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适于AFLP分析的非洲紫罗兰DNA提取方法研究



全 文 :·生物技术· 北方园艺2012(22):104~107
第一作者简介:孙永健(1983-),男,硕士,助教,现主要从事生物化
学及分子生物学方面的教学与研究工作。E-mail:syjwonderful@
yahoo.com.cn.
责任作者:张磊(1952-),男,本科,教授,现主要从事遗传学及植物
细胞工程方面的研究工作。
基 金 项 目:天 津 市 科 技 支 撑 计 划 重 点 资 助 项 目
(09ZCKFNC01600)。
收稿日期:2012-07-18
适于AFLP分析的非洲紫罗兰DNA提取方法研究
孙 永 健1,孙   宁2,曹 智 攀3,陈 小 强2,张 乃 楠2,张   磊2
(1.天津天狮学院,天津301700;2.天津农学院,天津300384;3.中国医学科学院 天津血液学研究所,天津300020)
  摘 要:以非洲紫罗兰同一植株的叶片和茎段为试材,采用新鲜组织提取、烘干组织提取、冷
冻干燥组织提取的3种不同预处理方法,并采用DNA Kit、CTAB-Ⅰ、CTAB-Ⅱ3种提取方法,比较
分析了DNA片断大小及不同方法提取DNA的纯度与得率,以期确定适用于多酚、多糖、水分含
量高的非洲紫罗兰的DNA提取方法。结果表明:采用冷冻干燥组织提取法,经改良的CTAB?Ⅱ
法,即在2次抽提步骤中,加入一步利用CTAB沉淀液沉淀DNA的方法最适合非洲紫罗兰DNA
提取。这样得到的基因组DNA可作为后续分子水平研究的优良PCR模板。
关键词:DNA提取;非洲紫罗兰;CTAB;冷冻干燥;AFLP分析
中图分类号:S 681.2 文献标识码:A 文章编号:1001-0009(2012)22-0104-04
  随着分子生物学技术的飞速发展,基因分析在花卉
学上的应用日趋广泛,基因组DNA的提取和纯化作为
基因分析的关键步骤,其方法的灵敏度、特异性直接影
响基因分析的结果。因此,许多学者一直在努力探索各
种基因组DNA的提取方法[1-5]。由于不同植物的内含
物种类及含量存在一定差异,在实际工作中,科技工作
者通常会根据研究对象和目的不同对现有DNA提取方
法进行修正。非洲紫罗兰(Saintpaulia ionantha)为苦苣
苔科多年生常绿宿根草本花卉,又名非洲堇。目前,世
界各地的园艺品种已达上千种,是极好的室内观赏花
卉。在基因水平上对非洲紫罗兰进行研究,有利于开展
其种质资源创新和新品种培育工作[6-7]。该研究试图通
过对不同方法的比较和分析,最终确定一套最适于非洲
紫罗兰DNA的提取的方法,为多酚、多糖、水分含量高
的植物组织的DNA提取提供借鉴[8]。
1 材料与方法
1.1 试验材料
供试样品为同一植株叶片和茎段的非洲紫罗兰,该
植株是从香港非洲紫罗兰协会的“伊华堇舍”引进的稳
定型缟花品种“Sunray Trail”。
1.2 试验方法
1.2.1 材料的预处理 鼓风干燥法:将新鲜的供试材料
放在滤纸上,置入设定好的鼓风干燥箱。温度设定为
65℃,干燥6h,待材料烘干后,取出置于-20℃下保存备
用。冷冻干燥法:将新鲜的供试材料用纱布裹好,置入
-20℃下冷冻24h。取出放在培养皿中,将培养皿敞口
放在真空冷冻干燥机中,抽真空冷冻干燥24h,待材料
干燥后,取出置入-20℃下保存备用。
1.2.2 DNA的提取 DNA Kit法:根据TIANGEN植
物基因组提取试剂盒说明书进行。CTAB?Ⅰ法:(1)准确
称取0.5g样品于事先预冷过的研钵中,加液氮研成细
粉,迅速转入2mL的离心管中,加入1.3mL 65℃预热
的CTAB提取液,上下颠倒充分混匀。在65℃水浴中保
温30min,每隔10min上下颠倒缓慢混匀10次。(2)取
出后冷却至室温,在转速为14 000r/min下,离心10min。
取上清800μL转入另一个2mL离心管中,加入等体积
(800μL)的氯仿/异戊醇(体积比为24∶1),上下颠倒充
分混匀。在转速为12 000r/min,时间为10min的条件
下进行离心。(3)重复第(2)步1~2次。(4)吸取上清
700μL转入1.5mL离心管中,先加入1/10体积约70μL
的乙酸钠,再加入等体积约700μL预冷的异丙醇,于
-20℃静置2h以上或至沉淀出现。(5)在温度为4℃,
转速为14 000r/min,时间为15min的条件下进行离心。
弃去上清,70%乙醇洗沉淀2次(2mL和1mL各1次),
期间将沉淀转入1.5mL离心管中,室温晾干。(6)加入
100μL TE(pH 8.0),室温下溶解DNA至沉淀消失,
65℃保温15min。加入10mg/mL RNase A 2μL(终浓
度200ng/μL),混匀,37℃保温2h以上。(7)20℃静置
12h以上,-20℃保存。CTAB?Ⅱ法:(1)、(2)步方法同
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CTAB?Ⅰ法。(3)取上清600μL转入另1个离心管中,加
入2倍体积(1 200μL)的CTAB沉淀液,上下颠倒1min
让其混匀,静置30min。在转速为12 000r/min,时间为
10min的条件下进行离心。(4)弃去上清,倒置挥发掉
水分,加入800μL浓度为1.2mol/L的NaCl溶液,将
沉淀溶解,混匀。加入等体积(800μL)的氯仿/异戊醇,
颠倒混匀5min。在转速为12 000r/min,时间为10min
的条件下进行离心。(5)、(6)、(7)步同CTAB?Ⅰ法的(4)、
(5)、(6)步。(8)加入TE(pH 8.0)0.4mL,再加入等体积
(0.5mL)的氯仿/异戊醇(24∶1),轻轻颠倒摇匀2min,在
转速为10 000r/min,时间为10min的条件下进行离心。
(9)重复CTAB?Ⅰ法的(4)、(5)步。(10)加入100μL TE
(pH 8.0),室温下溶解 DNA至沉淀消失,65℃保温
15min。20℃静置12h以上,-20℃保存。
1.2.3 DNA的检测 DNA片段大小:取所提DNA溶
解液8μL加2μL溴酚兰,用1%琼脂糖凝胶(含50μL/L
EB),在0.5×TBE电泳缓冲液中80V电泳,待溴酚兰迁
移至胶的2/3时停止电泳,取出凝胶在紫外透射分析仪
上观察结果并照相。DNA纯度和得率:取20μL DNA
提取液,加入1 980μL TE制成100倍稀释液,用UV-
1600型紫外可见分光光度计测定其在波长230、260和
280nm下的吸收值。OD260/OD230应大于2.0,当小于
2.0时,表明溶液中有残存的盐和小分子杂质,如核苷
酸、氨基酸、酚等。纯的DNA溶液其OD260/OD280应为
1.8,大于1.9则有RNA污染,小于1.6说明有蛋白质或
酚类污染。核酸浓度可按以下公式计算:DNA浓度
(μg/μL)=OD260×50×N(样品稀释的倍数)/1 000。对
于双链DNA,OD260=1.0时溶液浓度为50μg/mL,DNA
的得率按以下公式计算:DNA质量浓度(μg/μL)×原提
取液体积(μL)/叶片鲜重(g)。CTAB?Ⅱ法提取DNA的
AFLP检测:在37℃条件下,用限制性内切酶EcoRⅠ和
MseⅠ对CTAB?Ⅱ法提取的DNA双酶切4h,酶切反应体
系15μL(模板DNA 0.2μg,EcoRⅠ和 MseⅠ内切酶各
2.5U;10×Bufe 1.5μL;去离子水补齐体系)。连接体
系25μL(酶切产物15μL,T4连接酶2U,T4DNA 10×
Bufer 2.5μL,5pM的EcoRⅠadaptor 1μL,50pM的MseⅠ
adaptor 1μL)。预扩增体系20μL(连接产物1μL,
50μM的EcoRⅠ预扩引物0.2μL,50μM的MseⅠ预扩引
物0.2μL,1UTaqDNA聚合酶,2mM dNTP 2μL,10×
PCR Bufer 2μL)。预扩增反应程序为:94℃,30s;56℃,
1min;72℃,1min;共24个循环。选择性扩增体系20μL
(稀释20倍的预扩产物5μL,50μM 的EcoRⅠ引物和
50μM的MseⅠ引物各0.1μL,Taq DNA聚合酶0.8U,
2mM的dNTP 2μL,10×PCR Bufer 2μL)。扩增程序
为:94℃预变性30s,[94℃变性30s,65℃(-0.7℃/循
环)复性30s,72℃延伸1min]×13个循环,[94℃变性
30s,56℃复性30s,72℃延伸1min]×23个循环,72℃
保持5min。PCR产物加入变性胶上样缓冲液20μL,
95℃下变性5min,然后迅速置于冰上冷击,取2~3μL
变性产物在6%变性聚丙烯酰胺凝胶上进行电泳检测。
表1 AFLP分析的接头和引物序列
EcoRI(E)5’-3’ MseI(M)5’-3’
接头1 CTCGTAGACTGCGTACC  GACGATGAGTCCTGAG
接头2 AATTGGTACGCAGTC  TACTCAGGACTCAT
预扩增引物 GACTGCGTACCAATTC(E00) GATGAGTCCTGAGTAA(M00)
选择扩增
引物
GACTGCGTACCAATTCAAC(E11)
GACTGCGTACCAATTCACG(E12)
GACTGCGTACCAATTCATT(E13)
GACTGCGTACCAATTCAGA(E14)
GATGAGTCCTGAGTAACAC(M1)
GATGAGTCCTGAGTAACTA(M2)
GATGAGTCCTGAGTAACCG(M3)
GATGAGTCCTGAGTAACGT(M4)
2 结果与分析
2.1 材料的预处理方法对DNA提取的影响
2.1.1 新鲜组织的提取 采用CTAB?Ⅱ法,对非洲紫罗
兰新鲜的叶片与茎段进行DNA的提取,电泳结果见图
1。叶片DNA所在泳道几乎无光亮的条带存在,茎段
DNA所在的泳道呈一条微弱的亮带。说明基本没有从
新鲜的叶片组织中提取到DNA,并且从新鲜茎段中所提
取到的DNA非常少,不足以作为后续试验的高质量的
模板DNA,因此以新鲜组织作为供试材料不能达到理想
的效果,需要对材料进行前期的处理。
图1 新鲜材料DNA提取结果
注:1:叶片 DNA;2:茎段 DNA;M1:λDNA(25ng/μL);M2:
λDNA(50ng/μL);M3:λDNA(100ng/μL)。图2、3同。
2.1.2 烘干组织的提取 采用CTAB?Ⅱ法,对经过
65℃,6h烘干处理的非洲紫罗兰叶片与茎段进行DNA
的提取,电泳结果见图2。尽管叶片与茎段所在泳道呈
现的光亮条带明显,但DNA的弥散现象较为严重,说明
所提取的DNA发生了降解,即烘干法的处理过程中对
供试材料的DNA产生了损伤,导致其降解,不能为后续
试验提供优质的DNA模板。
2.1.3 冷冻干燥组织的提取 采用CTAB?Ⅱ法,对经冷
冻干燥处理的非洲紫罗兰叶片与茎段进行DNA的提
取,电泳结果见图3。叶片与茎段所在泳道均呈现1条
较整齐的亮带,无弥散现象,表明提取量较多,DNA完整
无降解,可以作为高质量的DNA模板。说明冷冻干燥
法在对材料处理的过程中,对DNA没有伤害,而且可以
将含水量高的材料中的水分充分挥发掉。
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图2 烘干材料DNA提取结果
图3 冷冻干燥材料DNA提取结果
2.2 不同方法提取DNA的片断大小
分别采用DNA Kit、CTAB?Ⅰ和CTAB?Ⅱ3种方法对
经冷冻干燥处理的非洲紫罗兰叶片进行DNA提取。由
图4可知,利用3种方法得到DNA的片段大小不同。
CTAB?Ⅰ和CTAB?Ⅱ法提取的DNA的片段长度为48kb。
DNA Kit法提取DNA片段长度明显比CTAB法提取
DNA片段少约800bp。从3种方法提取DNA片段长
度来看,CTAB法优于DNA Kit法。
图4 3种方法提取的DNA片段大小对比
注:1,3,5:叶片DNA;2,4,6:茎段DNA;1,2:DNA Kit法;3,4:
CTAB?Ⅰ法;5,6:CTAB-Ⅱ法;M1:λDNA(25ng/μL);M2:λDNA
(50ng/μL);M3:λDNA(100ng/μL)。
2.3 不同方法提取DNA的纯度与得率
由3种方法提取的 DNA电泳结果见图4。经
CTAB?Ⅰ法提取的DNA,点样孔残留发亮现象较严重,表
明DNA纯度较低,糖类、酚类、单宁等杂质含量较多,会
影响后续 AFLP分析的酶切反应。DNA Kit法与
CTAB?Ⅱ法所提DNA纯度较高。经紫外分光光度计测
定结果见表2,不同的方法提取DNA的 A260/A280和
A260/A230比值差别较大。DNA Kit、CTAB?Ⅰ、CTAB?Ⅱ法
提取DNA的A260/A280比值分别为1.823、1.719、1.807;
A260/A230比值分别为2.946、2.127、3.551。CTAB?Ⅱ法提
取的DNA样品纯度最高。DNA Kit、CTAB?Ⅰ、CTAB?Ⅱ
法得率分别为0.274、0.251、0.309mg/g。其中,CTAB?Ⅱ
法得率最高。从3种方法得到DNA的纯度和得率考
虑,可选择CTAB?Ⅱ法为非洲紫罗兰DNA最适宜的提取
方法。
表2 不同种方法提取DNA的纯度和得率
方法 A280 A260 A230 A260/A280 A260/A230
DNA浓度
/μg·μL-1
DNA得率
/mg·g-1
DNA Kit 0.150 0.274 0.093  1.823  2.946  1.370  0.274
CTAB?Ⅰ 0.146 0.251 0.118  1.719  2.127  1.255  0.251
CTAB?Ⅱ 0.171 0.309 0.087  1.807  3.551  1.545  0.309
  注:表中所列不同波长下吸光度值为多个材料的平均值。
2.4 CTAB?Ⅱ法提取DNA的AFLP扩增
为了进一步证明CTAB-II法是适于非洲紫罗兰基
因组AFLP分析的DNA提取方法,将利用其得到的基
因组DNA进行了AFLP扩增。扩增产物的电泳结果
(图5)表明,扩增产物带型清晰、整齐、稳定、无拖尾现
象,条带集中在150~650bp之间。该结果表明CTAB-I
法提取的DNA质量较高,能用作PCR模板来开展非洲
紫罗兰分子水平的研究。
图5 AFLP标记部分引物组合的扩增效果
注:1,3,5,7:叶片;2,4,6,8:茎段。
3 讨论
在植物DNA提取过程中,获得足够高质量DNA是
研究人员追求的主要目标,它与后续研究工作能否顺利
进行密切相关[9]。提取植物DNA的方法中关键的3步
为:破碎细胞壁和细胞膜使DNA释放到提取裂解液中;
消除蛋白质、多糖、色素等杂质的污染;防止DNA的降
解。一般认为质量好的DNA的标准是:分子量保留较
大;可被限制性内切酶完全消化;有清晰的和强的PCR
扩增式样。植物细胞内含物种类和数量是影响DNA质
量的重要因素。研究表明,提取非洲紫罗兰DNA的困
难在于其组织中含有大量水分和较多的酚类及多糖类
物质[10]。
利用新鲜的组织进行DNA提取时,组织内的水分
在研磨过程中被释放出来,稀释了后续加入的CTAB裂
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解液,导致细胞裂解不充分,DNA得率便大大下降甚至
完全不能提取到DNA。虽然烘干的方法能够很好的去
除组织中所含的水分,但是DNA在长时间的高温环境
中受到了破坏,导致部分降解,质量下降,也不能够作为
后续试验的高质量模板。研究表明,采用真空冷冻干燥
机对含水量大的植物组织进行冻干处理,既可以很好的
去除水分,又对组织中的DNA起到了良好的保护作用,
为DNA的提取提供了一个良好的材料基础。
由于DNA Kit法的原理是对DNA进行特异性的
吸附,因此所提取的DNA纯度较高,基本不含其它细胞
内含物。但对于所提DNA片段长度来说,CTAB法优
于DNA Kit法,而且 DNA Kit法的成本也较高。
CTAB?Ⅱ法是在2次抽提之间增加了一步加入CTAB沉
淀液的步骤,并在DNA沉淀再溶解后,增加了再次抽
提,和二次沉淀的步骤,这样可以最大限度的将所提取
的DNA与其它细胞内含物分开。提高了DNA的纯度,
避免了蛋白多糖等物质将DNA包裹,影响后续的酶切
试验。另外,多酚类物质会氧化生成一些褐色的非可溶
性物质与DNA结合,在提取缓冲液中加入适量的抗氧
化剂能有效抑制多酚类物质氧化褐变。该研究中
CTAB法在原来方法基础上将裂解缓冲液中加入质量
分数为2%的PVP有效防止了多酚类物质的氧化[11-12]。
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Study on DNA Extraction of Saintpaulia ionanthafor AFLP Reaction System
SUN Yong-jian1,SUN Ning2,CAO Zhi-pan3,CHEN Xiao-qiang2,ZHANG Nai-nan2,ZHANG Lei 2
(1.Tianjin Tianshi Colege,Tianjin 301700;2.Tianjin Agricultural University,Tianjin 300384;3.Tianjin Institute of Hematology,Chinese
Academy of Medical Sciences,Tianjin 300020)
Abstract:Taking the same leaves and stems of Saintpaulia ionantha as materials,fresh tissue extraction,drying tissue
extraction,freeze drying tissue extraction,3diferent pre-treatment were adapted,also DNA Kit,CTAB-Ⅰ,CTAB-Ⅱ3
diferent extraction methods were adopt,to compare DNA fragment size,purity and yield throagh diferent extraction
method.The best DNA extraction method for Saintpaulia ionantha which contained more polysaccharide polyphenols and
moisture was determined.The results showed CTABⅡmethod and the material processed by freeze-drying before test,
namely,in the second extraction steps,added CTAB preeipitation in the method of DNA precipitation methed.DNA
received by this method could be used as template for PCR in study at further molecular research.
Key words:DNA extraction;Saintpaulia ionantha;CTAB;freeze-drying;AFLP analysis
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