶核酸浓度计算核酸与磁珠结合前后的浓度差异，并形成上述浓度差异与磁珠梯度倍数用量之间的曲线关系；

将上述曲线关系与标准品曲线进行比对得到待检测核酸的片段长度，其中上述标准品曲线包括上述预定浓度的不同片段长度的核酸标准品与上述梯度倍数用量的磁珠结合前后的浓度差异与磁珠梯度倍数用量之间的对应关系。

本发明实施例中，待检测核酸可以是核酸文库。在这种情况下，本发明的检测核酸片段长度的方法，可以用于检测实验室中构建出的核酸文库的片段长度，这是文库构建质量的一个重要评价指标。

本发明实施例中，核酸与磁珠的吸附特性与多种因素相关，这些因素包括核酸长度、核酸浓度、磁珠浓度(或用量)。对于不同长度范围的核酸，检测起始浓度(即预定浓度)会有不同。因此，本发明中预定浓度可以根据实际情况确定。一般而言，上述预定浓度在ng/μl的数量级水平，例如在一些实施例中，预定浓度可以是0.1～0.3ng/μl，优选0.2ng/μl。

本发明实施例中，磁珠只要能吸附核酸即可，对磁珠的种类和吸附特性以外的其他特性没有特别要求。在一些实施例中，磁珠优选是表面具有羧基修饰的磁珠，这种磁珠对各种不同长度的核酸片段具有良好的吸附特性。

本发明实施例中，磁珠一般需要在合适的环境中发挥对核酸的吸附作用，这样的环境例如可以是，含有聚乙二醇和盐离子的溶液体系。其中，盐离子可以是由氯化钠提供的离子，该溶液体系中聚乙二醇浓度范围可以是10％-30％(w/v)，氯化钠的浓度范围可以是0.1-1mol/l。

本发明实施例中，梯度倍数用量的磁珠，是指有多个浓度梯度的磁珠。多个浓度梯度是为了制作吸附曲线，该吸附曲线反映特定长度的核酸片段与多个浓度梯度的磁珠之间的吸附特性的变化特征。磁珠浓度梯度的数量可以根据具体需要确定。一般而言，制作一个可靠性较高的吸附曲线需要至少5个浓度梯度的磁珠。在一个实施例中，磁珠的梯度倍数用量包括0.1x、0.3x、0.5x、0.7x、0.9x、1x、1.3x、1.5x、1.7x和2x共10个梯度。

本发明实施例中，与不同梯度倍数用量的磁珠结合的核酸，不但具有相同的预定浓度，而且用量相等，即“等量体积”，该等量体积可以根据具体情况确定。在一个实施例中，等量体积是2～10μl，优选5μl。

本发明实施例中，核酸标准品是为了制作标准品吸附曲线，该标准品吸附曲线反映特定长度的核酸标准品与多个浓度梯度的磁珠之间的吸附特性的变化特征。核酸标准品包括多个长度不同的核酸片段，其数量可以根据具体需要确定。一般而言，制作一个可靠性较高的标准品吸附曲线需要至少3个、优选至少5个不同长度的核酸标准品。核酸标准品的片段长度根据具体需要确定，一般而言，核酸标准品的片段长度的范围应该覆盖待检测核酸的长度，即待检测核酸的长度应该落入核酸标准品的片段长度的范围之内。在一个实施例中，核酸标准品的数量有7个，其片段长度分别是100bp、200bp、300bp、400bp、500bp、600bp和700bp。

本发明实施例中，待检测核酸和核酸标准品与每个梯度倍数用量的磁珠结合，可以分别只进行一个实验。但是从准确性的角度考虑，待检测核酸和核酸标准品与每个梯度倍数用量的磁珠结合至少平行进行三个重复实验，并取其平均值作为最终结果。

本发明实施例中，核酸的浓度，无论是待检测核酸还是核酸标准品的浓度，均可以通过数字化多功能酶标仪检测。此外，用于吸附结合了核酸的磁珠的磁力装置可以是磁力架等。

本发明实施例中，标准品曲线的制作过程与待检测核酸的吸附曲线的制作过程类似，包括如下步骤：

将不同片段长度的核酸标准品稀释至上述预定浓度；

分别取等量体积的稀释至上述预定浓度的核酸标准品与上述梯度倍数用量的磁珠结合；

通过磁力装置吸附结合了核酸标准品的磁珠，并去除上清；

使用上述等量体积的洗脱缓冲液回溶磁珠上结合的核酸标准品，并检测回溶核酸标准品浓度；

根据上述预定浓度和上述回溶核酸标准品浓度计算核酸标准品与磁珠结合前后的浓度差异，并形成上述浓度差异与磁珠梯度倍数用量之间的曲线关系。

以下通过实施例详细说明本发明的技术方案，应当理解，实施例仅是示例性的，不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例1：核酸标准品的标准品曲线制作

实验过程如下：

(1)取7个核酸标准品，其片段长度分别是100bp、200bp、300bp、400bp、500bp、600bp和700bp，使用bmg设备检测每个核酸标准品的浓度。

(2)根据测得的浓度，取每个核酸标准品以终浓度0.1ng/μl、0.2ng/μl、0.3ng/μl为目标进行稀释，最终稀释体积为50μl。

(3)使用数字化多功能酶标仪检测稀释后核酸标准品的浓度，并取5μl稀释后核酸标准品，与0.1x、0.3x、0.5x、0.7x、0.9x、1x、1.3x、1.5x、1.7x和2x共10个梯度的磁珠(xp，beckmancoulter,cat.no.a63881)分别进行结合。

(4)待磁珠和核酸标准品短暂震荡、结合后，用磁力架吸附结合了核酸标准品的磁珠，并去上清。

(5)加入5μl洗脱缓冲液(eb)回溶核酸标准品，并用磁力架吸附磁珠。

(6)取1μl回溶后的核酸标准品，使用数字化多功能酶标仪检测磁珠处理后核酸标准品的浓度。

如下表1至表3中，纵列为100bp-700bp的核酸标准品，横列为0.1x至2x磁珠处理后的浓度(ng/μl)，最后一列为磁珠处理前核酸标准品的浓度(ng/μl)。

表1核酸标准品稀释后浓度0.1ng/μl

表2核酸标准品稀释后浓度0.2ng/μl

表3核酸标准品稀释后浓度0.3ng/μl

(7)建立100-700bp核酸标准品的参考曲线

对每一核酸标准品，在对应磁珠处理前后的浓度取差值，此差值反映磁珠对特定长度的核酸片段的吸附程度。以此来反映被检测样品在不同片段长度的浓度。从而通过数据分析得出对应的片段长度。

如图1所示，对于稀释后浓度0.1ng/μl的核酸标准品，图中示出了100bp、200bp、300bp、400bp、500bp、600bp、700bp核酸标准品对应的磁珠处理前后的浓度差异，其中横轴为0.1x、0.3x、0.5x、0.7x、0.9x、1x、1.3x、1.5x、1.7x、2x这十组倍数浓度的磁珠，纵轴为磁珠处理后样品浓度与磁珠处理前样品浓度的差值。其中每组进行三次重复验证。

如图2所示，对于稀释后浓度0.2ng/μl的核酸标准品，图中示出了100bp、200bp、300bp、400bp、500bp、600bp、700bp核酸标准品对应的磁珠处理前后的浓度差异，其中横轴为0.1x、0.3x、0.5x、0.7x、0.9x、1x、1.3x、1.5x、1.7x、2x这十组倍数浓度的磁珠，纵轴为磁珠处理后样品浓度与磁珠处理前样品浓度的差值。其中每组进行三次重复验证。

如图3所示，对于稀释后浓度0.3ng/μl的核酸标准品，图中示出了100bp、200bp、300bp、400bp、500bp、600bp、700bp核酸标准品对应的磁珠处理前后的浓度差异，其中横轴为0.1x、0.3x、0.5x、0.7x、0.9x、1x、1.3x、1.5x、1.7x、2x这十组倍数浓度的磁珠，纵轴为磁珠处理后样品浓度与磁珠处理前样品浓度的差值。其中每组进行三次重复验证。

从实施例1中的数据，可以得出如下结论：

(1)通过梯度倍数用量的磁珠对dna片段的筛选重复性较高。

(2)从三大组分类(0.1ng/μl、0.2ng/μl、0.3ng/μl)三类标准曲线可看出，三类都基本可以通过磁珠处理前后浓度变化区分不同片段长度。

(3)对比三大组分类(0.1ng/μl、0.2ng/μl、0.3ng/μl)，其效能不同。具体来说：

(a)0.1ng/μl起始量总体能从浓度峰图区分开不同片段长度，对100bp、200bp核酸片段区分度不够，对400bp、500bp核酸片段区分度不够，且在短片段并未出现特异性峰，对于实际操作有一些影响。

(b)0.2ng/μl起始量总体曲线较好，其中0.3x、0.5x、0.7x、0.9x、1x、1.3x、1.5x、1.7x倍数浓度的磁珠能反映100bp-700bp核酸片段差异，0.1x、2x倍数浓度的磁珠对100bp、700bp核酸片段的标准曲线有很好的区分，且整体的重复性较好。

(c)0.3ng/μl起始量总体区分度曲线从0.7x开始对100bp核酸片段区分较好，对600bp、700bp核酸片段区分度不够，对300bp、400bp核酸片段区分度不够，且在长片段并未出现特异性峰，对于实际操作有一些影响。

综合来看，选取0.2ng/μl起始量标准曲线为使用的标准曲线。

实施例2：检测核酸文库片段长度

本实施例，通过如下步骤对待检测文库whpinuewsaaltaase-501进行处理：

(1)稀释待检测文库至0.2ng/μl。

(2)分别取稀释后的文库5μl与0.1x、0.3x、0.5x、0.7x、0.9x、1x、1.3x、1.5x、1.7x、2x磁珠进行结合。其中每组进行五次重复验证。

(3)待磁珠和文库短暂震荡、结合后，用磁力架吸附结合了文库的磁珠，并去上清。

(4)加入5μl洗脱缓冲液(eb)，回溶核酸文库，并用磁力架吸附磁珠。

(5)取1μl回溶后的文库，用bmg设备检测磁珠处理后浓度。

如下表4中，纵列为待检测文库五次重复检测，横列为0.1x至2x磁珠处理后的浓度(ng/μl)，最后一列为磁珠处理前待检测文库的浓度(ng/μl)。

表4

(6)建立待检测文库的吸附曲线

对待检测文库，在对应磁珠处理前后的浓度取差值，此差值反映磁珠对待检测文库的吸附程度，结果如图4所示。

(7)将待检测文库的吸附曲线与实施例1中稀释后浓度0.2ng/μl的核酸标准品的吸附曲线进行比对，发现图4所示的吸附曲线与图2中核酸标准品长度为100bp的吸附曲线吻合，二者的拐点位于0.3x磁珠处，可判定待检测文库片段大小在100bp附近。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。