首页 / 专利库 / 物理 / 融解曲线 / 一种基于土臭素关键合成酶的荧光定量PCR方法

一种基于土臭素关键合成酶的荧光定量PCR方法

阅读:776发布:2020-05-13

专利汇可以提供一种基于土臭素关键合成酶的荧光定量PCR方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种基于土臭素关键合成酶的 荧光 定量PCR方法,属于 生物 检测技术领域。本 发明 设计扩增引物序列245F/551R,荧光定量PCR 鉴别 检测方法的步骤为:(1)提取总DNA模板,(2)在PCR反应管中配置反应体系,(3)PCR反应,(4)检测融解 温度 曲线,(5)结果分析,报告检测样品为阳性或阴性。采用PCR法扩增目的基因,实时检测反应体系的荧光强度,并根据分析 软件 计算Ct值并计算出样品geosmin编码基因的含量;同时,不同菌株具有型特异性融解温度,能实现不同基因型的鉴别检测。本发明保留了PCR方法的高灵敏度、高准确度的特点,荧光定量PCR提高了检测效率,降低了检测成本,同时实现 鉴别诊断 的目的,为可疑污染源调查、传播环境、产生菌溯源等工作奠定 基础 。,下面是一种基于土臭素关键合成酶的荧光定量PCR方法专利的具体信息内容。

1.一种基于土臭素geosmin关键合成酶编码基因的荧光定量PCR方法,其特征在于根据已报道的保藏菌株中geosmin关键合成酶geoA的高度保守序列设计一对保守扩增引物,并调取上述菌株中geosmin关键合成酶编码基因;所述的扩增引物序列为:
245F:5’-TCTTCTTCGACGACCACTTCCT-3’,
551R:5’-CGGCGCATCTCGATGTACTC-3’;
荧光定量PCR鉴别检测方法的步骤如下:
(1)提取总DNA模板:将待测样品大曲或酒醅采用Hoffman报道的方式提取基因组提取总DNA,最后加入30 μL无菌重蒸融解;另设阳性对照为添加含有geoA 的产geosmin菌株的样品;阴性对照为无菌生理盐水;
所述保藏菌株,即产土臭素geosmin的菌株,共四株,分别为:
①分类命名为白色链霉菌(Streptomyces albus)LBG-FXJ,已保藏于中国生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏编号CGMCC No. 4206;
②分类命名为弗氏链霉菌(Streptomyces fradiae)FJ-HX,已保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏编号CGMCC No. 4205;
③分类命名为链霉菌(Streptomyces sp.)QC-1,已保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏编号CGMCC No. 4535;
④分类命名为链霉菌(Streptomyces sp.)QC-2,已保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏编号CGMCC No. 4536;
该四株菌株已申请中国专利,申请号201110087614.4,公开号CN102181392A,公开日
2011年9月14日;
(2)在PCR反应管中配置反应体系:以提取的总DNA为模板,体系的总体积为20μL,其TM
组成如下:10μL荧光定量2×SsoFast EvaGreen supermix(bio-rad ),分别添加浓度为
25 μM双向引物245F及551R 各1μL,模板1μL,双蒸水补至20μL;
(3)PCR反应:将PCR反应管置于荧光定量PCR仪中,反应条件如下:第一阶段:98℃,
2min;第二阶段:98℃,5s;第三阶段:56℃,5s,第二阶段和第三阶段共同操作40个PCR循环,并于每次循环中的第三阶段同时采集荧光信号,绘制扩增曲线;
(4)检测融解温度曲线:40个PCR循环结束后,在72~96℃区间检测融解温度曲线,全过程进行荧光信号的检测,检测间隔为每0.3℃,检测持续时间为0.5s;
(5)结果分析:阴性对照Ct值应显示为0或≥40.0,阳性对照的Ct值应显示0<Ct≤30.0,否则视实验失败,需重做;
检测样品Ct值显示,0<Ct≤35.0,结果有效,直接报告样品阳性;
检测样品35.0<Ct值<40.0,需进行一次重复实验,若Ct值仍介于35.0和40.0之间,且曲线有明显的指数增长特性,同时阴性对照Ct值为零,报告样品阳性;
若重复实验结果的Ct值仍介于35.0和40.0之间,且曲线有明显的指数增长特性,同时阴性对照Ct值不为零,报告样品阴性;
检测样品Ct值为零,报告样品阴性。

说明书全文

一种基于土臭素关键合成酶的荧光定量PCR方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种基于土臭素(geosmin)关键合成酶的荧光定量PCR方法,检测不同样品中geosmin合成酶编码基因的含量(拷贝数),对食品,饮料,原料及生产环境中可能产生土霉气味物质geosmin的样品进行预测性判断,属于生物检测技术领域。

背景技术

[0002] Geosmin是具有土霉气味的一种异味化合物,该物质在极低浓度(ng/L级)下就能产生明显的土霉气味。对饮用、水产业、养殖业、葡萄酒和苹果汁等味饮品等造成严重的负面的感官影响。针对该物质采取的控制措施主要是及早发现,并随时监测geosmin的产生情况,以采取相应措施阻断该化合物的污染。
[0003] 目前,各国科学家已启动了geosmin的去除研究计划,并投入了大量的人和物力对geosmin的产生机制开展研究。引领研究前沿的是美国布朗大学的化学教授David Cane。几年前,他发现了天蓝链霉菌(Streptomyces coelicolor)与合成geosmin有关的基因。2006年,该研究小组又发现了一种能将法尼基焦磷酸(FPP)转化为geosmin的具有双功能活性的germacradienol/geosmin合成酶。
[0004] 通过将编码该双功能活性的germacradienol/geosmin合成酶全基因,基端突变基因,羧基端突变基因分别在大肠杆菌中转化并表达,检测其催化特性。发现在该酶氨基端和羧基端分别具有一个功能不同但代谢相关的结构域,在蛋白结构上表现为类似于哑铃状彼此相连的结构。氨基端结构域以FPP为起始底物催化合成germacradienol(合成geosmin的重要中间代谢物)和germacrene D,羧基端结构域催化germacradienol合成geosmin。分析该酶氨基酸序列,该酶的氨基端和羧基端都含有倍半萜烯合成酶类典型的氨基酸保守序列——NSE(天冬氨酸-丝氨酸-谷氨酸)三聚体。该酶是与制造geosmin等萜类物质相关且具有双重功能的第一种酶。随后,Giglio等人在产geosmin的藻类中发现相同的酶,同时报道该酶的羧基端结构域催化合成geosmin的最后关键一步。说明该酶在产geosmin的原核微生物中普遍存在。
[0005] 自从发现并测序了geosmin在链霉菌和藻类中的编码基因后,人们开始探索应用PCR的方法来鉴定和评估geosmin的出现。国外已有学者建立了几种PCR方法来鉴定geosmin的产生菌,方法已比较成熟。Giglio等曾应用实时荧光PCR方法,通过绘制融解曲线检测和判定水环境中产geosmin的藻类。
[0006] 在分析研究geosmin在微生物体内代谢途径和代谢关键点的基础上,通过对大曲或其他生产环境中geosmin关键合成酶编码基因的检测,能对geosmin的产生进行有效预测。从而可以提前采取相应措施,为从根源中去除我国白酒中由geosmin导致的土霉异味提供技术支撑。进而在白酒酿造过程中通过控制关键环境因素达到控制或抑制该化合物的合成,达到降低或消除白酒中土霉气味的目的。从而,改善白酒的感官品质,提高名优白酒的产率,对白酒行业的经济效益有明显的促进作用。

发明内容

[0007] 本发明目的是建立一种无需菌落分离培养就能直接从白酒大曲中检测产土霉味化合物geosmin菌株的快速诊断方法。
[0008] 本发明的技术方案:一种基于土臭素geosmin关键合成酶编码基因的荧光定量PCR方法,根据已报道的保藏菌株中geosmin关键合成酶(geoA)序列设计一对保守扩增引物,并调取上述菌株中geosmin关键合成酶编码基因;所述的扩增引物序列为:245F:5’-TCTTCTTCGACGACCACTTCCT-3’,
551R:5’-CGGCGCATCTCGATGTACTC-3’;该引物为针对不同菌种中geosmin合成酶编码基因中的高度保守序列设计;
荧光定量PCR鉴别检测方法的步骤如下:
(1)提取总DNA模板:将待测样品大曲或酒醅采用Hoffman报道的方式提取基因组提取总DNA,最后加入30 μL无菌重蒸水融解;另设阳性对照为添加含有geoA 的产geosmin菌株的样品;阴性对照为无菌生理盐水;
所述保藏菌株,即产土臭素geosmin的菌株,共四株,分别为:
①分类命名为白色链霉菌(Streptomyces albus)LBG-FXJ,已保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏编号CGMCC No. 4206;
②分类命名为弗氏链霉菌(Streptomyces fradiae)FJ-HX,已保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏编号CGMCC No. 4205;
③分类命名为链霉菌(Streptomyces sp.)QC-1,已保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏编号CGMCC No. 4535;
④分类命名为链霉菌(Streptomyces sp.)QC-2,已保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏编号CGMCC No. 4536;该四株菌株已申请中国专利,申请号
201110087614.4,公开号CN102181392A,公开日2011年9月14日。
[0009] (2)在PCR反应管中配置反应体系:以提取的总DNA为模板,体系的总体积为TM20μL,其组成如下:10μL荧光定量2×SsoFast EvaGreen supermix(bio-rad ),分别添加浓度为25 μM双向引物245F及551R 各1μL,模板1μL,双蒸水补至20μL;
(3)PCR反应:将PCR反应管置于荧光定量PCR仪中,反应条件如下:第一阶段:98℃,
2min;第二阶段:98℃,5s;第三阶段:56℃,5s,第二阶段和第三阶段共同操作40个PCR循环,并于每次循环中的第三阶段同时采集荧光信号,绘制扩增曲线;
(4)检测融解温度曲线:40个PCR循环结束后,在72~96℃区间检测融解温度曲线,全过程进行荧光信号的检测,检测间隔为每0.3℃,检测持续时间为0.5s;
(5)结果分析:阴性对照Ct值应显示为0或≥40.0,阳性对照的Ct值应显示0<Ct≤30.0,否则视实验失败,需重做;
检测样品Ct值显示,0<Ct≤35.0,结果有效,直接报告样品阳性;
检测样品35.0<Ct值<40.0,需进行一次重复实验,若Ct值仍介于35.0和40.0之间,且曲线有明显的指数增长特性,同时阴性对照Ct值为零,报告样品阳性;
若重复实验结果的Ct值仍介于35.0和40.0之间,且曲线有明显的指数增长特性,同时阴性对照Ct值不为零,报告样品阴性;
检测样品Ct值为零,报告样品阴性。
[0010] 样品阳性为含有geoA的产geosmin的菌株;样品阴性为不含有geoA的产geosmin的菌株。
[0011] 本发明的有益效果:本发明公开了一种通过荧光定量PCR检测geosmin合成关键酶编码基因的快速检测方法,其特征在于针对不同菌株的geosmin合成酶的序列设计一对保守扩增引物;取微量基因组提取液直接加入PCR反应液中进行扩增;反应液中含有一对特异性引物,采用PCR法扩增目的基因,实时检测反应体系的荧光强度,并根据分析软件计算Ct值并计算出样品geosmin编码基因的含量;同时,不同菌株具有型特异性融解温度,能实现不同基因型的鉴别检测。本发明保留了PCR方法的高灵敏度、高准确度的特点,荧光定量PCR提高了检测效率,降低了检测成本,同时实现鉴别诊断的目的,为可疑污染源调查、传播环境、产生菌溯源等工作奠定基础。附图说明
[0012] 图1 geosmin合成酶编码基因比对结果及荧光定量PCR上下游引物设计区域。
[0013] 图2 245F及551R的PCR扩增结果。1-1、1-2为FXJ;2-1、2-2为HX;3-1、3-2为QC-1;4-1、4-2为QC-2;每个样品有两个平行样。
[0014] 图3 四株菌株融解温度曲线;1、FXJ;2、HX;3、QC-1;4、QC-2。
[0015] 图4 模拟大曲中编码关键酶基因(GSM)的每个梯度的Ct与对应添加QC-2孢子量的log值的荧光定量标准曲线。
[0016] 图5 由编码关键酶基因(GSM)定量的以QC-2孢子量归一量化的汾酒三种大曲的孢子含量。

具体实施方式

[0017] 实施例1 引物设计geosmin合成酶(geoA)在N端和C端分别有两个相对独立但在合成geosmin反应中相互衔接,而且该酶的C端结构域与geosmin的合成直接相关。因此,设计引物扩增编码germacradienol/geosmin合成酶的N端C端结构域基因。
[0018] 通过比对已报道6种菌(名称见表1)的geosmin合成酶的编码基因序列,发现该编码基因的保守区。
[0019] 表1 已报道geosmin合成酶编码基因的菌种Sgriseussubsp.griseusNBRC13350
SpeucetiusATCC27952
KitasatosporasetaeKM-6054
StreptomycesavermitilisMA-4680
Streptomycesscabiei87.22
StreptomycescoelicolorA3(2)SCO6073
根据保守区域设计引物——248F,1832R,扩增片段大小为1500bp左右。利用所设计引物,对从大曲中筛选得到的4株产geosmin菌株中geosmin合成酶的编码基因序列进行扩增。将这4种PCR产物进行测序。
[0020] 所述4株产geosmin菌株为:①分类命名为白色链霉菌(Streptomyces albus)LBG-FXJ,已保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏编号CGMCC No. 4206;
②分类命名为弗氏链霉菌(Streptomyces fradiae)FJ-HX,已保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏编号CGMCC No. 4205;
③分类命名为链霉菌(Streptomyces sp.)QC-1,已保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏编号CGMCC No. 4535;
④分类命名为链霉菌(Streptomyces sp.)QC-2,已保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏编号CGMCC No. 4536;
该四株菌株已申请中国专利,申请号201110087614.4,公开号CN102181392A,公开日
2011年9月14日。
[0021] 将测序得到的4株菌的geosmin合成酶编码基因片段序列与已报道的6种菌的对应基因序列进行比对,根据保守区域设计适合荧光定量的引物(见图1)。
[0022] 扩增长片段和扩增的短片段均为geosmin合成酶编码基因的部分区域,因而扩增产物有一致代表性。由图2可知,在这4株菌中均扩增出目的条带,产物长度约为300bp。
[0023] 实施例2 引物245F/551R特异性验证以大曲中常见微生物的菌株和分离得到可产geosmin的菌株为供试菌,提取其基因组,然后应用引物245F/551R进行荧光PCR扩增。由表2可知,具有合成geosmin能力的菌种均产生阳性扩增结果。但在其他不能合成geosmin的菌株中均为阴性扩增结果。说明引物245F/551R针对产geosmin的菌株具有很强特异性,与其他白酒生产中常见微生物无交叉反应。
[0024] 表2 引物特异性验证a中文名 拉丁文名称 产geosmin 目的条带
白色链霉菌 Streptomycesalbus + +
弗氏链霉菌 Streptomycesfradiae + +
链霉菌 Streptomycessp + +
链霉菌 Streptomycessp + +
白色链霉菌 Streptomycesalbus + +
汉逊酵母 Hanseniasporasp - -
酿酒酵母 Saccharomycescerevisiae - -
产黄青霉 Penicilliumchrysogenum - -
淀粉芽孢杆菌 Bacillusamyloliquefaciens - -
伞枝头霉 Absidiacorymbifera - -
卷枝毛霉 Mucorcircinelloides - -
绿色木霉 Trichodermaviride - -
a,+为阳性PCR扩增(0<Ct ≤30.0)或产geosmin;-为阴性PCR扩增(Ct 为0或≥40.0)或不产geosmin。
[0025] 实施例3 样品采集与基因组提取大曲,酒醅等样本采集后-20℃保藏,用于荧光定量PCR检测。取0.2g大曲样品,采用Hoffman等人报道的方式提取基因组(Hoffman, C. S.; Winston, F., A ten-minute DNA preparation from yeast efficiently releases autonomous plasmids for transformation of Escherichia coliGene. 1987, 57, 267-272.)。
[0026] 实施例4 荧光定量PCR条件优化不同引物在PCR中具有不相同最佳退火温度。优化了退火温度50℃~60℃,发现在56℃下退火扩增效率最高。从而确定最佳的PCR反应条件为:第一阶段:98℃,2min;第二阶段:
98℃,5s;第三阶段:56℃,5s,从第二阶段到第三阶段进行40个循环。
[0027] 实施例5 模拟大曲中荧光定量PCR标准曲线的建立向模拟大曲基质的麸皮中添加不同稀释梯度的QC-2菌体(含有geoA的产
geosmin菌株),建立荧光定量PCR标准曲线。由图4可知,在较宽的菌体浓度范围
20 23 2
(1.76×10 ~1.76×10 个孢子)有很好的线性,R 为0.9892。
[0028] 实施例6 荧光定量PCR方法不同稀释梯度检测稳定性检测限由表3可知,在不同的稀释梯度情况下,检测结果都有较好的重复性。并且基因组稀释
7 -5
10 倍,基因组浓度为5.12×10 ng/μL仍有较好检测效果。在该基因组浓度条件下,5次重复实验的扩增效率为101.35%~108.68%,接近理论值100%。说明该定量PCR的反应条件较好,有很好的稳定性和灵敏度。
[0029] 表3 荧光定量PCR方法不同稀释梯度检测稳定性模板稀释倍数 log核酸浓度(ng/μL) 重复次数 平均Ct值 SD
1 2.71 3 13.84 0.09
10 1.71 3 16.63 0.07
102 0.71 3 19.46 0.13
103 -0.29 3 22.97 0.10
104 -1.29 3 26.62 0.14
105 -2.29 3 29.65 0.10
106 -3.29 3 33.38 0.11
实施例7 不同大曲中编码geosmin关键酶基因的检查与定量分析
提取汾酒三种大曲(清茬、红心、后火大曲)的总基因组,应用245F/551R(扩增geosmin关键酶部分编码基因)分别以上述基因组为模板,扩增目的条带。
[0030] 由图6可知,汾酒三种大曲中均检测到geosmin关键合成酶的基因,其中清茬大曲(QC)中的含量最高。该结果与定量检测汾酒三种大曲中geosmin的含量结果(清茬大曲中geosmin含量最高)相一致。说明该荧光定量PCR方法能够达到预测geosmin含量的目的。
[0031] 实施例8 不同产geosmin菌株的融解温度曲线和融解温度(Tm)融解温度曲线反应条件为:40个PCR循环结束后,从72~96℃检测融解温度曲线,全过程进行荧光信号的检测。检测间隔为每0.3℃,每次检测持续时间为0.5s。
[0032] 由图3和表4可知,通过监测每株菌的不同的融解温度可以区分4种菌株。同时,通过融解曲线的峰高可以初步判断不同菌株的组成比例。
[0033] 表4 四株菌的融解温度Tm(℃)编号 菌株 Tm(℃)
1 FXJ 93.1
2 HX 94
3 QC-1 92.8
4 QC-2 92.5
高效检索全球专利

专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台,是提供专利分析,专利查询,专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。

我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据,免费查、免费专利分析。

申请试用

分析报告

专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析,涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度,系统通过AI智能系统对图表进行解读,只需1分钟,一键生成行业专利分析报告。

申请试用

QQ群二维码
意见反馈