聚酶链式聚合反应(PCR)发明以后才开始的(Mullis,Fallona 1987)。 经过一定时期的物理、化学作用(几十年至几百万年)的DNA 往往存在比较严重的降解,DNA 片段常常仅有几百个bp 的长度,并且可能存在碱基的修饰和一些抑制PCR 反应的物质。因此,在从陈旧或古老样品中提取DNA 时,最为关键的问题就是防止现代DNA 的污染。进行DNA 提取操作的所有器皿、器械和试剂均要进行灭菌处理,提取过程应在超净台中进行。此外,提取时应设阴性对照,以监测是否存在外源DNA 的污染。下面介绍的是一种较为简便的提取方法。 (1)取样品少许(如哺乳动物的皮张可取 1cm × 1cm 见方的小块),用剪刀、手术刀等器械对样品表面进行处理,除去最容易遭受外来污染的表层。对于骨骼、琥珀等坚硬的样品则需要用小钢钻等特殊器械从内部取得样品。 (2)经过表面处理的样品用90%乙醇、70%乙醇和去离子水依次进行清洗。 (3)在灭菌的 Eppendorf 管中加入 200μl 去离子水、10μl 蛋白酶K(10mg/ml)和 1/10 体积的(20μl)10%的β-巯琉基乙醇。处理过的样品放入上述溶液前要尽可能剪碎。 (4)在56℃下消化48 小时。 (5)样品管中加入等体积的5%~10%的Chelex100 溶液,在旋涡混合器上振荡5~10秒钟,然后在98℃下放置20~60 分钟。 (6)振荡混合5~10 秒钟,并使之冷却至室温。 (7)12 000r/min 离心 5~10 分钟。 (8)小心取出上层清液,置另一干净的管中保存。 7.3 植物总DNA 的提取 1976 年,Millgan 用Blin 和Stafford 描述的方法分离了植物DNA,然而这些DNA 是不能用于克隆的。在发明了去除植物DNA 上污染物的方法之后,人们可用分离动物组织DNA 的方法分离植物DNA。去除植物带电高分子污染物的方法有核分离(Bickle 等1977)。CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)分离(Murray,Thompson 1980)和盐酸/十二烷基肌氨酸钠分离(Sung,Slightom 1981)等。在这些方法中,CTAB 方法因简便、快速而使用最广泛。收集和保存植物组织的方法对于 DNA 的产量和质量也有很大影响。虽然已能成功地从植 物标本和化石中分离出 DNA(Doyle,Dickson 1987),但采用新鲜材料能产生最好的结果,特别是对于产生大量单宁、酚或其他次级代谢产物的种。如材料不能马上进行提取,应保存在冷而湿的地方,例如在冰盒中。如有必要可以冷冻保存。如果没有条件,最好在无水CaSO4瓶中快速干燥(Liston 等 1990)。DNA 的提取应尽快进行,以防其降解(Pyle,Adams1989)。 提取DNA 的过程中有许多因素能导致DNA 降解。首先是物理因素。因为DNA 分子量较大,机械张力或高温很容易使DNA 分子发生断裂。因此,在实际操作过程中应尽可能轻缓,尽量避免过多的溶液转移及剧烈的振荡等,以减少机械张力对DNA 的损伤,同时也应避免过高的温度。其次,细胞内源DNA 酶及细胞破裂释放的次级产物也会导致DNA 降解。所以在提取DNA 的实验中,设计了许多可供选择的分离缓冲液,以适应不同的植物材料。分离缓冲液的pH 值有时需要进行改进,pH 应避免接近降解酶的最适点。大多数降解酶和脂肪氧合酶pH 值的最适点在 5.0~6.0 之间,而DNA 酶pH 值最适点在 7.0 左右(Dunham,Bryant 1963)。由于在过酸的条件下,DNA 脱嘌呤会导致DNA 的不稳定,极易在碱基脱落的地方发生断裂,所以大多植物DNA 提取缓冲液的pH 值为8.0,有的甚至为9.0。缓冲液中包含了大量的复合物,如 EDTA(乙二胺四乙酸)、SDS(十二烷基硫酸钠)、牛血清白蛋白(BSA)、β-巯基乙醇、谷胱甘肽、二硫苏糖醇(DTT)、抗坏血酸(Vc)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、二乙基焦碳酸盐(DEPC)、溴化乙锭(EB)等(Hallick等1977)。但由于上述物质有些是抑制内切酶和非特异性核酸酶的,所以在其后的步骤中要将其除去。分离DNA 与蛋白质一般采用苯酚-氯仿抽取的方法。苯酚、氯仿对蛋白质均有极强的变性作用,而对DNA 无影响。下面的方法描述DNA 与污染物多糖的分离,也可用阴离子交换层析仪来进行。下面列出了3 种常见的分离植物总DNA 的方法。3 种方法溶解细胞膜和分离蛋白质的方法不同,各有其优、缺点。
7.3.1 CTAB 缓冲液方法 这是最广泛地用来分离植物DNA 的方法,对大多数植物种都适用,特别是当样本数量很小时。此法运用阳离子去污剂CTAB 溶解植物细胞膜,并与DNA 形成一复合物。其优点是不需要准备大量的植物组织,而且适合像叶、根、种子、胚、胚乳、花粉和悬浮培养的组织等多种类型的组织(Rogers,Bendch 1985)。另外,此法对样品数量的要求也不高,从小到毫克数量的标本(木乃伊、化石)到许多克的新鲜材料均可使用(Golenberg 等 1990;Rogers Bendch 1985)。
7.3.l.1 CTAB 的实验方法 1.材料 (1)2 倍CTAB 缓冲液: 100 mmol/dm3Tris-HCI,pH 值 8.0 1.4mol/dm3NaCI 20 mmol/dm3EDTA 2% CTAB(W/V) 1% PVP-360(W/V) 0.2%ß-巯基乙醇(体积比,用前在通风橱中加) (2)清洗缓冲液: 76%乙醇 10 mmol/dm3乙酸铵 (3)悬浮缓冲液: 10 mmol/dm3乙酸铵 0.25 mmol/dm3EDTA,pH 值 8.
2.步骤 (1)加热分离缓冲液、研钵、研杵到60℃。 (2)在热研钵中放人0.5~1.5g 新鲜或冰冻的叶子,用7.5ml 2 倍CTAB 分离缓冲液研磨(可加些石英砂帮助研磨)。对冻干的组织用1 倍CTAB 缓冲液研磨。把研碎的组织倒入50ml 管中,再用0.5ml 2 倍CTAB 缓冲液冲洗研钵,将冲洗液加到管中。 (3)将试管在60℃下放置30~60 分钟,然后轻轻振荡,使之充分混合后降至室温。 (4)在试管中加入10ml 氯仿-异戊醇(24:1)萃取液(如颜色深可再进行一次),轻轻摇晃使其混合,在室温下1500r/min 离心5 分钟,使其分相。 (5)将上层的水相倒入-15ml 管中,加2/3 体积的冷异丙醇,轻轻混合以沉淀核酸。如果看不到核酸沉淀,可在-20℃下放置20 分钟或更长时间。 (6)室温下 800r/min 离心 3~5 分钟,如果看不到小团或沉淀,可在-20℃下放置 20分钟再离心。 (7)小心地倒掉上清液,不要倒掉核酸,这时的核酸一般松散地贴在管的底部,加 15ml清洗缓冲液,轻轻地旋转清洗沉淀物,15~20 分钟后核酸将变得更白。 (8)室温下800r/min 离心5 分钟(如不充分,则加大离心速度或延长离心时间),倒掉清洗缓冲液,将管倒扣在纸巾上,让沉淀物干燥,小心不要让DNA 滑掉。
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