RAD-seq技术及其在昆虫学研究中的应用

限制性酶切位点关联DNA测序技术(restriction-site-associated DNA sequencing,RAD-seq)是在二代测序技术基础上发展起来的一种简化基因组技术(reduced-representation genome sequencing,RRGS)。RAD-seq利用限性核酸内切酶使基因组片段化,经过修饰后连接含标记的接头构建文库并进行测序。因其具有操作简单、实验成本低、通量高等优点,在分子生态学、进化基因组学、保护遗传学等领域得到应用。目前发展起来的RAD-seq技术主要包括利用稀有酶和物理打断方式进行基因组片段化的mbRAD、利用稀有酶和常见酶组合酶切的方式进行基因组片段化的ddRAD、利用IIB型限制性内切酶得到短片段文库的2bRAD、利用同裂酶和Illumina试剂盒建库的ezRAD和完全利用Nextera试剂盒建库的nextRAD。本文对每种RAD-seq技术的特点及其在昆虫种群遗传学、群落生态学、物种界定、系统发育和遗传连锁图谱构建等研究领域的应用进行了综述。     

利用高效的大片段DNA回收方法改良Fosmid文库的构建

外源DNA插入片段为40 kb左右的Fosmid文库在基因组学研究中有广泛的应用,但长期以来,40 kb外源片段的分离与纯化依赖于传统的切胶并电洗脱至透析袋的方法,难以得到足够量的DNA片段,极大降低Fosmid文库构建的成功率。通过改进全自动核酸/蛋白质回收系统SageELF的操作流程,建立一种简单、便捷、高效地回收40 kb左右DNA片段的方法,并用其成功地构建高质量的Fosmid文库。从文库中随机挑选的25个单克隆,经过测序及酶切分析,发现该文库中插入的DNA片段大小为37.9±5.2 kb。以上结果表明,利用改良的操作方法回收40 kb基因组DNA,操作简捷、高效,片段大小精准;另外,用该DNA片段构建的Fosmid文库,插入片段比较集中,有利于后续的基因组学分析。     

一种构建基因组文库的改进方法

构建基因组文库是一项非常基础和重要的工作。但利用传统方法构建基因组文库存在操作步骤繁琐、背景高等问题。为了解决这些问题,对传统构建文库的方法进行了改进。由于Ear I位点经酶切后突出3个可变碱基,经过设计可使酶切后的两个粘端无法匹配,从而防止载体环化,所以用两个Ear I位点作为克隆位点。基因片段是通过用Sau3AI部分酶切基因组总DNA,并在部分酶切片段的3`凹端补一个碱基G获得,因此片段无法串连或环化。本实验构建了基于上述改进的ARS探针载体pHBM803/Trp,并分别用改进方法和传统方法构建水稻基因组文库进行比较。实验结果表明,经过上述两点改进可使文库质量大大提高。     

鳞翅目基因组IIB型内切酶位点的统计分析

IIB型限制内切酶能够识别并切割特异酶切位点两端特定距离的DNA,形成粘性末端的30 bp左右的等长DNA片段。利用其特性与限制性酶切位点关联测序技术(RAD)相结合发展出2b-RAD简化基因组测序技术,应用于遗传图谱构建、种群遗传结构分析、性状定位以及细菌分型等多种研究领域。构建2b-RAD测序文库之前,需要对基因组中的IIB型限制内切酶位点进行预测与统计分析,制定有效的测序文库构建方案。本文利用Python语言构建分析基因组中IIB型限制内切酶位点的流程,预测并统计6个鳞翅目代表物种基因组含有的8个商业化IIB型限制内切酶的酶切位点,比较了各个基因组与IIB型限制内切酶之间含有的酶切位点总量、重复序列数量以及酶切间隔长度的关系,为在昆虫基因组中进一步试行2b-RAD研究提供了参考。     

构建丝状真菌大片段基因组文库载体DNA的制备

载体DNA的制备是构建大片段基因组文库的关键步骤之一,高质量载体DNA受到酶切、脱磷等因素的影响,以载体pBHYG为材料,优化了限制性内切酶胁HindⅢ酶切和小牛肠碱性磷酸酶(CLAP)脱磷的作用条件,并在T4连接酶作用下自连,通过胶回收纯化制备了可用于进一步构建大片段基因组文库的线性载体DNA。     

利用烟草基因组DNA构建近随机多肽文库

介绍一种新的方法构建近随机多肽文库。选取从大基因组物种的组织或细胞中提取的基因组DNA ,利用切割频率高的限制性内切酶切割 ,产生的短片段可以近似地认为是随机序列的片段 ,将它们与匹配的载体连接后转化进宿主细胞进行表达 ,从而获得近随机多肽文库。这样的文库可以用于蛋白质相互作用的研究。同一种基因组DNA可以利用不同的酶切 ,再分别连接到表达载体的不同读码框架 ,从而产生不同编码序列的多种近随机多肽文库。介绍了充分利用烟草基因组DNA构建两种不同酶切 ,三种读码框架 ,共六种不同编码序列的近随机多肽文库的方法。     

白氏文昌鱼单个体基因组BAC文库的构建

隶属于头索动物亚门的文昌鱼是现存生物中最近似于脊椎动物亚门直接祖先的一个类群, 具有重要的进化地位, 是研究脊椎动物原始祖先的重要材料和模式动物。随着文昌鱼实验室连续繁殖的成功, 全基因组测序成为中国文昌鱼模式化急需完成的工作之一。文章从单条雄性白氏文昌鱼精巢组织中提取高质量的基因组DNA, 经EcoRⅠ限制性内切酶和EcoRⅠ甲基化酶酶切, 脉冲场电泳选择合适酶切DNA片段, 连接线性磷酸化的载体pCC1BAC, 转化大肠杆菌EPI300 E. coli, 构建了含有44 706个克隆的全基因组BAC( Bacterial artificial chromosome)文库, 该文库平均插入片段80 kb,具有9倍的基因组覆盖率, 基本能够满足功能基因等研究需要, 为中国文昌鱼全基因组测序打下基础。     

杜氏盐藻硝酸盐还原酶基因5′上游序列的克隆与功能分析

目的:克隆杜氏盐藻硝酸盐还原酶(NR)基因5′上游序列,并对其功能进行分析。方法:利用BamHI、EcoRI、HindIII、PstI、SalI、Xbal6种限制性内切酶分别酶切盐藻基因组DNA,并与接头连接,构建成盐藻基因组步行文库。采用LA-PCR方法,从上述盐藻步行基因组文库中扩增NR基因5′上游序列,测序并进行分析。为检测其表达特性,构建了该片段与GUS嵌合基因的表达载体pNR-GUS,通过电击法将所构建的重组表达载体转化盐藻,组织化学染色法观察GUS的表达。结果:从盐藻基因组步行文库中扩增出约1200bp特异片段,序列分析表明5′上游序列含有启动子的特征性序列。GUS瞬时表达染色结果显示,该DNA片段具有硝酸盐诱导和铵抑制的启动子活性。结论:所克隆的盐藻的5′上游序列可能是一种具有“开关”活性的可控性启动子。     

甲基营养菌MP681基因组测序文库的构建

目的:建立甲基营养菌MP681基因组文库,用于鸟枪法测序。方法:提取MP681基因组DNA,经超声随机片段化及T4 DNA聚合酶末端修平处理后,与经SmaⅠ酶切、小牛肠碱性磷酸酶(CIP)去磷酸化处理的pUC19载体连接,电击转化大肠杆菌DH5α感受态,并通过末端双向测序对文库质量进行评价。结果:分别构建了2～4 kb和4～6 kb基因组文库,电泳结果显示插入片段长度与预期符合,文库库容均在10万以上。结论:构建了插入片段大小和库容符合要求的甲基营养菌MP681全基因组鸟枪法2～4 kb、4～6 kb测序文库。     

一种改良的启动子序列克隆的染色体步查法

利用染色体步行法,从已知DNA序列克隆侧翼未知序列是非常有效的方法之一,但由于所选用的特定限制性内切酶对目标基因组不能酶解成合适大小的片段,因而受PCR扩增能力的局限,往往扩增不出有效产物. 针对这一点,这里我们介绍一种简单有效的改良方法,它包括以下步骤：首先用不同的限制性内切酶(包括平末端和粘性末端) 酶解目标基因组DNA,接着,选择能将基因组酶切成弥散、分布均匀的限制性内切酶,如DraⅠ和HindⅢ,合成相对应的接头;然后,选择弥散的、分布均匀的限制性内切酶的酶解产物,构建成含相应接头的基因组DNA文库,用作PCR的模板;最后,用接头引物和特异引物,通过巢式PCR扩增目的片段,获得了理想的扩增效果.采用改进后的染色体步查法,有效地从较复杂的棉花核DNA中克隆出6个棉花启动子序列.     

紫茎泽兰高分子量核DNA制备方法的研究

以紫茎泽兰暗培养幼嫩叶片为材料,在细胞核提取缓冲液中加入PVP、抗坏血酸和氨基甲酸钠3种强抗氧化剂,较好地去除了多糖多酚等次生代谢物,经低熔点琼脂糖包埋细胞核及蛋白酶K原位裂解DNA胶块,以获得大分子量DNA;最后分别采用2种不同的限制性内切酶(BamH Ⅰ和HindⅢ)和5个浓度梯度(0 U、0.2U、0.4U、0.6U、0.8 U)进行酶切,并对不同的回收方法进行比较分析.结果表明:经脉冲电泳检测,本方法提取的DNA片段长度＞600 kb,基本无细胞器DNA和蛋白质污染;酶切条件以0.4U酶浓度HindⅢ的效果最好,酶切后的DNA片段主要集中在100～300 kb之间,DNA片段大小满足构建BAC文库的要求;对回收方法进行比较分析,电洗脱法回收的大片段DNA浓度远远大于琼脂糖酶切法,大于8mg·L-1,这完全能够满足构建大片段基因组文库对DNA浓度的要求.     

漠黄梅共生菌藻宏基因组文库的构建

为了从耐旱地衣漠黄梅的共生菌藻基因组中筛选功能基因,并为蛋白质类药物的基因筛选提供平台,采用改进的CTAB方法提取其总DNA,用Sau3AⅠ限制性内切酶部分酶切基因组DNA,以质粒pUC19为载体,转入大肠杆菌DH5α中,构建了漠黄梅共生菌藻的宏基因组文库。该文库包含了4.8×105个重组子,插入片段的平均大小为4kb,覆盖漠黄梅菌藻的整个基因组4次。     

洋葱伯克霍尔德氏菌HMW DNA的制备及酶切研究

高质量粘粒基因组文库构建的关键是HMW DNA的长度至少为粘粒载体容量的10倍,通常粘粒载体的容量为30～50 kb,因此提取的HMW DNA应不小于500 kb.HMW DNA在制备时不能受到任何物理的剪切力,以免DNA断裂和损伤.利用琼脂糖凝胶包埋制备的DNA胶块经裂解和纯化后发现其DNA长度远大于500 kb,明显优于商品化试剂盒提取和酚抽提法.用BamHⅠ、Sau3AⅠ、XbaⅠ和HindⅢ对DNA胶块进行不完全酶切研究表明,构建文库常用的Sau3AⅠ并不适合胶块内酶切反应,而BamHⅠ酶切B.cepacia HMW-DNA效果较好,产生的DNA片段集中在20～50 kb之间,完全适合粘粒基因组文库的构建,为B.cepacia大插入片段基因组文库的构建以及功能基因组的研究奠定了良好的理论基础.     

鹅源腺病毒基因组DNA物理图谱的构建

将鹅源腺病毒Y81G4株全基因组DNA的HindⅢ酶切片段分别插入质粒pUC18, 成功构建了全基因组DNA文库.在此基础上,将重组质粒携带的插入片段切出、回收并分别用地高辛标记后作为探针,与经限制酶BamHI、EcoRI、PstI、Eco RV消化的病毒基因组DNA进行Southern Blotting,杂交结果经比较综合后获得了该病毒基因组DNA的HindⅢ、Ba mH I、EcoR I、PstI、EcoR V限制性内切酶的物理图谱.利用已发表的含有鸡EDS76病毒AA-2 株基因组DNA右末端的重组质粒pBE42作为探针,与本病毒两末端重组质粒进行Southern Blo tting,根据同源性杂交结果确定了本病毒基因组DNA物理图谱与EDSVAA-2株相应的方向. 本病毒基础因组DNA物理图谱的精确构建,为进行基因组结构分析,筛选复制非必需区,构建禽腺病毒载体打下了基础.     

片段富集后以质粒为载体直接克隆构建文库

最近,我们叙述了应用较小的然而却是有代表性的质粒构建文库技术,对特异性基因组DNA进行克隆的一种简便而快速的实验方法(1)。这一方法是用多种限制性内切酶对基因组DNA进行消化,用Southern吸印分析方法鉴定出所需要的片段,然后用琼脂糖凝胶电泳(?)定分子大小。     

一种快速简便构建DNA病毒测序文库的方法

为了对1株中国棉铃虫核型多角体缺失病毒HZ-9进行基因组测序,采用了一种新的方法,通过超声波振断HaBacHZ9细菌人工染色体质粒（bacterial artificial chromosome plasmid,Bacmid）基因组DNA,用Taq酶在DNA片段两端加腺噤呤A,胶回收后得到预期的1—2kb的DNA片段,然后与pGEM-Teasy载体连接,构建了中国棉铃虫缺失病毒HaBacHZ9的亚克隆文库。结果随机挑选10个克隆子酶切分析,显示9个克隆子有1500bp左右的插入片断,并对HaBaeHZ9进行了全基因组测序。结论成功构建了HaBaeHZ9的DNA测序文库,为HZ-9功能基因组学研究奠定了基础,这是一种简单快速的构建DNA病毒测序文库的方法。     

棉铃虫核多角体病毒基因库及其物理图谱

本文报道棉铃虫核多角体病毒DNA经限制性内切酶BamHI酶解,琼脂糖凝胶电泳分离,得到大小不同的11种片段。所得片段与BamHI酶解的pBR_(322)质粒DNA进行体外重组并转化大肠杆菌LE392菌株。根据菌落杂交和插入片段的分子量等鉴定,证明获得11个插入了病毒DNA片段的重组质粒,但其中两个大片段克隆的分子量比原片段小。通过限制酶EcoRI和BamHI酶解片段的交叉吸印杂交及用~(32)p标记的克隆片段与病毒DNA酶解片段杂交等方法,构建了病毒基因组BamHI的物理图谱。杂交结果表明,病毒基因组主要由独特的序列组成。     

毛足棒角蝗基因组DNA文库的构建

纯化毛足棒角蝗 (Dasyhippusbarbipes)虫体组织的高分子量基因组DNA ,经限制性内切酶Sau3AI部分消化后 ,10 %～ 4 0 %蔗糖密度梯度离心分离 10～ 2 0kb的DNA片段。以λEMBL3为克隆载体 ,与 10～ 2 0kb的DNA片段进行连接和包装 ,构建了毛足棒角蝗的基因组DNA文库。经测定该文库的滴度是 2× 10 5pfu/mL ,根据计算 ,99%的毛足棒角蝗的基因包含在该基因组文库中。     

优良水稻品种“明恢63”BAC文库的构建

“明恢６３”是我国许多重要的水稻杂交组合中的恢复系。为了对其进行深入的遗传学研究以及克隆控制重要农艺性状的基因,以细菌人工染色体（ｐＢｅｌｏＢＡＣ１１）为载体,克隆经限制性内切酶消化后部分收集的“明恢６３”基因组ＤＮＡ,将连接混合物转化细菌ＤＨ１０Ｂ,构建了细菌人工染色体（ＢＡＣ）文库。该文库共有２６０００个转化子,插入片段为９０～２４０ｋｂ,平均大小为１５０ｋｂ。经计算该文库覆盖９倍水稻基因组。该文库正在用于构建几个基因所在区段的物理图谱,为图位克隆打下基础     

杜氏盐藻硝酸盐还原酶基因5′上游序列的克隆与功能分析

目的:克隆杜氏盐藻硝酸盐还原酶（NR）基因5′上游序列序列,并对其功能进行分析。方法: 利用BamHI、EcoRI、HindIII、PstI、SalI、Xbal 6种限制性内切酶分别酶切盐藻基因组DNA,并与接头连接,构建成盐藻基因组步行文库。采用 LA-PCR方法,从上述盐藻步行基因组文库中扩增NR基因5′上游序列序列,测序并进行分析。为检测其表达特性,构建了该片段与GUS 嵌合基因的表达载体pNR-GUS, 通过电击法将所构建的重组表达载体转化盐藻,组织化学染色法观察GUS的表达。结果: 从盐藻基因组步行文库中扩增出约1200bp特异片段,序列分析表明5′上游序列含有启动子的特征性序列。GUS瞬时表达染色结果显示,该DNA 片段具有硝酸盐诱导和铵抑制的启动子活性。结论：所克隆的盐藻的5′上游序列可能是一种具有"开关"活性的可控性启动子。