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利用单分子荧光共振能量转移技术在 DNA 条码中编码多个虚拟信号。

Encoding Multiple Virtual Signals in DNA Barcodes with Single-Molecule FRET.

机构信息

School of Biological Sciences and Institute for Molecular Biology and Genetics, Seoul National University, Seoul 08826, South Korea.

Department of Physics, Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST), Daejeon 34141, South Korea.

出版信息

Nano Lett. 2021 Feb 24;21(4):1694-1701. doi: 10.1021/acs.nanolett.0c04502. Epub 2021 Feb 15.

DOI:10.1021/acs.nanolett.0c04502
PMID:33586985
Abstract

DNA barcoding provides a way to label a myriad of different biological molecules using the extreme programmability in DNA sequence synthesis. Fluorescence imaging is presumably the most easy-to-access method for DNA barcoding, yet large spectral overlaps between fluorescence dyes severely limit the numbers of barcodes that can be detected simultaneously. We here demonstrate the use of single-molecule fluorescence resonance energy transfer (FRET) to encode virtual signals in DNA barcodes using conventional two-color fluorescence microscopy. By optimizing imaging and biochemistry conditions for weak DNA hybridization events, we markedly enhanced accuracy in our determination of the single-molecule FRET efficiency exhibited by each binding event between DNA barcode sequences. This allowed us to unambiguously differentiate six DNA barcodes encoding different FRET values without involving any probe sequence exchanges. Our method can be directly incorporated with previous DNA barcode techniques, and may thus be widely adopted to expand the signal space of DNA barcoding.

摘要

DNA 条形码技术利用 DNA 序列合成的极端可编程性来标记无数不同的生物分子。荧光成像是 DNA 条形码中最容易获取的方法,但荧光染料之间的光谱严重重叠极大地限制了可以同时检测到的条形码数量。我们在这里展示了使用单分子荧光共振能量转移 (FRET) 技术,通过传统的双色荧光显微镜在 DNA 条形码中编码虚拟信号。通过优化弱 DNA 杂交事件的成像和生物化学条件,我们显著提高了对每个 DNA 条形码序列之间结合事件所表现出的单分子 FRET 效率的测定精度。这使我们能够在不涉及任何探针序列交换的情况下,明确地区分六个编码不同 FRET 值的 DNA 条形码。我们的方法可以直接与以前的 DNA 条形码技术结合使用,因此可以广泛采用来扩展 DNA 条形码的信号空间。

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