第四章核酸操作基本技术

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SDS是一种阴离子去垢剂,在高温(55~65℃)条件下能裂 解细胞,使染色体离析,蛋白变性,释放出核酸; 提高盐(KAC或NH4Ac)浓度并降低温度(冰浴),使蛋白质 及多糖杂质沉淀,离心后除去沉淀;
上清液中的DNA用酚/氯仿抽提(变形蛋白质),反复抽提后 用乙醇沉淀水相中的DNA。
SDS法DNA提取缓冲液
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第二部分 DNA提取常见问题、原因分析及其对策
I.材料准备 II.破碎细胞或包膜-内容物释放
DNA提取 的基本步骤
III.核酸分离、纯化
IV.沉淀或吸附核酸,并去除杂质 V.核酸溶解在适量缓冲液或水中
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材料准备
基因组DNA的提取
2.
3.
对 策
4.
5.
6.
尽量取新鲜材料,低温保存材料避 免反复冻融 液氮研磨或匀浆组织后,应在解冻 前加入裂解缓冲液 在提取内源核酸酶含量丰富的材料 的DNA时,可增加裂解液中螯合剂 的含量 细胞裂解后的后续操作应尽量轻柔 所有试剂用无菌水配制,耗材经高 温灭菌 将DNA分装保存于缓冲液中,避免 反复冻融
基因组DNA的提取 质粒DNA的提取

采用吸附材料吸附的方式分离DNA时,应提供相 应的缓冲体系;

采用有机(酚/氯仿)抽提时应充分混匀,但动作 要轻柔;
离心分离两相时,应保证一定的转速和时间; 针对不同材料的特点,在提取过程中辅以相应的 去杂质的方法;
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DNA提取的几种方法


基因组DNA的提取 CTAB法 SDS法
非基因组DNA的提取
质粒DNA的提取

其它
• 碱裂解法 • 煮沸法
线粒体、叶绿体DNA的提取
• 差速离心结合SDS裂解法
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基因组DNA- CTAB法
CTAB法原理(植物DNA提取经典方法)
• •
TE中的EDTA能螯和Mg2+或Mn2+离子,抑制DNase
pH值为8.0,可防止DNA发生酸解
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DNA提取常见问题
问题一:DNA样品不纯,抑制后续酶解和PCR反应。
原 因
1.
DNA中含有蛋白、 多糖、多酚类杂质
DNA在溶解前,有 酒精残留,酒精抑 制后续酶解反应 DNA中残留有金属 离子
1.
2.
重新纯化DNA,去除蛋 白、多糖、多酚等杂质 (具体方法见前)
重新沉淀DNA,让酒精 充分挥发 增加70%乙醇洗涤的次 数(2-3次)
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对 策
2.
3.
3.
问题二:DNA降解。
原 因
1.
1.
2.
3.
4. 5.
材料不新鲜或反复冻 融 未很好抑制内源核酸 酶的活性 提取过程操作过于剧 烈,DNA被机械打断 外源核酸酶污染 反复冻融
• • •
阴离子交换树脂
适用于纯度要求高的实验。 特点:高纯度 磁性微粒挂上不同基团可吸附不同的目的
磁珠
物,从而达到分离目的。
特点:低成本
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基因组DNA-其它方法
浓盐法(生化试验做过):
利用RNP和DNP在盐溶液中溶解度不同,将二者分离
第四章 核酸操作基本技术
第一节 核酸的提取与纯化
第二节 核酸的检测与保存
第三节 核酸凝胶电泳 第四节 核酸分子杂交
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第一节 核酸的提取与纯化
第一部分:DNA提取方法简介 第二部分:DNA提取常见问题、 原因分析及其对策 第三部分:RNA提取方法简介 第四部分:RNA提取及其RT-PCR常见 问题、原因分析及其对策
Tris-HCl (pH8.0)提供一个缓冲环境,防止核酸被破坏; EDTA(乙二胺四乙酸 )螯合Mg2+或Mn2+离子,抑制DNase活性; NaCl 提供一个高盐环境,使DNP(脱氧核糖核蛋白 )充分溶解,存在于
液相中;
CTAB溶解细胞膜,并结合核酸,使核酸便于分离; β-巯基乙醇是抗氧化剂,有效地防止酚氧化成醌,避免褐变,使酚容
CTAB(hexadecyltrimethylammonium bromide,十六烷基三
甲基溴化铵),是一种阳离子去污剂,可溶解细胞膜,并与核 酸形成复合物。
该复合物在高盐溶液中(> 0.7 mol/L NaCl)是可溶的,通过有
机溶剂抽提,去除蛋白、多糖、酚类等杂质后加入乙醇沉淀即 可使核酸分离出来。
变性染色体DNA片段与变性蛋白质和细胞碎片结合形成沉淀, 而复性的超螺旋质粒DNA分子则以溶解状态存在液相中,从而 可通过离心将两者分开。
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碱裂解法流程图
菌体 上清液 沉淀
溶液I充分重悬
抽提
干燥溶解
溶液II裂解
酒精沉淀
质粒DNA溶液
溶液III中和
离心洗涤
易去除;
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CTAB提取缓冲液的改进配方
Tris-HCl (pH8.0) 100 mM EDTA (pH8.0) 20 mM
组份 终浓度
NaCl 1.4M
CTAB 3%(W/V)
PVP40 5%(W/V)
β-巯基乙醇 2%(V/V)使 用前加入
PVP(聚乙烯吡咯烷酮)是酚的络合物,能与多酚形成一
最好使用新鲜材料,低温保 存的样品材料不要反复冻融 提取血液基因组DNA时,要 选择有核细胞(白细胞) 组培细胞培养时间不能过长, 否则会造成DNA降解
质粒DNA的提取


使用处于对数期的新鲜菌体 (老化菌体导致开环质粒增加)
培养时应加入筛选压力,否则 菌体易污染,质粒易丢失



尽量选择高拷贝的质粒,如为 低拷贝或大质粒,则应加大菌 体用量
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核酸沉淀、溶解
基因组DNA的提取 质粒DNA的提取

当沉淀时间有限时,用预冷的乙醇或异丙醇沉淀,沉淀会更充分 沉淀时加入1/10体积的NaAc(pH5.2,3M),有利于充分沉淀 沉淀后应用70%的乙醇洗涤,以除去盐离子等 晾干DNA,让乙醇充分挥发(不要过分干燥) 若长期储存建议使用TE缓冲液溶解
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前言
核酸是遗传信息的载体,是最重要的生物信
息分子,是分子生物学研究的主要对象,因此核
酸的提取是分子生物学实验技术中最重要、最基
本的操作 。
如何快速、高效的提取高质量的核酸是基因工 程成功与否的第一步!!!
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第一部分:DNA提取方法简介
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质粒DNA-煮沸法
煮沸法原理
染色体DNA比质粒DNA分子大得多,且染色体DNA为线 状分子,而质粒DNA为共价闭合环状分子; 当加热处理DNA溶液时,线状染色体DNA容易发生变性, 共价闭环的质粒DNA在冷却时即恢复其天然构象; 变性染色体DNA片段与变性蛋白质和细胞碎片结合形成 沉淀,而复性的超螺旋质粒DNA分子则以溶解状态存在 液相中,从而可通过离心将两者分开。
质粒DNA的提取
菌体量适当 培养基去除干净,同时保证菌 体在悬浮液中充分悬浮 变性的时间不要过长(5分钟), 否则质粒易被打断
• • • • •




复性时间也不宜过长,否则会 有基因组DNA的污染
G+菌、酵母质粒的提取,应先 用酶法或机械法处理,以破壁
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核酸分离、纯化
组份 终浓度 Tris-HCl pH8.0) 10 mM EDTA (pH 8.0 ) 20 mM NaCl 0.4M SDS 2%
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SDS法流程图 (以动物组织为例)
动物组织
抽提
离心洗涤
组织匀浆
上层溶液
干燥溶解
细胞裂解
酒精沉淀
DNA溶液
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细胞器DNA-差速离心法
线粒体和叶绿体是生物体内半自主性细胞器,自身可编码蛋 白,它们的比重和大小一定,因而在同一离心场内的沉降速度也一 定,根据这一原理,常用不同转速的离心法,将细胞内各种组分分 级分离出来。
差速离心法原理
是利用物质比重的不同分离混合物的一种方法。 将待分离物质置于均匀介质(蔗糖)中,以一定的转速进行离 心,比重大的物质优先沉降,比重小的却处于上层,从而得以 分离。
盐离子的去除:

用多糖水解酶将多糖降解。 70%的乙醇洗涤 在提取缓冲液中加一定量的氯苯(1/2体积),氯苯可以与多糖的 羟基作用,从而去除多糖 。 用PEG8000代替乙醇沉淀DNA:在500μL DNA液中加入200μl 20% PEG8000 (含1.2 M NaCl) ,冰浴20min。
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第三部分:RNA提取方法简介
RNA提取的通用方法
异硫氰酸胍/苯酚法
原理:
• 细胞在变性剂异硫氰酸胍的作用下被裂解,同时核蛋白
体上的蛋白变性,核酸释放;
种不溶的络合物质,有效去除多酚,减少DNA中酚的污染
;同时它也能和多糖结合,有效去除多糖。
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CTAB法流程图
植物材料 裂解液
酒精沉淀
液氮研磨
抽提
离心洗涤
DNA溶液
细胞裂解
上层溶液
干燥溶解
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基因组DNA-SDS法
SDS法原理
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问题三:DNA提取量少。
原 因
1. 2. 3. 4.
1.
2.
实验材料不佳或量少 破壁或裂解不充分
沉淀不完全
洗涤时DNA丢失
对 策
3.
4. 5. 6.
尽量选用新鲜(幼嫩)的材 料 动植物要匀浆研磨充分;G+ 菌、酵母裂解前先用生物酶 或机械方式破壁 高温裂解时,时间适当延长 (对于动物细胞、细菌可增 加PK的用量) 低温沉淀,延长沉淀时间 加辅助物,促进沉淀 洗涤时,最好用枪头将洗涤 液吸出,勿倾倒
注:CTAB溶液在低于15℃ 时会形成沉淀析出,因此在将其加入冰冷的
植物材料之前必须预热,且离心时温度不要低于15℃。
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CTAB提取缓冲液的经典配方
组份 终浓度 Tris-HCl (pH 8.0) 100 mM EDTA (pH 8.0) 20 mM NaCl 1.4M CTAB 2%(W/V) β-巯基乙醇 0.1 %(V/V) 使用前加入
基因组DNA-其它方法
根据细胞裂解方式的不同有:
物理方式:玻璃珠法、超声波法、研磨法、冻融法 化学方式:异硫氰酸胍法、碱裂解法 生物方式:酶法
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根据核酸分离纯化方式的不同有:
吸附材料结合法:
硅质材料
高盐低pH值结合核酸,低盐高pH值洗脱。 特点:快捷高效。 低盐高pH值结合核酸,高盐低pH值洗脱。
有机溶剂抽提法:
有机溶剂作为蛋白变性剂,同时抑制核酸酶的降解作用
密度梯度离心法:
利用不同内容物密度不同的原理分离各种内容物
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质粒DNA-碱裂解法
碱裂解法原理
染色体DNA比质粒DNA分子大得多,且染色体DNA为线状分 子,而质粒DNA为共价闭合环状分子; 当用碱处理DNA溶液时,线状染色体DNA容易发生变性,共 价闭环的质粒DNA在回到中性pH时即恢复其天然构象;
蛋白质的去除:
酚/氯仿抽提 使用变性剂变性(SDS、异硫氰酸胍等) 高盐洗涤
杂质的去除
多酚的去除:
在抽提液中加入防止酚类氧化的试剂:β-巯基乙 醇、抗坏血酸、半胱氨酸、二硫苏糖醇等

蛋白酶处理
多糖的去除: 加入易与酚类结合的试剂:如PVP、PEG(聚乙
二醇),它们与酚类有较强的亲和力,可防止酚 高盐法:用乙醇沉淀时,在待沉淀溶液中加入1/2体积的5M 类与DNA的结合 NaCl,高盐可溶解多糖。
菌株不要频繁转接(质粒丢失)


含病毒的液体材料DNA含量 较少,提取前先富集
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细胞裂解 基因组DNA的提取
材料应适量,过多会影响裂解, 导致DNA量少,纯度低 针对不同材料,选择适当的裂 解预处理方式: 植物材料--液氮研磨 动物组织--匀浆或液氮研磨 组培细胞--蛋白酶K 细菌--溶菌酶破壁 酵母--破壁酶或玻璃珠 高温温浴时,定时轻柔振荡
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