大量提取羊草基因組方法的優(yōu)化

石雅麗 張麗萍 趙一方 李榕珊 蘭輝 孫亞超 龐中緣 陳薇薇 張朋 任紅洋

摘要?羊草是我國北方草原上廣泛分布的一種禾本科牧草，其對畜牧業(yè)及生態(tài)環(huán)境有著至關(guān)重要的作用，其中，獲得大量完整的羊草基因組是進(jìn)行羊草分子生物學(xué)研究的基礎(chǔ)。首先對常用的提取植物基因組DNA方法及其原理進(jìn)行歸納分析，然后利用常用的吸附柱法、改良SDS法和改良CTAB法，分別對羊草基因組進(jìn)行大量提取。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，改良的CTAB法在大量提取時需要用50 mL離心管，離心轉(zhuǎn)速選取5 000 r/min時基因組斷裂較少，同時最終用毛細(xì)管將基因組DNA挑出來，既提高了DNA的產(chǎn)率又保證了DNA的完整性，同時提高了純度。

關(guān)鍵詞?羊草，基因組DNA，CTAB法，SDS法

中圖分類號?S188文獻(xiàn)標(biāo)識碼?A文章編號?0517-6611（2020）06-0080-03

Abstract?Leymus chinensis is a grass species that is widely distributed on grasslands in northern China. It plays a vital role in animal husbandry and the ecological environment.Obtaining a large number of complete genomes is the basis for molecular biology research of L.chinensis.Firstly，the commonly used methods for extracting plant genomic DNA were summarized and analyzed. Then， the common adsorption column method，improved SDS method and CTAB method in this laboratory were used to extract a large number of L. chinensis genomes.The results showed that the improved CTAB method required a 50 mL centrifuge tube for largescale extraction. The genomic DNA was less broken when the centrifugation speed was selected at 5 000 r/min. At the same time，the genomic DNA was finally picked out with a capillary， which not only improved the DNA yield，but also ensured the integrity of the DNA， and improved the purity.

Key words?Leymus chinensis，Genomic DNA，CTAB method，SDS method

羊草[Leymus chinensis （Trin.）Tzvel.]是我國北方草原上廣泛分布的一種禾本科牧草，其耐干旱﹑耐鹽堿且適口性較好，在畜牧業(yè)及生態(tài)環(huán)境方面都有著重要的經(jīng)濟(jì)價值?？茖W(xué)家們已經(jīng)對羊草開展了基因組測序﹑親緣關(guān)系分析和抗旱耐鹽堿分子機(jī)理的研究。其中，基因組DNA的純度﹑完整性與產(chǎn)量都直接關(guān)系著下游試驗結(jié)果，獲得大量高質(zhì)量的羊草基因組DNA是進(jìn)行上述分子生物學(xué)研究的重要基礎(chǔ)。

植物材料具有堅韌的細(xì)胞壁，且有些植物材料富含多糖類和多酚類等次級衍生物，這些都會影響基因組DNA的質(zhì)量與產(chǎn)量[1]。對于不同植物以及同種植物的不同組織，提取基因組DNA的最適方法也不同[2]。目前，常用的大量提取植物基因組的方法有SDS（十二烷基硫酸鈉）法[3-10]﹑CTAB（十六烷基三甲基溴化銨）法[11-13]﹑吸附柱法[14]﹑尿素法[15]以及高鹽低pH法[16-18]。

筆者選取去除蛋白和多糖多酚效果較好的3種方法對提取羊草基因組DNA進(jìn)行比較，包括吸附柱法﹑改良SDS法和改良CTAB法，目的是摸索出一種成本低﹑操作簡單﹑DNA產(chǎn)量高以及純度與完整性都較好的提取羊草基因組的方法，以滿足對羊草進(jìn)行全基因組測序﹑開發(fā)分子標(biāo)記和親緣關(guān)系鑒定等下游試驗的需求。

1?材料與方法

1.1?材料?羊草。

1.2?方法

1.2.1?吸附柱法。

取0.1 g羊草，提取步驟參照植物基因組提取試劑盒（高效植物基因組DNA 提取試劑盒，DP350，天根生化科技有限公司）說明書。因為商品化試劑盒提取的基因組DNA純度較好，因此以吸附柱式的商品化試劑盒提取的羊草基因組DNA為對照，分析其他方法的提取效果。

1.2.2?改良SDS法。

分別取2 g羊草置于液氮中研磨，將羊草葉粉末分別轉(zhuǎn)移到3個60 ℃預(yù)熱的15 mL提取液（50 mmol/L pH 8.0 Tris-HCl，500 mmol/L NaCl，50 mmol/L EDTA，臨用前加2%β-巰基乙醇）中，此處用50 mL離心管，65 ℃水浴鍋中溫浴60 min，溫浴完畢后在離心管中加7.5 mL苯酚顛倒混勻，再加7.5 mL氯仿顛倒混勻，4 ℃10 000 r/min（對3批樣品此處分別用3個轉(zhuǎn)速10 000、8 000和5 000 r/min）離心30 min，吸取上清至新的離心管中。在上清液中加10 μL RNase A（10 mg/mL），常溫放置10 min，用等體積氯仿再抽提1次，吸取上清，加2倍冰預(yù)冷的無水乙醇，緩慢顛倒離心管，室溫靜置10 min，用毛細(xì)管將基因組DNA挑出來，用70%的乙醇洗滌2～3次，干燥，用500 μL ddH2O溶解DNA。

1.2.3?改良CTAB法。

步驟同改良SDS法，只是提取液不同，CTAB提取液為100 mmol/L pH8.0 Tris-HCl，1.4 mmol/L NaCl，20 mmol/L EDTA，2%CTAB，1%PVP（MW40 000，W/V，聚乙烯聚吡咯烷酮），臨用前加2%β-巰基乙醇。

1.2.4?電泳。分別取1 μL基因組DNA樣品上樣，加入6×上樣緩沖液，經(jīng)0.8%瓊脂糖凝膠電泳，電壓100 V，電泳15 min，溴化乙錠染色，以 D2000 DNA Marker（MD114）（TIANGEN）為參照，于紫外凝膠成像系統(tǒng)（BioRad，Gel Doc XR+）下觀察并照相。

1.2.5?紫外分光光度計檢測。取1 μL DNA 樣品，用Nanodrop 分光光度計（ND-1000，Thermo Fisher Scientific，USA）檢測DNA的濃度和純度（OD260/OD280 ）。

2?結(jié)果與分析

2.1?利用天根植物基因組提取試劑盒提取羊草基因組DNA

由圖1可知，試劑盒提取的3個羊草基因組DNA平行樣的提取結(jié)果相對一致，電泳條帶比較平整，沒有拖尾，說明DNA完整性較好，蛋白質(zhì)和RNA殘留較少，但DNA的量較少。

2.2?利用改良SDS法提取羊草基因組DNA

從圖2可以看出，改良SDS法提取的3個羊草基因組DNA樣品分別是離心轉(zhuǎn)速為10 000、8 000和5 000 r/min的提取結(jié)果，10 000、8 000 r/min提取DNA的電泳條帶拖尾嚴(yán)重，說明DNA斷裂嚴(yán)重，5 000 r/min提取DNA的電泳條帶有一些拖尾，這是DNA濃度較高導(dǎo)致的。完整性稍好，3個樣品的電泳孔中較亮，說明蛋白質(zhì)殘留較多，RNA殘留較少，說明該方法去除蛋白質(zhì)雜質(zhì)等效果不好，但相對于試劑盒提取效果，改良SDS法提取的DNA量較多。

2.3?利用改良CTAB法提取羊草基因組DNA

從圖3可以看出，改良CTAB法提取的3個羊草基因組DNA樣品分別是離心轉(zhuǎn)速為10 000、8 000和5 000 r/min的提取結(jié)果，其中5 000 r/min的DNA樣品出現(xiàn)彎曲的現(xiàn)象，這是由于DNA濃度較高導(dǎo)致的，其完整性較好，10 000、8 000 r/min的DNA完整性較差，基因組斷裂，說明在大量提取基因組DNA時較高轉(zhuǎn)速會導(dǎo)致基因組斷裂，應(yīng)采取低轉(zhuǎn)速，同時，3個樣品的點樣孔較干凈，沒有蛋白殘留，而且無RNA殘留，說明該方法去除蛋白質(zhì)雜質(zhì)等效果好。與試劑盒和改良SDS法提取效果相比，改良CTAB法提取的DNA的量非常多。

2.4?DNA濃度及純度測定——紫外分光光度法

根據(jù)紫外分光光度法結(jié)果（表1）分析利用這3種提取羊草基因組DNA的方法，3個重復(fù)樣本提取效果較為均一，吸附柱法提取DNA的OD260/OD280為1.80～1.93，純度較好但濃度較低，濃度平均值為163 ng/mL，改良SDS法提取DNA的OD260/OD280為1.53～1.79，純度較差，說明蛋白殘留較多，但濃度較高，濃度平均值為1 750 ng/mL，經(jīng)過改良CTAB 法提取的羊草基因組 DNA 純度和濃度均較好，OD260/OD280為1.89～1.94，尤其是濃度非常高，濃度平均值達(dá)3 363 ng/mL。

3?結(jié)論與討論

此次試驗所用的3種方法中，吸附法操作簡單，同時吸附柱吸附DNA后不易降解，蛋白質(zhì)雜質(zhì)去除效果好，但由于每次上樣量不能超過0.1 g，因此提取量相對較少。與試劑盒相比，利用改良的SDS法和CTAB法對2 g羊草進(jìn)行大量提取時雖然步驟多，但優(yōu)點在于完整性較好。提取量明顯提高。同時，離心10 000、8 000 r/min時DNA斷裂嚴(yán)重，離心5 000 r/min時基因組斷裂較少，所以在提取羊草基因組時轉(zhuǎn)速不能過高，避免基因組斷裂，改良SDS法中提取液需要現(xiàn)用現(xiàn)配，而且大量提取時蛋白殘留較嚴(yán)重。改良的CTAB法提取液中加入了PVP和β-巰基乙醇，抑制了褐化，而且在大量提取時需要用50 mL離心管，離心轉(zhuǎn)速選取5 000 r/min時基因組斷裂較少，同時最終用毛細(xì)管將基因組DNA挑出來，既提高了DNA的產(chǎn)率又保證了DNA的完整性，同時提高了純度，所以利用該方法提取的DNA純度﹑產(chǎn)率和完整性都較好。綜合考慮，大量提取羊草基因組時利用該試驗中的改良CTAB法最有效。

在此對提取植物DNA提供幾點建議：①材料研磨后要盡快放到提取液中，否則DNA易降解，②加入提取液后60 ℃溫浴時間不要超過60 min，否則容易褐化，③整個操作過程動作要輕柔，否則基因組易斷裂，④在使用酚去除蛋白時，應(yīng)使用TRIS飽和酚，因為使用水飽和酚時DNA可溶于有機(jī)相，不易分離出DNA，⑤離心后取各上層液體時，不應(yīng)吸取過多，以減少雜質(zhì)，⑥低溫的無水乙醇在沉淀DNA時效果更好，⑦因為乙醇可抑制酶活性，所以DNA干燥時必須將乙醇晾干，否則會影響后續(xù)試驗結(jié)果，⑧苯酚有強腐蝕性，乙醇和氯仿易著火、易爆炸、易揮發(fā)，能刺激神經(jīng)系統(tǒng)，試驗過程中

應(yīng)穿實驗服。

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