植物基因组DNA及总RNA提取技术

2010-04-20 14:23 · Hebe

幼嫩组织的细胞处于旺盛的分裂阶段,核较大而胞质较少,核酸浓度高,且内含物少、次生代谢产物少,蛋白质及多糖类物质相对较少,在SDS或 CTAB物质存在时,经机械研磨,使细胞破裂并释放出内含物,提取的DNA、RNA的产量高,纯度好。 提取DNA所用的提取液、吸头、离心管等需要高压灭

幼嫩组织的细胞处于旺盛的分裂阶段,核较大而胞质较少,核酸浓度高,且内含物少、次生代谢产物少,蛋白质及多糖类物质相对较少,在SDS或 CTAB物质存在时,经机械研磨,使细胞破裂并释放出内含物,提取的DNA、RNA的产量高,纯度好。

提取DNA所用的提取液、吸头、离心管等需要高压灭菌以灭活DNase。RNase存在于所有的生物中,并且耐沸腾、蒸煮,所以在提取RNA的过程中要防止RNA酶污染,用具如吸头、离心管、水、药品等都要经RNase的抑制剂DEPC处理,即每100mL溶液中加入0.1~0.2 mL DEPC溶液,37℃过夜,然后高压灭菌20 min以灭活DEPC。由于RNA容易降解,所有的提取步骤都在冰浴中进行。

DNA(RNA)定量分析可用紫外光谱分析,原理是DNA(RNA)分子在260 nm处有特异的紫外吸收峰,且吸收强度与DNA(RNA)的浓度成正比。此外,还可通过琼脂糖凝胶电泳上显示的DNA(RNA)带的亮度来分析,因为EB 作为一种荧光染料,能插入DNA(RNA)的碱基对平面之间而结合于其上,在紫外光的激发下产生荧光,DNA(RNA)分子上EB的量与DNA分子的长度和数量成正比。在电泳时加入已知浓度的DNA(RNA)Marker作为DNA(RNA)分子量及浓度的参考,样品DNA(RNA)的荧光强度就可以大致表示DNA(RNA)量的多少。这种方法的优点是简便易行,可结合琼脂糖凝胶电泳分析DNA(RNA)样品的完整性来进行,缺点是不太准确。

本实验介绍植物DNA、RNA提取及检测的方法步骤。

一、试材及用具

试材:植物幼嫩组织(如幼叶、花器、幼根)。

仪器、用具:离心机、离心管、紫外分光光度计、微量移液器、吸头、吸水纸、水浴锅、冰箱、研钵、液氮罐、电子天平、pH计、高压灭菌锅、一次性手套和口罩、电泳仪、电泳槽等。

需配置的药品和缓冲液:

提取DNA缓冲液(CTAB法): 2% CTAB(W/V),100 mmol/L Tris-HCI pH 8.0, 20 mmol/L EDTA pH 8.0, 1.4 mol·L-1 NaCl,2% PVP (灭菌后加入2% PVP ,使之充分溶解)。在研磨叶片前加入1%(V/V)ß-巯基乙醇。

CTAB提取RNA缓冲液为:2% CTAB(W/V),2% PVP(W/V),25 mmol/L EDTA,100 mmol·L-1 Tris-Cl pH 8.0,2.0 mol·L-1 NaCl, 0.5 g·L-1 Spermidine(亚精胺)。灭菌后加入2%(V/V)ß-巯基乙醇。

SSTE buffer为:1.0 mol/L NaCl,0.5%SDS,10 mmol/LTris-Cl pH 8.0,1 mmol/L EDTA。

TE(pH 8.0): 称取1.211 g Tris、0.372 g EDTA-Na2 ,先用800 mL蒸馏水加热搅拌溶解,用盐酸调pH 8.0,再用蒸馏水定容至1000 mL。高压灭菌20 min。

氯仿/异戊醇(24:1,v/v): 将氯仿和异戊醇按体积24:1的比例混匀,置棕色瓶中,4℃保存。

酚: 氯仿:异戊醇(25:24:1):按饱和酚、氯仿、异戊醇体积比为25:24:1比例混匀,置棕色瓶中,4℃保存。

5× RNA电泳缓冲液的配制:依次加入以下成分: 10.46 g MOPS 、1.7 g乙酸钠,0.93 g EDTA,调pH 7.0,定容到500 mL。

RNA 加样缓冲液:1 mmol/L EDTA pH 8.0、0.25% 溴酚蓝、0.25%二甲苯青、50%甘油,高压灭菌。

二、方法步骤

(一)植物基因组DNA提取

在提取过程中用到的吸头、研钵、提取缓冲液等先高压灭菌20 min,取出后待用,按照下述步骤提取基因组DNA。

(1)在65°C水浴中预热CTAB提取液。

(2)在液氮中研磨2~3 g新鲜或 -20°C冷冻的样品材料。注意,要研成很细的粉末,动作要快。

(3)迅速加入CTAB提取液,混匀,倒入离心管中,65°C水浴30 min。其间不断轻轻摇动离心管。

(4)加入5mol/L的乙酸钾充分混匀,在冰浴中放置30 min中,4°C 12000 rpm离心5 min,吸上清。

注意,对于幼嫩叶片此步可以省略。对成熟的老叶片需采用。

(5)加入等体积的氯仿/异戊醇,混匀,放置10 min,12000 rpm常温离心10 min。

(6)吸上清到新离心管中,用氯仿/异戊醇重复抽提一次。

(7)吸上清到新离心管中,加入2.5倍体积的无水乙醇,混匀,-20°C放置10~30 min沉淀DNA。

(8)10000 rpm常温离心10 min。

(9)倒掉乙醇,用400 μL70%乙醇洗沉淀,然后用400μL100%乙醇洗沉淀,吹干后用200~500 μL TE溶解DNA。

(10)溶解后的DNA再用氯仿/异戊醇抽提一遍.

(11)吸上清到新离心管中,加入2.5倍体积的无水乙醇,混匀,-20°C放置10~30 min ,沉淀DNA。

(12)离心,弃上清,70%乙醇洗沉淀,再用100%乙醇洗沉淀,吹干后,用200 μLTE 溶解DNA。用紫外分光光度计测定浓度后,按要求的浓度(如200 μg·μL-1)再向DNA溶液中加入适量TE。在 -20°C冰箱中可长期保存。

注意,提取的DNA的质量由它的长度和纯度决定。轻轻操作DNA溶液和快速冷冻植物组织对减轻机械剪切力和核酸酶切割非常重要,不能振荡,不能使用太细口的吸头,也不能吸得太快。多糖、蛋白质及木本植物中的酚类物质是植物DNA抽提中的主要污染物,提取材料要尽量使用幼嫩叶片。如果试材较老、多糖含量高,在提取缓冲液中应提高ß-巯基乙醇的用量,且在用氯仿/异戊醇抽提之前先用酚: 氯仿:异戊醇抽提一遍,这样去除蛋白较为彻底。所得DNA应为无色或灰白色,若呈褐色则有多酚类物质污染;对多糖含量高的材料,提取液中CTAB的浓度可增至3%或更高。

琼脂糖电泳检测DNA:

制作1%的琼脂糖凝胶,吸取提取的DNA溶液 5 μL,电泳检测,具体方法见实验47。用λDNA做分子量大小的Marker,如果带型不弥散,在与Marker 20 kb的带的相应位置出现整齐明亮的条带,说明基因组DNA完整,没有降解。

(二)植物总RNA提取

(1)65°C水浴中预热15 mL CTAB提取液。

(2)液氮中研磨2~3 g新鲜或-70°C冷冻的材料。

(3)转移样品至有CTAB提取液的离心管中,立即激烈涡旋30s,短时放回 65°C水浴中(4~5 min)。

(4)加入等体积的氯仿/异戊醇并涡旋混合,10000 rpm常温离心15 min。

(5)将上清转移至一新离心管。重复抽提一次。

(6)将上清转移至一新离心管中,加入 8 mol/L LiCl, 使LiCl的终浓度为2 mol·L-1,即加入1/3体积的LiCl,4°C下沉淀过夜(最多 16h)。

(7)4°C离心1 h(全速),弃上清,用500 μL70%乙醇洗沉淀,然后用500 μL100% 乙醇洗沉淀。

(8)用500 μL SSTE 溶解沉淀,转移至1.5 mL离心管中,加入等体积的氯仿/异戊醇抽提一次。

(9)加入2×体积的无水乙醇,在 -70°C沉淀30 min或-20°C沉淀2 h。

(10)4°C离心20 min沉淀RNA(全速)。

(11)先用400 μL70%乙醇洗沉淀,然后用400 μL100%乙醇洗沉淀,吹干后用65 μLDEPC水溶解RNA。

电泳检测RNA:

(1)配制1.2%的琼脂糖凝胶(20mL)

称取琼脂糖0.24 g,加DEPC处理的ddH2O 12.04 mL,5×RNA 电泳缓冲液4 mL,电炉加热融化琼脂糖,冷却至55°C,加入甲醛1.96 mL,冷却后倒胶。

(2)RNA电泳

取去离子甲酰胺10 μL,甲醛1.5 μL,10× RNA Buffer 2 μL,RNA (2~4 μg, &10 μL) 混合液,65°C加热15min,迅速在冰浴中冷却片刻,然后加入3 μL RNA 加样缓冲液和0.5 μL EB,上样电泳。电泳Buffer 为1× RNA buffer。

出现的电泳条带有两条,是两条最大的核糖体RNA(rRNA)分子,即18S 和28S rRNA,较小的RNA也很丰富但看不到,因为太小,跑出了凝胶的边界。多数细胞中的信使RNA(mRNA)经EB染色后不足以形成可见的带。只要18S 和28S rRNA带亮,且28S rRNA大约为18S rRNA 的两倍,说明提取的RNA没有发生降解,纯度好。

RNA提取有其他多种方法,整个流程下来所用时间不同,如专门的试剂盒Trizol可在1.5h内完成RNA的提取工作,但得率较低,适合草本类植物,木本类植物用CTAB法提取的RNA可在1.5d内完成,但得率高,此法可获大量的RNA用于Northern杂交、基因克隆等工作。

(三)提取的DNA(RNA)的浓度检测

(1)取少量待测DNA(RNA)样品,用TE或蒸馏水稀释50倍(或100 倍)。

(2)用TE或蒸馏水做空白,在260 nm、280 nm、310 nm处调节紫外分光光度计的读数至零。

(3)加入待测 DNA(RNA)样品在三个波长处读取OD值。

(4) 纯DNA样品的OD260/OD280 大约为1.8,高于1.8可能有RNA污染,低于1.8有蛋白质污染;纯RNA 样品的OD260/OD280 大约为2.0。

(5)根据OD值计算DNA(RNA)浓度或纯度。

[SSDNA]=33×(OD260-OD310)× 稀释倍数

[dSDNA]=50×(OD260-OD310)×稀释倍数

[SSRNA]=40×(OD260-OD310)× 稀释倍数

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