重组酶聚合酶扩增技术用于海洋有害微藻的快速检测

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:mongtianxu
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沿海和大陆架生态系统中发生的有毒或有害浮游植物引起的藻华事件已经是全球性问题,影响人类活动已经数十年,严重地破坏了海洋生态系统和水产养殖业。因此,为了减少和防止有害藻华带来的危害,有必要建立一种快速、高效的有害藻类的检测方法。同时,分子生物学技术为有害藻类的鉴定和定量检测提供了新思路,该技术的快速发展成为检测该领域的主要地位。因而,本研究将重组酶聚合酶扩增技术(Recombinase polymerase amplification,RPA)与试纸条(Lateral flow dipstick,LFD)结合拟建立一种新型海洋有害藻类的检测方法―RPA-LFD。该方法不仅具有高灵敏度、高特异性和检测快速等优点,还有望开发成为有害微藻的一种现场检测技术。论文以三种目标微藻,即剧毒卡尔藻(Karlodinium veneficum)、微小原甲藻(Prorocentrium minimum)以及东海原甲藻(P.donghaiense)为目标藻种,对其转录内间隔区(Internal transcribed spacers,ITS)进行PCR扩增及克隆测序得到碱基序列,之后将获得的序列通过生物信息学软件进行处理和比对分析,目测各自的种特异区间,采用Primer Premier 5.0设计特异性RPA引物和LFD检测探针;建立三种目标微藻的RPA-LFD体系并对各自扩增条件进行优化,以优化的最佳条件对RPA-LFD技术的特异性、灵敏度进行验证评估;最后,采用模拟自然水样或采集自东海的自然水样分别对建立的三个RPA-LFD检测体系进行相关实用性和稳定性测试。以常见有毒微藻—K.veneficum为研究对象,对其ITS序列进行克隆后根据RPA引物设计原则设计一对特异性引物和LFD探针;优化反应条件以建立剧毒卡尔藻的RPA-LFD检测体系,对检测体系进行特异性、灵敏度和模拟水样测试。结果显示:建立的RPA-LFD可在35℃条件下扩增30 min即可高度特异地检测到剧毒卡尔藻,检测极限为10-3 ngμL-1(基因组DNA)和10 copiesμL-1(含ITS的重组质粒),灵敏度均较PCR高两个数量级;同时,模拟水样测试显示RPA-LFD检测剧毒卡尔藻的检测限为0.1 cells m L-1。针对有害微藻—P.minimum,建立RPA-LFD快速检测方法。选择P.minimum的ITS序列进行T/A克隆测序得到目标序列后设计特异性引物及探针;对RPA最佳反应条件(扩增温度、扩增时间和镁离子浓度)进行优化,对RPA-LFD的特异性、灵敏度进行检测其稳定性,通过自然水样测试对RPA-LFD的实用性进行评估。结果显示,RPA的最优扩增时间为30 min,最适扩增温度37℃,最佳Mg2+浓度为280 m M;RPA-LFD的检测效果稳定,不受干扰藻种影响;RPA-LFD具有高特异性和高灵敏度,其检测限分别为8.1×10-2 ngμL-1(基因组DNA)、2.5×10 copiesμL-1(含ITS的重组质粒)和10 cells(细胞粗提液)。以东海原甲藻作为研究对象,建立RPA-LFD实用性检测方法。利用ITS序列的通用引物,通过克隆测序得到东海原甲藻的目标序列。以目标序列和从Gen Bank下载与其相似的同源序列设计特异性RPA引物组和LFD探针。以筛选获得的最优引物组建立并优化RPA-LFD检测体系,以优化条件对RPA引物、LFD探针及RPA-LFD进行特异性验证。在建立完整的RPA-LFD体系的基础上,对该方法的灵敏度和实用性进行测试和评估。结果表明,本研究设计的引物和探针特异性较好,未见与其他测试藻种发生交叉反应。RPA-LFD对东海原甲藻的检测限分别为6.79×10-2 ngμL-1(基因组DNA)、6.01×101 copiesμL-1(含ITS的重组质粒),均高于常规PCR 10倍;RPA-LFD对模拟自然水样的检测限为10 cells,且灵敏度也高于常规PCR检测法。
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