產(chǎn)物可直接進行“TA”克隆的高保真PCR法

孫達權 張欽真 胡桐

摘要 [目的]介紹一種PCR產(chǎn)物直接進行“TA”克隆的高保真PCR法，減少高保真PCR產(chǎn)物“TA”克隆的中間步驟。[方法]Trizol法提取人肝癌細胞SMMC-7721總RNA，并將mRNA反轉(zhuǎn)錄成cDNA。以cDNA為模板，聯(lián)合不同特性的Taq DNA聚合酶擴增PKC基因的蛋白編碼區(qū)。PCR產(chǎn)物經(jīng)純化后進行“TA”克隆、細菌轉(zhuǎn)化、篩選培養(yǎng)、質(zhì)粒抽提、酶切鑒定和測序鑒定等。[結果]高保真DNA聚合酶擴增的PCR產(chǎn)物未發(fā)現(xiàn)DNA突變，但不能直接進行“TA”克隆。Taq DNA聚合酶擴增的產(chǎn)物可直接進行“TA”克隆，但其內(nèi)部存在多個突變位點，保真性明顯不足。聯(lián)合使用高保真DNA聚合酶和Taq DNA聚合酶（雙酶聯(lián)用）擴增的PCR產(chǎn)物可直接進行“TA”克隆，且DNA測序未發(fā)現(xiàn)突變。[結論]雙酶聯(lián)用PCR可以獲得高保真PCR產(chǎn)物，并直接進行“TA”克隆。

關鍵詞 聚合酶鏈式反應;DNA聚合酶;“TA”克隆;DNA突變

中圖分類號 Q78 ?文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2020）05-0109-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.05.030

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Abstract [Objective]To introduce a highfidelity PCR method with its product used in “TA” cloning directly，which could simplify the “TA” cloning step.[Method]Total RNAs were extracted from human hepatocellular carcinoma cell line SMMC7721 by Trizol reagent，and the mRNAs were reverse transcribed into cDNAs.Employing cDNAs as the templates，the cDNA region that codes protein of PKC was amplified by different types of DNA polymerases.The PCR products were subjected to a series of processes such as “TA” cloning，bacterial transformation，screening culture，plasmid extraction，restriction enzyme digestion and DNA sequencing.[Result]No DNA mutation was found in the product of PCR amplification with high fidelity DNA polymerase，but the product could not be linked directly to T vector.On the other hand，the product of PCR amplification with Taq DNA polymerase could be cloned into T vector directly，but it possessed multiple DNA point mutations and its fault was low fidelity.The product of PCR amplification with an alliance of high fidelity DNA polymerase and Taq DNA polymerase could be directly inserted into T vector without any point mutation.[Conclusion]Combined utilization of high fidelity DNA polymerase and Taq DNA polymerase in PCR can obtain high fidelity PCR product which is utilized in “TA” cloning directly.

Key words Polymerase chain reaction;DNA polymerase;“TA” cloning;DNA mutation

聚合酶鏈式反應（polymerase chain reaction，PCR）起源于美國Cetus公司，是由Mullis和Saiki發(fā)明的一種用于體外快速擴增DNA的技術，也是分子生物學領域中最經(jīng)典、最常用的一種實驗方法，主要用于基因克隆和檢測[1-3]。由于其過程簡單、實驗周期短、重復性好，因而成為現(xiàn)代分子生物學領域中最基本和最受歡迎的方法之一[4-5]。根據(jù)擴增所使用的DNA聚合酶不同，可將PCR分成普通PCR和高保真PCR。常用的Taq DNA聚合酶是一種從嗜熱細菌Thermus aquaticus中分離的DNA聚合酶，其特點是可以耐受高溫而不變性[6-7]。它擴增出來的PCR產(chǎn)物的3′末端帶有突出的“A”，但其內(nèi)部常常含突變位點。高保真DNA聚合酶來源各有差異，如Vent來源于Thermococcus litoralis，pfu來源于Pyrococcus furisus，或由這2種酶的基因突變和改造而來[8-9]。它擴增出來的PCR產(chǎn)物具有較高的保真性，但其3′末端為平末端，不能直接進行“TA”克隆，需要對產(chǎn)物 3′端額外加“A”后才能進行“TA”克隆。此外，也有公司推出了平末端克隆技術，但其克隆效率不理想，大大限制了其利用和推廣。

目前在保證PCR產(chǎn)物具有較高保真性的同時還能直接進行“TA”克隆的方法鮮見報道。該研究在前人的技術基礎上，利用高保真DNA聚合酶的高保真性和Taq DNA聚合酶的加“A”特性，通過聯(lián)合使用來有效解決這一問題。

1 材料與方法

1.1 材料 RPMI-1640細胞培養(yǎng)液來源于GIBCO公司（美國），新生牛血清來源于杭州四季青（中國），人肝癌細胞SMMC-7721來源于中國科學院上海細胞庫（中國），Trizol來源于Invitrogen公司（美國），反轉(zhuǎn)錄試劑盒、DNA A-Tailing Kit、Z-TaqTM DNA聚合酶、LA TaqDNA 聚合酶、PrimeSTAR GXL DNA聚合酶、TA克隆試劑盒（pMD18-T vector）、DNA凝膠回收試劑盒、Xho Ⅰ和BamH Ⅰ來源于大連寶生物公司（中國）。

1.2 方法

1.2.1 細胞培養(yǎng)。用含10%新生牛血清的RPMI-1640細胞培養(yǎng)基在37 ℃、5% CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)SMMC-7721細胞，待細胞長到80%時備用。

1.2.2 引物設計和測序。基因PKCε （NM_005400） PCR引物和DNA測序委托廣州Invitrogen公司完成。PKCε上游引物序列為5′-TCTCGAGCGACCATGGTAGTGTTCAATGGCCTTC-3′，下游引物序列為5′-TGGATCCCAGGGCATCAGGTCTTCACCAAAGTAG-3′。

1.2.3 Trizol法抽提肝癌細胞總RNA。當SMMC-7721細胞在6 cm的培養(yǎng)皿中生長融合至80%時，用無菌PBS清洗培養(yǎng)皿中的細胞3次。然后加入1 ?mL Trizol，反復吹打直至細胞全部裂解。將裂解后的液體轉(zhuǎn)移到RNase-free的1.5 mL離心管中，加入200 μL氯仿，劇烈振蕩15 s，4 ℃、10 000 r/min離心10 min。將水相溶液轉(zhuǎn)移入新的RNase-free的1.5 mL離心管中，并加入500 μL異丙醇，倒置混勻后7 500 r/min離心5 min，棄去上清液。白色沉淀用DEPC處理過的75%乙醇清洗2次，每次7 500 r/min離心5 min。室溫自然干燥3 min，用100 μL RNase-free ddH2O溶解沉淀，即為RNA溶液，濃度定量至1 mg/mL，-80 ℃凍存。

1.2.4 RT-PCR與PCR。取2 μg RNA，按反轉(zhuǎn)錄試劑盒PrimeScriptTM Ⅱ 1st Strand cDNA Synthesis Kit 說明書操作，將mRNA反轉(zhuǎn)錄成cDNA。用不同特性的Taq DNA聚合酶按表1配制PCR反應液，并按程序進行PCR擴增。其中，LA TaqDNA聚合酶的特性是長鏈DNA擴增、產(chǎn)物3′末端有突出“A”、高保真性低;PrimeSTAR GXL DNA聚合酶的特性是長鏈DNA擴增、產(chǎn)物3′末端為平末端、高保真性強;Z-TaqTM DNA 聚合酶的特性是短鏈DNA擴增、產(chǎn)物3′末端有突出“A”、高保真性低。

1.2.5 “TA”克隆。將上述3管PCR產(chǎn)物進行1%瓊脂糖凝膠電泳，用凝膠回收試劑盒回收DNA，并用無菌水定容至0.4 mg/mL。反應1、反應2、反應3的純化產(chǎn)物分別標記為Tube 1、Tube 2、Tube 3。取一部分Tube 3純化的DNA產(chǎn)物，按DNA A-Tailing Kit說明書對DNA進行加“A”，并將產(chǎn)物標記為Tube 4。對Tube 1、Tube 2、Tube 3、Tube 4中的DNA進行“TA”克隆，其中反應液配制如下：各取上述純化產(chǎn)物0.4 μg，并各自加入pM18-T vector 1 μL，用ddH2O將體積補足至5 μL，再各自加入solution I 5 μL，4 ℃反應過夜。

1.2.6 細菌轉(zhuǎn)化和鑒定。取100 μL感受態(tài)細菌置于冰浴中，將連接產(chǎn)物加入到感受態(tài)細菌中，冰浴30 min、42 ℃熱激60 s、冰浴2 min、加入900 μL LB細菌培養(yǎng)基，37 ℃復蘇1 h，取200 μL菌液涂布于Amp+ LB固體培養(yǎng)基中，37 ℃培養(yǎng)過夜。挑取克隆菌落擴大培養(yǎng)，質(zhì)粒提取后用限制性核酸內(nèi)切酶 （Xho Ⅰ/BamH Ⅰ） 酶切鑒定，并進行DNA測序鑒定。

2 結果與分析

2.1 雙酶聯(lián)用PCR可擴增出PKCε的編碼區(qū)DNA片段

用LA Taq DNA聚合酶、雙酶（PrimeSTARG×L/Z-TaqTM DNA聚合酶）、PrimeSTARG×L DNA聚合酶分別作為PCR反應的DNA聚合酶，瓊脂糖凝膠電泳結果顯示均可以擴增出靶基因PKCε的編碼區(qū)DNA片段，其分子量約為2.2 kb，與理論長度一致（圖1）。

2.2 雙酶聯(lián)用PCR產(chǎn)物可直接進行TA克隆

將純化的3管PCR產(chǎn)物和用高保真PCR擴增并加“A”的產(chǎn)物分別進行“TA”克隆，其結果如圖2所示。由于PrimeSTARG×L DNA聚合酶是一種高保真DNA聚合酶，其DNA產(chǎn)物的3′末端是平末端，所以TA克隆不能成功（圖2C）;當用加“A”試劑盒對其產(chǎn)物3′末端加“A”后，其TA克隆成功（圖2D）。另外，用LA TaqDNA聚合酶、雙酶聯(lián)用（PrimeSTARG×L/ Z-Taq DNA聚合酶）擴增產(chǎn)生的PCR產(chǎn)物均可以直接進行TA克?。▓D2A和2B），說明雙酶聯(lián)用PCR擴增出的DNA產(chǎn)物的3′末端有突出“A”，可直接進行“TA”克隆。

2.3 雙酶聯(lián)用PCR擴增的產(chǎn)物具有高保真性

不同來源的單克隆菌落經(jīng)擴大培養(yǎng)、質(zhì)粒抽提和Xho Ⅰ酶切鑒定后， 發(fā)現(xiàn)T載體中所含有的靶序列長度均一致（圖3）。對這些質(zhì)粒進行DNA測序，測序結果顯示用LA Taq ?DNA聚合酶擴增的2.2 kb的DNA產(chǎn)物中存在多處點突變和缺失突變，其中一株克隆菌落中的靶DNA有6處點突變;而用PrimeSTAR ?G×L DNA聚合酶和雙酶聯(lián)用擴增的PCR產(chǎn)物具有高度保真性，無基因突變。說明雙酶聯(lián)用可以保證PCR擴增產(chǎn)物的高保真性。

3 討論

PCR技術自出現(xiàn)以來，就受到生物學界和醫(yī)學界的高度關注，在短短的數(shù)年時間里，PCR技術經(jīng)歷了高速發(fā)展。到目前為止，PCR技術已經(jīng)成為生物醫(yī)學領域最重要的技術手段之一。根據(jù)PCR的作用可將其分為檢測型PCR和基因克隆型PCR兩大類別。檢測型PCR根據(jù)其實驗目的差異， 可延伸出不同的PCR，如對目的DNA進行定量分析的熒光定量PCR[10]、制備探針用的不對稱PCR[11]、檢測基因突變的單鏈構型多態(tài)性PCR和低嚴格單鏈特異性引物PCR[12-13]、分析基因表達差異的隨機引物擴增PCR[14]、用于腫瘤亞類分型的低溫PCR[15]、檢測流行性傳染病的免疫PCR等[16]，這些特殊PCR在當今生物、醫(yī)學界發(fā)揮重要的作用。另一方面，PCR主要用于體外高效擴增靶基因或目的DNA，是當今科研工作者獲取靶DNA的主要方法之一。這種技術主要依賴于高品質(zhì)的Taq DNA聚合酶，即酶的屬性決定擴增產(chǎn)物的品質(zhì)。目前，不同商業(yè)公司已針對客戶不同的需求開發(fā)了多種不同特性的DNA聚合酶，這些酶在靶基因獲得上起著重要的作用。

根據(jù)PCR反應中DNA聚合酶屬性差異，其可分為普通型和高保真型兩大類。普通型Taq DNA 聚合酶擴增的PCR產(chǎn)物的3 ′末端有一個突出的“A”，它可以與市面上的“TA”克隆載體直接通過A-T配對而形成環(huán)形質(zhì)粒，用于高效的“TA”克隆。但是，由于這種酶的高保真性較低，在基因克隆時會隨機引入各種突變，使獲得的目的DNA往往與模板之間有一定的差異，這對基因功能研究帶來了諸多不便。高保真DNA 聚合酶就很好地解決了這一難題，利用其較強的外切酶活性，能夠最大限度地維持PCR產(chǎn)物的高保真性。這一特性受到廣大科研工作者的喜愛。但是，其自身也有不可回避的難題，即由于其PCR產(chǎn)物高度保真、產(chǎn)物3′末端無突出的“A”，不能直接進行“TA”克隆。

在該研究中，首先利用高保真Taq DNA 聚合酶擴增目的片段，保證PCR產(chǎn)物的高保真性，然后在PCR反應的最后3個循環(huán)中直接加入普通Taq DNA 聚合酶，利用其3′末端加“A”特性獲得既有高度保真性又能在產(chǎn)物3′末端加“A”的PCR產(chǎn)物，實現(xiàn)高保真PCR產(chǎn)物的直接“TA”克隆。此方法簡單方便，可直接跳過高保真PCR產(chǎn)物需要額外加“A”的步驟，實現(xiàn)快速“TA”克隆的目的，具有一定的應用前景。

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