分子生物学技术讲座（四）——真核基因组DNA的制备,分析及基因组DNA文库的构建

真核细胞DNA的制备通常是在有EDTA及SDS一类去污剂的存在下用蛋白酶K消化细胞后用酚抽提而实现的。用此方法得到的DNA,其大小为IOO～15Okb,恰好用于SOIJthern分析和经限制性内切酶部分消化后用人噬体载体构建基因组DNA文库。而用粘粒载体或用酵母人工染色体（YAC）载体构建基因组DNA文库则需要更大的DNA。1关于DNA的制备制备真核细胞基因组DNA的方法有许多种,但基本步骤相类似,即包括组织匀浆、细胞裂解、蛋白和RNA的去除以及用乙醇沉淀或透析等方法除去残存的其它物质。方法的选择主要根据样品的类型以及所制备的DN…     

一种新的线粒体基因组DNA捕获探针的制备及初步应用

目的:建立新的线粒体基因组DNA杂交捕获探针制备方法并用进行初步应用。方法:通过PCR技术扩增特异线粒体DNA片段,并与生物素偶联,最后与标记磁珠的亲和素混合获得捕获探针。并自行制备的线粒体基因组DNA文库捕获探针与肝癌全基因组测序文库进行液相杂交。分离捕获产物后PCR扩增并进行测序分析。结果:成功建立了线粒体基因组杂交捕获探针制备方法并成功分离线粒体基因组DNA;对测序数据的分析显示:90%以上测序数据来自线粒体基因组DNA,且覆盖率达到100%,且均一性良好。检测到的同质性变异位点数量和异质性变异位点数量与全基因组测序数据产生的结果接近(P=0.9152,P=0.8409)。结论:新方法制备的线粒体基因组DNA杂交捕获探针可以从全基因组文库中高效捕获线粒体基因组DNA测序文库。     

基于DNA的Semliki森林病毒复制子载体体内外高水平表达外源基因

基于DNA的复制子载体显著地提高了复制子载体的应用范围,在体外可用于高水平表达外源基因,大规模制备重组病毒颗粒,在体内可用于复制子疫苗和基因治疗载体研究.将复制子RNA的cDNA置于RNA聚合酶Ⅱ启动子和转录终止子控制下时,基于RNA的复制子载体可转变为基于DNA的复制子载体.当DNA载体转染细胞后,第一阶段,RNA聚合酶Ⅱ启动子在核内起始合成RNA,经过加工和修饰后运输到细胞质中,相当于复制子RNA,第二阶段,该RNA自我复制及表达外源基因,相当于病毒RNA复制循环.在成功地构建了基于DNA和RNA的双功能复制子表达载体pSCTA和辅助载体pSHCTA的基础上,为了获得高效的基于DNA的复制子载体,对其进行改进而构建了共4种不同的基于DNA的semliki森林病毒复制子,通过对表达载体和相应的辅助载体表达报告基因及对制备重组病毒颗粒的能力进行比较,获得了复制能力提高的复制子载体pSCAR和pSHCAR.该表达载体pSCAR可高水平表达外源基因,与辅助载体pSHCAR共转染可制备高滴度的重组病毒颗粒,并且也能表达抗原基因.另外,报告基因在DNA复制子载体注射的小鼠体内得到了高水平表达,并且DNA免疫小鼠后也诱导产生高滴度特异性抗体以及细胞免疫反应.结果表明,经过改造SFV复制子载体,获得了高效的基于DNA的SFV复制子载体.该复制子载体增强了原复制子载体应用能力,并有潜力作为复制子疫苗和基因治疗载体.     

R环的形成及对基因组稳定性的影响

R-环是由一个RNA:DNA杂交体和一条单链状态的DNA分子共同组成的三链核酸结构。其中, RNA:DNA杂交体的形成起因于基因转录所合成的RNA分子不能与模板分开, 或RNA分子重新与一段双链DNA分子中的一条链杂交。在基因转录过程中, 当转录泡遇到富含G碱基的非模板链区或位于某些与人类疾病有关的三核苷酸卫星DNA时, 转录泡后方累积的负超螺旋可促进R环形成。同时, 新生RNA分子未被及时加工、成熟或未被快速转运到细胞质等因素也会催生R环。研究表明, 细胞拥有多种管理R环的方法, 可以有效地管理R环的形成和处理已经形成的R环, 以尽量避免R环对DNA复制、基因突变和同源重组产生不利影响。文章重点分析了R-环的形成机制及R环对DNA复制、基因突变和同源重组的影响, 并针对R-环诱导的DNA复制在某些三核苷酸重复扩增有关的神经肌肉退行性疾病发生过程中的作用进行了分析和讨论。     

人体小卫星DNA探针的制备

根据人体小卫星DNA核心顺序,化学合成长23碱基寡核苷酸探针,筛选人体基因组文库,旨在获得能用作遗传分析探针的小卫星顺序。结果得到15个含小卫星的阳性重组子。随机取其一(C_(35.9))作探针,试做群体分析。所有个体均可检出多条杂交带。其中某些带具有多态性。在一定检测条件下,检出的DNA图谱在有限的个体内具有个体特异性。结果表明筛选文库得到的小卫星顺序可用于小卫星多态性的检测。其它小卫星探针的筛选和应用性研究正在进行。     

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。     

细菌人工染色体基因组文库构建关键技术研究

基因组文库是进行分子克隆和基因结构与功能研究的基础,完整覆盖的基因组文库的构建,使基因组任何DNA片段的筛选和获得成为可能.细菌人工染色体(Bacterial Artificial Chromosome,BAC)与其它载体系统相比具有转化效率高、嵌合体少、插入片段易回收,高覆盖率、稳定性强,并且具有易分离和操作等特性等优点而被广泛应用.作为物种保护策略的重要部分,构建我国濒危动植物品种基因组BAC文库,对于其遗传资源的保护和研究具有非常重要的作用.在查阅大量国内外相关资料的基础上,就BAC基因组文库构建过程中栽体的制备、高分子量DNA的制备、大片段DNA的回收、连接与电击转化、基因组BAC文库质量鉴定等几个重点、难点问题进行了详细的论述和分析,对于构建高分子量插入片段、高覆盖率和稳定性的基因组文库提供理论基础与技术支撑.     

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.     

苜蓿核基因组文库的构建及其实验方法的几点改进

目前,基因文库的构建方法虽已逐步普及,但仍有不少实验因最终未能从构建的文库中钓出目的基因而告失败。其主要原因是构建的文库没有达到预期的要求——真实有效.我们对核 DNA 分离和载体左右臂制备等的常用方法进行了改进,构建了苜蓿的核基因组文库,其容量测定、重组子鉴定及初步的杂交筛选都证明该文库真实有效。苜蓿(Medicago sativa L.)DNA 的制备参照 Shure 等(1983)和 Ausubel 等     

用于Illumina测序平台不同试剂盒制备RNA-seq文库的方法比较

RNA-seq是利用深度测序进行转录组分析的技术,并且在新一代测序的主流平台Illumina上运用广泛。针对Illumina平台的RNA-Seq建库,目前有多个不同类型的建库方法支持该技术,但是在操作步骤和成本上有很大差距。本研究分别试验了Tru Seq RNA文库制备、NEBNext RNA文库制备以及KAPA RNA文库制备3种方法,首次系统地对这3种建库方法得到的片段长度,浓度和建库流程进行了比较分析。研究显示,3种文库的片段长度都集中在300~1 000 bp之间,KAPA RNA文库制备得到的文库浓度最高,该制备方法只需要进行一次磁珠纯化,操作简便,成本低,所需要的起始量低,适用于进行大规模的建库实验。     

A型肉毒毒素受体结合区Hc在重组SFV复制子载体中的表达

为了在哺乳动物细胞中表达A型肉毒毒素Hc抗原, 构建了含A型肉毒毒素受体结合区Hc基因的基于RNA和DNA的重组Semliki森林病毒(Semliki forest virus, SFV)复制子表达载体。RNA和DNA复制子载体转染BHK21细胞后, 经间接免疫荧光、Western印迹和ELISA检测, 结果表明非分泌型和分泌型的Hc抗原在细胞中都得到了有效地表达; 而且复制子表达载体与辅助病毒载体共转染均可制备高滴度的重组病毒颗粒, 该重组病毒颗粒感染细胞后, 也都能表达Hc抗原。以上结果表明, 基于RNA和DNA的重组SFV复制子表达载体在细胞中均可有效地表达Hc抗原和制备具有感染能力并能表达Hc抗原的重组病毒颗粒。基于RNA和DNA的重组SFV复制子表达载体的构建和含A型肉毒毒素受体结合区Hc基因的重组病毒颗粒的获得, 为进一步观察SFV复制子疫苗的免疫原性奠定了基础, 从而为A型肉毒毒素新型疫苗的研制提供了新途经。     

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.     

一种从PAXgene全血RNA管内提取基因组DNA的方法

目的:从同一生物样本同步提取RNA和DNA,能提高样本的利用率,而且对于基因组学、转录组学和表观遗传学检测数据之间的比对和匹配分析也十分重要。本研究在不影响RNA样品制备的前提下,建立一种从PAXgene全血RNA管内提取基因组DNA的方法。方法:取一定量PAXgene全血RNA管血液样本,使用QIAamp DNA试剂盒提取血细胞基因组DNA,系统优化提取过程中的离心参数、洗脱量以及初始血液样本量等实验参数,并对提取的基因组DNA质量进行检测。结果:用PAXgene全血RNA管3 mL血液样本能够提取出8.918±1.100μg基因组DNA,紫外分光光度计检测DNA样品的OD 260/280比值为1.89±0.09,琼脂糖凝胶电泳结果显示DNA样品完整无降解。结论:利用本方法提取的DNA样品能够满足下游DNA芯片、DNA甲基化测序等实验要求。该方法有助于从有限的临床血液样本中获取全面的遗传信息,并且提高后续不同实验方法所生成数据之间的可比性和匹配度。     

古DNA单链测序文库的建立与检测北大核心CSCD

2005年问世的第二代测序技术在古DNA领域的应用,突破了第一代测序技术在绝灭或死亡生物全基因组获取手段上的局限。借助古基因组信息,研究者能够从更为系统的实时分子证据角度,解读诸如人类起源、大型绝灭哺乳动物迁移演化、动植物家养驯化以及早期人类社会生活模式等古生物学、遗传学与演化生物学问题。引入第二代测序技术之后,传统的古DNA研究方法及流程得以改变,剔除了原有的实验流程中耗时的分子克隆步骤,引入了与第二代测序技术紧密相关的古DNA单链测序文库构建环节。古DNA单链测序文库的构建,是将古DNA双链模板变性成单链后,通过向单链古DNA两端添加人工DNA片段,将古DNA分子转变成能被测序仪识别的文库分子。针对古DNA分子微量、高度片段化以及普遍存在碱基损伤的特点,古DNA单链测序文库,能够高效获取古DNA材料中的遗传信息。本文系统介绍古DNA单链测序文库建立流程,以及对文库质量进行检测的方法,为研究者运用第二代测序技术测定绝灭或死亡生物全基因组提供方法借鉴。     

从植物细胞核分离大分子量核DNA

研究了从植物中分离百万碱基对级大分子量核DNA的方法。该方法利用差速离心分离植物细胞核,经低熔点琼脂糖块或低熔点琼脂糖微珠包埋,蛋白酶K原位裂解后制备大分子量核DNA。结果表明,选择不同生长时期的材料和不同的包埋细胞核方式对大分子量核DNA的制备有很大的影响,由黄化苗或幼嫩的绿叶为材料分离细胞核,进行胶块包埋是制备大分子量核DNA的最佳条件。利用该法获得的DNA分子量在200kb－5．7Mb之间,主要集中在2．2～5．7Mb之间;每一胶块DNAE量为18～20μg。与包埋原生质体制备大分子量核DNA的方法相比,该方法获得的DNA纯度较高,去除了大部分细胞器DNA的污染;易于被限制性内切酶部分和完全消化,其消化结果具可重复性。该方法操作简单、适用植物种类广泛,用该方法从水稻（OryzasativaL．）、苹果（MaluspumilaMill．）、大豆（Glycinemax（L．）Merr．）、玉米（ZeamaysL．）等多种植物材料中成功地制备了大分子量核DNA。该方法制备的核DNA适用于植物的脉冲交变电泳基因组分析和构建人工细菌染色体文库和人工酵母染色体文库。     

一种用于构建红色红曲霉基因组Cosmid文库的大片段DNA制备方法

摘要：【目的】制备用于构建红色红曲霉cosmid文库的大片段基因组DNA。【方法】采用优化的酚氯仿抽提法制备DNA,并利用Sau3AI切割至平均大小为40 kb,然后使用Stratagene包装蛋白构建cosmid文库。基于PCR法使用同源探针从该文库中进行了目的基因的筛选。【结果】制备了浓度为5 μg/μL,平均片段大小大于48 kb的红色红曲霉大片段基因组DNA。利用该DNA构建的cosmid文库基因组覆盖倍数为10,并筛选到了含有目的片段的cosmid。【结论】通过该方法制备红色红曲霉大片段基因组D     

大肠杆菌质粒DNA提取方法的优化

目的:简化操作流程,缩短提取时间,降低试验对操作者的危害。方法:该方法去除酚、氯仿等有害试剂,采用LiCl沉淀去除质粒制备物中小片段核酸(包括DNA和RNA);工程菌生长至对数期时通过加入氯霉素后不仅方便质粒DNA的提取过程中蛋白质的去除,而且可使质粒的拷贝数进一步增加,提高质粒DNA产量的目的。结果:实验改进方法所提取的质粒DNA产量高于常规方法,达到20μg/mL。结论:改进方法提取的质粒DNA,其下游的内切酶消化,PCR、重组质粒鉴定、转化大肠杆菌等实验的结果和重复性都令人满意,完全可用于一般的分子生物学研究。     

DNA改组技术在酶工程中的应用

DNA改组技术是一种应用最广泛且简单有效的分子定向进化方法.它是一种高通量的随机突变筛选技术,可以对目的基因进行多次重组和选择,得到性质优良的突变文库.介绍了DNA改组技术的原理及其在酶工程中的应用.     

碱裂解法提取细菌质粒DNA的改良

碱裂解法是目前最为广泛应用的细菌质粒DNA的提取方法。但该法提取DNA所需时间较长,通常需要2h以上。为了快速提取质粒DNA,对常规碱裂法中溶液Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、RNA酶A及无水乙醇的反应时间由原来的5min,5min,10min,30min,10min分别缩短至5s,1min,5s,10min,5min。这种改良方法极大地缩短了DNA的提取时间,可在30min内完成整个DNA的制备,且制备的DNA可直接应用于进一步的酶切,连接及PCR等各种分子生物学分析。     

新一代高通量测序与稳定性同位素示踪DNA/RNA技术研究稻田红壤甲烷氧化的微生物过程

[目的]利用新一代高通量测序技术分析复杂土壤环境中整体微生物群落结构的变化规律,研究特定功能微生物生理过程的分子机制;利用稳定性同位素示踪微生物核酸DNA/RNA,研究复杂土壤中关键元素转化的微生物调控机制.[方法]针对我国第四纪红色粘土母质发育的3种稻田红壤,围绕13C-甲烷好氧氧化的微生物过程,在DNA和RNA水平高通量测序土壤微生物群落16S rRNA基因和16S rRNA,通过超高速密度梯度离心土壤微生物总核酸获得13C-标记的DNA/RNA,进一步采用克隆文库技术研究稻田红壤甲烷好氧氧化的微生物作用者.[结果]新一代高通量测序结果表明,3种稻田红壤甲烷的好氧氧化过程中,甲烷好氧氧化菌占土壤整体微生物群落的丰度显著增加,RNA水平的增幅显著高于DNA水平,能够更为灵敏地反映土壤甲烷好氧氧化的微生物过程.3种稻田红壤甲烷的好氧氧化过程中,类型Ⅰ和类型Ⅱ甲烷好氧氧化菌在湖南古市土壤中显著增加,湖南桃源土壤中类型Ⅱ甲烷好氧氧化菌增加明显,而类型Ⅰ甲烷好氧氧化菌在广东雷州土壤中增幅最大.进一步利用13C-DNA和13C-RNA分别构建pmoA基因和16S rRNA克隆文库,发现类型Ⅰ甲烷好氧氧化菌主导了湖南古市和广东雷州稻田红壤甲烷的好氧氧化过程,类型Ⅱ甲烷好氧氧化菌主导了湖南桃源稻田红壤甲烷的好氧氧化过程.[结论]新一代高通量测序技术能够在整体微生物群落水平,清楚反映复杂土壤中特定功能微生物的生理生态过程,而RNA较DNA水平的分析更为灵敏;稳定性同位素示踪微生物核酸DNA/RNA技术能够准确地揭示复杂土壤重要过程的微生物作用者.