一种适合油棕不同组织RNA提取的方法

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  摘 要 获得高质量的RNA是开展油棕果实发育相关分子生物学基础研究的重要前提和保障。以油棕成熟果肉、胚乳、胚和胚芽4种组织为材料,分别采用Invitrogen公司的Trizol试剂和MRIP法提取总RNA,并比较其提取效果。结果表明:MRIP法提取的RNA质量较好,其中胚芽中的总RNA提取量高达2 139.0 ng/μL,而胚乳中的含量相比较低,仅为1 083.6 ng/μL;MRIP法的总体提取效果优于Trizol试剂,包括RNA完整性、含量、纯度等,适用于油棕及棕榈科植物总RNA提取。
  关键词 油棕 ;果实 ;RNA ;提取
  分类号 S564+.6
  A Suitable Method of RNA Extraction from Different Oil Palm Tissues
  LI Jing WANG Yong YANG Yaodong LEI Xintao XIAO Yong XIA Wei
  (Coconut Research Institute / Hainan Key Laboratory of Tropical Oil Crops Biology, CATAS,
  Wenchang, Hainan 571339)
  Abstract High quality of RNA is the important prerequisite and guarantee to basic research related to oil palm fruit development in molecular biology. RNA extracting effects of both Trizol reagents and MRIP (Methods for RNA Isolation from Palms) method developed by our laboratory previously were compared among four oil palm tissues, i.e. mature mesocarp, endosperm, embryo and germinated plumule. MRIP can get good quality RNA.The RNA content of plumule is as high as 2 139.0 ng/μL, while that of endosperm is only 1 083.6 ng/μL. MRIP is generally better than Trizol method in respect of the integrality, content and purity of extracted RNA, which Suitable for oil palm and palm plants RNA extraction.
  Keywords Oil palm ; Fruit ; RNA ; Extraction
  果实发育特性研究是油棕种质资源鉴定评价及品种改良的重要环节,而油棕果实含有大量的色素、油脂、多糖、多酚等成分,尤其是成熟果肉和种子胚乳中均含约50%的脂肪酸,其RNA提取难度较大。而纯度高、完整性好、无DNA或其他杂质污染的RNA是cDNA文库构建、基因克隆、Northern杂交和mRNA差异显示等分子生物学研究的基础。目前提取植物RNA的方法有很多,如CTAB法、Trizol法等,针对植物材料的不同,提取方法也不同,有的侧重清除多糖、多酚的污染,有的侧重清除水溶性化合物与RNA的共沉淀[1]。其中Invitrogen公司的Trizol试剂在快速提取植物RNA方面应用广泛,在拟南芥[2-4]等植物组织中的提取效果也相对较好。对于油棕等生长在热带地区的木本油料植物,其果实RNA提取不仅要考虑油脂、多糖、多酚等的影响,还要防止氧化降解。本研究以油棕成熟果肉、胚乳、胚和胚芽4种组织为材料,对比了Trizol试剂和本研究室创制的棕榈科植物RNA提取方法(MRIP, Methods for RNA Isolation from Palms)[5]提取各组织总RNA的效果,以期筛选出快速、有效的提取油棕不同组织RNA的方法。
  1 材料与方法
  1.1 材料
  供试材料来自中国热带农业科学院椰子研究所油棕种质圃中的4年生油棕树。分别取成熟油棕果的果肉、胚乳、胚以及组织培养15 d的胚芽等4种组织,新鲜样品用液氮速冻备用。
  相关塑料制品均用0.1% DEPC水溶液浸泡10 h以上并经高温高压灭菌,玻璃、陶瓷及金属制品均以200℃高温烘烤8 h以上,以保证无RNAase污染。
  1.2 方法
  1.2.1 RNA提取方法
  分别采用Invitrogen公司的Trizol试剂和MRIP法提取RNA。Trizol试剂提取法按产品说明书进行。MRIP提取方法如下:称取0.1 g样品用液氮研磨至细粉末状,加入到已含有1 mL裂解液的2 mL离心管中,震荡混匀后,静置10 min;加入200 μL氯仿,充分混匀后,静置10 min;以4℃,10 000 r/min离心10 min;吸取上清液至新的1.5 mL离心管中,加等体积的冰异丙醇,颠倒混匀后,静置10 min;以4℃,10 000 r/min离心10 min;去上清后加1 mL 70%的乙醇,放置10 min;以4℃,7 500 r/min离心5 min;去上清,用无菌风吹5~10 min后,加入20 μL去RNA酶的无菌水,用枪头吸打混匀后备用。
  1.2.2 RNA检测方法
  采用1.2%的琼脂糖凝胶电泳检测RNA条带的完整性:分别取5 μL的RNA与1 μL的溴酚蓝混合后点样,以120 V、80 A电泳20 min后用凝胶成像系统检测;分别取1 μL样品用NanoDrop核酸测定仪检测RNA的浓度和纯度。   1.2.3 cDNA第一链合成
  取MRIP法提取的果肉、胚乳、胚芽和胚的RNA进行cDNA第一链合成,方法参照Fermentas的反转录试剂盒。取5 μL的mRNA与1 μL的Oligo(dT)18混合后加入6 μL去RNA酶的无菌水,混合后于60℃下变性5 min,迅速置于冰水混合物中5 min;在混合液中加入4 μL buffer、1 μL逆转录酶、2 μL 10 mmol/L的dNTP和1 μLRNA酶抑制剂,总体积为20 μL;于42℃ 放置1 h,72℃灭活5 min。反应结束后将产物置于-20℃冰箱保存备用。
  1.2.4 内参基因PCR检测
  以内参基因eIF为特异性引物,对果肉、胚乳、胚芽和胚等4种组织的cDNA进行PCR扩增。引物序列为:eIF1F:5′CCTCACCTATACTCTTCCCACCA3′;eIF1R:5′GTCATCGCCCAGGCACAG3′。20 μL反应体系中包含2 μL模版cDNA,2 μL 10×PCR Buffer,1 μL正向引物,1 μL反向引物,0.4 μL dNTP MIX,0.4 μL Taq酶(5U/μL),其余体积用13.2 μL的灭菌 ddH2O补足。PCR反应程序为:94℃预变性5 min; 94℃ 变性30 s,56℃ 复性30 s,72℃ 延伸30 s,共35个循环;72℃延伸5 min。反应结束后取7 μL PCR产物用1.2%的琼脂糖凝胶电泳检测。
  2 结果与分析
  2.1 RNA完整性
  由图1可以看出,Trizol法和MRIP提取的油棕不同组织RNA中,均是MRIP提取效果较好,条带更亮,且28S基本没有降解,其亮度约为18S的2倍,表明RNA的质量好。而Trizol法所提取的RNA中,28S、18S条带很弱,且5S条带较亮,说明降解比较严重。胚和胚芽是幼嫩组织,其所含的RNA量更高,因此电泳条带更亮,而胚乳中所含的总RNA的量较低。
  2.2 RNA浓度和纯度
  由表1可见,虽然2种方法均可提取到不同组织的总RNA,但是MRIP法所提取的总RNA在浓度和质量上明显优于Trizol法,且RNA得率几乎是Trizol的2倍。其中胚芽中所提取到的RNA浓度更高,可达到2 139.0 ng/μL;其次是胚(2 086.1 ng/μL);果肉中也较高(1 954.3 ng/μL);胚乳中所含的总RNA浓度相对较低,仅为1 083.6 ng/μL。A260/280值是评价样品纯度的,其比值在1.8到2.0之间说明RNA的纯度较高。采用MRIP法提取的总RNA A260/280值均在1.80以上,而采用Trizol法提取的总RNA A260/280均值不到1.8,表明Trizol法提取的RNA纯度较低。以上结果表明MRIP法比Trizol法更适用于提取油棕各组织的总RNA,可以得到质量及产量均更高的RNA样品。
  2.3 内参基因扩增结果
  本试验以内参基因eIF特异引物对MRIP法所提取的4种油棕组织RNA进行RT-PCR扩增。获得大小为250 bp的特异条带。 由图2可以看出,胚乳的扩增条带不太亮,可能是提取产量较低的缘故,但仍可满足后续试验的要求;其余3种组织的扩增条带清晰、边缘整齐且亮度强,说明MRIP法提取的油棕果肉、胚芽和胚的RNA质量完好并具有很好的生物活性,大可满足后续试验要求。
  3 讨论与结论
  RNA提取是进行基因表达、cDNA文库构建、RNA-Seq等实验必不可少的步骤,而完整的、纯度较高的RNA是保证实验顺利完成的主要因素。从油棕中提取高质量的RNA是保证其分子生物学研究的关键。本试验表明,用MRIP法提取油棕4种组织RNA比较快速,只需1.5~2 h。虽然Trizol法也比较快速,但是其提取效果与MRIP相比较差。此外虽然杨光华等[6]比较了SDS和CTAB法提取椰子叶片和根部的RNA的效果,发现CTAB法较SDS法更好一点,但是Xiao等[5]对比了CTAB法与MRIP法提取椰子等植物RNA的效果,发现MRIP法省时省力,且RNA的得率和纯度都较高。在本研究中发现,采用MRIP法提取得到的油棕不同组织的RNA完整性好、纯度高,表明此法比Trizol法和CTAB法更适用于提取油棕等棕榈科植物的RNA。
  目前提取植物RNA的方法有很多种。不同的植物(例如草本植物和木本植物)以及同一植物的不同组织,由于组织部位、发育成熟度等差异其内含物组分及含量都有一定的差异[7]。叶片和果实的RNA提取方法也不相同,这主要是由于不同组织所含的多糖、多酚及碳水化合物不同,故提取方法的侧重点也不一样。例如张玲等[8]对比了6种RNA提取方法,最终发现CTAB氯化锂法提取的RNA得率和纯度更高。姚世响等[9]采用Invitrogen Trizol法提取的灰绿藜RNA完整性较好,经mRNA纯化后可成功用于抑制消减文库的构建。袁贞等[10]采用Trizol法提取了番木瓜果实总RNA,结果发现所提取的RNA完整性好,受多糖、多酚影响较小,且无DNA和蛋白质污染。吴凯朝等[11]利用Trizol改良法提取了甘蔗、水稻、玉米等3种禾本科作物不同组织的RNA,提取效果良好。Trizol法虽然适用于提取以上物种RNA,却不适用于椰子。Xiao等[5]对比了CTAB、天根的RNA植物提取试剂盒、Trizol试剂和MRIP等4种方法提取椰子叶片RNA的效果,发现MRIP法提取的叶片总RNA的纯度和得率均优于另外3种方法。在本实验中也得到同样的结果,用MRIP法提取油棕果肉等各组织RNA的效果优于Trizol法。说明MRIP法适用于提取椰子和油棕不同组织的RNA,这为以后提取槟榔、海枣、蒲葵等棕榈科植物RNA提供参考。
  本试验结果也存在不足之处,例如在表1中可以看到,MRIP法提取的RNA的A260/230值偏低,均在2以下。A230是多肽、芳香基团、苯酚和一些碳氢化合物的吸光度,可根据其值的大小判断样品中污染物存在的情况,如碳水化合物、多肽、苯酚等,较纯净的核酸A260/A230应小于2.2大于2.0。一般A260/230小于2.0说明RNA样品中可能存在其他干扰物质(如萜类化合物等次生代谢物);A260/230大于2.0说明RNA水解为单核酸。本试验所提取的不同组织RNA其A260/230均在2以下,说明其RNA样品中还存在一定的干扰物质;此外,从图1中可以看到,点样孔附近有亮带,说明其含有多糖和蛋白质等杂质。   笔者分析了油棕各组织的成分,发现油棕胚乳、果肉、胚、胚芽中富含脂肪酸、多糖、多酚等物质,这些物质与RNA结合在一起,使结果很难得到完整纯净的RNA。Sangha等[12]采用改良CTAB法和二氧化硅过滤柱法,从富含脂肪酸、多糖、蛋白等的麻风树种子中提取得到完整的RNA,其A260/230达到1.91。孙德权等[13]对传统的Trizol操作步骤进行优化,即加入10%的PVPP与材料共研磨,并在Trizol提取液中加入1% β-巯基乙醇,可以完全排除酚类物质、色素等杂质的干扰。刘海等[14]通过在裂解液中加入聚乙烯吡咯烷酮去除多酚类化合物及利用水饱和乙醚去除多糖的方法,在香蕉果实中提取到了完整性较好的RNA。笔者认为MRIP法应该借鉴前人的研究成果,改进裂解液的配方(例如添加抗氧化成分PVPP等),完善提取步骤,以便在棕榈科植物不同组织中提取更完整、纯度更高的RNA。
  参考文献
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