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Total RNA Amplification from Leaves of Kalanchoe daigremontiana Using SMARTer cDNA Synthesis Technology

应用SMARTer cDNA合成技术扩增落地生根叶片的总RNA



全 文 :第19卷 第6期
 Vol.19  No.6
草 地 学 报
ACTA AGRESTIA SINICA
   2011年  11月
  Nov.  2011
应用SMARTer cDNA合成技术扩增
落地生根叶片的总RNA
钟天秀,曾会明*
(北京林业大学草坪研究所,北京 100083)
摘要:以落地生根(Kalanchoe daigremontiana)未长芽和长芽的叶片为材料,提取落地生根的总RNA,采用SMAR-
Ter cDNA合成技术合成cDNA第1链,优化扩增第2链,通过设置梯度PCR扩增循环数,电泳分析后鉴定cDNA
质量。结果表明:未长芽和长芽的材料各1μg总RNA分别成功扩增质量较高的双链cDNA。此方法的应用解决
了研究材料有限的问题,可由微量的总RNA扩增出足够多的高质量双链cDNA,为进一步从基因水平研究落地生
根奠定基础。
关键词:RNA;SMARTer cDNA合成;落地生根
中图分类号:Q52    文献标识码:A     文章编号:1007-0435(2011)06-1051-04
Total RNA Amplification from Leaves of Kalanchoe daigremontiana
Using SMARTer cDNA Synthesis Technology
ZHONG Tian-xiu,ZENG Hui-ming*
(Institute of Turf Grass Science of Beijing Forestry University,Beijing 100083,China)
Abstract:Total RNA was extracted from Kalanchoe daigremontiana leaves with or without bulbiferous
spurs.The first-strand of cDNA synthesis and the double-strands cDNA amplification were performed u-
sing super SMARTer cDNA synthesis technology.The quality of cDNA was evaluated through the gradi-
ent of PCR amplification cycles and electrophoresis.High quality double-strands cDNA were obtained from
1ug total RNA.This method can solve the problem of limited research materials as sufficient high-quality
double-strands cDNA are obtained from smal amounts of total RNA.This technique alows further re-
search of Kalanchoe daigremontiana.
Key words:RNA;SMARTer cDNA synthesis technology;Kalanchoe daigremontiana
  落地生根(Kalanchoe daigremontiana)为景天
科(Crassulaceae)落地生根属(BryophllumSalisb)
的一种极易栽培的观赏植物,落地生根叶片的汁液
具有广谱杀菌作用 ,从该植物中分离得到bryotox-
inc(bryophylin A)对癌细胞有显著的抑制作用[1]。
有关落地生根的化学成分和药理作用已有一些研究
报道[2],但关于落地生根叶片长芽的分子机制研究
尚未见报道。由于落地生根总RNA的提取较困难,
难以获得足够量的RNA,本文应用高效的SMAR-
Ter cDNA合成技术建立微量RNA扩增大量cD-
NA,为下一步文库的构建及基因筛选提供有力的保
证。
1 材料与方法
1.1 材料
试验材料为落地生根,试验设干旱(叶片长芽)
和正常(叶片不长芽)2个处理。2个处理的落地生
根材料均由同一株落地生根繁殖而成。所有使用的
器具如刀片、锡箔纸,均经过灭RNA酶处理。提取
RNA试剂由本实验室配置,SMARTer cDNA合成
试剂盒购自Clontech公司。氯仿、乙醇等试剂购自
北京九州同业生物技术公司。
1.2 总RNA的提取
RNA的提取方法:分别称取叶片长芽和不长芽
收稿日期:2011-04-06;修回日期:2011-06-20
基金项目:“十一五”国家863计划项目(2009AA10Z109)资助
作者简介:钟天秀(1986-),女,四川内江人,硕士研究生,研究方向为草坪草生物技术育种,E-mail:zhongxinbi@163.com;*通信作者
Author for correspondence,E-mail:scinfo@bjfu.edu.cn
草 地 学 报 第19卷
的落地生根各200mg,液氮研磨充分粉碎,取液氮
预冷的1.5mL离心管收集粉末,迅速加入1mL预
热的裂解缓冲液 (硼酸钠十水 0.1 M,EDTA
0.25%,SDS 0.5%,脱 氧 胆 酸 钠 0.5%,DTT
0.25%,IGEPAL CA-630 0.5%,PVP(MW 40KD
1%),室温振荡30s;加入7.5μL蛋白酶 K(20
mg·mL-1),42℃振荡90min;加入80μL 2M 氯
化钾低温振荡30min;12000rpm,4℃离心20min;
取上清放入新的1.5mL离心管中,放入4℃环境下
过夜沉淀 RNA;12000rpm,4℃离心45min;弃去
上清,将沉淀溶于50μL无RNase水中;加入5μL
3M的醋酸钠和50μL的氯仿;室温下震荡30s;
12000rpm,4℃离心5min;去40μL的上清液放入
一个新的1.5mL离心管中,向原管中加入40μL
的RNase水,加入4μL 3M 的醋酸钠和40μL的
氯仿;室温下震荡30s;12000rpm,4℃离心5min;
取上清液40μL放入一个新的1.5mL离心管中;
合并2管得到80μL的上清液,加入8μL的醋酸钠
和80μL的异丙醇,上下颠倒混匀几次;冰浴3h;
14000rpm,4℃离心30min;弃去上清,加入20μL
的乙醇,混匀,室温下12000rpm离心30s;弃去上
清,室温下12000rpm离心30s;室温下将样品吹干
10min;将总 RNA重悬于10μL无 RNase水中。
取2μL总RNA电泳检测。
1.3 第1,2链cDNA的合成
1.3.1 第1链cDNA的合成 将1000ng总RNA
和1μL 3′SMARTer CDS Primer II A (12μm)分
别加入0.25mL PCR管中,用无RNase水的水补
足溶液体积至4.5μL;混匀,简短离心十几秒;放在
PCR仪中孵育,72℃孵育3min,然后将温度降至
42℃孵育2min;再加入2μL 5×第1链缓冲液,
0.25μL DTT (100mM),1μL dNTP Mix (10
mM),1μL SMARTer II A Oligonucleotide(12
μM),0.25μL RNase抑制剂,1μL SMARTScri-
beTM反转录酶(100U),上下吸打混匀后短暂离心,
PCR仪上42℃孵育90min;70℃加热10min终止
反应;向其中加入40μL的 TE缓冲液(pH7.6的
10mM Tris,0.1mM EDTA)。
1.3.2 第2链cDNA的合成 每个样本取30μL
cDNA第1链放入1.5mL的反应管中,加入222
μL超纯水,30μL 10× Advantage 2PCR缓冲液,6
μL 50×dNTP聚合物 (10mM),6μL 5′PCR引物
II A(12μM),6μL 50×Advantage 2酶聚合物,短
暂离心后充分混匀,每个样本分成3管标记为 A,
B,C,各100μL进行PCR。PCR反应条件95℃1
min,95℃15s,65℃30s,68℃3min,共15个循
环。当每个反应管进行15个循环时,在C管中取
30μL到另一个0.25mL反应管标记为优化,4℃保
存A,B及C管中余下的70μL。分别在13,15,18,
21,24个循环时从优化管中取走PCR产物5μL;用
1.2%琼脂糖凝胶,1×TAE缓冲液,对所留取的5
μL产物进行电泳,根据其结果来决定最佳循环数及
PCE产物质量及纯度;取出4℃储存的15个循环的
A,B,C管加到优化的循环数;将各样本混合到1.5
mL离心管中。
1.3.3 PCR产物的纯化和质量检测 从1.5mL
管中取出7μL放入一个新的0.25mL PCR管中,
标记为A;向管中加入等体积的酚∶氯仿∶异戊醇
(25∶24∶1),充分混匀;14000rpm,室温离心10
min;取上清放入一个新的1.5mL离心管中;加入
700μL正丁醇,充分混匀,14000rpm,室温下离心
1min;将上层的丁醇去掉,最后得到40~70μL的
液体;将CHROMA SPIN+TE-1000柱下上颠倒混
匀;去掉头部及尾部的盖子,在重力作用下,柱中的
缓冲液将会流出,待柱中的缓冲液排空时加入
1.5mL 1×TNE缓冲液(pH8.0的10mM Tris,10
mmol·L-1 NaCl,0.1mM EDTA);待1×TNE缓
冲液排空时加入样本,注意不要加到柱子的内壁上;
向柱子内加入25μL 1×TNE缓冲液;向柱子内加
入150μL 1×TNE缓冲液;将柱子放入一个新的
1.5mL离心管中,向柱子内加入320μL 1×TNE
缓冲液,收集洗脱液作为纯化后的cDNA,标记为
B;将柱子放入一个新的1.5mL离心管中,向柱子
内加入75μL 1×TNE缓冲液,收集洗脱液,标记为
C;用1.2%琼脂糖凝胶,1×TAE缓冲液,将A,B,C
共3个样本进行电泳,根据其结果来判断过柱纯化
的效率。
2 结果与分析
2.1 落地生根叶片总RNA提取结果
1.2%琼脂糖凝胶电泳检测,可见总RNA为明
显的28s和18s,条带亮度比值约为1.5∶1(图1),
表示所提取的RNA未见降解。
2501
第6期 钟天秀等:应用SMARTer cDNA合成技术扩增落地生根叶片的总RNA
图1 落地生根叶片总RNA
Fig.1 Total RNA of Kalanchoe daigremontianaleaves
M:D2000
2.2 cDNA扩增结果
各取1000ng总RNA用于第1链cDNA的合
成,在第2链合成中,通过优化管的13,15,18,21,
24个循环结果确定最佳循环数。图2(A,B)中,1
泳道为1kb marker,2,3,4,5,6泳道分别为13,15,
18,21,24个循环数的结果,可看出落地生根未长芽
的叶片在15个循环数达到平台期,落地生根长芽的
叶片也在15个循环数达到平台期。因此,落地生根
未长芽的叶片的最佳循环数为15,落地生根长芽的
叶片的最佳循环数为15。最终,未长芽和长芽的落
地生根叶片扩增出较好的结果。
图2A 未长芽落地生根cDNA第2链扩增
Fig.2A PCR amplification of Kalanchoe daigremontiana
leaves without bulbiferous spurs
1:λ-HindⅢdigest DNA Marker,2:13个循环,3:15个循环,
4:18个循环,5:21个循环,6:24个循环
2.3 cDNA纯化结果
将cDNA纯化后,从A中取3μL,B和C中各
取10μL在1.2%琼脂糖凝胶电泳上进行电泳,图3
中,1泳道为1kb marker,2,3,4泳道分别为落地生
根叶片纯化前A,纯化后B,纯化后C。从图中可看
出,C管中纯化后的cDNA浓度比B管中纯化后的
cDNA浓度高,说明过柱纯化的效率较高。
3 讨论与结论
影响cDNA 合成产量和质量的因素主要有2
方面,一是从总 RNA 中分离得到 mRNA 的过程
中,由于多种因素(如糖、酚、醌的含量,高速离心等)
的影响,极易造成 mRNA5′端一些序列信息的丢
失。二是普通的逆转录反应往往不能转录全部的
mRNA序列,在cDNA的5′末端不能完全重现mR-
NA的序列,造成低丰度的基因在这个过程中被损
失。张鹂[3]等在克隆结缕草(Zoysia japonica)中赤
霉素和脱落酸相关代谢途径中的基因时,就只克隆
出功能基因的部分片段。
SMARTer cDNA合成技术使用总RNA作为
起始材料,利用含有经过修饰的Oligo(dT)引物,特
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草 地 学 报 第19卷
异的结合在 mRNA加Poly A的位置,避免过长的
Poly A影响后续的PCR反应,当反转录到达 mR-
NA的5′末端,也就是cDNA第1链的3′末端,会在
mRNA 5′末端特有的帽子结构即甲基化的G时,连
续在合成的cDNA末端加上几个dC,这样得到单链
cDNA 包含了完全的 mRNA 的 5′末端和增加
SMARTer寡核苷酸序列,从而有利于第2链的合
成。SMARTer cDNA合成技术是SMART cDNA
合成技术的升级,能够得到更完整的cDNA。
目前利用SMARTer cDNA合成技术进行研究
工作在国内外文献中均有报道。Suzanne D Ver-
non[4]等比较2种方法合成cDNA应用到微阵列技
术上的效果:①用5μg总RNA进行反转录;②用1
μg的总RNA通过SMARTer cDNA合成技术反转
录。用2种方法合成的探针检测588个基因的表达
情况,用反转录合成的cDNA可以检测到97个阳
性基因,用SMARTer合成的cDNA探针可以检测
到122个阳性基因。由此得出结论,SMARTer技
术合成的探针产量更高,重复性也更好。Luciano A
Moreira等[5]通过SMARTer cDNA合成技术克隆
蜂毒磷脂酶基因,研究蜂毒磷脂酶抑制转基因蚊子
中痢疾寄生虫的生长情况。WEN Jianjun等[6]应用
此技术克隆和鉴定一个含 WD区域的新基因在鱼
卵中的差异表达。赵桂媛[7]等通过SMARTer策略
构建小黑杨(Populus X xiaohei T.S.Hwang et
Liang)茎形成层全长cDNA文库。J R Cesar等[8]
利用SMARTer cDNA合成技术建立南美白对虾腹
肌的cDNA 文库,并对 EST 进行分析。Peng-fei
Gao等[9]为研究鸽子孵化、筑巢、产卵形成的分子机
制,利用SMARTer cDNA合成技术,建立了cDNA
文库,从中克隆和鉴定鸽子体内的泛素及泛素结合
酶基因。郭俣等[10]利用SMARTer技术构建了北
京油鸡肝脏伞长cDNA文库,从中克隆了北京油鸡
purH 基因。Seth D等[11]通过SMARTer技术可
以从人类酒精肝癌细胞样品中获得相对于原来总量
3800倍的DNA探针,突破了样品的限制,能够进行
更多的DNA微阵列的实验,研究人类酒精肝发生
的分子机制。
SMARTer cDNA合成技术直接从总RNA中
反转录得到cDNA,在cDNA合成的过程中,当到达
mRNA的5′端时会在合成的cDNA末端加上几个
dC,这巧妙地保证了cDNA的完整性,得到的cD-
NA质量好、产量高,为接下来的相关研究工作提供
了基本保障。
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(责任编辑 吕进英)
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