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2024-08-08作者:質粒構建實驗室時間:2019-11-16 09:09:07瀏覽3777 次
在分子生物實驗室中,我們常用各種試劑盒做質粒DNA提取,如果都遵循操作,所得樣本基本上是質粒DNA(plasmid),只有少量的基因組DNA(genomic DNA)會混入進來。基因組DNA和質粒DNA同為DNA分子,為什么基因組DNA沒有被純化出來呢?難道硅膠柱都自己有意識不成,可以分辨哪個是小型環狀DNA,哪個是大號基因組DNA……說到這里不得不提提取質粒DNA和基因組DNA的區別。
提取質粒DNA和基因組DNA的區別
在分子生物實驗室中,我們常用各種試劑盒(e.g. QIAGEN mini/midi/maxi prep)做質粒DNA提取,如果都遵循操作,所得樣本基本上是質粒DNA(plasmid),只有少量的基因組DNA(genomic DNA)會混入進來。那么問題來了,基因組DNA和質粒DNA同為DNA分子,為什么基因組DNA沒有被純化出來呢?難道硅膠柱都自己有意識不成,可以分辨哪個是小型環狀DNA,哪個是大號基因組DNA……說到這里不得不提提取質粒DNA和基因組DNA的區別。
基因組DNA提取
相比于質粒DNA提取,基因組DNA的提取更簡單些,步驟如下:
1裂解
只要打開細胞將基因組DNA釋放出來就好了。一般來說,如果有細胞壁,就先破壞細胞壁,然后破壞細胞膜,細胞的DNA物質就全釋放出來。關于打破細胞壁的方法,請參見歷史文章(細胞裂解簡述和五種細胞壁結構)。從經驗上來看,機械裂解(如滾珠攪拌法和超聲波破碎法)要比化學裂解(如酶溶裂解)要來得快而且全面。
2純化
只要基因組DNA從細胞里釋放出來,接下來要做的就是純化它們。一般可以采用苯酚-氯仿抽提法(歷史文章點這里)或者直接過硅膠柱。值得注意的是,基因組DNA由于很大,基本上在提純以后不會保持完整,而是會碎裂成片段。但這對后續可能進行的PCR、qPCR不但沒有壞處,反而是有好處的。不完整的DNA更容易變性,因此有益于PCR的進行。
質粒DNA提取
質粒DNA的提取比基因組DNA提取更復雜一些,因為要在提取的過程中避免基因組DNA的污染。和基因組DNA提取法更大的區別在于細胞裂解的方法。
1裂解
提取質粒DNA時,只采用強堿裂解法(alkaline lysis)。這個方法是由Birnboim和Doly在1979年發明的,在SCI上原著文章的引用量至今為止已達到12886,可以算是分子生物學里殿堂級的實驗方法(科普ps:另外一個殿堂級方法,bradford assay,原文發于1976,至今引用量187783)。強堿裂解液里有氫氧化鈉(NaOH)和十二烷基硫酸鈉(SDS:Sodium dodecyl sulfate),目的是讓質粒DNA和基因組DNA完全失活,使雙鏈分子全部變成單鏈。使用強堿裂解的時候要注意不能裂解時間過長,否則對質粒DNA和基因組DNA產生不可逆形變就不好了(< 5 min)。
接下來強堿液被中和使裂解反應停止,這里就是分離質粒DNA和基因組DNA的關鍵。質粒DNA分子相對較小,互補鏈很容易重新組合成雙鏈而回復活性,而基因組DNA較大,在形成雙鏈的過程中很容易和其他蛋白纏繞在一起,導致無法形成完整的雙鏈。和蛋白纏繞的基因組DNA就可以在提純過程中被除去。
2提純
可以用乙醇提取法或是硅膠柱提取(歷史文章點這里)。這樣提取出來的DNA基本上是質粒,而且可以用于克隆、測序等等后續的活動,如果質粒DNA要用于轉染(transfection)或者離子交換(anion exchange),質粒還需要額外處理