制备单链长探针的方法、去除核糖体RNA的方法和试剂盒

技术领域

本发明涉及生物技术领域，具体涉及一种制备单链长探针的方法、去除核糖体RNA的方法和试剂盒。

背景技术

RNA在遗传信息表达和调控过程中RNA发挥重要的作用，转录组测序是研究生物调控的重要手段，其研究对象为特定细胞在某一功能状态下所能转录出来的所有RNA的总和，主要包括mRNA和非编码RNA。非编码RNA中核糖体RNA(rRNA)在总RNA中占据80％-90％，然而，这些rRNA所含的转录组信息很少，浪费了宝贵的测序资源，也让特定类型RNA的检测变得困难。在二代测序的应用中，研究者都希望从测序数据中最大化地接收有益的生物信息，一方面是因为rRNA这个在RNA中最丰富的成员却能够提供非常少的关于转录本的信息，而被视为浪费测序资源，另一方面去除rRNA可以提高低丰度转录本的相对丰度，使丰度的转录本更容易被检测到。因此，通常在测序之前从RNA样品中除去rRNA，rRNA去除的效率也被视为最大化读取到转录物的关键因素。目前市面上去除rRNA的方法有使用合成的短探针结合使用RNase H去除rRNA、使用短探针结合使用磁珠吊取rRNA并去除。使用短探针进行rRNA去除需要设计大量探针序列，对于市面上没有的物种，投入过高。

如果从RNA样品中去除rRNA还需要进一步改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种制备单链长探针的方法、去除核糖体RNA的方法和试剂盒。应用本发明的制备单链长探针的方法所制备的单链长探针，可以用于核糖体RNA(rRNA)的杂交，然后利用酶切消化处理掉该核糖体RNA，并进一步进行酶切消化去除掉单链长探针，从而可以有效去除RNA样本中的rRNA，去除方法简单，成本低，而且rRNA的残留率很低。

具体而言，本发明提供了如下技术方案：

在本发明的第一方面，本发明提供了一种制备单链长探针的方法，包括：通过反转录获得cDNA样本，所述cDNA样本包含核糖体RNA的反转录产物；基于所述cDNA样本，利用引物对所述cDNA样本进行特异性扩增，以便获得扩增产物，所述引物能够特异性靶向所述核糖体RNA的反转录产物，所述扩增产物包括互补的两条链；去除所述扩增产物中的一条链，以便获得所述单链长探针；其中，所述引物包括第一引物和第二引物，所述第一引物5’端携带有磷酸化修饰，所述第二引物上含有至少一个硫代修饰。

本发明提供了一种制备单链长探针的方法，该方法借助于设计的引物，通过进行特异性扩增，获得互补的两条链的扩增产物，然后去除扩增产物中的一条链，来获得相应的单链长探针。所用到的引物包括第一引物和第二引物，其中第一引物的5’端携带有磷酸化修饰，能够方便由第一引物延伸的一条链后续被去除。第二引物上带有硫代修饰，能够阻止由第二引物延伸处理的一条链被去除。由此，经过硫代修饰的第二引物在PCR扩增后，可以阻止被核酸酶降解，使得经过第二引物延伸的一条链被保留下来，从而获得单链长探针。

根据本发明的实施例，以上所述的制备单链长探针的方法可以进一步包括如下技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述引物能够特异性靶向所述核糖体RNA保守区域的反转录产物，所述核糖体RNA来自于至少一个物种。例如能够靶向多个物种，包括鸡、蛙、人、小鼠、鱼、家蚕、蝗虫、鱼、果蝇等等。

在本发明的一些实施例中，所述核糖体RNA保守区域包括18S rRNA、28S rRNA。

在本发明的一些实施例中，所述第二引物5’端携带有封闭基团。第二引物的5’端可以携带有封闭基团，也可以不含有封闭基团。携带有封闭基团，能够辅助由第二引物延伸的链的稳定性，使得获得的单链长探针更加稳定，不被核酸外切酶降解。

在本发明的一些实施例中，所述封闭基团包括选自生物素、NH

在本发明的一些实施例中，所述引物包括SEQ ID NO:1～SEQ ID NO:24。这12对是针对多个物种的保守区域设计的，例如包括鸡、蛙、人、小鼠、鱼、家蚕、蝗虫、鱼、果蝇等等；从而可以用于多个物种的的rRNA去除，可以有效降低探针成本。

在本发明的一些实施例中，所述硫代修饰为硫代磷酸型修饰、甲基硫酸型修饰中的至少一种，优选为硫代磷酸型修饰。

在本发明的一些实施例中，所述第二引物在靠近5’端含有3～5个连续的硫代修饰。在进行硫代修饰时，可以进行全硫代修饰，但是随着硫代碱基的增加，第二引物的Tm值会降低，从而影响到扩增的特异性。因此为了降低这种影响，可以对第二引物靠近5’端的3～5个碱基进行硫代修饰。

在本发明的一些实施例中，利用核酸外切酶对所述PCR产物进行消化处理，以便去除所述PCR产物中的一条链。

在本发明的一些实施例中，所述核酸外切酶为lambda核酸外切酶。Lambda核酸外切酶可以作用于双链DNA，沿着5’到3’方向逐步切去5’单核苷酸。其最适底物是5’端磷酸化的双链DNA，应用该核酸外切酶可以切去由第一引物扩增的核酸链，从而可以方便快速获得单链长探针。lambda核酸外切酶可以直接通过商购获得。

在本发明的第二方面，本发明提供了一种单链长探针，所述单链长探针根据本发明第一方面任一实施例所述的方法制备获得。

在本发明的第三方面，本发明提供了单链长探针在核糖体RNA去除领域的用途，所述单链长探针为本发明第一方面任一实施例所述的单链长探针或者为本发明第二方面所述的单链长探针。

在本发明的第四方面，本发明提供了一种去除RNA样本中的核糖体RNA的方法，包括：将所述RNA样本和单链长探针混合，使得所述单链长探针与所述RNA样本中的核糖体RNA杂交，以便获得第一产物，所述第一产物中含有核糖体RNA-单链长探针杂交产物，所述单链长探针为根据本发明第一方面任一实施例所述的方法制备的单链长探针或者为本发明第二方面所述的单链长探针；去除所述第一产物中的核糖体RNA，以便获得第二产物；去除所述第二产物中的所述单链长探针，以便获得第三产物。利用本发明所提供的单链长探针，能够有效去除RNA样本中的核糖体RNA，以总RNA样本为例，能够使得总RNA样本中所含有的80％以上的核糖体RNA仅剩余10％以下，例如仅剩余9％以下，仅剩余7％以下，仅剩余6％以下，甚至是剩余4％以下，3％以下，2％以下，以及1％以下。

根据本发明的实施例，以上所述的去除RNA样本中的核糖体RNA的方法可以进一步包括如下技术特征：

在本发明的一些实施例中，利用核酸核酸酶去除所述第一产物中的核糖体RNA。

在本发明的一些实施例中，所述核糖核酸酶为RNase H酶。核糖核酸酶H(RNase H)作为一种核糖核酸内切酶，能够特异性地降解杂交到RNA-DNA杂交链上RNA的磷酸二酯键，从而可以用于降解RNA-DNA杂交链中的RNA链。该核糖核酸酶可以自制，也可以直接商购获得。

在本发明的一些实施例中，利用脱氧核糖核酸酶去除所述第二产物中的所述单链长探针。

在本发明的一些实施例中，所述脱氧核糖核酸酶为DNase I酶。脱氧核酸核酸酶I(DNase I)是一种可以消化单链或者双链DNA产生脱氧核苷酸的核酸内切酶，可以特异性水解单链或者双链DNA，应用该酶可以有效去除单链长探针。

在本发明的第五方面，本发明提供了一种试剂盒，所述试剂盒包括SEQ ID NO:1～SEQ ID NO:24。利用该试剂盒中的SEQ ID NO:1～SEQ ID NO:24可以作为特异性引物，通过对cDNA进行PCR扩增，然后去除PCR产物中的一条链，获得单链长探针，用于核糖体RNA的去除。

在本发明的一些实施例中，所述试剂盒进一步包括下列中的至少一种：lambda核酸外切酶、RNase H酶、DNase I酶。

附图说明

图1是根据本发明的实施例提供的单链长探针的制备原理图。

图2是根据本发明的实施例提供的利用单链长探针去除核糖体RNA的原理图。

图3是根据本发明的实施例提供的多物种的28S rRNA的部分序列示意图。

图4是根据本发明的实施例提供的去除rRNA后的人RNA的文库质检图。

图5是根据本发明的实施例提供的去除rRNA后的鼠RNA的文库质检图。

图6是根据本发明的实施例提供的去除rRNA后的鸡RNA的文库质检图。

图7是根据本发明的实施例提供的去除rRNA后的牛RNA的文库质检图。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的实施例，需要说明的是，所描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明提供了一种单链长探针的制备方法，该方法包括：通过反转录获得cDNA样本，所述cDNA样本包含核糖体RNA的反转录产物；基于所述cDNA样本，利用引物对所述cDNA样本进行特异性扩增，以便获得扩增产物，所述引物能够特异性靶向所述核糖体RNA的反转录产物，所述扩增产物包括互补的两条链；利用核酸外切酶对所述扩增产物进行消化处理，去除所述扩增产物中的一条链，以便获得所述单链长探针；其中，所述引物包括第一引物和第二引物，所述第一引物5’端携带有磷酸化修饰，所述第二引物5’端携带有封闭基团，所述第二引物上含有至少一个硫代修饰。

所提供的引物能够特异性靶向来自于至少一个物种的所述核糖体RNA保守区域的反转录产物，这些物种包括但不限于哺乳动物、鱼类、两栖类等等，例如可以是牛、羊、人、鼠、鸡、鸭等；由此所得到的单链长探针可以适用于多种物种的核糖体RNA的去除。

在本发明的至少一些实施方式中，在去除所述扩增产物中的一条链后，还包括磁珠纯化步骤。所用到的磁珠可以直接商购获得。

在本发明的至少一些实施方式中，本发明使用一套引物即可合成众多物种的rRNA探针，即可去除不同物种的rRNA，该套特异性引物包括SEQ ID NO:1～SEQ ID NO:24。应用该套引物解决了市面上产品适用物种有限的问题，且成本低廉，rRNA去除率高。

如图2所示，本发明提供了一种去除RNA样本中rRNA的方法，包括：将所述RNA样本和上述单链长探针混合，使得所述单链长探针与所述RNA样本中的核糖体RNA杂交，以便获得第一产物，所述第一产物中含有核糖体RNA-单链长探针杂交产物；利用RNaseH酶降解所述第一产物中的核糖体RNA，以便获得第二产物；应用DNase I酶降解所述第二产物中的所述单链长探针，以便获得第三产物。

在本发明的至少一些实施方式中，该方法还包括对所获得的第三产物进行磁珠纯化。

应用该方法可以去除total RNA样本中的rRNA，包括18S rRNA、28S rRNA；保留mRNA以及其他的非编码RNA，可以用于后续的分析。

该方法适用于完整的和部分降解的total RNA样本(例如FFPE RNA)，而且经过该方法最终获得的产物可以用于RNA文库的构建和分析。例如可以与RNA文库制备试剂盒(例如MGIEasy mRNA文库制备试剂盒或MGIEasy RNA方向性文库制备试剂盒)搭配使用，用于RNA定量、转录组或非编码RNA等相关领域的研究。

下面将结合实施例对本发明的方案进行解释。本领域技术人员将会理解，下面的实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

实施例1

实施例1针对不同物种的18S rRNA序列和28S rRNA序列，在保守区设计引物序列。图3中示出了多个物种的28S rRNA的部分序列，这些物种涉及鸡、蛙、人、小鼠、鱼、家蚕、蝗虫、鱼、果蝇等等，通过软件比对出保守区域。并针对保守区域设计能够靶向核糖体RNA的反转录产物的引物，所设计的引物序列如下表1所示：

表1正向引物和反应引物

其中，SEQ ID NO:1～SEQ ID NO:12中5’端带有磷酸基团，SEQ ID NO:13～SEQ IDNO:24的各序列5’端带有封闭基团Biotin(缩写为BIO)，且靠近5’端的几个碱基之间均插入了硫代磷酸键，用*表示，该硫代磷酸键的修饰，能够防止后续反向引物合成的链被lambda核酸外切酶消化掉。

其中，SEQ ID NO:1～SEQ ID NO:24中Y指的是碱基类型可以为T或C；K指的是碱基类型可以为G或T；R指的是碱基类型可以为G或A；M指的是碱基类型可以为A或C；S指的是碱基类型可以为G或C。

其中，rRNA1-R(即SEQ ID NO:1)和rRNA10-R(SEQ ID NO:22)所靶向的位点靠近核糖体RNA的3’末端，可以首先利用rRNA1-R和rRNA10-R反转录获得cDNA。

实施例2

该实施例针对多种动物的总RNA样本，制备了一种单链长探针，该单链长探针的制备方法包括如下步骤：

1、获得不同物种的total RNA

分别取人、小鼠、鸡、牛的组织样品，利用miRNeasy Mini kit(QIAGEN)试剂盒(货号为217004)获得来自于各物种的Total RNA。所获得的total RNA分别进行如下反转录。

2、反转录

配制以下反应体系，总共14μL：

将上述反应体系在65℃反应5min，0.1℃/s降温至37℃，获得反应产物。

利用上一步反应产物配制如下反应体系：

总体积为20μL，在25℃5min，37℃45min，50℃10min，4℃hold，获得cDNA。保存于-20℃。其中，所用到的

3、PCR

利用上步获得的cDNA以及特异性引物进行PCR反应，包括如下内容：

配制如下反应体系：

其中KAPA HiFi HotStart ReadyMix产于KAPA公司，货号为KK2602；所用到的正向引物和反应引物如上表1所示：

将所配制的上述反应体系在PCR仪上进行反应，反应条件如下：

12对引物分别反应得到12个PCR产物，并利用Qubit dsDNA kit检测PCR产物浓度。PCR产物按引物编号分别命名为rRNA1，rRNA1，……，rRNA12。

将所获得的12个PCR产物等摩尔量进行混合，获得PCR总产物。

4、PCR产物纯化

(1)向PCR总产物中加入1倍体积AGENCOURT AMPURE XP beads，用枪头吸打混匀，室温放置5min。

(2)样品管置于磁力架上吸附2min左右，待溶液澄清后，小心去除上清。

(3)向样品管中加入1mL的80％乙醇，洗涤2次，吸走酒精，室温晾干5min。

(4)向样品管中加入86μL的洗脱缓冲液，用枪头吸打混匀，室温孵育5min。

(5)样品管置于磁力架上吸附5min左右，待溶液澄清后，小心吸取86μL上清，长期保存于-20℃，获得PCR纯化产物。取1μL稀释10倍，Qubit检测浓度。

5、单链探针制备反应

配制以下反应体系：

将所配制的反应体系在37℃消化1小时，去除掉PCR产物中的一条链，即去除未插入硫代磷酸键的那条链。其中Lambda核酸外切酶以及10x Lambda核酸外切酶缓冲液来自于试剂盒Lambda Exonuclease(NEB)，货号为M0262L。

6、产物纯化

(1)向消化产物中加入2.2倍体积(220μL)AGENCOURT AMPURE XP beads，用枪头吸打混匀，室温放置8min。

(2)样品管置于磁力架上吸附2min左右，待溶液澄清后，小心去除上清。

(3)向样品管中加入500μL的80％乙醇，洗涤2次，吸走酒精，室温晾干5min。

(4)向样品管中加入20μL的NF水，用枪头吸打混匀，室温孵育5min。

(5)样品管置于磁力架上吸附5min左右，待溶液澄清后，小心吸取20μL上清，长期保存于-20℃。取0.5μL稀释10倍，使用Qubit ssDNA kit检测单链DNA浓度。用NF水稀释至300-500ng/μL，得到的即为单链长探针。

实施例3

实施例3采用实施例2所制备的单链长探针，去除不同物种(例如人、鼠、鸡、牛)total RNA样品中的rRNA，保留mRNA以及其他的非编码RNA，用于后续建库分析。包括如下步骤：

1、获得不同物种的total RNA

分别取人、小鼠、鸡、牛的组织样品，利用miRNeasy Mini kit(QIAGEN)试剂盒(货号为217004)获得来自于各物种的Total RNA。

2、rRNA去除

使用MGIEasy rRNA去除试剂盒(厂家为深圳华大智造科技有限公司，货号为1000005953)，把试剂盒中的探针换成上述制备的探针，然后通过利用该单链长探针与total RNA进行杂交，获得杂交产物；利用RNaseH酶消化掉与DNA杂交的rRNA；进一步利用DNase I消化掉该单链长探针，最后纯化获得去除rRNA后的RNA。

具体可以按照该试剂盒说明书要求进行去除rRNA操作。

3、产物质检

取1μL去除rRNA后的样本，采用Agilent RNA 6000 Pico试剂盒，货号5067-1513，用Agilent 2100 Bioanalyzer进行检测。

4、建库测序

使用MGIEasy RNA文库制备试剂盒(货号为1000006383)，按照说明书要求进行转录组建库，构建的文库使用BGISEQ-500测序平台进行测序，测序策略为PE100。所获得的测序数据与数据库进行序列比对，得到rRNA残留比例。

其中，各物种的文库质检结果分别如图4～图7所示。表3代表各物种rDNA的残留比例。

表3不同物种rDNA残留比例

其中rRNA残留比例代表rRNA序列数量占总测序reads数的比例。rRNA残留比例越低越好，当rRNA的比例低于10％时，不会对测序数据产生大的影响。上述物种进行处理后的rDNA残留比例很小，表明能够有效去除rDNA；尤其是可以适用于多种物种，不仅仅是人和小鼠，还有鸡，牛等，适用范围广。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

SEQUENCE LISTING

<110> 深圳华大基因科技服务有限公司

<120> 制备单链长探针的方法、去除核糖体RNA的方法和试剂盒

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<222> (1)..(6)

<223> 硫代磷酸修饰

<220>

<221> misc_feature

<222> (1)..(1)

<223> BIO修饰

<400> 19

ggacgaycga tttgcacgtc ag 22

<210> 20

<211> 22

<212> DNA

<213> Artificial Sequence

<220>

<223> rRNA8-R

<220>

<221> misc_feature

<222> (1)..(5)

<223> 硫代磷酸修饰

<220>

<221> misc_feature

<222> (1)..(1)

<223> BIO修饰

<400> 20

ggtccgtgtt tcaagacggg tc 22

<210> 21

<211> 23

<212> DNA

<213> Artificial Sequence

<220>

<223> rRNA9-R

<220>

<221> misc_feature

<222> (1)..(5)

<223> 硫代磷酸修饰

<220>

<221> misc_feature

<222> (1)..(1)

<223> BIO修饰

<400> 21

caactttccc tyacggtact tgt 23

<210> 22

<211> 27

<212> DNA

<213> Artificial Sequence

<220>

<223> rRNA10-R

<220>

<221> misc_feature

<222> (1)..(5)

<223> 硫代磷酸修饰

<220>

<221> misc_feature

<222> (1)..(1)

<223> BIO修饰

<400> 22

tcacctacgg aaaccttgtt acgactt 27

<210> 23

<211> 24

<212> DNA

<213> Artificial Sequence

<220>

<223> rRNA11-R

<220>

<221> misc_feature

<222> (1)..(5)

<223> 硫代磷酸修饰

<220>

<221> misc_feature

<222> (1)..(1)

<223> BIO修饰

<400> 23

ccacsaacta agaacggcca tgca 24

<210> 24

<211> 20

<212> DNA

<213> Artificial Sequence

<220>

<223> rRNA12-R

<220>

<221> misc_feature

<222> (1)..(5)

<223> 硫代磷酸修饰

<220>

<221> misc_feature

<222> (1)..(1)

<223> BIO修饰

<400> 24

ctggaattac cgcggctgct 20