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Comparison of three DNA extraction methods in detection of porcine-derived material

猪源性成分检测中3种DNA提取方法比较



全 文 :第 13卷第 6期
2015年 11月
生  物  加  工  过  程
Chinese Journal of Bioprocess Engineering
Vol􀆰 13 No􀆰 6
Nov􀆰 2015
doi:10􀆰 3969 / j􀆰 issn􀆰 1672-3678􀆰 2015􀆰 06􀆰 011
收稿日期:2015-03-24
作者简介:王  萍(1983—),女,江苏泰州人,工程师,硕士,研究方向:食品检测,E⁃mail:wingping02091111@ 126.com
猪源性成分检测中 3种 DNA提取方法比较
王  萍,乔勇升,韩芷玲
(江苏省泰州市食品药品检验所,江苏 泰州 225300)
摘  要:为了达到对动物源性成分快速、准确的检定,对提取动物源性基因组 DNA 的方法进行了比较分析。 考察
酚 三氯甲烷法、聚乙烯吡咯烷酮法(PVP 法)和试剂盒法这 3种方法对 DNA提取的浓度、纯度及实时荧光 PCR扩
增效果的影响。 结果表明:酚 三氯甲烷法提取 DNA浓度最高,试剂盒法纯度最高且实时荧光 PCR扩增效果最好,
但 PVP 法操作简单、安全、经济,提取的 DNA用于实时荧光 PCR扩增检出限可达 1􀆰 98 pg / μL。 使用 PVP 法对市场
上 10份不同类型的动物性产品进行了检测,检出两份产品中含有猪源性成分。 PVP 法应是 3 种方法中的首选方
法,本文为实验室选择合适的 DNA提取方法提供了依据。
关键词:猪源性;DNA提取;酚 三氯甲烷法;PVP 法;试剂盒法;实时荧光 PCR
中图分类号:TS207􀆰 3        文献标志码:A        文章编号:1672-3678(2015)06-0061-04
Comparison of three DNA extraction methods in detection of
porcine⁃derived material
WANG Ping,QIAO Yongsheng,HAN Zhiling
(Jiangsu Taizhou Institute for Food and Drug Control,Taizhou 225300,China)
Abstract:In order to detect animal⁃derived material rapidly and accurately,we compared and analyzed
the DNA extraction methods from the animal⁃derived material. We investigated the effect of three methods
(phenol⁃chloroform method,polyvinylpyrrolidone method(PVP method) and reagent kit method) on the
concentration of the extracted DNA, the purity of the extracted DNA and the result of the real⁃time
fluorescent PCR amplification. The DNA concentration of the phenol⁃chloroform DNA extraction method
was the highest,the purity of reagent kit was the highest and the effect of the real⁃time fluorescent PCR
amplification was the best,but the PVP method was convenient,safe and economical,the detection limit of
the real⁃time fluorescent PCR amplification was 1􀆰 98 pg / μL. Ten different types of animal products in the
market were tested with PVP method,two products were detected to contain the porcine⁃derived material.
The PVP method should be the preferred of the three methods. The assay provided a basis for the
laboratory to choose a suitable DNA extraction method.
Keywords: porcine⁃derived; DNA extraction; phenol⁃chloroform method; PVP method; reagent kit
method; real⁃time fluorescent PCR
    食品安全关系着人类身体健康,是全社会关注
的热点问题。 近年来肉制品掺假屡禁不止,肉制品
以次充好,引起人们对食品安全的恐慌,这就要求
食品监管部门能够对动物源性成分进行快速、准确
的检验和鉴定。
用于动物源性成分的鉴定主要有物理、化学、
免疫学和分子生物学等方法。 其中,以检测 DNA为
基础的实时荧光定量 PCR技术具有特异性强、灵敏
度高、定量准确、自动化程度高等优点,被广泛用于
分子生物学和医学研究等领域[1]。 DNA 模板质量
对荧光定量 PCR很关键,在提取过程中若是处理不
当,残留的一些有机物以及其他一些杂物就会抑制
PCR的进行[2],从而造成假阴性,影响后续操作的
进行;此外不同实验材料的组分差异,不同方法所
提取的 DNA质量也不尽相同,对后续的实验结果也
存在差异[3-4]。 提取基因组 DNA 的方法有很多:酚
三氯甲烷法是实验室常用的经典 DNA 提取方法,
商业化的基因组 DNA 提取试剂盒目前也被实验室
广泛使用,而聚乙烯吡咯烷酮(PVP)在提取植物基
因组 DNA方面报道的较多[5-8],在提取动物基因组
DNA方面报道的较少。
本文以猪肉为实验材料,考察这 3种提取动物源
性基因组 DNA 方法,以期从中筛选出一种简单、快
速、更适合于实时荧光 PCR 扩增检测动物源性基因
组 DNA的提取方法,从而为实验室提供方法依据。
1  材料与方法
1􀆰 1  材料
猪肉以及 10 份不同类型的其他动物性材料
(蜜汁牛肉、牛肉丸 、牛肉切片、牛肉卷、牛柳、羊肉
卷、羊肚、羊肉切片、羊排、羊腿)购自农贸市场或超
市。 所有材料买回后剪碎,装入样品袋,置于-20 ℃
冰箱中备用。
1􀆰 2  主要试剂与仪器
TaKaRa DNA 提取试剂盒及实时荧光 PCR猪源
性 DNA检测试剂盒,宝生物工程(大连)有限公司;抽
提缓冲液(pH8􀆰 0),Tris 0􀆰 05 mol / L,Na2 EDTA 0􀆰 05
mol / L,SDS 30 g / L,使用 HCl 或 KOH 调节 pH;提取
缓冲液(pH 8􀆰 0),Tris 0􀆰 2 mol / L,NaCl 0􀆰 25 mol / L,
Na2EDTA 0􀆰 025 mol / L,SDS 50 g / L,使用HCl或 KOH
调节 pH。
7500 型荧光定量 PCR 仪,美国 ABI 公司;
Lambda 35型紫外 可见光分光光度计,美国 PE 公
司;SORVall D 37520 型高速冷冻离心机,美国
Thermo fisher公司。
1􀆰 3  3种 DNA提取方法
采用酚 三氯甲烷法[9]、 PVP 法[9]、试剂盒
法[10]3种方法对试验材料进行 DNA 提取。 不同方
法所用样品量均为 0􀆰 25 g,放入经 20℃冰箱预冷
24 h的研钵中,快速用力研磨粉碎后分装于编号的
2 mL离心管中,每种方法重复 3次。
1􀆰 3􀆰 1  酚 三氯甲烷法
分别称取 0􀆰 25 g 粉碎的猪肉置于编号为 F1、
F2、F3 的离心管中,具体操作参照文献[9],其中
RNA酶消化这一步省略。
1􀆰 3􀆰 2  PVP 法
分别称取 0􀆰 25 g 粉碎的猪肉置于编号为 P1、
P2、P3的离心管中,加入 1 mL提取缓冲液,65 ℃搅
拌 1 h,室温下冷却后将 60 mg PVP 粉末和 0􀆰 5×体
积的乙酸氨(7􀆰 5 mol / L)溶液与上清液混合,冰浴
30 min;10 000g离心 10 min,取上清液至另一离心
管中,加入等体积的三氯甲烷和异戊醇(24 ∶ 1)混
匀,12 000g离心 5 min,抽提 1 次;将上清与等体积
的异丙醇混合, - 20 ℃放置 30 min。 4 ℃条件下
10 000 g离心 10 min,弃上清液,70%乙醇溶液洗涤
沉淀 2次,干燥后溶于 100 μL 灭菌双蒸水中,4 ℃
保存备用。
1􀆰 3􀆰 3  试剂盒法
分别称取 0􀆰 25 g粉碎的猪肉置于编号为 SH1、
SH2、SH3的离心管中,具体操作见试剂盒说明书。
1􀆰 4  DNA质量检测
取 20 μL DNA样品,加 1 980 μL 双蒸水稀释,
充分混匀后,以双蒸水做空白对照[11],用紫外 分光
光度计分别测定核酸在 260、280 和 230 nm 处 OD
值,OD260 / OD280代表 DNA 的纯度,OD260 / OD280比值
在 1􀆰 8左右,表明 DNA 纯度高,低表明有杂蛋白质
及苯酚[12],高则表明有 RNA;OD260 / OD230比值通常
大于 2,低则可能有核苷酸、氨基酸、盐等小分子物
质残留[8]。 DNA浓度计算按照式 ρ =OD260×稀释倍
数×50计算。
1􀆰 5  实时荧光 PCR扩增检测
3种方法所提 DNA稀释至 10 μg / mL作为扩增
模板,使用 ABI 7500荧光定量 PCR仪扩增,PCR反
应体系为 25 μL,各成分组成:ddH2 O 9􀆰 5 μL,2 ×
Premix for Porcine 12􀆰 5 μL,Primer Mix for Porcine 1
μL,Probe Mix for Porcine 1 μL,DNA模板 1 μL;PCR
反应程序:95 ℃,10 s;95 ℃ 5 s,60 ℃ 34 s,40个循
环,60 ℃延伸时收集荧光信号。 检测试剂盒是采用
双标记荧光(FAM、HEX)在同一反应管内对猪 COX
I基因及内参照反应同时进行扩增,若 FAM 荧光检
26 生  物  加  工  过  程    第 13卷 
出,且 C t 值(每个反应管内的荧光信号达到设定的
阈值时所经历的循环数)≤35 则视为检出猪源性成
分,若 C t 值>35,则视为未检出猪源性成分。
1􀆰 6  灵敏度检测
提取的 DNA 模板用无菌双蒸水 10 倍梯度稀
释,进行实时荧光 PCR反应,检测所提 DNA 的扩增
检测限。
2  结果与讨论
2􀆰 1  3种方法提取的 DNA质量比较
PCR扩增对模板 DNA 的质量要求较高,3 种
DNA提取方法在原方法上稍加改进:首先用-20 ℃
预冷的研钵研磨代替了-196 ℃的液氮研磨,操作上
更加安全;酚 三氯甲烷法省去了 RNA 酶进行 RNA
消化的过程,PVP 法通过反复试验发现需要增加 1
次三氯甲烷:异戊醇抽提才能去除蛋白质,可能跟
所选材料动物性制品中脂肪和蛋白质较多有关系。
从表 1中可以看出酚 三氯甲烷法提取的 DNA浓度
最高,PVP 法提取的次之,试剂盒法提取的最低;但
试剂盒法提取的 DNA 纯度最高,酚 三氯甲烷法提
取的 DNA中含有一些 RNA,PVP 法提取的 DNA 中
则有一些残留的蛋白质,3 种方法提取的 DNA 中都
有一些盐等小分子物质残留。
2􀆰 2  3 种方法提取的 DNA 实时荧光 PCR 扩增
效果
    3种方法提取的猪源性基因组 DNA 在相同质
量浓度(10 μg / mL)和条件下进行实时荧光 PCR 扩
增反应,C t 值见表 2。 HEX和 FAM荧光信号均被检
出,且 FAM的 C t 值在 19􀆰 018 ~ 20􀆰 648 之间,说明 3
种方法提取的 DNA 在同浓度及同条件下扩增效果
相差不大,并且都可直接用于实时荧光 PCR扩增检
测,都能满足后续分子生物学的需要。 其中试剂盒
法的 FAM 荧光信号的 C t 值最小,扩增效果最好;
酚 三氯甲烷法次之;PVP 法的 C t 值最高。 由此,也
进一步说明了 DNA 模板的质量影响着荧光定量
PCR反应的进行。
表 1  3种方法提取猪源性基因组 DNA质量比较
Table 1  Comparison the quality of porcine⁃derived genome DNA extracted by the three methods
项目
酚 三氯甲烷法 PVP 法 试剂盒法
F1组 F2组 F3组 P1组 P2组 P3组 SH1组 SH2组 SH3组
OD260 / OD280 1􀆰 997 2􀆰 085 1􀆰 836 1􀆰 781 1􀆰 732 1􀆰 792 1􀆰 821 5 1􀆰 853 8 1􀆰 755 9
OD260 / OD230 1􀆰 954 8 1􀆰 615 9 2􀆰 333 7 1􀆰 932 2 2􀆰 006 1 1􀆰 885 7 1􀆰 875 6 1􀆰 938 9 1􀆰 917 2
ρ(DNA) / (μg·mL-1) 623 1 287􀆰 5 1 112 285 164􀆰 5 198 188􀆰 5 127 162
表 2  3种方法提取猪源性基因组 DNA用于实时荧光 PCR扩增的 Ct 值
Table 2  The Ct value of the real⁃time fluorescent PCR amplification with the porcine⁃derived
genome DNA extracted by the three methods
项目
酚 三氯甲烷法 PVP 法 试剂盒法
F1组 F2组 F3组 P1组 P2组 P3组 SH1组 SH2组 SH3组
Ct 值 19􀆰 185 19􀆰 691 19􀆰 587 20􀆰 632 20􀆰 648 19􀆰 941 19􀆰 018 19􀆰 189 19􀆰 082
2􀆰 3  以 PVP法提取的 DNA为模板的检出限试验
将 PVP 法提取的质量浓度为 198 μg / mL 的
DNA作为模板,10 倍梯度稀释后实时荧光 PCR 扩
增检测,各梯度反应体系中的模板量分别为 19􀆰 8、
1􀆰 98、0􀆰 198、0􀆰 019 8和0􀆰 001 98 ng / μL,扩增曲线见
图 1。 由图 1 可知,实时荧光 PCR 可检出 1􀆰 98
pg / μL的 DNA样品。 这说明 PVP 法提取的 DNA用
于实时荧光 PCR检测灵敏度可达到皮克级。
2􀆰 4  市售动物性产品的猪源性成分检测
随机选取市场上 10份不同类型的动物性制品作
为样品,用 PVP 法提取 DNA进行实时荧光 PCR扩增
检测猪源性成分,其中蜜汁牛肉和牛肉卷 2份样品检
出为阳性,Ct 值分别为 17􀆰 222和 20􀆰 401(均<35),扩
增曲线见图 2。 由图 2可见,这 2份样品都掺入了猪
肉欺骗消费者,2份阳性样品的检出也说明了 PVP 方
法也适合于其他动物性样品的基因组 DNA提取。
36  第 6期 王  萍等:猪源性成分检测中 3种 DNA提取方法比较
图 1  PVP法提取的 DNA为模板的检出限试验
Fig􀆰 1  Detection limit test using DNA extracted
with PVP method as template
图 2  PVP法检测市售动物性产品的猪源性成分
Fig􀆰 2  Detection of porcine⁃derived material in animal
products from the market with PVP method
3  结论
3种方法所提 DNA都可直接用于实时荧光 PCR
扩增,其中酚 三氯甲烷法所提 DNA 浓度较高,但是
该方法在操作上比较繁琐,提取时间长,有机溶剂抽
提次数多,对人体有一定的伤害;试剂盒法所提 DNA
纯度较高,提取时间最短,但是所得 DNA 量较少,且
           
试剂盒本身价格也较昂贵;PVP 法操作过程相对简
单,有机溶剂用得少,虽然实时荧光 PCR扩增检测 Ct
值是最高的,但是其 DNA模板经过稀释,灵敏度可达
到皮克级,完全满足分子生物学的需求。
综上所述,PVP 方法操作简单、安全、经济、实
时,荧光 PCR扩增效果好,可以检出市售动物性肉
制品中的猪源性成分,是 3种方法中的首选方法。
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(责任编辑  荀志金)
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