實時熒光定量PCR鑒定肉制品中牛源性成分及其含量

史瑩瑩，康雨薇，邵俊鋒，郭娟，許慧卿

（揚州大學食品科學與工程學院，江蘇揚州225127）

隨社會經濟的快速發展，人民生活水平大幅度提高，對肉制品需求量也呈上升趨勢。牛肉肉質鮮嫩，蛋白質含量高，營養豐富，受到消費者青睞。為保障肉制品的質量安全，建立一種快速、準確的牛肉制品中牛源性成分及含量的檢測方法意義重大。聚合酶鏈式反應（polymerase chain reaction，PCR）是一種經典的分子生物學技術，其原理是利用特異性引物體外擴增目的DNA 片段[1]，然后對所得DNA 片段進行分析從而達到鑒別物種的目的[2]。本文選擇實時熒光相對定量方法，旨在量化肉制品中牛肉成分，對市場的牛肉制品進行檢測。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮豬肉、牛肉、羊肉、雞肉、鴨肉、牛肉制品：揚州市大型農貿市場以及大型超市；血液/細胞/組織基因組DNA 提取試劑盒（離心柱型）：天根生化科技（北京）有限公司；TB GreenTM Premix Ex TaqTMⅡ：Takara 公司；引物：生工生物工程（上海）股份有限公司。

1.2 試驗儀器

StepOne Real-time PCR 儀 ：Applied Biosystems；Nanodrop2000 核酸蛋白定量儀：Thermo Scientific；DYY-11 型電泳儀：北京市六一儀器廠；Tanon3500 凝膠成像一體機：上海天能科技有限公司。

1.3 引物設計

根據美國NCBI GenBank 數據庫公布的牛線粒體細胞色素b 基因序列（登錄號MH157891.1），運用Primer Premier5.0 軟件設計篩選對牛有特異性的PCR擴增引物。由于混合肉制品成分復雜，且實時熒光PCR 反應干擾因素多，為保證數據的精確、可靠，采用相對定量法。選擇在結構和功能上具高度保守性的16SrDNA 作為內參管家基因[3]，根據16SrDNA 基因保守序列設計一對內源基因引物。引物交于上海生工生物工程有限公司合成，取適量引物用高壓滅菌后的超純水溶解，配制成10 μmol/L 的儲備液。引物序列、溶解溫度值（melting temperature，Tm）與擴增片段大小具體見表1。

表1 引物序列、Tm 值及PCR 產物大小Table 1 The sequence of primers，Tm and the size of PCR product

1.4 方法

1.4.1 樣品前處理

取50 mg 樣品充分剪碎，置于預冷潔凈的研缽中，用液氮研磨至粉末狀。

混合標準品及模擬樣品：精確稱取經液氮研磨成粉末狀的生鮮牛肉和生鮮豬肉（精確度0.000 1 g），按質量比混合，得到牛肉質量百分比為5%、10%、30%等混合樣品。

1.4.2 DNA 提取

采用血液/細胞/組織基因組DNA 提取試劑盒（離心柱型）提取的樣品總DNA。取50 mg 樣品于2 mL 離心管，按提取說明書稍做改進，加入蛋白酶K 消化時間延長至6 h 直至肌肉組織溶解，后按說明繼續操作。最終將提取的樣品DNA 溶于80 μL Tris-EDTA 洗脫液（TE）中，于-20 ℃保存備用。

1.4.3 DNA 濃度和純度測定

取TE 為空白調零，取2 μL 樣品，用核酸蛋白測定儀測定提取后的DNA 模板的濃度、A260/A280及A260/A230比值。取 9 μL 和 1 μL 6×Loading Buffer 混合，用 2%瓊脂糖凝膠電泳檢測模板DNA 提取效果。

1.4.4 實時熒光PCR 體系

反應體系 10 μL：TB Green Premix Ex TaqⅡ（Tli RNaseH Plus）（2×）5.0 μL，上、下游引物（10 μmol/L）各0.4 μL，ROX Reference Dye （50×）0.2 μL，DNA 模板1.0 μL，滅菌水 3.0 μL。兩步法 PCR 擴增程序：95 ℃預變性 30 s，95 ℃變性 5 s，60 ℃退火 30 s，共 40 個循環。對熔解曲線進行分析，無引物二聚體和非特異性產物。

1.4.5 引物特異性研究

以市售新鮮的豬肉、牛肉、羊肉、雞肉、鴨肉5 種畜禽肉DNA 為模板，濃度統一稀釋至50 ng/μL，各取1 μL，用NIU 引物進行實時熒光PCR 反應，分析NIU引物擴增的物種特異性。

1.4.6 內參引物通用性研究

以市售新鮮的豬肉、牛肉、羊肉、雞肉、鴨肉5 種畜禽肉DNA 為模板，濃度統一稀釋至50 ng/μL，各取1 μL，用16S 內參引物進行實時熒光PCR 反應，分析內參引物對常見物種擴增的通用性。

1.4.7 引物靈敏度檢測

將提取的牛肉DNA 原液稀釋至50 ng/μL，然后進行 5 倍系列梯度稀釋，即 50、10、2 ng/μL、400、80、16、3.2 pg/μL、640、128 fg/μL 等梯度，去離子水作為陰性對照模版，進行實時熒光PCR 檢測。

1.4.8 牛源性定量標準曲線的建立

以0%、10%、30%、50%、70%、90%和100%的牛豬肉混合標準品，提取DNA，濃度統一至50 ng/μL，進行實時熒光PCR 反應。以16SrDNA 作為內參，以牛源性成分0%的樣品為對照，采用相對定量法建立標準曲線。

1.4.9 模擬混合樣品驗證標準曲線

以牛肉質量百分比為5%、15%、45%、65%、95%模擬混合樣提取DNA，濃度統一至50 ng/μL。進行實時熒光PCR 反應。以16SrDNA 作為內參，將Ct 值帶入所建立的標準曲線中計算牛源性成分含量，以檢驗標準曲線的準確性。

1.4.10 市售牛肉制品檢測

在大型農貿市場或者超市采集牛肉制品包括牛肉串、肥牛卷、牛肉丸、牛柳等。將樣品置于滅菌水浸泡漂洗后提取DNA，按1.4.4 所述試驗條件進行實時熒光PCR 反應。檢測是否含有牛源性成分，并通過△Ct 值計算樣品中牛肉含量。

1.5 試驗數據處理

每個試驗做3 個重復，各平行測定3 次，試驗數據以（x±s）表示。

2 試驗結果

2.1 DNA濃度和純度測定結果

不同肉類DNA 濃度和純度測定結果見表2。

核酸提取過程中容易混入蛋白質及碳水化合物等雜質。A260/A280＞1.8 可以說明溶液中無蛋白質污染，A260/A230比值可以幫助判斷核酸溶液中是否混有糖類等雜質，當 A260/A230＜2.0 時，則說明 DNA 溶液被碳水化合物污染[4]。提取的生鮮豬、牛、羊、雞、鴨肌肉組織DNA 經2%瓊脂糖凝膠電泳檢測結果如圖1 所示。

表2 DNA 濃度和純度測定結果Table 2 DNA concentration and purity test results

圖1 2%瓊脂糖凝膠電泳圖Fig.1 2%agarose gel electrophoresis

條帶清晰無拖尾且完整。說明提取的DNA 可用于實時熒光PCR 反應。

2.2 實時熒光PCR反應檢測牛源性成分特異性、內參引物通用性檢測結果

分別選取生鮮豬、牛、羊、雞、鴨肉的DNA 作為檢測模板，用NIU 引物進行實時熒光PCR 反應檢測，結果如圖2 所示。

圖2 引物NIU 對不同肉類DNA 的擴增曲線Fig.2 Amplification curves of DNA samples derived from different meats using NIU primer

在常見的5 種畜禽生鮮肉中牛肉DNA 結果顯示唯一陽性，其余肉類檢測結果顯示均為陰性。同時以離子水作為陰性對照模版，結果均正常。表明設計的NIU 引物特異性較高，符合試驗要求，試驗可信度較高。

以16SrDNA 作為內參引物靶基因，將生鮮豬、牛、羊、雞、鴨作的DNA 為模板，結果如圖3 所示。

圖3 引物16S 對不同肉類DNA 的擴增曲線Fig.3 Amplification curves of DNA samples derived from different meats using 16S primer

內參引物16S 對常見的5 種畜禽生鮮肉有較好的擴增效率，結果顯示均為陰性，且內參基因16S 檢測的Ct 值集中在狹窄范圍內，Ct 值相對穩定。同時以離子水作為陰性對照模版，結果顯示陰性。這表明內參引物16S 具有通用性，可以作為內參校正基因使用。引物NIU 擴增融解曲線和內參引物16S 擴增融解曲線見圖4 和圖 5。

圖4 引物NIU 擴增融解曲線Fig.4 Melting curves of NIU primer

圖5 內參引物16S 擴增融解曲線Fig.5 Melting curves of internal reference primer 16S

NIU 引物和內參基因16S 的熔解曲線Tm 值分別為 83.04 ℃（圖 4）和 77.97 ℃（圖 5），均為特異的單個峰，沒有引物二聚體和其它非特異性峰的存在，目標片段具有高度特異性。

2.4 引物NIU靈敏度檢測

為檢測引物NIU 的靈敏度，將提取的牛肉DNA原液稀釋至50 ng/μL，5 倍系列梯度稀釋，以無酶水作為陰性對照。對濃度 50 ng/μL～128 fg/μL 的模板 DNA進行檢測，結果如圖6 所示。

圖6 引物NIU 對不同DNA 濃度梯度的擴增曲線Fig.6 Amplification curve for different DNA concentration gradients of primer NIU

當模板濃度低至0.64 pg/μL 時，仍清晰地進行指數擴增。陰性對照結果顯示正常。因此，本方法檢測低限可達 0.64 pg/μL。

2.5 標準曲線的建立

不同牛肉含量的標準品經實時熒光反應檢測，其對應的Ct 值結果如表3 所示。以標準品中牛肉含量百分對數值lg（牛肉含量百分比%）為橫坐標，標準品對應的循環閾值差值△Ct（△Ct=Ct 牛肉-Ct 內參）為縱坐標，得到肉質量百分比的對數值與△Ct 的線性關系，繪制成牛肉質量百分比的對數值與△Ct 值之間的標準曲線如圖7 所示。

表3 不同牛肉含量百分比Ct 值檢測結表Table 3 Ct value of different beef content percentage standards

標準曲線回歸公式為y=-3.364 5x+0.873 7，R2=0.992 6，PCR 的反應效率（E）=（10-1/k-1）×100%（k 為標準曲線斜率），本標準曲線E=98.25%?！秾崟r熒光定量國際化標準-MIQE 指南》指出：R2＞0.980 以及 90%＜擴增效率E＜105%。結果表明，本標準曲線具有良好的線性關系和擴增效率，符合實時熒光定量國際化標準的要求。

圖7 混合牛肉含量以及采用內參16S 熒光PCR 擴增的△Ct 標準曲線Fig.7 Normalised calibration curve for the estimationof the content level of poultry meat with beef meatusing 18S rRNA amplification as a reference gene

2.6 模擬混合肉樣檢測結果

模擬牛肉含量為5 %、15 %、45 %、65 %、95 %的混合樣品，按1.4.4 反應體系進行檢測。將所得的△Ct代入標準曲線中計算牛源性成分含量，并且計算回收率，以檢驗標準曲線及定量測定的準確性，結果如表4所示。

表4 模擬混合肉樣Ct 值檢測結果Table 4 Ct value of simulated mixed meat sample

檢測的牛源性成分含量與實際值符合程度較高，回收率較為理想。本試驗建立的量化肉制品中牛肉成分的實時熒光相對定量方法具有實踐意義。

3 討論

食品質量與安全一直是社會關注的熱點問題，現代生活水平大幅度提高，群眾對肉及肉制品的需求量日益增加，尤其是優質的肉類如牛、羊肉。目前對肉類種屬鑒別的方法主要有：以特征形態為基礎的感官鑒別、以蛋白質為基礎的免疫學鑒別方法[5]以及以核酸聚合酶鏈式反應為基礎的分子生物學技術等[6]。感官鑒別屬于粗略鑒別法，且檢測結果容易受實驗人員的主觀因素影響[7]。由于加工處理過程中蛋白質的質量受肉制品的新鮮度、加工程度等因素的影響，蛋白質性質不穩定[8]，以蛋白質為基礎的鑒定會存在干擾結果且重復性差[9]。聚合酶鏈式反應（PCR）是利用特異性引物體外擴增目的DNA 片段，然后對所得DNA 片段進行分析從而達到鑒別物種的目的。常見的PCR 技術有常規PCR、多重PCR、實時熒光定量PCR、數字PCR、DNA 測序等。自從 1998 年 Tartaglia 等[10]首次報道基于普通PCR 方法檢測飼料中的牛、羊源性成分，PCR 鑒定物種的方法日趨成熟。何瑋玲等[11]利用Cytb基因的差異性位點，設計了相同上游引物但下游各自特異性的4 條PCR 引物，建立了一種快速鑒別豬肉、牛肉、羊肉和雞肉成分的多重PCR 方法。Tobe SS 等[12]基于線粒體細胞色素b 基因對18 種常見哺乳動物建立了一套物種特異性多重鑒定體系，且靈敏度達1.6 pg級。付理文等[13]建立了一種可同時檢測豬、牛、羊、雞、鴨、鵝6 種動物源性成分的六重實時熒光定量PCR 方法，同一反應體系下實現一次對6 種動物快速定量檢測，耗時短、效率高、適用性廣。微滴數字PCR 精確度高但實驗成本昂貴以及實驗條件要求高且操作復雜[14]。本文選擇實時熒光PCR 方法，以牛線粒體細胞色素b 為靶位基因，設計出對牛有特異性擴增的引物。在檢測結果能判斷是否檢出的基礎上，選擇16SrDNA為內參引物，建立不同肉質量百分比的對數值與之對應的△Ct 值的線性關系標準曲線。并對標準曲線進行質量評估，驗證其可行性。相比較普通聚合酶鏈式反應，實時熒光PCR 在檢測過程中處于封閉體系，無需后續的電泳以及紫外拍照等操作，很大程度縮短了檢測時間，并且減少PCR 產物污染避免假陽性，試驗結果的準確性大大提高。現行有效的進出口行業標準（SN/T4397-2015）雖運用實時熒光法對出口食品中牦牛源性成分的檢測但結果僅能判斷是否檢出，未能檢測制品中牛肉成分含量。本文選擇實時熒光相對定量方法，為量化肉制品中牛肉成分摻假摻偽研究提供參考意見。