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提取玫瑰基因組DNA幾種方法的比較

2014-04-29 15:56:27王玉賈錦山張娜娜趙蘭勇
農(nóng)學(xué)學(xué)報(bào) 2014年9期

王玉 賈錦山 張娜娜 趙蘭勇

摘 要:為了找到一種方便、快捷且經(jīng)濟(jì)高效的玫瑰葉片基因組DNA提取方法,為玫瑰后期的分子生物學(xué)研究奠定良好基礎(chǔ),以不同品種的玫瑰幼嫩葉片為材料,分別利用CTAB法、SDS法、改良CTAB法、試劑盒法4種方法提取玫瑰基因組DNA,經(jīng)過(guò)瓊脂糖凝膠電泳、紫外分光光度法對(duì)所提DNA的質(zhì)量和產(chǎn)量進(jìn)行檢測(cè)比較。結(jié)果表明:4種方法均可從玫瑰葉片中提取到DNA,改良CTAB法作為對(duì)常規(guī)方法的改進(jìn),在保證經(jīng)濟(jì)實(shí)用的前提下提取到的DNA質(zhì)量最好,濃度最高;而試劑盒法作為一種快速提取植物基因組DNA的新興方法,雖然產(chǎn)量略低,費(fèi)用略高,但操作步驟簡(jiǎn)單,耗時(shí)短,毒害小,高效快捷。各實(shí)驗(yàn)室可根據(jù)實(shí)際情況選擇適宜的方法。

關(guān)鍵詞:玫瑰;DNA提??;CTAB法;SDS法;改良CTAB法;試劑盒法

中圖分類號(hào):S688.9 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 論文編號(hào):2014-0054

0 引言

DNA作為生物遺傳信息的載體,是重要的生物信息分子。提取高質(zhì)量的DNA分子是對(duì)植物基因組進(jìn)行分子生物學(xué)如分子標(biāo)記輔助育種、圖譜構(gòu)建、基因定位與克隆、遺傳轉(zhuǎn)化和遺傳多樣性分析[1-2]等研究的重要基礎(chǔ)。因此,能否快速且高質(zhì)量的提取到植物基因組DNA將直接關(guān)系到整個(gè)試驗(yàn)的成敗。目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)此方面的研究都已有不少。常用的DNA提取方法有十六烷基三乙基溴化銨(CTAB)法[3-5]、十二烷基硫酸鈉(SDS)法[6-9]、高鹽低pH法[10-12]、尿素法[13-15]、試劑盒提取DNA法[16-17]、熱解法、氯苯法等。不同的植物材料要選擇不同的提取方法,有的還要在傳統(tǒng)的方法上加以改進(jìn)。如趙志常等[3]利用改良的CTAB法提取番石榴的基因組DNA并對(duì)其進(jìn)行SCoT-PCR擴(kuò)增,濃度質(zhì)量均符合試驗(yàn)要求;盧東柏等[9]利用改良后的SDS法提取棉花的基因組DNA,解決了棉花DNA提取質(zhì)量不高且易褐變的問(wèn)題;邵峰等[10]通過(guò)對(duì)CTAB法,SDS法和高鹽低pH法3種方法的對(duì)比發(fā)現(xiàn)高鹽低pH法最適合紫色辣椒基因組DNA的提取;而劉順枝等[15]通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比得出尿素法更適合超積累生態(tài)型和非超積累生態(tài)型的東南景天DNA的提取;梁玉琴等[16]則利用試劑盒法提取到了質(zhì)量高、雜質(zhì)少的柿屬植物DNA,并簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)方法的操作步驟,縮短用時(shí),降低毒害。

因目前尚無(wú)對(duì)玫瑰基因組DNA提取方法的比較研究,所以筆者以干燥的玫瑰幼嫩葉片為材料,采用4種DNA提取方法——CTAB法、SDS法、改良CTAB法、試劑盒法分別提取其基因組DNA,分析比較所提取到的基因組DNA質(zhì)量與效率,以期找到一種方便、快捷且高效經(jīng)濟(jì)的玫瑰葉片基因組DNA提取方法,為玫瑰后期的分子生物學(xué)研究奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間與地點(diǎn)

研究田間試驗(yàn)于2013年在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)試驗(yàn)站進(jìn)行,室內(nèi)試驗(yàn)在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)花卉研究所進(jìn)行。

1.2 供試材料

1.2.1 材料來(lái)源 試驗(yàn)所用玫瑰材料共選取3個(gè)品種15株,3個(gè)品種分別為‘紫枝玫瑰、‘北京單白和‘唐白,全部取自山東農(nóng)業(yè)大學(xué)玫瑰種質(zhì)資源圃。采集新鮮、無(wú)病蟲害的玫瑰幼嫩葉片,以塑封袋分裝后加入硅膠顆粒吸收葉片水分,待葉片完全干燥后放于-20℃冰箱中保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 試驗(yàn)藥劑 CTAB提取緩沖液(1.4 mol/L NaCl,20 mmol/L EDTA,100 mmol/L Tris-HCl,2%CTAB,pH 8.0);SDS細(xì)胞提取液(500 mmol/L NaCl,50 mmol/L EDTA,100 mmol/L Tris-HCl,10 mmol/L β-巰基乙醇,1.5%SDS,pH 8.0);改良2×CTAB提取緩沖液(1 mol/L Tris-HCl,0.5 mol/L EDTA,1.4 mol/L NaCl,2%CTAB,pH 8.0);Tris-飽和酚;氯仿-異戊醇(V:V=24:1);β-巰基乙醇;PVP;異丙醇;5 mol/L KAc;氯仿;70%乙醇;無(wú)水乙醇;RNaseA(5 mg/mL);TE緩沖液;1×TAE溶液;6×loading buffer等。

1.3 4種方法提取玫瑰葉片基因組DNA

1.3.1 CTAB法提取DNA 具體操作過(guò)程和步驟參考韓玉杰等[18]的試驗(yàn)方法并進(jìn)行改進(jìn)。具體方法如下:(1)稱取200 mg玫瑰干葉,在液氮中研磨成粉末狀。(2)將粉末轉(zhuǎn)移至1.5 mL離心管中,加入600 ?L預(yù)熱的CTAB提取緩沖液,混勻后65℃水浴保溫20 min。(3)取出離心管,加入等體積的氯仿-異戊醇,充分顛倒混勻。(4)12000 r/min離心10 min,轉(zhuǎn)移上清液至新管中。(5)重復(fù)(3)、(4)步驟1次。(6)吸取上清液于新管中,加入0.6 V異丙醇,輕輕混勻。(7)14000 r/min離心10 min獲得沉淀,70%乙醇洗滌后在室溫下自然風(fēng)干。(8)加入200 ?L TE緩沖液溶解DNA。(9)待DNA完全溶解后,RNaseA處理,并再次抽提。(10)獲得上清液后加入2倍體積的無(wú)水乙醇沉淀DNA。(11)70%乙醇洗滌沉淀,晾干后加入50 ?L TE緩沖液溶解,置于-20℃保存。

1.3.2 SDS法提取DNA 參見韓玉杰等[18]方法并進(jìn)行改進(jìn)。(1)取200 mg玫瑰干燥葉片,在液氮中研磨至粉末狀。(2)將粉末轉(zhuǎn)入1.5 mL離心管中,加入600 ?L 65℃預(yù)熱的SDS細(xì)胞提取液,搖勻后置于65℃中水浴保溫20 min,期間不時(shí)將離心管顛倒混勻。(3)取出離心管,冷卻至室溫,加入200 ?L 5 mol/L KAc溶液,混勻,冰浴20 min。(4)加入300 ?L氯仿,顛倒混勻,12000 r/min離心15 min。(5)將上清液轉(zhuǎn)移至新管中并加入等體積4℃預(yù)冷的異丙醇,輕輕混勻,-20℃放置30 min。(6)收集沉淀,用70%乙醇洗滌沉淀2次并晾干。(7)加入200 ?L TE緩沖液溶解DNA。(8)DNA完全溶解后,用RNaseA處理,并再次加入氯仿抽提。(9)得到上清液后加入2倍體積的無(wú)水乙醇沉淀DNA。(10)70%乙醇洗滌沉淀,晾干后加入50 ?L TE緩沖液溶解,置于-20℃保存。

1.3.3 改良CTAB法提取DNA 參見徐宗大[19]的試驗(yàn)方法并進(jìn)行改進(jìn)。(1)取5~6片玫瑰干葉放于研缽中,加少許PVP,加入液氮迅速研磨成粉。(2)將約0.1 g粉末轉(zhuǎn)移至2 mL離心管中,加入800 ?L 65℃預(yù)熱的改良2×CTAB緩沖液和30 ?L β-巰基乙醇,充分混勻,65℃水浴40 min,期間每隔10 min顛倒混勻一次。(3)離心管取出冷卻至室溫,加入400 ?L Tris-飽和酚和400 ?L氯仿/異戊醇(24:1),顛倒混勻,12000 r/min離心15 min。(4)將上清液轉(zhuǎn)入2 mL離心管中,加入與上清液等體積的氯仿/異戊醇(24:1),混勻,12000 r/min離心10 min。(5)重復(fù)(4)操作。(6)上清液轉(zhuǎn)入1.5 mL離心管中,加入2倍清液體積的4℃預(yù)冷無(wú)水乙醇,輕輕搖動(dòng)離心管,管內(nèi)即有白色棉團(tuán)狀DNA沉淀出現(xiàn),-20℃放置30 min。(7)將沉淀挑入新管中,用70%乙醇洗滌2次。再用無(wú)水乙醇洗滌1次,于試驗(yàn)臺(tái)靜置至乙醇揮發(fā)干凈。(8)加入50 ?L TE緩沖液溶解DNA。(9)待DNA完全溶解后,RNaseA處理樣品,置于-20℃保存。

1.3.4 試劑盒法提取DNA 采用TIANGEN植物基因組DNA提取試劑盒按說(shuō)明書操作步驟提取玫瑰DNA。

1.4 DNA質(zhì)量檢測(cè)

1.4.1 瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè) 瓊脂糖凝膠電泳是一種常用的DNA質(zhì)量檢測(cè)方法。取2 ?L DNA樣品,與1 ?L ddH2O和2 ?L 6×Loading buffer混勻后點(diǎn)樣于濃度為0.8%的瓊脂糖凝膠中,在1×TAE電泳緩沖液,電壓120V下電泳。約30 min后取出放于EB染液中染色20 min,在紫外光下觀察電泳結(jié)果并拍照記錄。

1.4.2 DNA純度檢測(cè) 用紫外分光光度法檢測(cè)DNA樣品的純度與濃度。以ddH2O作為空白對(duì)照,測(cè)得玫瑰基因組DNA樣品在波長(zhǎng)260、280處的OD值,并根據(jù)OD260/OD280判斷DNA的純度。

2 結(jié)果與分析

2.1 4種方法提取的基因組DNA電泳檢測(cè)結(jié)果與分析

4種方法提取不同品種玫瑰葉片基因組DNA的瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)結(jié)果如圖1、2所示。結(jié)果表明,采用以上4種方法均可從干燥的玫瑰幼嫩葉片中提取到DNA,都可呈現(xiàn)一條亮帶,無(wú)明顯降解,且完整性較好。但SDS法和試劑盒法提取得到的DNA在點(diǎn)樣孔中有少許殘留物,說(shuō)明這2種方法所提取的玫瑰DNA中摻有蛋白質(zhì)等雜質(zhì)。相比以上2種方法,CTAB法和改良CTAB法提取的DNA的點(diǎn)樣孔較清晰可見,表明殘留物少,基本上可排除DNA樣品中的雜質(zhì)污染。從圖1、2對(duì)比來(lái)看,改良CTAB法提取到的DNA除‘紫枝玫瑰的2個(gè)樣品有少許拖尾外,效果與CTAB法相近。但在實(shí)際操作過(guò)程中,CTAB法提取到的DNA因含有少量的酚類雜質(zhì),產(chǎn)生褐色沉淀且不易溶解于TE緩沖液,而改良CTAB法因?yàn)樵谔崛∵^(guò)程中加入了PVP和β-巰基乙醇,減少了酚類及多糖類物質(zhì)對(duì)DNA的污染,得到白色棉絮狀DNA沉淀,提高了DNA的純度。因此,改良CTAB法可作為一種高質(zhì)量提取玫瑰葉片基因組DNA的方法。

2.2 4種方法提取的基因組DNA樣品純度分析

用紫外分光光度法測(cè)定DNA純度時(shí),純凈的DNA在260 nm及280 nm處的吸光度比值,即OD260/OD280=1.80。一般情況下,提取的基因組DNA的OD260/OD280在1.80~1.90之間時(shí),說(shuō)明為較純凈的DNA,質(zhì)量較好[20]。4種方法提取到的玫瑰葉片總DNA的吸光度比值如表1所示。用SDS法提取的DNA樣品的OD260/OD280比值在1.63~1.78之間,總體偏低于正常值1.80,表明該DNA樣品中可能混有蛋白質(zhì)或酚類物質(zhì)。試劑盒法所提取的DNA OD260/OD280均大于1.90,結(jié)合瓊脂糖凝膠電泳分析,照片中的DNA較為完整,排除DNA斷裂的可能性,則可知該DNA樣品中可能含有較多RNA,應(yīng)用RNA酶重新處理樣品。CTAB法和改良CTAB法相比于其他2種方法所提DNA的OD260/OD280比值較好,均在1.80~1.90之間,可見這2種方法對(duì)蛋白質(zhì)、RNA等雜質(zhì)去除的較為充分,DNA純度較高,完整性較好。仔細(xì)對(duì)比兩者還可發(fā)現(xiàn),改良CTAB法提取的DNA純度較CTAB法更穩(wěn)定。從前3種方法所得DNA的濃度對(duì)比可知,SDS法提取的DNA濃度最低,說(shuō)明該方法所獲得的DNA量較少,而CTAB法和改良CTAB法所得的DNA量較多。綜合來(lái)看,改良CTAB法所提取的DNA純度與濃度較高,能很好的滿足試驗(yàn)要求,可作為一種優(yōu)選的提取方法。

3 討論與結(jié)論

結(jié)合瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)圖和DNA的純度表中數(shù)值綜合分析可知,4種提取方法都可從玫瑰葉片中提取到基因組DNA。但比較來(lái)看,SDS法提取的DNA樣品OD值在1.63~1.78之間,偏低于正常值1.80,說(shuō)明其提取的DNA中蛋白質(zhì)及酚類雜質(zhì)較多且DNA濃度不高,所以不將其作為玫瑰葉片基因組DNA提取的首選方法;CTAB法和改良CTAB法提取DNA的效果相近,2種方法得到的DNA樣品OD值均在1.80~1.90之間,2種方法對(duì)雜質(zhì)的去除都較為充分,DNA純度高,完整性好;改良CTAB法因其去除色素雜質(zhì)的效果較好[20]且方法穩(wěn)定,因此相比于常規(guī)CTAB法更適合玫瑰基因組DNA的提??;試劑盒法提取的DNA樣品OD值都高于1.90,純度稍低,表明樣品中含有較多RNA,需RNAase的進(jìn)一步純化,但相比于傳統(tǒng)方法操作步驟繁瑣耗時(shí),有機(jī)試劑危害人體等缺點(diǎn),其提取到的DNA濃度高,制備方法簡(jiǎn)單、快捷、效率高。

本研究與以往類似的參考文獻(xiàn)相比,相同點(diǎn)在于都是利用幾種不同方法對(duì)某一植物材料基因組DNA進(jìn)行提取,對(duì)比提取效果并選出最合適的提取方法;不同點(diǎn)在于由于試驗(yàn)材料的不同進(jìn)而得到的最佳提取方法也不同,如盧東柏等[9]利用改良后的SDS法能提取到高質(zhì)量的棉花基因組DNA;邵峰等[10]發(fā)現(xiàn)高鹽低pH法更適合紫色辣椒基因組DNA的提?。槐狙芯縿t認(rèn)為改良CTAB法是更適合玫瑰基因組DNA提取的有機(jī)試驗(yàn)方法,而試劑盒法則可作為一種新興的快速制備方法以供選用。玫瑰基因組DNA的提取除徐宗大[19]提出過(guò)的改良CTAB法外至今并無(wú)對(duì)該方面的比較研究,所以本研究以此為切入點(diǎn)開展試驗(yàn)并取得了一定進(jìn)展與創(chuàng)新。研究發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)有機(jī)提取方法以改良CTAB法為優(yōu),試劑盒法作為新型試驗(yàn)方法也可嘗試采用。并且,在與其他相關(guān)文獻(xiàn)的對(duì)比研究上還可得出結(jié)論:選用的方法雖然類似,但因選取的植物材料特性不同其最適宜的提取方法也不同,即使同為改良后的方法,因改良的側(cè)重點(diǎn)不同,切不可生搬硬套,要因材制宜。

此外,改良CTAB法作為一種高質(zhì)量且經(jīng)濟(jì)有效的提取玫瑰葉片基因組DNA的方法,應(yīng)注意該方法在提取過(guò)程中的操作要點(diǎn),以免因?yàn)椴僮髟蛴绊慏NA的提取質(zhì)量。(1)取材。材料的選取對(duì)玫瑰DNA的提取質(zhì)量有關(guān)鍵性的影響[20]。該試驗(yàn)采用的材料是玫瑰的幼嫩葉片,以幼葉紅色褪去,葉片呈現(xiàn)鮮綠色時(shí)為最佳的取材時(shí)期,此時(shí)葉片中不僅DNA含量豐富且多糖、色素、酚類及蛋白質(zhì)等次生代謝物質(zhì)較少,便于去除,利于獲得高質(zhì)量的DNA。當(dāng)不便采取新鮮葉片使用時(shí),采樣后應(yīng)及時(shí)裝入帶有硅膠顆粒的塑封袋中使葉片迅速干燥,并于-20℃下保存,最大限度地減少DNA的降解。(2)磨樣和水浴時(shí)間。材料研磨不充分或水浴時(shí)間不夠都會(huì)影響DNA的產(chǎn)量[20]。因此,在用液氮研磨葉片材料時(shí)應(yīng)多研磨幾次。研磨所得的粉末越細(xì)越好,粉末顏色以灰綠色或白綠色為最佳。為了獲得高質(zhì)量的玫瑰DNA,在材料充分研磨的前提下,將水浴時(shí)間定為40 min,期間每隔10 min還要上下顛倒幾次,使得改良2×CTAB緩沖液能充分裂解細(xì)胞。(3)防止褐化。玫瑰葉片中的多糖、多酚、色素及蛋白質(zhì)等次生代謝物質(zhì)易使DNA在提取過(guò)程中出現(xiàn)褐化,造成DNA的質(zhì)量下降[21]。改良2×CTAB緩沖液中含有高濃度的鹽,可有效沉淀多糖;提取過(guò)程中通過(guò)飽和酚、氯仿:異戊醇(24:1)的多次抽提,能有效去除蛋白質(zhì);β-巰基乙醇和PVP的加入,可防止酚氧化和酚類物質(zhì)與DNA的結(jié)合[22],最終通過(guò)乙醇的洗滌獲得高質(zhì)量的DNA。(4)避免剪切力。除了DNA的純度對(duì)后續(xù)試驗(yàn)影響較大外,DNA的完整性對(duì)試驗(yàn)結(jié)果也有一定的影響[23]。DNA對(duì)剪切力非常敏感,為了得到片段較為完整的DNA,在提取過(guò)程中要盡量簡(jiǎn)化操作步驟,減少轉(zhuǎn)移次數(shù),并對(duì)離心速度和時(shí)間進(jìn)行適當(dāng)控制等;提取過(guò)程中應(yīng)避免劇烈震蕩,溫和操作,用減去尖端的槍頭吸取上清液,吸取過(guò)程中避免產(chǎn)生氣泡。這樣可以得到片段較大的DNA,保證后期的擴(kuò)增結(jié)果。

改良CTAB法作為對(duì)常規(guī)CTAB法的改進(jìn),提取到的玫瑰基因組DNA濃度高且片段完整,雜質(zhì)少,色澤透明純凈,質(zhì)量好,是提取玫瑰基因組DNA優(yōu)選的有機(jī)方法。但因其操作步驟的繁瑣和耗時(shí)性,該方法更適用于樣品材料不多,試驗(yàn)時(shí)間充裕的情況下。試劑盒法作為一種新興的提取方法,能方便、快捷、高效地提取到符合操作要求的玫瑰基因組DNA,簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)方法的操作步驟且更加安全,但費(fèi)用比傳統(tǒng)方法略高。因此,在經(jīng)費(fèi)允許的情況下,試劑盒法可作為一種快速制備玫瑰基因組DNA的方法以供選用。各實(shí)驗(yàn)室可根據(jù)試驗(yàn)條件,經(jīng)費(fèi)支出,人員配備等具體情況,結(jié)合這2種方法的優(yōu)缺點(diǎn)選擇合適的提取方法。在以后的研究中還要對(duì)目前的方法予以不斷改進(jìn),如進(jìn)一步改良CTAB法,減少操作步驟,縮短操作時(shí)間;增強(qiáng)試劑盒法對(duì)復(fù)雜操作環(huán)境和植物材料的適應(yīng)能力,保證穩(wěn)定高效的提取效果,降低使用成本等。希望日后的研究能在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上探索出更完善、更適合玫瑰基因組DNA提取的方法。

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