一种DNA扩增的新技术： 利用热稳定的Bst DNA聚合酶驱动跨越式滚环等温扩增反应

Bst DNA聚合酶具有热稳定性、链置换活性及聚合酶活性,在体外DNA等温扩增反应中起重要作用. 本文利用Bst DNA聚合酶的5′→3′聚合酶、核苷酸（末端）转移酶及链置换酶活性发展了一种新的体外环式DNA扩增技术跨越式滚环等温扩增(saltatory rolling circle amplification,SRCA)．在SRCA反应中,Bst DNA聚合酶以上游引物P1为模板合成其互补链RcP1,并和P1形成双链DNA|之后,Bst DNA聚合酶用其核苷酸转移酶活性在其P1的3′末端沿5′→3′方向随机掺入脱氧核糖核苷酸聚合形成寡聚核苷酸（dNMP)m序列,即DNA的合成反应跨越了RcP1 与下游引物P2之间的缺口|然后,以下游引物P2为模板形成互补序列（RcP2）;接着,Bst DNA聚合酶继续将脱氧核糖核苷酸随机添加到RcP2的3′末端,形成（dNMP)n序列．继而,Bst DNA聚合酶以RcP1为模板,继续催化聚合反应合成互补新链,并通过其链置换酶活性替换P1|如此往复,形成［P1-(dNMP)m-RcP2-(dNMP)n …］序列．本文通过电泳、酶切、测序等方法对扩增产物进行分析,演绎出上述扩增过程,并就工作原理进行了讨论．该反应可能对开发等温扩增技术检测微生物有一定助益,也为解释环介导等温扩增技术中假阳性反应和滚环等温扩增反应中的背景信号提供了线索．     

DNA错配修复基因mutS的高效表达及表达产物活性鉴定

将DNA错配修复基因mutS(2.56kb)克隆于分泌型原核表达载体pET32a( )上,以N端融合6个组氨酸的形式在E.col AD494(DE3)中进行了IPTG诱导表达。SDS－PAGE分析证实有一与预期分子量相应的诱导表达条带,其表达量占全菌蛋白质的35％左右,且表达蛋白以可溶形式存在。利用固定化金属离子（Ni^2 )配体亲和层析柱纯化目的蛋白,其纯度为90％以上。与含有错配碱基DNA双链的结合反应证明该蛋白具有特异性识别,结合含有错配碱基DNA双链的生物活性。     

一种用于优化PCR引物设计的短链DNA熔点分析方法

目前,PCR引物设计主要依赖于软件对引物熔点的模拟计算,而PCR退火条件的优化需进行不同条件下的扩增实验。为开发一种可高效、精确评价引物和确定退火条件的方法,本研究采用高分辨率熔解曲线（high resolution melting,HRM）测定技术直接分析短链DNA的熔点,用于引物优劣性的评价,并为退火条件的优化提供参考。本文用HRM法直接测定了非完全互补的双链DNA以及DNA发卡结构的熔点,结果显示：（1）与完全互补的双链DNA相比,较为稳定的单碱基错配A?G、G?G和T?G的熔点只降低2℃ ~ 3℃,部分双碱基错配的熔点只降低4℃ ~ 6℃,单碱基突出熔点只降低4℃~ 5℃。因此,如果采用的退火温度不当,部分错配的非目的模板可能会被扩增。（2）即使发卡结构的茎干区只有6 bp,当其环区碱基少于10 nt时,其熔点也可达到60℃以上。此外,环区的长度对发卡熔点也有较大影响。根据本研究结果发现,引物设计时应尽量避免模板引物结合区同其邻近的30 nt碱基有6 bp以上的互补部分。综上所述,本研究证明HRM熔点法是一种高效评价引物及确定退火温度的方法。     

DNA聚合酶x家族的系统发育分析

随着DNA聚合酶x家族成员数量的增加,家族内部的系统发育需要重新检查,来自病毒和细胞的DNA聚合酶x家族成员顺序第一次被汇编在一起,进行系统发育分析。分析显示：真核生物DNA聚合酶beta(polβ)可能起源于病毒基因的水平转移;DNA聚合酶mu(polμ)基因仅存在于哺乳动物基因中,是脱氧核苷酸末端转移酶（TdT）的重复基因;DNA聚合酶lambda(polλ)可能是polμ和TdT的祖先基因,但在某些物种的进化过程中发生了基因丢失。     

DNA聚合酶高保真机理的新发现及其在SNP分析中的应用

高保真DNA聚合酶在遗传与进化等生命活动中具有十分重要的生理与病理意义。高保真聚合酶除具有广为人知的校正功能外,最近的实验进一步表明, 由不能及时校正或难于纠正的错配碱基引发的“关”闭DNA聚合反应的效应, 同样保证了DNA聚合反应终产物的纯度。高保真聚合酶这一“关”闭DNA聚合反应的能力, 促成了其与耐外切酶消化的3´末端碱基特异性引物共同构成一个SNP敏感性纳米级复合分子“开/关”,高保真聚合酶分子中相距三纳米的聚合中心和3´→5´外切酶酶解中心则既合作又独立地起到了复合分子开关中“开”和“关”的效能:对于配对的引物,则直接在该酶的聚合中心进行聚合反应,即“开”的效应;而对于3´末端错配的引物,则从该酶的聚合中心转移至3´→5´外切酶的酶解中心,由于引物修饰了的3´末端耐外切酶的特点,继而出现了一种长时间无酶解产物的酶解过程,最后因酶的聚合中心空转而“关”闭DNA聚合反应,即“关”的效应。这一新的复合分子“开/关”在很大程度上满足了后基因时代对SNP分析的要求。该SNP分子开关的应用, 使基因诊断提高到单碱基水平。同时, 利用该方法通过SNP对基因组扫描, 在单基因遗传病病因研究及法医学鉴定上具有很强的理论和实用价值。     

通过PCR进行长片段DNA的合成

利用PCR合成DNA长片段(Synthesis Large Frament DNA using PCR,SLFD PCR)是一种有效的合成长片段DNA的方法。采用一段已知的500～600bp碱基的DNA片段为PCR模板,根据所要合成的DNA序列可以设计一系列的PCR引物,这些引物都位于模板DNA的5’端,长度为50～60bp,且从5’到3’方向顺序重叠,重叠碱基数目为12～15,全部引物叠加所得到的DNA正是自己所要合成的DNA。这组引物中最3’端的一条含有一个BamH Ⅰ酶切位点,在该位点后面有15碱基与模板DNA5’端一致的序列。另外还设计一条与该模板匹配的下游引物,引物内也含有一个BamH Ⅰ酶切位点。首先采用5’端最右侧的引物与下游引物进行PCR,在PCR进行10个循环后,以此次PCR的产物为下一轮PCR的模板,该轮PCR采用右侧倒数第二个引物为上游引物,下游引物保持不变。采用类似的方法,完成所有的PCR循环,就可以得到所需要合成的DNA长片段。该方法尤其适合100～200碱基左右的长片段DNA的快速合成与克隆。     

DNA片段的高效克隆

用Taq酶进行PCR扩增时,其PCR产物的3末端有一个附加的A碱基。因此,目前在克隆PCR产物时一般使用T－VCctor。但T—Vector的价格比较昂贵,而使用本试剂盒也可在短时间内使PCR产物与平滑末端载体进行高效连接。PCR产物与平滑末端的载体连接时,有必要除去3廉端的附加碱基,并使其5末端磷酸化。使用TaKaRaBKLKit（BllllltillgKillstiollLigstiollKit）可使这一连串的反应在短时间内完成。PCR产物的末端平滑化与磷酸化反应在一个反应体系内同时进行,一次反应后便可得到能够用于连接的DNA片段。用于连接反应的PCR产物无需进…     

DNA序列测定的化学断裂法

Maxam和Gilbert化学断裂测定DNA序列法最近巳发表(PNAS,vol.74:2,p.560-564,1977)。此法利用四组不同化学反应,在一个末端以~(32)p标记的DNA分子上专一的破坏一种碱基,使DNA链部分地断裂,以形成一系列在该碱基重复出现的部位断开的、长短不一的带~(32)p标记末端的DNA片段。在聚丙烯酰胺凝胶电泳中,这些片段根据大小依次被分离,并显示出该碱基在链上断裂的位置。以分别对腺嘌     

应用T/A策略克隆乙肝病毒pC/C及C基因

以克隆乙型肝炎病毒pC/C及C基因为例,报道了在DNA重组中,当目的基因与载体末端不匹配时可采取的一新方法.用内切酶切取的基因片段为平端时,可在含dATP的反应体系中,用Taq酶的末端转移酶活性在其3′末端加上单个碱基(dA)的突出尾;基因片段为3′凹端时,可在含4种dNTP的体系中,利用Taq酶的聚合酶活性先将其末端补平,再经末端转移酶活性在其3′末端加dA尾;末端经此修饰的基因片段可亚克隆至T载体中,再克隆于其他表达载体中.     

大肠杆菌DNA聚合酶Ⅰ的“碱基选择”作用

用双脱氧核苷酸研究了大肠杆菌ＤＮＡ聚合酶Ⅰ的Ｋｌｅｎｏｗ片段的“碱基选择”作用．当引物末端为３’ＯＨ时,Ｍｎ２＋代替Ｍｇ２＋对ｄＮＴＰ的Ｋｍ影响不大,而使ｄｄＮＴＰ的Ｋｉ大大降低,非配对的ｄｄＮＴＰ仍无抑制作用。当引物末端为ｄｄＮＭＰ且与模板配对时是ＤＮＡ合成的抑制剂,与模板配对的下一个ｄＮＴＰ可增强这一抑制作用,Ｍｎ２＋代替Ｍｇ２＋使ｄＮＴＰ的诱导作用大大增强而ｄｄＮＴＰ无诱导作用。这些结果表明引物末端对于酶选择核苷酸起着重要作用,ＤＮＡ聚合酶Ⅰ选择核苷酸的过程应是个有序的构象变化的过程。下一互补核苷酸的结合抑制３＇→５＇外切活性对引物末端ｄｄＮＭＰ的水解作用为此提供了又一证据。     

3种鲤科鱼β珠蛋白基因的比较研究

根据 β珠蛋白的N末端和C末端氨基酸序列的保守性设计 2 0bp长的简并引物 ,用RT PCR方法扩增并克隆了鲤、草鱼、鲫的 β珠蛋白基因cDNA。结果显示克隆 3种鱼的 β珠蛋白基因cDNA全长为 4 4 1bp。对它们所编码的氨基酸序列的比较可以看出虽然它们都属于鲤科但氨基酸的组成却有较大的差异。根据所克隆的cDNA分别设计特异引物用PCR方法克隆了 3种鱼的基因组DNA全长 ;从起始密码子到终止密码子的长度分别为鲤 6 6 7bp、草鱼6 2 9bp、鲫 6 6 7bp。 3种鱼中均含有 3个外显子和 2个内含子且内含子的插入位置相同。内含子的碱基序列差异很大。鲫与鲤内含子 1和 2的长度完全相同 ,而与草鱼的内含子长度则相差较大。     

DNA聚合酶与引物/模板的相互作用对PCR效率的影响

PCR是体外酶促合成特异DNA片段的一种方法,引物的优劣直接关系到PCR的特异性与成功与否。传统的PCR引物设计软件基本上忽略了DNA聚合酶与引物/模板的亲和性对PCR效率的影响。为揭示DNA聚合酶与引物/模板的相互作用是否对PCR的效率有影响,通过构建Taq DNA 聚合酶与不同序列引物/模板DNA相互作用的三维结构模型,采用MM/GBSA方法计算复合物的结合自由能,以结合自由能为参数,为人血清白蛋白基因(Human Serum Albumin gene,HSA gene)和结核杆菌pyrF基因(Mycobacterium tuberculosis pyrF gene)设计了PCR引物。PCR实验结果表明,引物的PCR效率与结合自由能相关：引物与聚合酶的结合自由能越低,PCR实验的效率相对越高。这说明DNA聚合酶与引物/模板的相互作用对PCR效率有重要影响。因此,引物/模板DNA与聚合酶的结合自由能可以作为PCR引物设计的新参数。     

DNA聚合酶X家族的起源与进化分析

随着DNA聚合酶X家族成员数量的增加,家族内部的系统发育需要重新检查。来自病毒和细胞的DNA聚合酶X家族成员序列第一次被汇编在一起,进行系统发育分析。分析显示：真核生物DNA聚合酶bcta(polβ)是这个家族的祖先基因,可能与昆虫痘病毒(EPv)之间发生过基因的水平转移;DNA聚合酶mu(polμ)基因仅存在于哺乳动物基因组中,是脱氧核苦酸末端转移酶(TdT)的重复基因;这个家族在低等真核生物的种系进化过程中发生了基因丢失。     

RAPD 技术在药用植物绞股蓝鉴别中的初步研究

运用RAPD技术对绞股蓝(Gynostemma pentaphyllum)及其伪品进行DNA指纹图谱的鉴别研究.采用改进的CTAB法提取七叶绞股蓝、五叶绞股蓝、乌蔹莓(Cayratia japonica)3种植物的总DNA,主要以七叶绞股蓝DNA为模板,采用随机引物WGS001进行PCR扩增,对反应体系包括模板、Mg2 、Taq酶、牛血清白蛋白(BSA)、退火温度进行优化.优化的反应体系总体积25 μL ,含MgCl2 2 mmol/L、dNTP 0.2 mmol/L、引物 0.4 μmol/L、模板60 ng、Taq 酶1 U、BSA 2 μg/μL,退火温度58℃.用10条含20个碱基的随机引物对以上3种植物总DNA作PCR扩增,进行引物筛选.筛选得到的两条随机引物(WGS001、WGS004)可扩增得到识别这些物种基因组DNA的多态性片段.这些片段可以有效地鉴别绞股蓝和乌蔹莓.     

DNA错配修复基因mutS的高效表达及表达产物活性鉴定

将DNA错配修复基因mutS（2.56kb）克隆于分泌型原核表达载体pET32a（+）上,以N端融合6个组氨酸的形式在E.coliAD494(DE3) 中进行了IPTG诱导表达。SDSPAGE分析证实有一与预期分子量相应的诱导表达条带,其表达量占全菌蛋白质的35％左右,且表达蛋白以可溶形式存在。利用固定化金属离子（Ni²⁺）配体亲和层析柱纯化目的蛋白,其纯度为90％以上。与含有错配碱基DNA双链的结合反应证明该蛋白具有特异性识别、结合含有错配碱基DNA双链的生物活性。     

PCR产物末端性质的分析研究

利用PCR、UT-PCR、克隆及测序等技术,对强直性肌营养不良基因（MT-PK）3′-非翻译区分别用Taq,Taq＋Pwo DNA聚合酶进行了扩增、克隆和测序,研究了PCR产物末端组成情况,并比较了上述两种DNA聚合酶对PCR产物末端的影响.结果在用Taq DNA聚合酶扩增的PCR产物主要得到3′端突出1个A（占67.3％,35/52）;在Taq＋Pwo DNA聚合酶扩增的PCR产物末端中得到3′端+A的仅占17.4％,而－1的占34.8％,与前者显著不同.表明PCR扩增产物的末端是复杂多样的.     

蛋白质起始的DNA病毒复制机制

DNA聚合酶在DNA合成过程中需要的引物包括RNA引物、DNA自我引物和蛋白质引物3种类型。新DNA链(如冈崎片段)的复制多是在DNA模板上合成一段RNA引物,细小病毒利用其基因组末端的反向末端重复序列(ITRs)自我折叠成DNA引物,而一些DNA、RNA病毒及真菌质粒起始复制反应的引物则是蛋白质。以感染原核生物的噬菌体Phi29和真核DNA病毒腺病毒为例,从复制过程所涉及的蛋白质、对复制原点的识别、复制起始反应、新链的延伸、复制终止过程等方面详细阐述DNA病毒由蛋白质引发的复制机制,并对已商品化的Phi29 DNA聚合酶产品多重置换扩增及单细胞测序等的应用以及基于噬菌体Phi29蛋白质起始的最小复制系统体外扩增异源DNA等最新的应用研究作相关总结介绍。     

PNKP在DNA损伤修复中的作用

多聚核苷酸激酶/磷酸酶(polynucleotide kinase/phosphatase,PNKP)是一种DNA末端修复酶,同时具有激酶和磷酸酶活性,在DNA单链断裂修复途径、碱基切除修复途径以及DNA双链断裂修复中的非同源末端连接途径中发挥着至关重要的作用。近年来,由于一种与PNKP相关的常染色体隐性遗传病——MCSZ综合征的发现,使得人们对PNKP的关注度进一步增加。笔者从与PNKP相互作用的X射线交叉互补修复基因1(X-ray repair cross-complementing group 1,XRCC1)、X射线交叉互补修复基因4(X-ray repair cross-complementing group 4,XRCC4)和毛细血管扩张性共济失调突变基因(ataxia-telangiectasia mutated,ATM)入手,对PNKP在DNA损伤修复中的作用进行概述。     

噬菌体434单链阻遏蛋白高亲和力DNA配体的筛选和设计

单链阻遏蛋白R R_TRES是噬菌体434阻遏蛋白的衍生物,含有两个DBD(DNA结合结构域),一个是野生型噬菌体434的DBD-R,另一个是突变型DBD-R_TRES,二者用重组接头以头接尾的方式连接起来.R_TRES的α-3-螺旋中-1,1,2,5位DNA结合氨基酸分别为T,R,E,S. 利用核心序列是CATACAAGAAAGNNNNNNTTTATG的随机DNA库, 体外循环筛选R_TRES的DNA结合位点,将筛选到的群体克隆、测序.单链阻遏蛋白RR_TRES的亲和力测定表明,最适操纵区序列含有TTAC或TTCC(上述画线部分)时,K_d值在10^-12~10^-11mol/L的范围.天然噬菌体434阻遏蛋白与其操纵区的亲和力的K_d值在10^-9 mol/L数量级,与之相比,所筛选操纵区的亲和力明显提高.同时发现,亲和力大小还受到最适结合位点两侧碱基的影响,特别是5′位碱基的影响.根据R_TRES的识别特性,设计了共有序列为GTAAGAAARNTTACN或GGAAGAAARNTTCCN (R为A或G)的单链阻遏蛋白R_TRES R_TRE的操纵区序列.结果表明,它们之间有特异性结合,且亲和力也很高.此方法可望用于其他DNA结合蛋白新的结合特异性的筛选.     

转录因子与DNA识别的立体化学规律

转录因子-DNA的识别包含普遍性的化学规律和特异性的立体化学规律.转录因子的识别螺旋以特异性方式结合于DNA,位于一侧的大沟内.识别螺旋的“残基连线”和碱基的“碱基连线”之间吻合使两者完全匹配,它通常涉及最多3圈α螺旋和3～5 bp.决定氨基酸残基和碱基相互关系的结合几何图形表示为立体化学图,它表明了识别的特异性.在该基础上总结成转录因子识别DNA的立体化学规律.