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Analysis and improvement of high-quality RNA extraction in leaves of mangrove plants

红树植物叶片总RNA提取方法比较与优化


分别采用三种植物RNA提取试剂盒、改良的CTAB-LiCl法和CTAB-异丙醇法五种方法提取四种红树植物叶片总RNA,并用紫外光谱、琼脂糖凝胶电泳、cDNA合成和real-time PCR等手段对提取效果进行鉴定.反复试验表明:五种方法对白骨壤Aricennia marina叶片总RNA提取均有良好的效果.Tiangen RNA提取试剂能够成功提取秋茄Kandelia candel、桐花树Aegiceras corniculatum、白骨壤的总RNA,提取的木榄Bruguiera gymnorrhiza总RNA浓度低、杂质较多,且稳定性较差,在对该方法改良后则能够成功提取木榄的总RNA.Invitrogen试剂盒对木榄和秋茄叶片均有良好的提取效果,但是对桐花树提取的RNA易受到蛋白的污染.CTAB-LiCl法和CTAB-异丙醇法提取的RNA总产量偏低,提取时间较长,且实时定量结果表明,两种方法反转录效率较试剂盒方法也偏低.

Five extraction methods including Takara RNA,Tiangen kit,Invitrogen kit,modified CTAB-LiCl and CTAB-isopropyl alcohol method were compared for extracting total RNA from the leaves of four mangrove plants(Bruguiera gymnorrhiza,Kandelia candel,Aegiceras corniculatum,and Aricennia marina).The five methods were all suitable for total RNA extraction in leaves of A. marina.Tiangen kit was successfully used to extract the RNA in leaves of A.corniculatum,A.marina,and K.candel,but failed to extract the RNA in leaves of B.gymnorrihiza.Invitrogen kit extracted high quality RNA of 5.gymnorrihiza and K.candel,but could not remove the protein of leaves of A.corniculatum.The RNA amount extracted using CTAB-LiCl and improved CTAB-isopropyl alcohol methods was lower than using RNA extraction kits;besides,the efficiency of reverse transcription PCR of CTAB-LiCl and CTAB-isopropyl alcohol methods was lower.


全 文 :第30卷第2期
2011年4月
生态科学
EcologicalS ience
30(2):20l一206
Apr.2011
宋晖,王友绍.红树植物叶片总RNA提取方法比较与优化【J】.生态科学,20ll,30(2):20l一206.
SONGHuLwANGYou—sha0.AnalySisandimproyem朗tofhj曲·quaI姆RNAex昀cdoninl酗V豁ofm柏g∞veplants叨.£幻魄出耐
&艮聊P,20ll,30(2):20l-206.
红树植物叶片总RNA提取方法比较与优化
宋晖1’3,王友绍1’2’
1.中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境动力学重点实验室,广州510301
2.中国科学院大亚湾海洋生物综合试验站,深圳51812l
3.中国科学院研究生院,北京100039
【摘要】分别采用三种植物RNA提取试剂盒、改良的CTAB.LiCl法和CTAB.异丙醇法五种方法提取四种红树植物叶片总RNA,
并用紫外光谱、琼脂糖凝胶电泳、cDNA合成和rcal.thnePcR等手段对提取效果进行鉴定。反复试验表明:五种方法对白骨壤
一廊绷力肠耽州力口叶片总RNA提取均有良好的效果。Ti锄gcllI矾A提取试剂能够成功提取秋茄缸删如ff口c册如,、桐花树彳PgfcP阳J
cDr拧fc“,口f“历、白骨壤的总RNA,提取的木榄Bn倒加乃狮疗D门啸fz口总RNA浓度低、杂质较多,且稳定性较差,在对该方法改
良后则能够成功提取木榄的总RNA。InvinDg蚰试剂盒对木榄和秋茄叶片均有良好的提取效果,但是对桐花树提取的I泔A易受
到蛋白的污染。CTAB.Licl法和CTAB.异丙醇法提取的RNA总产量偏低,提取时间较长,且实时定量结果表明,两种方法反
转录效率较试剂盒方法也偏低。
关键词:红树植物;总I矾A:提取:方法比较
doi:10.3969/j.ism.1008-8873.2011.02.019中图分类号:Q95-3文献标识码:A 章编号:1008-8873(2011)02-20l-06
Analysisandmpmvementofllighquali姆RNAextractionillIeav链ofmangmVeplants
SONGHuil∞.Ⅵ恰NGY.ou.sha01’2·
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2M硎neBiolo斟Researchsl口lionotD叫dB睇Chin船eAcnde霄咿可Sci饥ces.shenzh朋518121.Ch讹
3.Gr口dIlnleSchool西theCh讯嚣eAc口aemy巧sciences,Be珏ing100039.Chi船
Abstract:Fiveex仃牡tion删弛odsincludingTak撒鼢n,Ti撇g∞l【it,IIlvi仃og阳l(it,modificdCTAB—LiClaIldCTAB-i∞propyl
alcoholm劬0dwerccomparedf-or x仃;蛐gtotalRNAf如m eleavesoffollfmangroVepl柚ts但r唧切.口母御加·r砌红口,X口,d纠妇
∞刑%彳曙耙P,.珊fD朋缸甜肠,甜脚,and彳,级御肠珊删M).皿e矗vem modsH伽all观i扭blef.orto脚RNA既咖cti∞inl∞V韶of彳.
小口,.f疗口.Ti柚g曲kitw勰弧ccess缸llyllscdto能劬IcttlleI己NAinleav器of彳.cD聊fc“,口f却朋,彳.聊口,f行口,柚d芷融‘butfailedto
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alcoholmetllodsw弱l嘶nerⅡmllsingRNAex柏ctionl【its;b∞id髓,tt圮emci蛐cyofrever∞们nscrjpti∞PCRofC1AB·LiCland
CrAB-isopropylalc holmethodswalower.
Keywords:M赳lgrovepI柚ts;totaIRNA;懿仃acti∞;anaIysis
收稿日期:20ll_02.22收稿,2011.04.15接受 、
基金项目:“十一五”国家科技支撑计划重点项目(2009BADB280606);国家自然科学基金项目(41076070);中国科学院知识创新工程重要方向
性项目(Kzc勉一Yw-Q07也,KSC勉-EWGl2C,KsCX2·Sw.132).
作者简介:宋晖(1984一)。女,博士研究生,研究方向:海洋生物学,Email:∞nghuigirl@gmail.啪
。通讯作者:王友绍(1963一)男,教授(二级),E·Inail:ysw雠g@scsio.∽.cn
万方数据
生态科学Ecolo舀calS ience 30卷
1弓I言(Introduction)
红树林是生长在热带、亚热带海岸潮间带的木
本植物群落,具有防浪护堤、过滤陆地径流及污染
物、减轻海洋污染,为鱼虾蟹贝和鸟类提供栖息和
觅食场所等重要的生态功能【1】。由于红树植物生长
于高盐海水的特殊生境,以及其特殊的生态功能,
关于红树植物耐盐机制、耐受重金属、多环芳烃和
多氯联苯等污染物机理以及植物种类进化等方面的
研究备受关注【2-川。
RNA是植物分子生物学重要的研究对象之一,
获得高质量的RNA则是后续RT-PCR、Northem杂交、
cDNA文库构建、实时定量PCR等分子生物学研究
的基础。目前用于植物RNA提取的方法很多,各类
商业试剂盒质量也是参差不齐;且红树植物在长期的
进化中其叶片含有大量的高复合蛋白、多糖、多酚、
次级代谢物以及革质化严重等特点,这给其核酸提取
带来了很大的困难【4】。本研究采用三种植物RNA提
取试剂盒(Tak锄,Tiangen及InVi仃ogen)及改良CTAJ3
提取缓冲液对木榄(口n掣把,口g唧加肭妇)、秋茄
(融ff口c口,l如D、桐花树0镏fcP,.础cD,一记“肠f“所)和白骨
壤0廊绷刀妇坍口一"口)四种常见红树植物叶片lⅢA提
取结果进行了比较,并针对不同植物提出了提取总
RNA的优化措施。
2材料与方法(Mater.aIsandMethods)
2.1红树植物
实验用红树植物木榄、秋茄、桐花树和白骨壤由
本实验室培植,采集木榄、秋茄、桐花树和白骨壤叶
片的幼嫩组织置于液氮中备用。
2.2三种植物I矾A提取试剂盒
(1)1’akara植物I斟A提取试剂盒(RNAisofor
Polysacch撕de-^chPlantTissue,Takamcode:D326),
按试剂操作步骤进行。
(2)TiaIlgen植物RNA提取试剂盒(RNAplalltplus
Reagent,code:DP437),按试剂操作说明进行。改
良方法为在氯仿抽提步骤之前先用苯酚:氯仿:异戊
醇(25:24:1)抽提,12000叩m离心。后续的步
骤则遵循试剂操作说明进行。
(3)Invi缸.ogenC ncenTMPlantIⅢAReagent
(catalogno:12322.012),按试剂操作说明进行。
2.3CTAB.LiCI改良法
根据张玉刚,Ghangal等的方法[硒】。
(1)称取四种红树植物的幼嫩叶片0.2g,加液氮
研磨成粉末,加入65℃预热的提取缓冲液(2%CTAB,
2%PvP,100mM%s—HClp =8.0,25mMEDTA,
2.0MNaCl,1%PEG4000,O.59·L。1亚精胺,用前加
B.巯基乙醇至浓度20%)1mL,颠倒混匀,置于65
℃水浴中10min,12000印m,10min,取上清。
(2)用等体积的苯酚:氯仿:异戊醇(25:24:
1)抽提,12ooO印m离心,取上清液,再加等体积
的氯仿:异戊醇(24:1),12000甲m离心10min,
取上清。
(3)加入1/3体积的8MLiCl和2/3体积的异丙
醇,置于.20℃沉淀过夜(7.8h)。4℃12000rpm离心
15min,弃上清。
(4)加入1mL预冷的75%乙醇洗涤沉淀,12000
印m离心1min,干燥后溶于30“LRnase.肫e水中,
一70℃保存。
2.4CTAB.异丙醇法
(1)方法在沉淀IⅢA之前步骤同CTAB—LiCl法,
沉淀IⅢA时只加等体积的异丙醇。后面方法同
CTAB—LiCl法,但是最后RNA溶于100皿的
Ibase.舶e水。
(2)加入等体积的65℃预热10min后的非酶多糖
清除剂(天泽基因)中,充分震荡1min,加入等体
积的氯仿,充分震荡混匀。12000rpm离心2min,
吸取上清液。
(3)加入O.1倍体积的3M醋酸钠(pH=5.2)和两
倍体积的无水乙醇,混匀,12000叩m离心lOrnjn。
小心弃上清。
(4)加入lmL75%乙醇,12000印m1 in,小心
弃上清。干燥后溶于30此Ihase.舶e水中,一70℃保
存。 ,
2.5总RNA检测及纯度分析
(1)RNA样品紫外分光光度计检验。取5uLRNA,
溶于500uLRnase.f-ree水,混匀,用岛津Uv-1700
型紫外分光光度计测定260姗和280nm波长下的
OD值。
(2)RNA样品非变性琼脂糖凝胶电泳检测。另取
10uLRNA样品,于1%琼脂糖凝胶电泳后,EB染色,
用Alpha凝胶成像系统拍照记录。
万方数据
2期 束晖,等:红树植物叶片总RNA提取方法比较与优化
(3)RNA样品的RT’PcR检验。R1二PcR是摹因克
隆、转基因植物分子鉴定等分子学实验的重要方法之
一,为了验证不同方法提取红树植物叶片RNA的可
用性效果.进行R■PcR验证,并进行实时定量PcR
检测,验证不同方法的反转录效率。通过Pr鲫egaR01
RN鹞}Fr∞DN赫c(M610)去除基因组DNA后,
cDNA合成参照1协鲫公司M-加Ⅳ反转录说明书
进行,以合成的cDNA为模板.根据术搅18s基因设
计引物,正向引物:5’GG6C^11cG¨mc3’,反
向引物:5’cc枷1口30cATconl鲋3’,进行实时
定量扩增。采用Takar“DRR081)实时定量试剂,25llL
扩增体系:125uLsYBRPremixbu船r,95uLddH,O,
05IlLl0岫01正向引物,05llLIOuml反向引物,2uL
模板。扩增程序为:95℃变性30s;95℃变性5s,55
℃复性15s,72℃延伸30s,循环45次;65℃母5℃
测定熔解曲线,每隔O5℃测定吸光值。
3.1不同提取方法的RNA完整性检涌
提取的RNA以1%非变性琼脂糖凝胶电泳检测,
五种方法的提取结果如图lA所示.cT^B.Licl沉淀
法对四种红树植物RNA提取均有良好的效果.28s
和18s条带清晰,且亮度28s是18s的l5.20倍,加
入高浓度的LjcI能有效的去除多糖、蛋白等杂质的
污染,而且能够有效的选择性的沉淀RNA,去除基
因组DNA的污染.而其他四种提取方法则会有少量
基因组DNA的污染,颁在后续的反转录步骤前用
DNAⅡ船e消化去除DNA。但该方{击沉淀时间需过夜
(7·8h).提取周期较长。如图lc所示,Invi仃。卿
RNA提取试剂,其对木杭、秋茄、白骨壤均有良好
的提取结果,28s、18s、5s条带清晰且完整.提取
圈1红时植钎叶片总脒^琼脂糖凝腔电泳
F嘻1A铲r僻e州elecI”pho岫“印ofm柚$m仲pl蛐ⅡkI‘蛳Ilt№
万方数据
生态科学Ec0109i■sc啪∞ 30卷
l固l:三瑚的.=———L——L——W。0J≈牛—__HH&:立磊巨土d吲
‘二一“
田2木植l‰基因的实时定量扩增曲线和涪解曲线
Fl蚪n⋯一m卸⋯nd枷lt⋯e缸l瓢弘眦ⅡEow枷翰
RNA的质量较高,但是和Llcl沉淀法比,此试剂不
能有效的去除基因组DNA的污染.在28s条带上面
或多或少都有基因组条带的污染。Ti孤卿提取试荆
能有效提取秋茄、桐花树和白骨壤叶片的RNA,但
是同InⅥ们啪相同也受到了基因组D1qA的干扰。
对于木榄.沉淀则得到一大丽的粘性物质,难溶于水.
在电泳加样时存在漂样,因此该法难以有效的去除蛋
白及多糖等的污染,而在改良啊蛐鲫提取步骤(提
取过程中加入苯酚:氯仿:异戊醇的处理)后.则得
到了良好的RNA提取效果.如圈lD所示。由于LicI
沉淀法周期较长。尝试性的只用异丙醇沉淀RNA,
但是提取的RNA难溶,有明显的多糖污染。用天泽
基因的非酶多糖去除剂在后续的处理中能够有效的
去除多糖,如图lB所示。该法对桐花树和白骨壤能
够有效的提取RNA,但是对木榄和秋茄提取的RN^
条带有轻微的拖尾现象,且5s条带较亮,说明RNA
在提取过程中有少量的降解。Thk目m提取结果如图
1E所示,该法只对白骨壤有良好的提取效果.其它
三种植物均不能有效的提取其RNA,提取的RNA呈
褐色,且牯稠.在电泳点样时出现漂样.说明该法不
能有效的去除多酚、多糖的污染。其它四种方法加入
B.巯基乙醇后均能有效防止多酚氧化。在后续的步骤
中使多酚得以去除.提取的RNA为乳白接近透明色-
而白骨壤叶片中由于多酚含量较少故用nk蚰试剂
亦能成功提取。因此,提取红树植物叶片的总RNA,
防止多酚氧化是提取过程的关键因素之一。
30RNA浓度、纯度检测
Licl沉淀法,InvI们g锄以及改良后的n眦鲫
提取试剂盒法提取的总RNA.0D2∞^0D瑚的比值均
龃度
在18—21之间,说明提取的RNA能有效的去除蛋白、
多塘等的污染。其它方法对白骨壤提取的比值也均在
I 8.2I之问。但是LIcI沉淀法和异丙醇沉淀法提取
的RNA的产率较低,一般为5啦70Ilg幢,而其它方法
均为90ug-150Ilg恒。
33m:PcR和r刊-Ii眦PcR扩增目的基因
为进一步验证各类提取试剂盒和cTAB改良法
之后提取的RNA的质量,以术榄为倒,扩增其1ss
基因。通过扩增曲线和溶解曲线表明,改善后的方法
均能有效的扩增出目的基因。对表达量进行比较,取
同样的O5u窖总RNA,反转录.通过R∞I.Ⅱme扩增
18s基因,如田3所示.1、2、3,4显示的分别是
Licl法、异丙醇法、na雌蚰和l州Ⅱ雌en试剂反转
录后的扩增定量结果,L尬l和异丙醇沉淀法的扩增量
明显低于hwih鲫和TIang∞试剂盒。
高质量的RNA是进行分子生物学研究的基础和
关键.提取植物总RNA的基本原理是将细胞破碎后.
使RNA与糖、蛋白质、DNA等杂质分开。植物的生
长特性决定了植物材料的理化性质,在RNA提取的
时候要根据材料的特点选用适宜的方法口】。红树植物
叶片中含有大量多糖、高蛋白、酚类、醌类及其它次
生代谢物质,采用常规的提取方法报难得到高质量的
RNA【“。因此,去蛋白、去多糖和抑制多酚氧化是提
取红树植物叶片RNA的关键。
万方数据
2期 柬晖,等:红辩植物叶片总R№提取方法比较与优化
lJI
圈3四种不同RN^挺取方法术槐l☆rRN^基园的相对衰选
结果.1c聃导I埘珐;LcIA嘴丙酵法:1I吖栅·明提
取试剂盘;^"¨铷提取试莉盘.
Fl岫黜I^n"哪l憎岫Ⅱ1%r心^pm“&嚣捌训惭
“d垧t哪tnH^删rid甜m州m州I.cr^B{jCl.
2cr^mI·叩MI蝴m;3.h“唧u;^n“掣H日
4_l蛋白的去除
咖抽提法被广泛应用于植物蜊A和RNA的提取。㈨是一种很强的去污荆,有明显的蛋白
质变性效果。该提取液在富含多酚厦敬级代谢物质的
白桦、幕叶橙中都有良好的提取效果”’⋯.在富含多
糖的百合、甘薯、棉花叶片的提取效果中也已得到验
证”¨“。该研究通过改进咖缓冲液配方.加入高
浓度的肛巯基乙醇.防止多酚等故生代谢物的氧化,
从而在后续的纯化步骤中有效的去赊。该法能有效的
使秋茄和白骨壤叶片的蛋白变性并去除,后续只需氯
仿抽提即可去除蛋白。但是木榄和桐花树的蛋白含量
较高,必须用酚氯仿抽提才能更有效的去除蛋白。
I州ⅡDg蛆和啊蛐ge|l提取试剂对秋茄和白骨壤叶片
能通过后续的氯仿抽提去除蛋白.但只有对啊锄雕l
提取步骤进行优化后(在氯仿步骤之前再用酚氯仿抽
提一扶).方能有效的去除蛋白污染.从而得到高质
量的木榄和桐花树的总酬A。
屯2多酚的抑制
红树植物叶片富含酚类化合物。匀浆时,酚类及
醌类物质会被氧化为褐色,褐色物质能与RNA稳定
结合,影响后续RNA的分离厦纯化”⋯。提取液通过
加入浓度高选2∞‘的m巯基乙醇且结合PvP防止酚
共氧化,巯基乙醇可抑制多酚氧化,PvP可螯台酚类
物质.从而有效的去除多酚、醌类等次缎代谢物质.
I州nogeⅡ’n柚鲫提取试剂里也含有舡巯基乙醇,
而僦m试剂里没有抑制多酚类物质氧化的物质.
从而氧化后的多酚娄物质与RNA共沉淀.影响了
RN^的提取结果。白骨壤里的敬生代谢物、多酚类
含量较少-因此提取试剂里无需巯基乙醇等抑制剂均
能有效的提取RNA。所以Tahm不适用于提取多酚
含量较高的木榄、秋茄、桐花树叶片的总心A。
43多糖的去除
红树植物多糖的去除同其它植物一样是提取
RNA的难题之一。通常去除多糖的方法有⋯¨6】:l、
在高浓度Nr或K.条件下.通过苯酚、氯仿等有机
蓿剂抽提;2、异丙醇沉淀RNA时加入高盐溶液选
择性的沉淀RNA,如柠檬酸钠和Nacl。3、低浓度无
水乙醇和3咖m醋酸钾或醋酸钠溶液配台以去除多
糖杂质。4、通过LIa选择沉淀RNA。实验经验表
明,采用LicI选择沉淀RNA可达到去除多糖的效果,
而其他单一的方法都不能有效的击除红树植物提取
过程中的多糖,-但是Lla选择性的沉淀大分子的
rRNA和mRNA,因此总RNA的完整性不好,如图
lA所示,28s和18删A均能提取,但是5ⅡRNA
不能完整的提取出来。而且.研究表明,ucl在后续
的反转录实验中有可能影响反转录酶的效率,该研究也验证了该结果.如图3所示。I州哪、n蛐鲫
提取试剂盒,在高浓度的Nacl的条件下.通过氯仿
抽提就能有效击除秋茄和白骨壤中的多糖.而木榄和
桐花树,则需要在高浓度Nacl下通过加入酚氯仿抽
提步骤方能有效去除多糖。
实验结果表明t5种方法对提取白骨壤叶片均有
良好的效果,c】姐Licl法和c1姐异丙醇沉淀法
改良后也能提取得判木橇和秋茄叶片的总RNA.但
是产率偏低。I州们胂提取试剂在四种植物总RNA
的提取教栗优于Ⅲ锄哪和nk哪,但是其价格也比
较昂贵。因此改良后的髓a删提取试剂,价格低廉.
是提取红树植物叶片试剂盒的良好选择。
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《生态科学》论文附图格式要求
插图应有图序和图题,图题应简明、准确,一般不宜超过25个字。图题及文中所有文字都需中英文同时表述,图题置于
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应采用易区分的标识,如“×、口、△”等。
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合适(能够看清所反映的内容)。
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万方数据
红树植物叶片总RNA提取方法比较与优化
作者: 宋晖, 王友绍, SONG Hui, WANG You-shao
作者单位: 宋晖,SONG Hui(中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境动力学重点实验室,广州
,510301;中国科学院研究生院,北京,100039), 王友绍,WANG You-shao(中国科学院南海海
洋研究所热带海洋环境动力学重点实验室,广州,510301;中国科学院大亚湾海洋生物综合试
验站,深圳,518121)
刊名: 生态科学
英文刊名: ECOLOGICAL SCIENCE
年,卷(期): 2011,30(2)

参考文献(16条)
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