三重real-time PCR同步檢測黃牛、 水牛和牦牛成分

吳 姍，張明哲，方 云，陳 哲，張 荃，孫 超，沈旭芳，虞惠貞，尹文秀，張曉峰

（浙江省檢驗檢疫科學技術研究院，浙江 杭州 310016）

在經濟利益驅動下的肉制品制假販假事件屢禁不絕，已成為中國食品質量控制面臨的重要挑戰(zhàn)之一。牛肉一直是制假摻假的重災區(qū)，除了用價格相對低廉的豬肉、雞肉、鴨肉冒充牛肉外，更有甚者將狐貍、水貂等肉摻入牛肉中進行銷售。此外，由于牛肉本身可分為黃牛肉、水牛肉和牦牛肉，且這3 類肉之間也存在較大的價格差異，一般來說牦牛肉價格高于黃牛肉，黃牛肉又高于水牛肉，因此往往會出現(xiàn)水牛肉、黃牛肉被用來冒充牦牛肉，而水牛肉還被用來冒充黃牛肉。

近年來，國家針對肉制品摻假問題加強檢測監(jiān)管力度，大力支持肉品檢測方法的研究。目前對肉類真?zhèn)舞b別的檢測技術主要包括基于蛋白的免疫技術[1-2]，基于代謝物質的光譜技術[3-4]、電子鼻[5-6]、電子舌[7]技術，以及基于核酸的分子生物學技術等。由于DNA的生物學穩(wěn)定性，不論是在生肉或是熟肉，或是在成分多樣復雜的復合食品中，即便是在腐敗變質的肉制品中，其物種特異性的DNA都能穩(wěn)定存在，因此分子生物學的鑒定方法，仍是目前比較常用和可靠的鑒定方法。

早在1998年，為了防止瘋牛病通過飼料傳播，Tartaglia等[8]利用聚合酶鏈式反應（polymerase chain reaction，PCR）在飼料中進行牛源性成分的檢測。此后，在PCR基礎上又衍生了PCR-限制性片段長度多 態(tài)性[9-10]和PCR-單鏈構象多態(tài)性分析[11]等技術。實時聚合酶鏈式反應（real-time polymerase chain reaction，real-time PCR）的產生，免去了PCR技術后續(xù)凝膠電泳的步驟，同時能對整個PCR過程進行實時監(jiān)測，因此該方法目前已成為一種較普及的用于肉制品真?zhèn)舞b別的方法[12-16]。目前用來鑒別牛肉真?zhèn)蔚膔eal-time PCR方法已經較多，且建立一系列檢測標準，如SN/T 2051—2008《食品、化妝品和飼料中牛羊豬源性成分檢測方法 實時PCR法》[17]，GB/T 25165—2010《明膠中牛、羊、豬源性成分的定性檢測方法 實時熒光PCR法》[18]、SN/T 2557—2010《畜肉食品中牛成分定性檢測方法 實時熒光PCR法》[19]、 SB/T 10923—2012《肉及肉制品中動物源性成分的測定 實時熒光PCR法》[20]等，但上述標準并不能區(qū)分牛的種類。雖然目前也有有關黃牛[21]（參考冀德君等[22]和亐開心[23]等觀點，黃牛包括普通牛（Bos taurus）和瘤牛（Bos indicus））、水牛（Bubalus bubalis）[21,24]和牦牛（Bos grunniens）[21,25]的檢測方法，但上述方法存在靈敏度不高，或者覆蓋度不高，即存在不能檢測到種內某些品種的情況。

本研究研發(fā)具有黃牛、水牛和牦牛特異性的3 組引物探針，以實現(xiàn)用三重real-time PCR方法快速同步地對上述3 種牛肉制品進行真?zhèn)舞b別。以期為市場監(jiān)管部門在實施相應監(jiān)管措施時，提供詳實可靠、可供參考的檢測數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

黃牛、水牛和牦牛以及其他動植物樣本購于市場或者本實驗室保存，其中貉和銀狐的樣品采集自杭州動物園。動物樣品取肌肉或骨骼、內臟和血液部分；植物樣品取可食用部分。用于方法建立的黃牛、水牛和牦牛的樣本真實性通過real-time PCR檢測及測序確認[26-27]；其余肉類樣本，包括綿羊、豬、馬、驢、狗、雞、鴨、鵝等的真實性通過相關檢測標準（略）鑒定，其余樣本通過外觀確認。

實際的深加工樣品中，如肉丸、肉松等，往往存在多種肉摻雜的情況。為了模擬檢測混合樣品，將黃牛、水牛和牦牛3 種肉干按照表1的質量比制成混合肉樣，每個混合樣總質量10 g，共制成9 個樣（表1， 樣品A～I）。混合樣品經過振蕩研磨儀混合研磨 （5 500 r/min，20 s，重復4～6 次）成肉泥，取充分混合的樣品進行DNA提取。

表1 黃牛、水牛和牦牛混合肉樣和混合DNA樣品的制備Table 1 Preparation of mixed meat samples and mixed DNA samples from yellow cattle, buffalo and yak

Premix ExTaq大連TaKaRa公司；FF3750食品抽提試劑盒 美國Promega公司。

1.2 儀器與設備

Precellys Evolution振蕩研磨儀 法國Bertin Technologies公司；NanoDrop ND-1000紫外-可見光分光光度計 美國Thermo Scientific公司；Lightcycle 480熒光定量PCR儀 德國Roche公司。

1.3 方法

1.3.1 DNA抽提

取動物肌肉、骨骼、內臟、血液或者植物可食用部分100 mg或100 μL，使用FF3750食品抽提試劑盒進行DNA提取，最后抽提得到DNA溶解在20～100 μL水中，使抽提得到的DNA質量濃度大于等于10 ng/μL。在單重、雙重和三重real-time PCR體系靈敏度驗證實驗中，將黃牛、水牛和牦牛抽提得到的DNA質量濃度均調整為25 ng/μL，然后再進行4 倍梯度稀釋。同時，還制備了3 種牛的DNA混合樣，取質量濃度約為10 ng/μL，純度A260nm/A280nm為1.7～1.9，3 種牛的DNA樣品，按照表1體積比制成DNA混合樣，每個混合樣總體積為200 μL，共制成9 個樣（表1，樣品A′～I′）。DNA質量濃度和純度用NanoDrop ND-1000紫外-可見光分光光度計在260 nm和280 nm波長處進行測定。

1.3.2 引物和探針的設計

基于黃牛、牦牛線粒體12S rRNA基因（序列號分別為KF926377.1和KJ463418.1）和水牛的線粒體Cyt b基因（序列號AY488491.1），根據(jù)引物設計原則，利用Primer Express軟件設計了黃牛、水牛和牦牛特異性的引物探針3 組（表2）。

表2 檢測黃牛、牦牛和水牛的引物和探針序列Table 2 Primers and probes used for the detection of yellow cattle-, buffalo- and yak-derived components

1.3.3 real-time PCR擴增檢測

用于內參照引物探針的real-time PCR體系及反應條件見標準GB/T 25165—2010[18]。

用于3 種牛檢測的單重real-time PCR反應體系如下：10 μL Premix ExTaq，上游引物（10 pmol/μL）0.4 μL，下游引物（10 pmol/μL）0.4 μL，探針（10 pmol/μL）0.4 μL，取上述DNA液1 μL，用水補足體積至20 μL。應用熒光定量PCR儀進行反應，反應程序為：95 ℃預變性10 s；95 ℃變性5 s，60 ℃退火延伸23 s，40 個循環(huán)。

三重real-time PCR對黃牛、水牛和牦牛同步檢測時，黃牛、水牛和牦牛探針的5′端分別用FAM、HEX和ROX標記，3′端則用Eclipse標記。三重real-time PCR體系如下：10 μL Premix ExTaq，各引物（10 pmol/μL）均0.13 μL，各探針（10 pmol/μL）均0.27 μL，取對應的DNA模板各1 μL，用水補足體積至20 μL。應用熒光定量PCR儀進行反應，反應程序為95 ℃預變性10 s；95 ℃變性5 s，60 ℃退火延伸23 s，40 個循環(huán)。

FAM、ROX、HEX三重熒光補償。熒光補償反應程序參照Roche說明書：1）95 ℃預變性10 s；2）95 ℃變性5 s；60 ℃退火延伸23 s；40 個循環(huán)；3）95 ℃變性10 s；40 ℃退火30 s；95 ℃變性；40 ℃，1 s。補償反應時進行單重real-time PCR，體系如下：10 μL Premix ExTaq，上游、下游引物（10 pmol/μL）各0.4 μL，探針 （10 pmol/μL）0.8 μL，取DNA 1 μL，用水補足體積至20 μL。在三重real-time PCR結束后調用該熒光補償程序，進行熒光補償，對補償后的數(shù)據(jù)進行判斷，確保無熒光干擾而產生的假陽性。

real-time PCR檢測中，Ct值表示每個反應管內熒光信號到達設定的域值時所經歷的循環(huán)數(shù)，每個實驗重復 3 次，Ct值為3 次結果的平均值，并計算標準差。

1.3.4 標準曲線繪制

為確定單重real-time PCR檢測體系的檢出限和線性范圍，對目標DNA進行梯度稀釋，并利用DNA濃度和Ct值之間的相關性繪制標準曲線。將抽提得到的DNA進行4 倍梯度稀釋，進行real-time PCR檢測。變量相關性 公式[28]：Ct =blgCDNA+a（b為斜率，a為截距）。

2 結果與分析

2.1 引物探針的特異性

將設計得到的用于檢測3 種牛的引物探針用于檢測包括黃牛、水牛和牦牛在內的19 種家畜、家禽及其他動植物。結果顯示上述引物探針只對目標物種呈陽性反應，其他非目標物種均未檢測到Ct值（表3）；而同時用檢測真核生物的引物探針檢測時，反應都呈陽性，說明抽提得到的DNA質量符合real-time PCR檢測要求。在單重real-time PCR檢測體系中，以單一的目標DNA為檢測樣本，設計得到的引物探針序列有較好的特異性。

表3 黃牛、水牛和牦牛引物探針的特異性Table 3 Specificity of the primers and probes for the detection of yellow cattle-, buffalo- and yak-derived components

2.2 單重real-time PCR的檢測靈敏度

將3 種牛DNA質量濃度都調節(jié)到25 ng/μL左右，再進行4 倍稀釋，共形成8 個質量濃度梯度。各個DNA質量濃度單重real-time PCR的結果如表4所示，當3 種DNA質量濃度稀釋到0.025 ng/μL時，3 種牛的檢測都能得到Ct值小于35且陽性明顯的S型擴增曲線，此時得到3 組標準曲線的R2值均大于0.99（黃牛：y=－4.270 3x+26.524，R2=0.992 3；水牛：y=－4.281 1x+27.028，R2=0.995 8；牦牛：y=－4.376 4x+24.514，R2=0.997 7）；但進一步稀釋后（質量濃度至0.006 ng/μL），黃牛和牦牛得到的Ct值分別為38.4和38.8，而水牛則無Ct值顯示，此時黃牛和牦牛的標準曲線的R2值分別降至0.982 6 （y=－4.683 7x+26.691）和0.959 7（y=－5.166 2x+24.833）；DNA質量濃度降至0.002 ng/μL左右時，則3 種牛的檢測結果都呈陰性。R2值大于0.99時，說明該標準曲線所取范圍內的DNA質量濃度與Ct值有較好的對應關系，Ct值能比較準確地反映對應DNA的濃度；R2值下降，說明兩者間的對應關系下降，Ct值反應對應DNA質量濃度的可信度下降。

表4 單重real-time PCR檢測黃牛、水牛和牦牛的靈敏度Table 4 Sensitivity of simplex real-time PCR for the detection of yellow cattle-, buffalo- and yak-derived components

因此，為方便統(tǒng)計，在后續(xù)3 種牛的雙重及三重real-time PCR檢測中，以35為Ct值的臨界值，3 次檢測結果中2 次或2 次以上Ct值小于35，結果為陽性（+）；2 次或2 次以上Ct值大于等于35或無Ct值顯示，結果為 陰性（－）。

2.3 雙重和三重real-time PCR的檢測靈敏度

在雙重real-time PCR的檢測中，將任意2 種引物探針組合按照1∶1比例混合，得到結果顯示：只有黃牛的檢測因為試劑間及2 種DNA間的疊加而導致其靈敏度降低至0.1 ng/μL， 而水牛和牦牛的檢測靈敏度仍保持在與單重real-time PCR的水平（0.025 ng/μL）一樣，并未下降（表5）。

表5 雙重和三重real-time PCR同步檢測黃牛、水牛及牦牛Table 5 Simultaneous detection of yellow cattle-, buffalo- and yakderived components by duplex and triplex real-time PCR

但雙重變成三重real-time PCR后，結果則大不相同，即便是在最高的起始質量濃度下（25 ng/μL），黃牛和水牛的檢測都未得到陽性結果，但牦牛的檢測靈敏度仍然保持在0.025 ng/μL，未受到三重的影響。為了提高三重real-time PCR檢測中黃牛和水牛的檢測靈敏度，調整3 種引物探針組合的濃度比例。比較8 種混合比例，提高黃牛和水牛的引物探針比例有助于提高檢測靈敏度，表6顯示，當黃牛、水牛、牦牛3 組引物探針的比例調節(jié)為3∶3∶2時，黃牛和水牛的檢測靈敏度可達到0.1 ng/μL，而牦牛的靈敏度仍可達到0.025 ng/μL，因此認為該比例較佳。

表6 黃牛、水牛和牦牛三重real-time PCR檢測體系優(yōu)化Table 6 Optimization of triplex real-time PCR systems for cattle-, buffalo- and yak-derived components

楊冬燕等[29]利用多重real-time PCR同時對豬、牛、馬和鴨進行同步檢測，在進行多重real-time PCR同步檢測前，先對單重real-time PCR的檢測方法進行優(yōu)化，在優(yōu)化后的單重反應體系中直接增加對應的引物和探針，即可用于多重real-time PCR的檢測，而無需對多重realtime PCR體系進行調整也能得到較好的結果。但本研究團隊在對家蠶3 種疫病病原體進行real-time PCR同步檢測[30]時也發(fā)現(xiàn)，最佳的單重檢測體系在應用到雙重和多重real-time PCR時需要對體系進行調整，特別是通過不同引物探針組合間比例的調整，能達到最佳的同步檢測效果。許如蘇等[31]利用鎖核酸探針（TaqMan-LNA）多重real-time PCR對牛、豬、雞、鴨等成分進行同步檢測，也認為通過對不同引物探針濃度比例的調整，可以得到比較好的檢測結果，如上述對應物種的最佳引物終濃度比為6∶6∶3∶8，最佳探針終濃度比分別為3∶3∶1∶4；同時也發(fā)現(xiàn)，多重real-time PCR靈敏度會較單重低1 個數(shù)量級。

2.4 混合樣中real-time PCR的檢測

對制成的混合肉樣用單重、雙重和三重real-time PCR進行檢測（表7）。單重real-time PCR結果與預設結果一致；在進行黃牛與牦牛的雙重real-time PCR時，樣品G（黃牛∶水牛∶牦牛=8∶1∶1）中出現(xiàn)了牦牛檢測的假陰性；在三重real-time PCR的檢測中，不論引物探針比例（黃牛∶水牛∶牦牛）為3∶3∶2或是2∶2∶1，都未在樣 品G中檢測到牦牛而產生假陰性，此外，樣品C（黃牛∶牦牛=9∶1），在引物探針比例為3∶3∶2（黃牛∶水牛∶牦牛）的三重real-time PCR的檢測中，也出現(xiàn)了牦牛檢測的假陰性。在對混合樣的檢測中，所有的檢測不符合的情況都出現(xiàn)在雙重或者三重real-time PCR中的牦牛檢測中，且都是假陰性。樣品C和G在進行單重real-time PCR檢測時，牦牛的檢測結果都呈陽性，說明后續(xù)雙重和三重real-time PCR檢測的陰性并非樣品混樣不勻造成。

表7 混合肉樣的real-time PCR檢測結果Table 7 Real-time PCR results for mixed meat samples

同時也對混合的DNA樣品進行了單重、雙重和三重real-time PCR的檢測（表8）。雖然DNA混合的比例和肉樣混合的比例一致，但兩組樣品的檢測結果卻并不一致。在混合的DNA樣品中，也出現(xiàn)了假陰性的結果，但都出現(xiàn)在黃牛的檢測中：樣品D’（黃牛∶牦牛=1∶9）和I′（黃牛∶水牛∶牦牛=1∶1∶8）在雙重及三重real-time PCR中，都沒有檢測到黃牛的DNA；樣品H’（黃牛∶水牛∶牦牛=1∶8∶1）的檢測中，也未能在三重real-time PCR中檢測到黃牛。在DNA混合樣中（表8），3 種牛的DNA質量濃度均選用了10 ng/μL，將DNA質量濃度都調整為25 ng/μL，再按照表1體積比對3 種DNA進行混合，得到的結果和表8略有不同：此濃度下只有樣品D’（黃牛∶牦牛=1∶9）存在檢測的假陰性，即在雙重和三重realtime PCR檢測中都未檢測到黃牛DNA，而其余樣品的檢測結果均與設置一致。

表8 混合DNA的real-time PCR檢測結果Table 8 Real-time PCR results for mixed DNA samples

表6中得到的最佳引物探針比例是在3 種牛的DNA含量為1∶1∶1的情況下得到的，但當三者的比例存在大幅度差異的時候，特別是黃牛和牦牛的含量差異較大時，如表7中的樣品C和G，表8中的樣品D′和I′，含量低的物種很可能會出現(xiàn)假陰性的現(xiàn)象。但水牛的檢測，并沒有因為含量低至10%而出現(xiàn)假陰性。黃牛和牦牛都屬于牛屬（Bos），種屬間的親緣關系近，相比較水牛屬于水牛屬（Bubalus），與黃牛、牦牛的種源關系較遠。在同步的多重real-time PCR檢測中，若檢測的目標物種種屬關系親密，同時樣品為復合樣品，即幾種種屬關系親密的物種同時存在于一個樣品中，且含量差異較大，則量少的物種可能會存在檢測的假陰性。本研究沒有通過調節(jié)各組引物探針的比例去克服假陰性，因為在實際檢測的樣品中，無法預知各種牛成分含量的比例。

楊冬燕等[29]也對混合肉樣進行了三重real-time PCR同步檢測，對豬、牛、馬和鴨4 種成分的檢出限在5%～15%之間，且檢測過程中并沒有出現(xiàn)假陰性的結果。豬、牛、馬和鴨，4 種物種間的種屬關系較遠，可能是該三重real-time PCR成功同步檢測的重要前提。

3 結 論

本研究基于具有物種特異性的線粒體基因，設計可鑒定黃牛、水牛和牦牛的引物探針各1 組，并在3 個探針上分別標記了不同的熒光信號，在優(yōu)化三重real-time PCR的條件下，實現(xiàn)同步檢測黃牛、水牛和牦牛成分。但由于三重real-time PCR對混合樣中含量較低的黃牛和牦牛的檢測存在假陰性的可能，因此，建議在對整塊肉的樣品進行檢測時采用三重real-time PCR的方法同步檢測3 種牛的成分，若樣品為混合物，如肉丸、肉松等，則用單重real-time PCR檢測更精準。