藜麦基因组DNA提取方法的比较

来源 :江苏农业科学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qwaer
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  摘要:为了快速获取高质量的藜麦基因组DNA,采用改良的CTAB法、SDS法和高盐低pH值法等3种方法分别提取藜麦不同组织(叶、茎、根部)的基因组DNA。通过琼脂糖凝胶电泳和紫外分光光度法测定比较所提DNA的质量和产量,同时进行了PCR-SSR、SSCP等分子检测。用不同方法提取藜麦不同组织部位DNA的结果表明:不同提取方法的凝胶检测条带均比较清晰,且无明显降解;改良的CTAB法所提取的DNA产率最高,SDS法其次,而高盐低pH值法最低;不同方法提取的叶片DNA产率均明显高于根部和茎部;改良的CTAB法和高盐低pH值法所提取的DNA质量较好,多酚类化合物和多糖等杂质去除得比较完全。PCR-SSR和SSCP检测结果表明:不同方法和不同组织所提取的DNA均能跑出良好的条带,适合进行后续的分子生物学研究。
  关键词:藜麦;DNA提取方法;分子检测;SSR;SSCP
  中图分类号: S512.901 文献标志码: A 文章编号:1002-1302(2014)04-0042-04
  收稿日期:2013-08-10
  基金项目:国家自然科学基金(编号:31301372);浙江省重大科技专项计划(编号:2011C12030);浙江农林大学创新训练计划(编号:201301004)。
  作者简介:陆敏佳(1992—),女,浙江嘉兴人,研究方向为种子科学。E-mail:[email protected]
  通信作者:蒋玉蓉,博士,主要从事植物分子育种和种质创新研究。E-mail:[email protected]。藜麦(Chenopodium quinoa Willd),又称南美藜、藜谷、奎奴亚藜等,是一年生的藜科草本作物,原产于南美洲安第斯山脉海拔2 800~4 200 m的地区,分布于12°N~39°S的范围,在安第斯山脉已有5 000多年的种植历史,被印加人称为“谷物之母”[1]。藜麦蛋白质含量高,具有近乎完美的氨基酸组成,含有较高的钙磷铁,是联合国FAO唯一认定的完美营养食品,被誉为“未来的超级谷物”“营养黄金”“有机谷类之王”等[2-3]。研究表明,长期食用藜麦,对心脏病、高血压、高血糖、高血脂等有很好辅助治疗作用,此外还有增强免疫力、修复体力、补充营养、减肥等功效[4-5]。联合国大会宣布2013为“国际藜麦年”,旨在让世界更多地关注藜麦的生物多样性和营养价值在提供粮食和营养安全等方面所发挥的作用。藜麦的营养和开发利用价值在最近几十年才得到人们的广泛认识和重视。目前,藜麦的研究主要集中在生物学特性[6-7]、化学成分[8-9]、抗逆性等生理学特性[10-11]方面。与国外相比,我国对藜麦的研究还较少,尤其在藜麦分子生物学方面的研究几近空白。获取高质量的DNA样品是植物分子生物学研究的基础,而研究者对不同植物以及相同植物不同部位的DNA提取、处理方法又有所区别[12-16],目前尚无关于藜麦基因组DNA提取方法的报道。本研究用改良的CTAB法、SDS法、高盐低pH值法3种不同方法分别提取藜麦的幼叶、茎、根部基因组DNA,同时进行SSR和SSCP等分子标记检测,旨在筛选出一种快速、简便且可获得高质量DNA分子的提取方法,为进一步开展藜麦分子生物学研究提供参考。
  1材料与方法
  1.1试验材料
  供试材料为藜麦品种PI596293,由浙江农林大学农学院提供。叶片的采集:取种植于田间的藜麦幼嫩叶片。茎、根部的采集:取PI596293种子置于发芽纸上,在25 ℃气候箱中培养12 d,分别取茎、根部用于DNA提取。
  1.2主要试剂
  试验试剂:EDTA、Tris、CTAB、PVP 40、SDS、β-巯基乙醇等均购自Sigma 公司;无水乙醇、氯仿、异丙醇、氯化钠、醋酸钠、醋酸钾等为国产分析纯;TaqDNA聚合酶、dNTP、DL2000 DNA Marker 购自TaKaRa 公司;引物由华大基因公司合成。
  1.3DNA提取方法
  分别取约0.15 g藜麦幼嫩的叶、茎、根于2 mL离心管中(设3次重复),用长柄镊子夹住离心管管盖放入液氮中速冻5 s,取出并用插有玻璃棒的电钻快速充分研磨。
  1.3.1CTAB法加入600 μL预热的CTAB提取液[含0.1 mol/L Tris-HCl(pH值8.0)、0.02 mol/L EDTA(pH值8.0)、2%CTAB、2%PVP40、1 mol/L NaCl、0.2%β-巯基乙醇],置于65 ℃水浴50~60 min,期间颠倒混匀数次;冷却至室温后加入等体积的氯仿-异戊醇-无水乙醇(76 ∶4 ∶20),颠倒混匀后于10 000 r/min离心10 min;吸上清液,加2倍体积的冰乙醇颠倒混匀,再将絮状DNA挑出并用70%乙醇洗涤2次;风干后加入80 μL ddH2O溶解,4 ℃冰箱保存。
  1.3.2SDS法加入800 μL预热的提取缓冲液[含 0.5 mol/L NaCl、0.1 mol/L Tris-HCl(pH值8.0)、0.05 mol/L EDTA(pH值8.0)、0.01 mol/Lβ-巯基乙醇],再加入80 μL 20%SDS(使终浓度为2%),振荡混匀后置于65 ℃水浴中 30 min,不停颠倒混匀;取出静置至室温,加入0.3 mL 5 mol/L 的醋酸钾混匀,冰浴20 min后在 10 000 r/min 条件下离心10 min;加入等体积氯仿-异戊醇(24 ∶1),颠倒混匀后于12 000 r/min离心10 min;取上清液,加入0.7倍体积的预冷冰异丙醇,轻轻颠倒混匀后于-20 ℃放置20 min;12 000 r/min、常温离心10 min,收集沉淀,用70%乙醇洗2次;风干DNA并溶于60 μLddH2O中,于4 ℃保存备用。   1.3.3高盐低pH值法加入预热的1 mL提取缓冲液(含0.1 mol/L NaAc、0.05 mol/L EDTA、0.5 mol/L NaCl、25% PVP、3% SDS、1%β-巯基乙醇),于65 ℃水浴30 min;取出静置至室温后于10 000 r/min离心10 min;取上清液,加入 2/3 体积的25 mol/L KAC(pH值4.8),冰上放置30 min后于10 000 r/min离心10 min;取上清液,加入等体积的氯仿-异戊醇(24 ∶1),反复颠倒混匀后于10 000 r/min离心10 min;取上清液,加入0.6倍体积的-20 ℃异丙醇,轻轻混匀后置于-20 ℃沉淀20 min;8 000 r/min离心10 min,所得沉淀用70%乙醇洗2次;DNA风干后溶于60 μL ddH2O中,置于 4 ℃ 冰箱备用。
  1.4DNA纯度、浓度及得率检测
  用NanoDrop/ND1000核酸蛋白质分析仪分别测定DNA样品浓度、D260 nm/D280 nm值(≈1.8表示为纯DNA;>1.9表示有RNA污染;<1.6表明样品中存在蛋白质或酚污染)。同时计算产率,即DNA得率,公式为:DNA得率(μg/g)=DNA量(μg)/取材量(g)。各取3 μLDNA溶液,进行1%琼脂糖凝胶电泳,凝胶成像系统下观察并拍照。
  1.5基因组DNA的PCR检测
  参考Jarvis等的研究结果[17],设计了SSR引物KCAA003、KAAT009。引物KCAA003的上游序列(5′→3′)为ACCTTTCGGCTGCTCAGATA,下游序列(5′→3′)为TGCTGATGTTGTTGCAGATG;引物KAAT009的上游序列(5′→3′)为AGTTGCCAACATGCAGAGC,下游序列(5′→3′)为CGACGACGCAAGACATTAGA。PCR反应体系:1.5 μL 10×PCR buffer、1 μL模板DNA、0.3μL SSR引物、0.25 μL dNTPs(10 mmol/L)、0.15 μL Taq酶、11.5 μL ddH2O。扩增程序为:94 ℃预变性5 min:94 ℃变性30 s,55 ℃退火30 s,72 ℃ 延伸30 s,共30个循环;72 ℃延伸10 min,4 ℃保存。扩增产物用15%琼脂糖凝胶电泳进行检测,并用凝胶成像系统拍照。
  1.6SSR分子检测
  取1 μL PCR扩增产物用12%非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳进行检测,恒功率80 W,检测时间30 min。电泳结束后,将胶浸入固定液(10%乙醇、0.05%冰醋酸)中,在摇床上固定10 min,用蒸馏水冲洗2遍;然后用0.2% AgNO3染色 20 min,再用蒸馏水漂洗1~2次(不得超过30 s);最后用显色液(含30 g/L NaOH,13.6 mL/L甲醛)显色至条带清晰,再用蒸馏水洗脱3次停显。
  1.7SSCP分子检测
  将PCR扩增产物与变性上样液(含98%去离子甲酰胺、pH值为8.0的10 mmol/L EDTA、0.025%二甲苯氰、0.025%溴酚蓝)按1 ∶5的比例加入0.5 mL微量离心管中,混匀。将样品在98 ℃变性10 min后立即取出,置于冰浴中骤冷 10 min。取约5 μL变性样品上样,用12%非变性聚丙烯酰胺凝胶于4 ℃恒温电泳(恒功率80 W,12 h)检测。然后进行固定、银染和显影,方法步骤同上。
  2结果与分析
  2.1DNA质量的凝胶电泳检测
  用琼脂糖凝胶电泳检测DNA质量是一种常用的检测手段[18]。由图1可以看出:用1%琼脂糖凝胶电泳检测不同方法提取的藜麦基因组DNA的结果表明,不同组织中提取的DNA都能扩增出明显的条带,但叶片中的DNA浓度明显高于茎和根。3种方法所提取的DNA样品的浓度、纯度及得率见表1。综合分析试验可知:改良的CTAB法提取的DNA得率最高,叶片、茎、根中的DNA得率分别为824.5、209.3、254.1 μg/g;改良的SDS法提取的DNA得率次之,分别为4960、207.2、231.4 μg/g;而高盐低pH值法提取的DNA得率最低,分别为322.6、112.0、156.2 μg/g。3种方法提取的叶片DNA得率均为茎、根部的2倍以上,凝胶检测结果与分光光度计的检测结果一致。由表1还可以看出:CTAB法提取的DNA D260 nm/D280 nm介于1.7~1.8之间,说明蛋白、酚类、多糖等杂质和RNA都去除得较干净;SDS法提取的DNA D260 nm/D280 nm值表明,该法提取的基因组DNA质量较好,基本无RNA和蛋白混杂;而高盐低pH值法的D260 nm/D280 nm值表明,该法提取的叶片DNA可能有RNA污染或有降解。
  2.2分子检测
  2.2.2SSCP分析SSCP(single strand conformation polymorphism,单链构象多态性)是以构象为基础的检测基因组中单核苷酸变异(SNP)的一种方法,具有快速、简便、灵敏等特点,可将双链水平无法检测的DNA微小差异在单链水平上检测出来[19]。由图4可见,通过显影,不同方法提取的不同组织DNA的PCR产物在变性后均能在12%凝胶中跑出清晰条带。
  3结论与讨论
  植物基因组DNA的提取方法目前有CTAB、SDS、高盐低pH值法、尿素法、柠檬酸钠法等[20]。建立简单快速且能获得高质量DNA的提取方法,对利用SSR和SSCP等分子标记研究和揭示藜麦种质资源遗传多样性和遗传特征显得尤为重要。藜麦含有多糖、多酚及其他次生代谢产物[21-23],这些次生物质在DNA提取过程中会与核酸形成复合物,影响DNA的质量和产量。本试验结果表明,改良的CTAB、SDS和高盐低pH值法提取的藜麦不同组织部位的DNA均能满足 PCR-SSR 和SSCP等后继的分子生物学分析。但不同方法提取叶片DNA的产率显著高于根和茎部,因此宜采用叶片进行藜麦基因组DNA的提取。   本研究表明,改良的CTAB法提取的基因组DNA产率最高,且较有效地去除了蛋白质和多糖物质,能够获得较纯的DNA,这与在其他植物中DNA提取方法比较的研究结果一致[20,24-26]。本试验在改良的CTAB和高盐低pH值提取液中加了PVP-40、PVP(聚乙烯吡咯烷酮),它们是酚的络合物,能与多酚形成一种不溶的络合物质,因而能够有效去除多酚,减少DNA中酚的污染;同时它们可以与多糖结合,因此通过离心可以有效去除多糖,从而提高DNA的纯度[27],然而后者提取的DNA产率相比较低。
  本研究所用的3种方法都用电钻粉碎取代了手工研磨,节约了劳动力和成本。相比而言,改良的CTAB法叶片的DNA得率高,而提取时间比其他2种方法少20~30min左右,可大量节省科研工作时间,对将来开展藜麦图谱构建、QTL分析等有很好的辅助作用。本研究提取的对象是藜麦幼嫩组织,下一步将对其老叶的DNA提取方法作改进研究。
  参考文献:
  [1]朱剑宏. 南美藜的化学组成和营养价值[J]. 成都大学学报:自然科学版,2002,21(2):24-28.
  [2]Oshodi A A,Ogungbenle H N,Oladimeji M O. Chemical composition,nutritionally valuable minerals and functional properties of benniseed(Sesamum radiatum),pearl millet(Pennisetum typhoides)and quinoa(Chenopodium quinoa)flours[J]. International Journal of Food Sciences and Nutrition,1999,50(5):325-331.
  [3]Comai S,Bertazzo A,Bailoni L,et al. The content of proteic and nonproteic(free and protein-bound)tryptophan in quinoa and cereal flours[J]. Food Chemistry,2007,100(4):1350-1355.
  [4]Bhargava A,Shukla S,Ohri D. Chenopodium quinoa—An Indian perspective[J]. Industrial Crops and Products,2006,23(1):73-87.
  [5]Vega-Gálvez A,Miranda M,Vergara J,et al. Nutrition facts and functional potential of quinoa(Chenopodium quinoa Willd.),an ancient Andean grain:a review[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture,2010,90(15):2541-2547.
  [6]贡布扎西,旺姆,张崇玺,等. 南美藜在西藏的生物学特性表现[J]. 西南农业学报,1994,7(3):54-62.
  [7]Meneguetti QA,Brenzan MA,Batista MR,et al. Biological effects of hydrolyzed quinoa extract from seeds of Chenopodium quinoa Willd.[J]. Journal of Medicinal Food,2011,14(6):653-657.
  [8]Abugoch James L E. Quinoa(Chenopodium quinoa Willd.):composition,chemistry,nutritional,and functional properties[M]//Advances in Food and Nutritional Research,2009,58:1-31.
  [9]Ogungbenle HN. Nutritional evaluation and functional properties of quinoa(Chenopodium quinoa) flour[J]. International Journal of Food Sciences and Nutrition,2003,54(2):153-158.
  [10]Ruiz-Carrasco K,Antognoni F,Coulibaly A K,et al. Variation in salinity tolerance of four lowland genotypes of quinoa(Chenopodium quinoa Willd.)as assessed by growth,physiological traits,and sodium transporter gene expression[J]. Plant Physiology and Biochemistry,2011,49(11):1333-1341.
  [11]Hariadi Y,Marandon K,Tian Y,et al. Ionic and osmotic relations in quinoa(Chenopodium quinoa Willd.) plants grown at various salinity levels[J]. Journal of Experimental Botany,2011,62(1):185-193.   [12]王传堂,黄粤,杨新道,等. 改良CTAB法和高盐低pH值法提取花生DNA的效果[J]. 花生学报,2002,31(3):20-23.
  [13]周浩,闫彩霞,郭凌超,等. CATB法少量快速提取花生基因组DNA[J]. 山东农业科学,2012,44(7):8-9,15.
  [14]张长远,孙妮,胡开林. 苦瓜品种亲缘关系的RAPD分析[J]. 分子植物育种,2005,3(4):515-519.
  [15]刘桂丰.遗传学实验原理与技术[M]. 哈尔滨:东北林业大学出版社,2004:26-27.
  [16]姚丹,闫伟,关淑艳,等. 高盐低pH值法提取大豆不同组织DNA的效果[J]. 河南农业科学,2009(12):50-54.
  [17]Jarvis D E,Kopp O R,Jellen E N,et al. Simple sequence repeat marker development and genetic mapping in quinoa(Chenopodium quinoa Willd.)[J]. Journal of Genetics,2008,87(1):39-51.
  [18]任良真,张春宝,赵洪锟,等. 一种改良的快速高质大豆基因组DNA提取方法[J]. 中国农学通报,2012,28(9):38-41.
  [19]杜军凯,余桂红,王秀娥,等. 赤霉病主效抗性QTL区域SSCP标记的发掘与验证[J]. 麦类作物学报,2010,30(5):829-834.
  [20]伍艳芳,徐海宁,肖复明,等. 陈山红心杉基因组DNA提取方法的比较与分析[J]. 江西农业大学学报,2012,34(3):517-521,527.
  [21]Alvarez-Jubete L,Wijngaard H,Arendt E K,et al. Polyphenol composition and in vitro antioxidant activity of amaranth,quinoa,buckwheat and wheat as affected by sprouting and backing[J]. Food Chemistry,2010,119(2):770-778.
  [22]Hirose Y,Fujita T,Ishii T,et al. Antioxidative properties and flavonoid composition of Chenopodium quinoa seeds cultivated in Japan[J]. Food Chemistry,2010,119(4):1300-1306.
  [23]Cordeiro L M C,Fátima Reinhardt V,Baggio C H,et al. Arabinan and arabinan-rich pectic polysaccharides from quinoa(Chenopodium quinoa)seeds:structure and gastroprotective activity[J]. Food Chemistry,2012,130(4):937-944.
  [24]陈昆松,李方,徐昌杰,等. 改良CTAB法用于多年生植物组织基因组DNA的大量提取[J]. 遗传,2004,26(4):529-531.
  [25]管长娟,梁维维,陈全家,等. 高质提取棉花总DNA的方法及引物多态性应用[J]. 江苏农业科学,2013,41(1):29-31.
  [26]徐建堂,祁建民,陈涛,等. 适合于胞质基因组扩增的红麻成熟叶片DNA提取改良方法[J]. 植物遗传资源学报,2013,14(2):347-351.
  [27]田丽波,谷幸幸,商桑,等. 苦瓜基因组DNA的提取及ISSR扩增体系的优化[J]. 中国农学通报,2013,29(4):88-93.
其他文献
摘要:从淫羊藿根、茎、叶分离出23株内生真菌,对分离出的真菌利用琼脂块法进行初选与滤纸片法进行复选,并以金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、大肠埃希菌(Escherichia coli)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、灰霉病菌(Botrytis cinerea) 4 种微生物为指示菌对分离到的内生真菌进行抗菌活性检测。结果发现,分离得到的内生真菌中有
期刊
摘要:为了获得高效镉吸附微生物,从重金属污染土壤中分离筛选到4株耐镉能力较强的细菌菌株2-1、2-2、4-1、7-1,并对这4株菌株的镉吸附能力进行研究。结果表明,菌株4-1的吸附效果最好,达到90.0%,根据形态学观察、生理生化特征鉴定及16S rDNA序列分析结果,将其鉴定为金黄杆菌。同时,本研究还分析了通气量及其他常见重金属离子对菌株4-1生长的影响,结果显示,500 mL锥形瓶中装液量为1
期刊
摘要:介绍了国外适于机械化收获的酿酒葡萄栽培架式的特点,并对其相应收获机振动采摘部件的类型及结构特点进行了阐述;着重对中枢型振动采摘部件的结构形式、特点及改进方式进行了分析,提出了在双点支撑式中枢型的基础上,采用改变肋条形状,驱动部分后置改进方式对采摘部件进行重新设计的建议,以满足我国具有宽行、穗多等特点的酿酒葡萄的采摘,为葡萄收获机国产化研究提供一定的参考依据。  关键词:酿酒葡萄;收获机;振动
期刊
摘要:利用高光谱参数预测烤烟叶片中的烟碱含量,选取大田试验条件下不同光照强度处理的烟株测定光谱反射率。选择18个高光谱参数与烟碱含量进行相关性分析并构建回归方程,进而建立烤烟叶片烟碱含量的高光谱参数预测模型,并对模型进行均方根误差和相对误差检验。结果表明:烟碱含量与选取的高光谱参数之间的相关系数均达到极显著水平,最高为0.83。选取其中相关性最好的8个高光谱参数并建立多种函数的回归模型发现,抛物线
期刊
摘要:在吉林省敦化市林下人参地采集不同剖面深度的土壤样品,分析蛋白酶、过氧化氢酶和脲酶3种土壤酶的活性情况。结果表明:土壤蛋白酶和过氧化氢酶具有明显的垂直分层分布,土层越深,酶活性越弱,不同剖面深度(10、20、30 cm)土壤的蛋白酶活性分别为1.120 3、0.648 8、0.307 3 mg/(g·d),过氧化氢酶活性分别为5.796、4545、3.030 mg/(g·h);土壤脲酶活性与土
期刊
摘要:在棉花图像分割与识别的基础上,为获得棉花三维空间位置信息,需要对双目采集的棉花图像对进行精确的匹配。采用加速分割检测特征、加速鲁棒性特征和BBF方法匹配棉花图像对。首先采用FAST检测图像角点,并计算各角点的SURF描述向量,然后采用BBF方法搜索匹配点对,最后利用RANSAC和极线约束剔除误匹配点对,为下一步准确定位棉花三维空间位置信息奠定基础。  关键词:FAST;SURF;BBF;RA
期刊
摘要:随着养殖业向高度集约化方向发展,鸡舍内微气候环境对鸡的生产、生活性能有日渐重要的影响。本研究利用多孔介质模型将单个鸡笼及其鸡体简化为一个具有相同阻力特性的长方体,采用数值模拟方法研究了密闭式笼养蛋鸡舍内的气流组织及热湿环境。结果表明:在进口端气流不稳定,存在涡流,经过一段距离后达到稳定,气流间相互影响变小;在鸡笼范围内,温度和湿度沿高度和宽度方向分布较为均匀,温度沿纵向逐渐上升,相对湿度则逐
期刊
摘要:通过对舞阳河底栖硅藻的采样调查,分析了舞阳河流域底栖硅藻的多样性和空间分布特征,并探讨了硅藻优势种与环境因子的关系。结果表明,本次采样共检出底栖硅藻27 属528 种(包括亚种和变种)。藻类分布从下游到上游呈现出一定的规律,舞阳河以曲壳藻属(Achnanthes)为主且其所占比例较大。通过相关性分析结果可知,曲壳藻属的相对丰度与水体的总磷含量、电导率有很强的相关性。作为优势属,曲壳藻属可进一
期刊
摘要:褐化很大程度上限制了蓖麻花药增殖培养研究,本研究通过改变蓖麻花药愈伤组织的培养基成分、添加防褐剂来建立高效增殖体系,最终确定蓖麻花药愈伤增殖最佳培养基为1/2MS+蔗糖30 g/L+琼脂7 g/L+NAA 0.3 mg/L+ZT 5.0 mg/L+脯氨酸750 mg/L+酸性水解酪蛋白750 mg/L+6-BA 2.0 mg/L+维生素C 400 mg/L+活性炭 0.6 mg/L,pH值=
期刊
摘要:为了解四川中江丹参轮作期间土壤细菌遗传多样性变化特征,分离提取土壤微生物DNA,以细菌通用引物PCR扩增,DGGE分离,切割条带、回收并测序,在GenBank中查得菌种。结果表明,中江丹参轮作期间,土壤细菌主要群落包括:Alpha proteobacterium,Sphingomonas sp.,Uncultured bacterium isolate LH2-12,Uncultured b
期刊