全 文 :半夏块茎高质量总 RNA提取的一种有效方法
黄月琴1,2,徐有明2,薛建平1,3
(1.淮北煤炭师范学院 生命科学学院,安徽 淮北 235000;
2.华中农业大学 园艺林学学院,湖北 武汉 430070;
3.资源植物生物学安徽省重点实验室,安徽 淮北 235000)
[摘要] 目的:探讨一种有效提取半夏块茎总RNA方法。方法:以半夏试管苗的叶片、叶柄和块茎为试验材
料,将常规的异硫氰酸胍提取植物总RNA的方法做了改进,在 RNA提取缓冲液中加入高浓度的 β巯基乙醇以除
去酚类物质,用酸酚/氯仿抽提去除蛋白质污染,以及利用异丙醇和醋酸钠联合沉淀多糖等手段,建立了一种简单
实用的从富含多酚类和多糖等物质的植物材料中提取总 RNA的方法。结果:该方法所提 RNA的 A260/A230均大于
20,A260/A280的值为17~20,电泳条带清晰,RNA完整性好。结论:利用本方法提取的半夏试管小块茎总RNA具
有很高的质量和纯度,且得率很高,完全满足后续的DDRTPCR和反向Northernbloting等分子生物学研究,而且简
单经济、实验结果稳定,重复性好,适合富含多酚类和多糖等物质的药用植物组织总RNA的提取。
[关键词] 半夏;试管块茎;多酚类物质;多糖;总RNA;提取
[中图分类号]R282.5 [文献标识码]A [文章编号]10015302(2008)15181004
[收稿日期] 20071019
[基金 项 目] 国 家 农 业 成 果 转 化 资 金 重 点 项 目
(05EFN213400124);淮北市重点项目(06085)
[通讯作者] 薛建平,Tel:(0561)3802025,Email:xuejp2000
@yahoo.com.cn
植物组织 RNA的提取是进行植物分子生物学
方面研究的必要前提。要进行 RTPCR,cDNA合
成、RNA序列分析、Northern印迹杂交、狭线杂交、引
物延伸,以及用mRNA差异显示技术筛选感兴趣的
相关基因等分子生物学研究,均需要有高质量、高纯
度、完整性好的 RNA。可以说,分子生物学研究后
续工作的进展及成效在很大程度上取决于 RNA的
质量。所以,如何提高RNA纯度和经济而快捷地获
得足够量的RNA是当前研究人员十分关注的问题。
植物组织 RNA的提取最常用的方法是异硫氰酸胍
法,但半夏块茎富含多糖及酚类物质[1],由于酚类
化合物的存在,RNA提取过程中极易产生褐化效
应[2],氧化的酚类化合物(如醌类)可以与 RNA不
可逆地结合,导致 RNA的降解及 RNA活性的丧
失[3]。多糖能与RNA共沉淀形成难溶的胶状物,还
可以抑制许多酶的活性[4]。因此,针对半夏块茎富
含多糖及酚类物质的特性,本实验对文献中植物组
织RNA提取技术进行尝试和分析[58],在此基础上
改进了常规的异硫氰酸胍法,通过在RNA提取缓冲
液中加入高浓度的β巯基乙醇,以及利用异丙醇和
醋酸钠联合沉淀多糖等手段,从半夏试管小块茎中
提取出了高质量、高纯度的总RNA,并在RTPCR反
应中检验了其完整性好,能够满足 mRNA差异显示
实验,为今后利用分子生物学手段研究半夏资源提
供技术参考。
1 材料
半夏材料由资源植物生物学安徽省重点实验室
提供,经薛建平教授鉴定为天南星科三叶半夏
PineliaternataBreit.的试管苗和试管微型块茎。
2 方法
2.1 常规提取方法[6]
异硫氰酸胍法:取2g半夏组织,置于预先在冰
中冷冻的匀浆器中,加入4mL提取缓冲液(4mol·
L-1异硫氰酸胍,pH70的25mmol·L-1柠檬酸钠,
05%十二烷基肌氨酸钠,01% β巯基乙醇)后迅
速匀浆1min;加入400μL2mol·L1醋酸钠,再加
入4mL水饱和酚,800μL氯仿异戊醇(24∶1),剧
烈混匀,4℃ 1万r·min-1离心20min;取出上层水
相放入1支新离心管中,加入2mL水饱和酚和2
mL氯仿异戊醇(24∶1),剧烈混匀,4℃ 1万 r·
min-1离心20min;取出上层水相放入新离心管中,
加入等体积的异丙醇,置于 -20℃沉淀1h,4℃ 1
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万r·min-1离心20min;弃去上清液,用5mL75%
乙醇洗2次,并以4℃ 1万 r·min-1离心5min;沉
淀于室温下干燥10min后溶于100μLDEPC处理
水中。
2.2 改进提取方法
2.2.1 试剂及其配制 抽提液:4mol·L-1异硫氰
酸胍,25mmol·L-1柠檬酸钠,05%十二烷基肌氨
酸,5% β巯基乙醇(βME)(与常规方法比提高50
倍);水饱和苯酚(pH43);氯仿异戊醇(24∶1);2
mol·L-1醋酸钠(pH40);8mol·L-1LiCl。
2.2.2 操作方法 取3g新鲜半夏组织,用液氮研
磨;粉末移入一预冷的50mL离心管中,加入10mL
RNA抽提缓冲液;依次加入下列溶液,2mol·L-1醋
酸钠(pH40)12mL,水饱和苯酚6mL,水饱和氯
仿12mL,充分混匀,在冰上冷却至少10min;以1
万 r·min-1,4℃ 离心20min。将水相移入一新鲜
的50mL离心管中,加入等体积异丙醇,-20℃ 放
置2h以沉淀 RNA;1万 r·min-1,4℃ 离心 20
min;倾去上清液,用75%乙醇洗涤RNA;将RNA溶
解于480μLDEPC处理水中,再将其转入2mL离
心管,然后加入360μL的水饱和苯酚和300μL水
饱和氯仿,振荡混匀,4℃,12000r·min-1离心15
min沉淀蛋白质(本操作重复1~2次,以充分除去
蛋白质);加入 1/3倍提取液体积的 8mol·L-1
LiCl,混匀,放置-20℃冰箱中5~8h;取出离心管,
于4℃,12000r·min-1离心10min,弃上清,沉淀
溶于135mLDEPC处理的无菌水中,加入150μL
3mol·L-1pH52醋酸钠(终浓度为 03mol·
L-1),混匀。再加等体积的异丙醇,-20℃ 沉淀
RNA2h;4℃下以12000r·min-1离心15min,倾
去上清液;以1mL75%乙醇浸泡RNA30min,倒出
乙醇,晾干RNA至胶状,最后将 RNA溶解于50μL
DEPC处理水中,-70℃冰箱贮藏备用。
2.3 总RNA纯度及完整性检测
2.3.1 分光光度法测定 用紫外分光光度计测定
所抽提RNA样品A260,A280值。
2.3.2 凝胶电泳 进行常规琼脂糖凝胶电泳,凝胶
浓度为08%,紫外成像系统下观察总 RNA的谱
带,检验总RNA的完整性。
2.4 cDNA合成检测RNA的RT活性
cDNA第一链的合成参照按 TaKaRa公司 AMV
反转录酶操作说明书进行。
2.5 RTPCR
按TaKaRaRNALAPCRTMKit(MMLV)Ver.
11试剂盒的说明书进行RTPCR,略作修改。设计
转录伸长因子正向引物:5′CCACCAATCTTGTACA
CATCC3′;反向引物:5′AGACCACCAAGTACTACT
GCAC3′。PCR反应程序为 94℃ 预变性3min,94
℃ 变性 30s,53℃ 复性30s,72℃ 延伸50s,25个
循环,72℃延伸 10min。反应完毕后取 6μL于
10%的琼脂糖凝胶上进行电泳分析。
3 结果和分析
3.1 2种提取方法总RNA的质量比较
采用常规异硫氰酸胍法提取叶片和叶柄时,由
于酚类物质含量高,而含0.1% β巯基乙醇提取缓
冲液未能够充分抑半夏叶片和叶柄的多酚类物质的
氧化,所以颜色比较深,被氧化的酚类物质能够结合
大量的RNA从而降低了 RNA的产率;同时在半夏
成熟的试管块茎中由于淀粉在变性液中形成胶状
物,使后续操作很难进行,电泳结果显示,几乎看不
到三者28S和18SrRNA的带型(图1)。分光光度
仪检测显示,该RNA样品的A260/A280小于17,A260/
A230小于20(表1)。
1.块茎,2.叶柄,3.叶片(均未加LiCl);
4.块茎,5.叶片,6.叶柄(均加LiCl,采用改进法);
7.块茎,常规法(表1同)
图1 异硫氰酸胍和改进方法提取总RNA的电泳
而采用改进方法提取的 RNA电泳检测显示,
28S,18S,5SrRNA条带明显,清晰,不拖尾,而且28
S条带的亮度约为18S的2倍,且无明显 DNA等杂
质污染。分光光度仪检测 A值表明(表1),提取的
RNAA260/A230大于20,A260/A280介于17~20,证
明RNA没有被污染。
3.2 改进提取法总RNA的完整性分析
3.2.1 cDNA合成检测 RNA的 RT活性分析 将
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表1 2种方法提取总RNA的紫外分光光度计检测结果
No. A260/A280 A260/A230 RNA/μg·g-1
1 17688 24326 313867
2 18023 24415 345067
3 18956 24567 396321
4 17701 24281 300822
5 15064 16423 98524
6 13125 17509 120635
7 11022 13787 28145
合成双链的试管块茎总 RNA控制在2μg左右,从
电泳图(图 2)可以看出双链 cDNA片段呈弥散状
态,大小主要集中分布在03~5kb,由于植物 RNA
相对较短,因此在这个范围内的 cDNA是比较完整
的,符合分子生物学和后续实验要求。
图2 半夏块茎mRNA的反转录检测
3.2.2 表达基因的 RTPCR扩增检测分析 为了
进一步验证改进方法抽提的RNA完整性,实验以改
进方法提取的试管块茎总RNA为模板,以转录延伸
长因子(EF1α)的保守序列为引物,用 RTPCR方
法对这个基因进行特异扩增,检测总 RNA的完整
性。检测结果表明,扩增片段大小与设计引物的预
期片段大小一致(496bp),说明改进方法提取的总
RNA保持了表达基因的完整性(图3)。
图3 转录延长因子基因表达片段RTPCR扩增结果
4 讨论
酚类物质氧化会产生褐化效应 (browning
efect)[2],酚类物质氧化后不可逆地结合到核酸上
并与 RNA共沉淀,这导致 RNA产量和质量均很
差[3,9]。而β巯基乙醇不仅能打开蛋白酶的二硫键
使酶失活,从而抑制酚类氧化酶和 RNase的活性,
也能与酚类竞争性氧化,有抗氧化作用。从本试验
结果可以看出,和常规方法相比较,β巯基乙醇在提
取缓冲液的终浓度提高50倍,效果好。
蛋白质在半夏块茎中占很大比重,是影响总
RNA提取的重要因素,因而要获得完整的、高质量
的RNA就必须有效地去除蛋白。用酸酚/氯仿抽
提,有效去除了蛋白质。另外,酸酚不但抑制 RNase
的活性,而且在酸性条件下,DNA和蛋白质进入有
机相,而RNA留在水相中,提高了纯度与产率[10]。
用常规方法提取半夏块茎 RNA,在沉淀 RNA
时产生多糖的凝胶状沉淀,这种含有多糖的RNA沉
淀难溶于水,即使溶解也会产生黏稠状的溶液。由
于多糖可以抑制许多酶的活性[4],因此含有多糖的
RNA样品无法用于后续的分子生物学研究,而 Li+
能将部分多糖留在上清液中,使RNA更易沉淀。
同时 LiCl可以选择性地沉淀 RNA[1112]。小分
子RNA(如28StRNA及5SrRNA)和DNA在高离子
强度下是可容的,而大分子 RNA(如 rRNA和 mR
NA)则不溶。改进方法利用了这个差异在高浓度
LiCl中沉淀大分子 RNA。所以在 RNA电泳图中显
示出28SrRNA和18SrRNA两条带型,5S带型要比
没加LiCl时弱得多。LiCl在乙醇溶液中的溶解度
很高,而且不随核酸共沉淀,可以在后面步骤中除去
残留的 LiCl。另外,RNA在03mol·L-1的 NaAc
溶液中难溶[11],而DNA则易溶,从而通过离心有效
地将DNA去除。这样为进一步的分子生物学实验
提供了优质的RNA。
同时在抽取过程中,一定要严格操作。操作均
在低温条件下进行,减少RNA降解的可能性,RNase
无处不在,非常稳定,而 RNA极易降解。所以所需
器皿
场地、药品应为提取 RNA专用,并且用
DEPC处理之后高温灭菌,操作人员自身也要严格
要求,操作过程中使用一次性手套,并需要经常更
换,尽量减少交流和人员流动,从而防止外源 RNase
污染[13]。
综上所述,用改进方法提取半夏组织尤其是半
夏块茎RNA,所用的都是常规试剂,而且操作非常
简单。提取的RNAA260/A280在18~20,电泳条带
为完整的28SrRNA,18SrRNA,前者的亮度约是后
者的2倍,表明经改进方法所提取的RNA完全能满
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足后续的 RTPCR、差异显示和 Northernbloting等
分子操作的要求。
[参考文献]
[1] 何 萍,李 帅,王素娟,等.半夏化学成分的研究[J].中国
中药杂志,2005,30(9):671.
[2] SuX,GiborA.AmethodforRNAisolationfrommarinemac
roalgae[J].AnalBiochem,1988,174:650.
[3] SchneiderbauerAH,SandermannJ,ErnstD.Isolationoffunc
tionalRNAfromplanttissuesrichinphenoliccompounds[J].
AnalBiochem,1991,197:91.
[4] FangG,HammarS,GrumetR.Aquickandinexpensivemeth
odforremovingpolysaccharidesfromplantgenomicDNA[J].
BioTechniques,1992,13:52.
[5] 肖洁凝,黄学林,黎 茵,等.富含多糖和次生物质的芒果子
叶总RNA的提取[J].中国生物工程杂志,2003,23(11):83.
[6] 杨 亮,付丽娅,刘仲齐,等.富含多糖番茄果实组织总 RNA
的有效提取方法[J].南开大学学报:自然科学版,2005,38
(5):36.
[7] 李大力.一种从富含次生物质的植物中提取 RNA的方法
[J].南京理工大学学报:自然科学版,2001,25(5):547.
[8] 王曼玲,朱虹琳,周明全,等.莲藕组织总RNA的快速提取方
法[J].时珍国医国药,2005,23(5):475.
[9] KatermanFRH,ShtuckVI.AnefectivemethodofDNAiso
lationfromthematureleavesofGosypiumspeciesthatcontain
largeamountofphelicterpenoidsandtannins[J].PrepBio
chem,1983,13:347.
[10] 王 芳,张 斌,单 雷,等.一种从花生种子中提取RNA的
改进方法[J].花生学报,2002,31(4):24.
[11] J萨姆布鲁克,DW拉塞尔.分子克隆实验指南[M].黄培堂
译.北京:科学出版社,2003:1688.
[12] 丁 勇,刘 英,杨鸯鸯,等.油菜种子高质量总 RNA提取的
一种有效方法[J].华中农业大学学报,2006,25(5):465.
[13] SambrookJ,ManiatisT,FritschEF.Molecularcloning:alabo
ratorymanual[M].2nded.NewYork:ColdSpringHarborLa
boratoryPress,1989:343.
EficientmethodforextractionofhighqualityRNAfrommicrotubersof
Pineliaternatainvitro
HUANGYueqin1,2,XUYouming2,XUEJianping1,3
(1.DepartmentofBiology,HuaibeiCoalIndustryTeachers'Colege,Huaibei235000,China;
2.ColegeofHorticulture&ForestrySciences,HuazhongAgriculturalUniversity,Wuhan430070,China;
3.AnhuiKeyLaboratoryofPlantResourcesandBiology,Huaibei235000,China)
[Abstract] Objective:ToextractRNAfromPineliaternataandlayafoundationforstudyingtheformationmechanismofP.
ternata.Method:BymodifyingthemethodrecommendedbyGuanidiniumforextractingtotalRNAfromplanttissuesrichinphenolic
andpolysaccharidiccompounds,asimpleandconvenientmethodforextractionoftotalRNAfromthetubers,stemsandleavesofP.
ternatecontainingabundantpolyphenolsandpolysaccharideswasestablished.Highconcentratedβmercaptoethanolwasaddedinthe
RNAextractedbufertoremovepolyphenols,phenolandchloroformwereusedtoeliminateproteins,andisopropanolandsodiumace
tatewereusedtoprecipitatepolysaccharides.Result:TheA260/A230valueofRNAextractedwithimprovedmethodwerealover2.0
andthevaluesofA260/A280werebetween1.7and2.0.TheelectrophoresisbandswereclearedonagarosegelandintegrityofRNAwas
good.Conclusion:TheresultsshowedthatRNAobtainedfromthetubers,stemsandleavesofP.ternatewiththismethodhadhigh
purityandqualityandcouldbeusedinmolecularbiologicalresearch,asDDRTPCRandreverseNorthernblotinganalysisdirectly.
Thismethodissimple,economic,stableperformance,andhasagoodrepeatabilityaswelasissuitableforextractingtotalRNAof
medicinalplantswithhighconcentrationsofphenolicsandpolysaccharides.
[Keywords] Pineliaternata;microtubers;polyphenols;polysaccharides;totalRNA;extraction
[责任编辑 吕冬梅]
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