高AT含量DNA片段PCR扩增体系的优化

选用4种不同长度(1.0~5.4 kb)、高AT含量(72%~80%)的真菌线粒体DNA片段,通过比较4种PCR添加剂(牛血清白蛋白(BSA)、二甲基亚砜(DMSO)、甲酰胺和镁离子)和4种KOD系列DNA聚合酶(KOD-Plus-、KOD-Plus-Neo、KOD FX和KOD FX Neo)对PCR扩增效果的影响,优化高AT含量DNA片段的PCR扩增体系。结果表明:当PCR体系中单独使用1种添加剂时,只有镁离子能够促进扩增,其他3种添加剂都不能产生预期扩增条带。BSA和DMSO对镁离子的扩增促进作用无负面影响,而甲酰胺会抑制镁离子的扩增促进作用。当镁离子存在时,4种KOD聚合酶的PCR体系均可获得预期的扩增产物;当缺乏镁离子时,使用KOD-Plus-或KOD-Plus-Neo聚合酶的PCR体系未能得到扩增产物,表现出对镁离子的依赖性。镁离子对高AT含量DNA片段的扩增具有促进作用,最佳使用浓度为1.75 mmol/L。研究结果为其他真核生物中高AT含量DNA片段的扩增提供了方法依据。

通过PCR进行长片段DNA的合成

利用PCR合成DNA长片段(Synthesis Large Frament DNA using PCR,SLFD PCR)是一种有效的合成长片段DNA的方法。采用一段已知的500～600bp碱基的DNA片段为PCR模板,根据所要合成的DNA序列可以设计一系列的PCR引物,这些引物都位于模板DNA的5’端,长度为50～60bp,且从5’到3’方向顺序重叠,重叠碱基数目为12～15,全部引物叠加所得到的DNA正是自己所要合成的DNA。这组引物中最3’端的一条含有一个BamH Ⅰ酶切位点,在该位点后面有15碱基与模板DNA5’端一致的序列。另外还设计一条与该模板匹配的下游引物,引物内也含有一个BamH Ⅰ酶切位点。首先采用5’端最右侧的引物与下游引物进行PCR,在PCR进行10个循环后,以此次PCR的产物为下一轮PCR的模板,该轮PCR采用右侧倒数第二个引物为上游引物,下游引物保持不变。采用类似的方法,完成所有的PCR循环,就可以得到所需要合成的DNA长片段。该方法尤其适合100～200碱基左右的长片段DNA的快速合成与克隆。

土壤微生物分子生态学研究中总DNA的提取

建立了一种土壤DNA提取方法。根据DNA产量和纯度2个评价指标,从3种手提土壤DNA方法中优选出方法B为手提DNA方法(Labmethod),它包括样品预处理,细胞裂解,粗DNA纯化,其中细胞裂解组合了玻璃珠击打,SDS裂解,溶菌酶裂解。进一步应用PCR-限制性片段长度多态性(Restrictionfragmentlengthpolymorphism,RFLP)技术及PCR-温度梯度凝胶电泳(Temperaturegradientgelelectrophoresis,TGGE)技术,结合DNA产量、纯度、片段大小以及所反映的微生物群落结构特性等指标评价了手提方法(Labmethod)得到的总DNA质量,并将这些结果与2种应用较广的商业试剂盒(MoBioUltraCleanSoilDNAKit和Bio101FastDNASPINKit(ForSoil))所得DNA的各种指标进行了比较。结果表明,手提方法(Labmethod)的粗DNA产量低于Bio101Kit的,但高于MoBioKit的。这些方法所得DNA的长度都在21kb左右,Labmethod提取的DNA没有严重被剪切现象,而2种试剂盒提取的DNA都有不同程度的剪切。手提方法得到的DNA经纯化后,应用细菌及真菌特异引物进行PCR扩增,均能获得目的片段,表明该方法能从土壤中同时有效提取细菌和真菌总基因组DNA。并且,手提方法所得DNA的细菌16SrDNA和真菌18SrDNA的PCR-RFLP图谱与两种商业试剂盒的图谱基本相似,但3种方法提取的DNA在细菌16SrDNAV3区和真菌28SrDNA片段的PCR-TGGE图谱上都存在一定差异,主要表现在一些弱势条带的有无或强弱上。这说明手提方法提取的总DNA与2种商业试剂盒一样,在一定程度上能反映微生物群落的多样性和组成。总之,手提DNA方法(Labmethod)所用试剂普通,价格便宜,能在4h以内获得够质够量的土壤DNA用于微生物分子生态学研究,较适合于广大普通实验室进行土壤DNA提取工作。

Reconstruction of a hybrid nucleoside antibiotic gene cluster based on scarless modification of large DNA fragments

Genetic modification of large DNA fragments(gene clusters) is of great importance in synthetic biology and combinatorial biosynthesis as it facilitates rational design and modification of natural products to increase their value and productivity.In this study,we developed a method for scarless and precise modification of large gene clusters by using RecET/RED-mediated polymerase chain reaction(PCR) targeting combined with Gibson assembly.In this strategy,the biosynthetic genes for peptidyl moieties(HPHT) in the nikkomycin biosynthetic gene cluster were replaced with those for carbamoylpolyoxamic acid(CPOAA)from the polyoxin biosynthetic gene cluster to generate a^40 kb hybrid gene cluster in Escherichia coli with a reusable targeting cassette.The reconstructed cluster was introduced into Streptomyces lividans TK23 for heterologous expression and the expected hybrid antibiotic,polynik A,was obtained and verified.This study provides an efficient strategy for gene cluster reconstruction and modification that could be applied in synthetic biology and combinatory biosynthesis to synthesize novel bioactive metabolites or to improve antibiotic production.

In-fusion连接技术优化及其在大片段重组载体构建中的应用

随着大规模基因组测序的完成和表达序列标签数据库的建立,基因组的研究已由结构基因组向功能基因组转化,而基因功能研究的关键是基因融合技术。为高效率高保真地构建融合大片段的重组载体,本试验利用In-fusion技术进行大片段载体构建,以不同的融合时间进行比较,通过细胞转染以及免疫印迹等方法对载体质量进行验证。通过对体系中连接时间的优化,构建出了含插入片段10、8、4ku的真核表达载体,并可正确表达。In-fusion技术的优化,提高了大片段真核表达载体构建的效率,为研究大片段基因的生物学功能奠定了基础。

土壤微生物总DNA提取方法的优化

【目的】土壤中未培养微生物约占总量的99%,这就意味着绝大多数微生物资源还未得到开发和利用。本研究通过优化土壤微生物总DNA的提取方法,获得较高质量的DNA,为后期研究土壤微生物的多样性及构建大插入片段的宏基因组文库奠定基础。【方法】通过综合比较已报道的微生物DNA提取方法的优缺点,我们设计出一种新的提取方案。对提取过程中的几个关键步骤进行了优化,包括联合使用SDS-CTAB和溶菌酶一起来破细胞,利用氯仿除蛋白,使用PVPP柱纯化DNA等。比较分析了优化后的方法和3种已报道方法所获得的土壤总DNA的产量、纯度及片段大小。【结果】优化后的方法所获得的土壤DNA质量明显有所提高:每克土壤最高能提取95μg DNA,A260/A280和A260/A230比值更接近理想水平,PCR扩增能够得到明显的目标条带,DNA片段最大能达到100 kb左右。【结论】通过比较分析,最终确立了一种较理想的土壤微生物总DNA提取方法,为更好地开发利用土壤未培养微生物资源提供了有力工具。

肝水解肽样品中牛源及猪源性成分的PCR检测

目的:建立肝水解肽各工艺步骤段中样品的PCR检测方法,用于检测生产原料的动物来源是牛源性或猪源性。方法:分别对猪源性及牛源性肝水解肽各工艺步骤段中样品进行了DNA提取,并加入猪、牛特异性引物进行扩增。对扩增产物进行酶切及测序验证。结果:工艺段为超滤液四之前的样品均可提取并扩增出相应的DNA片段,牛源性PCR产物与Genbank中牛序列的同源性为100%,猪源性PCR产物与猪序列的同源性为99.4%,PCR扩增的检测限为0.5 mg·mL-1的肝细胞酶解液。结论:可用本方法检测肝水解肽各工艺步骤段中超滤液四之前的样品。

Bst DNA聚合酶大片段在全基因组扩增中的应用

Bst DNA聚合酶大片段作为一种常用的DNA聚合酶,因其独特的特点:能引发链置换反应、高保真、耐高温等,而成为一种重要的DNA多重置换扩增酶。目的:为减少成本,设计一种高产,方便且扩增活性高的Bst DNA聚合酶大片段表达体系;探究该酶应用于胃癌石蜡包埋组织基因组DNA的扩增条件。方法:采用p TWIN1质粒作为载体克隆表达Bst DNA聚合酶大片段,应用几丁质亲和层析柱纯化该酶,使用该酶对人类基因组DNA进行不同温度下扩增,探究其最适反应温度,并据此对胃癌石蜡包埋组织基因组DNA进行扩增。结果:由此得到的Bst DNA聚合酶大片段能运用于胃癌石蜡包埋组织基因组DNA的扩增,扩增效率可达200倍,并能应用于a CGH芯片。结论:扩增得到保真性高,覆盖基因组范围大的DNA扩增产物。该应用与a CGH结合,使得对少量的癌症石蜡包埋组织DNA样本进行全基因组扩增,并进行其基因拷贝数变异研究成为可能。

线粒体DNA 3243A→G异质水平定量检测方法的建立及应用

目的针对线粒体糖尿病致病位点mtDNA 3243A→G异质性突变，建立一种快速简便、低成本，但相对准确、敏感的定量检测方法，为不同条件下选择最佳检测方案提供参考。方法收集浙江省温州市一个母系遗传性线粒体糖尿病伴耳聋家系（maternally inherited diabetes and deafness MIDD）共17人，提取外周血全基因组DNA，同时分别应用PCR-限制性片段长度多态性技术（polymerase chain reaction-restriction fragment length polymorphism PCR-RLFP）、实时荧光定量PCR结合突变阻滞形成系统（realtime-amplification refractory mutation system-quantitative PCR，RT-ARMS-qPCR）和焦磷酸测序技术检测mtDNA A3243G突变的异质水平；并以0～100％不同比例A3243G突变负荷的11个标准品为对照，3种方法同时分别检测，根据实际检测值与预期检测值的相关程度，对这三种检测方法做出可靠性比较分析。结果PCR-RFLP、RTARMS-qPCR和焦磷酸测序技术对A3243G定量标准品的检测结果中，PCR-RFLP相对定量分析结果与预期值之间呈直线相关，决定系数R2=0．828；RT-ARMS-qPCR检测11个标准对照的突变负荷结果与预期值之间呈直线相关，决定系数R2=0．998；焦磷酸测序技术检测结果与预期值之间呈直线相关，决定系数R2=0．997。定量检测A3243G异质水平结果PCR-RFLP介于10％～60％，RTARMS-qPCR为0到100％，焦磷酸测序技术为1％到95％；RTARMS-qPCR和焦磷酸测序技术的检测结果均接近预期值；针对MIDD家系17位成员的检测中A3243G突变携带者有13例，非A3243G突变携带者有4份，这三种方法定性检测结果一致。RT-ARMS-qPCR和焦磷酸测序技术两种方法定量检测结果差异无统计学意义（t=1．140，P〉0．05）。结论针对mtDNA 3243A→G异质性突变的定量检测方法，PCR-RFLP不适合定量检测，但可作为一种临床检测方法用于人群初步筛查。对于低异质水平的A3243G突变可用RT ARMS-qPCR和焦磷酸测序技术两种方法检测，但RT ARMS-qPCR相对于焦磷酸测序技术更简便、快速、可靠，成本低，是普通实验室和临床检测低异质负荷的最佳选择方案。