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S_1核酸酶作用与微环DNA分子的克隆策略_cropped

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S_1核酸酶作用与微环DNA分子的克隆策略_croppedS_1核酸酶作用与微环DNA分子的克隆策略_cropped 19 卷 2 期 Vol . 19 No . 2 生 物 工 程 学 报 Chinese J ournal of Biotechnology 2003 年 3 月March 2003 S核酸酶作用与微环 D NA 分子的克隆策略 1 3 白艳玲 杨之龙 乔明强 张秀明 周 静 高才昌 ( )南开大学生命科学学院 ,天津 300071 S核酸酶具有降解单链 DNA 或 RNA 的作用 。在适当的条件下 , 该酶能将不同的环形 DNA 米曲霉来源的 摘 要 1...
S_1核酸酶作用与微环DNA分子的克隆策略_cropped
S_1核酸酶作用与微环DNA分子的克隆策略_cropped 19 卷 2 期 Vol . 19 No . 2 生 物 工 程 学 报 Chinese J ournal of Biotechnology 2003 年 3 月March 2003 S核酸酶作用与微环 D NA 分子的克隆策略 1 3 白艳玲 杨之龙 乔明强 张秀明 周 静 高才昌 ( )南开大学生命科学学院 ,天津 300071 S核酸酶具有降解单链 DNA 或 RNA 的作用 。在适当的条件下 , 该酶能将不同的环形 DNA 米曲霉来源的 摘 要 1 分子从超螺旋转变成开环和线形结构 ,对质粒 pUC19 的实验证明 , S核酸酶的这种转变作用与加入的酶量呈正相 1 μ关 。在 25L 总反应体积中 ,按 100ng DNA 加入 5u 至 17u 的 S核酸酶 ,能获得较高比例的线形 DNA 。由于微环 DNA 1 分子太小 ,单酶切位点的出现率较低 ,很难用常规方式进行克隆 ,以 S核酸酶进行线形化是微环 DNA 克隆的途径 。 1 () pC3 是已知最小的真核生物线粒体 DNA 类质粒 537bp,经 S核酸酶线形化后 ,成功地克隆到 pMD182T 载体上 。 1 关键词 S核酸酶 ,微环 DNA ,线形化 ,分子克隆 1 () 中图分类号 Q78 文献标识码 A 文章编号 100023061 20030220240204 在多数原核生物和一些真核生物中存在主基因组以外 法 。 1 - 3 的双链环形 DNA 质粒或类质粒 。研究这些额外遗传物 质的结构 、功能及起源 ,不仅在探讨遗传物质的构成与生物 1 材料与方法 进化方面有重要的理论意义 ,而且为生物新载体的开发 1. 1 材料 提供可靠的依据和资源 。为了研究这些分子的性质 ,首先必 pUC19 为标准质粒 ;微环 DNA 类质粒 pC3 来源于“津研 须将其克隆到已知的载体上 。通常采用限制性内切酶 ,将环 形目的 DNA 切成线形 ,然后与适当的载体连接 。然而 ,对于 ( ) 四号”黄瓜 Cucumis sativus黄化子叶线粒体 , 所用黄瓜种子 黄瓜线粒体类质粒 pC3 这样的微环 DNA ,一方面 ,核酸分子 由天津市黄瓜研究所提供 。 本身较小 ,常见限制酶单酶切位点的出现率较低 ,另一方面 , 1. 2 试剂与酶DNA 的二级结构 、修饰或其他未知原因对限制性内切酶的 ( ) 米曲 霉 Aspergillus oryzae 来 源 的 S核 酸 酶 、pMD182T1 活性也有抑制作用 ,使微环 DNA 难于被消化成线形和进行 Vector 及随机引物标记试剂盒购自 Ta KaRa Biotechnology 有限 克隆 。所以 ,在这种情况下需要寻找新的克隆途径 。 ( ) 公司 ; dATP、DNA 聚合酶 Taq plus、X2gal 及 IPTG 购自 Sangon ( ) 多年来 ,米曲霉 Aspergillus oryzae来源的 S核酸酶对单 1 32 α公司 ; T4 DNA 连接酶购自华美生物工程公司 ; 2P dCTP 购 链 DNA 或 RNA 的降解功能被广泛关注 ,基于 S核酸酶的性 1 自北京亚辉生物医学工程公司 ;三羟甲基氨基甲烷和琼脂糖 质开发了 S核酸酶保护分析法 、双链 DNA 末端平滑化等多 1 购自 Promega 公司 。 种分子生物学技术 。有文献报道 , S核酸酶能在适当的条 1 1. 3 质粒提取件下 ,随机地在环形超螺旋 DNA 分子上单位点切开单链或 参照文献 7 碱裂解法大量提取质粒 pUC19 ;参照文献 8 - 9 提取黄瓜线粒体总 DNA ,样品经 1 %琼脂糖凝胶电泳 分离 ,切下类质粒 pC3 泳带 ,按文献 10 回收 DNA 。 4 1. 4 S核酸酶作用1 ,使之转变成开环或线形 。然而 , S 核酸酶对超螺旋双链 1 μ以无菌去离子水稀释 S酶至适当浓度 ;在 p H 4. 6 、25L 1 DNA 分子的这种作用尚未引起普遍关注 ,只有少数研究组 总反 应 体 积 中 含 有 终 浓 度 0. 03molΠL CHCOONa 、0. 28molΠL 3 5 - 6 利用其进行 DNA 形状分析 。 NaCl 和 0. 01molΠL ZnSO,在 22,23 ?条件下 ,酶与底物 DNA 4 微环 DNA 分子的线形化是其克隆操作中的关键环节 。 μ反应 15min 后 ,立即放入冰浴中 ,并加入 1L 0. 5molΠL EDTA 本文以 S核酸酶对环形 DNA 分子的作用为中心 ,探索并确 1 终止反应 。 定环形 DNA 分子线形化的稳定酶反应条件 ,为难以被限制 性内切酶消化的微环 DNA 分子的克隆建立了一种新 的 方 收稿日期 :2002211208 ,修回日期 :2002212224 。 () 基金项目 :国家自然科学基金资助 No . 39770414。 3 通讯作者 。Tel :86222223503692 ; Fax :86222223508800 ; E2mail :gaocc @public . tpt . tj . cn 1. 5 线形 D NA 的末端加尾 参照文献 4 , 对线形 pC3 进行末端加“A”反应 。 线形 DNA μ2. 5g2 + ) μ(10 ×Buffer 含 MgL 5 μ5mmolΠL dATP 10L (μ) μ5uΠLTaq plus 1L μddHO 加至 50L2 74 ?2h ? 71,72 ? 2min ? 酚Π氯仿抽提 ,醋酸钠 、无水乙醇 沉淀 DNA 。 1. 6 探针标记 图 1 S核酸酶对 pUC19 的作用结果 1 依据试剂盒说明 ,以纯化的黄瓜线粒体类质粒 pC3 为模 Fig. 1 Snuclease digestion of pUC19 DNA molecules 1 32 α板 ,按随机引物法合成带 [2P 标记的探针 。 Electrophoresis was done with 1 . 2 % agarose gel . Lanes 1,11 were load2 1. 7 Southern 杂交ed with DNA samples after Snuclease digestion. The amount of enzyme 1 按标准方法操作 。added per 100ng DNA was 0 . 3u ,0 . 6u , 1u , 1 . 5u , 2u , 2 . 5u , 3u , 4u , 5u , 11u and 17u , respectively. Lanes 12 was loaded with DNA sample 2 结果与讨论 after EcoR ?digestion. Lanes 13 was loaded with DNA sample not treat2 ed with any enzymes. M was DNA marker . CCC , OC and L represents co2 2. 1 S核酸酶对 pUC19 的线形化 1 valently closed circle , open circle and linear conformation , respectively S核酸酶是单链 DNA 或 RNA 的特异性降解酶 ,但不同 1 的酶量对底物的作用结果迥然不同 ,中等酶量可以在切口或 2. 2 黄瓜线粒体类质粒 pC3 的线形化 小缺口处切开双链 DNA ,过量的酶可以将双链核酸完全消 上述结果表明 ,在适当的酶量范围内 , S核酸酶能将微1 11 化 。在适当的条件下 , S 核酸酶能将 模板
合成探针 ,进行 Southern 杂交 。图 3b 显示 ,酶切的插入片段 被探针杂交 ,表明克隆的外源片段是 pC3 ,核酸序列测定其 长度为 537bp ,也与预期结果一致 。pC3 的序列已被 GenBank 4 , 将开环转变成线形 。这 说 明 经 过 S处切开另一条单链 1 () 收录 收录号 :AF522195。 核酸酶作用和电泳分离后形成锐带的线形分子 ,结构完整 , 末端平滑 ,回收后可用于克隆 。 生 物 工 程 学 报 19 卷 242 量重复序列 ,这提示 ,DNA 的二级结构以及可能存在的某些 未知修饰抑制了限制性内切酶的作用 ,使以限制性内切酶线 形化为基础的分子克隆无法实施 。对于难以用内切酶线形 化的双链微环 DNA 分子 ,尤其是像线粒体类质粒那样需经 纯化的少量样品 ,采用以 S核酸酶线形化为基础进行克隆 1 是省时而有效的途径 。 )(REFERENCES参考文献 Hoflack L , Seurinck J , Mahillon J . Nucleotide squence and caracter2 1 ] ization of the cryptic B acillus thuingiensis plasmid p GI3 reveal a new 图 2 S核酸酶对 pC3 的作用 1 Fig. 2 Digestion of pC3 DNA by Snuclease ( ) 1 family of rolling circle replicons. J B acteriol , 1997 , 179 6: 5000 Samples were analyzed by 2 . 5 % agarose gel electrophoresis. 1 and 3 . - 5008 Samples digested with 45u and 15u Snuclease , respectively ; 2 . sample 1 Gobbi E , Carpanelli A , Firrao G et al . The Cryphonenectria parasit2 2 ] not treated with any enzymes ; M. DNA marker . CCC , OC and L repre2 ica plasmid pUG1 contains a large ORF with motifs of family B DNA sents covalently closed circle , open circle and linear conformation , respec2 () polymerases. Nucleic Acids Res , 1997 , 25 16: 3275 - 3280 tively Bengtsson B O and Andersson H. The population genetics of plant 3 ] mitochondrial plasmids. J Theor Biol , 1997 , 188 : 163 - 176 Wiegand R C , Godson G N and Randding C M. Specificity of the S 4 ] 1 ( ) nuclease from Aspergillus oryzae . J Biol Chem , 1975 , 250 22 : 8848 - 8855 Levings III C S , Vasil I K. The Molecular biology of plant mitochon2 5 ] dria . Netherland : Kluwer Academic , 1995 , pp . 61 - 91 Goblet J P , Boutry M , Duc G et al . Mitochondrial plasmid2like mol2 6 ] ecules in fertile and male sterile Vicia faba L . Plant Moleluar Biolo2 gy , 1983 , 2 :305 - 309 Ausubel F M , Brent R , Kingston R E et al . Short Protocols in Mo2 7 ] rd lecular Biology. 3ed , John Weley & Sons , Inc , 1995 Kemble R J , Gunn R E , Flavell R B. Classification of normal and 8 ] male sterile cytoplasms in maize II. electrophoretic analysis of DNA species in mitochondria . Genet , 1980 , 95 :451 - 458 图 3 pC3 重组子鉴定 Fig. 3 Identification of recombinant pC3 DNA clone Wilson A J , Chourey P S. A rapid inexpensive method for the iola2 9 ] () ( ) Electrophoresis was done with 1 . 2 % agarose gel . Lane 1 in 3 a, 3 btion of restrictable mitochondrial DNA from various plant sources. ( ) and 3 b′are all loaded with the total DNA of cucumber mitochondrium. Plant Cell Reports , 1984 , 3 :237 - 239 Lane 2 : recombinant pC3 sample after digestion with EcoR ?and Pst ?. ( ) ( ) ( ) BAI Y L 白艳玲, YANG ZH L 杨之龙, YU G W于国武et 10 The arrow indicates the inserted fragment cut down by restriction enzymes. () al . Isolation and identification of plasmid2like DNAs in cucumber b′is the Southern hybridization result of b. M : DNA marker DL2000. CCC and OC represents covalently closed circle and open circle conforma2 mitochondria. Acta Scientiarum Naturaliun Universitatis Nankaiensis tion , respectively ( ) () 南开大学学报, 2002 , 35 2: 97 - 100 Sambrook J ,Fritcsh E F , Maniats T. Molecular cloning , A laboratory 11 根据测定的核酸序列 ,用已知的单切点限制酶消化类质 nd manual 2 ed ,1989 粒 pC3 ,仍未切开该分子 。序列分析表明 ,pC3 分子上存在大 The Action of SNuclea se and a Cloning Strategy f or Microcircular D NAs 1 3BAI Yan2Ling YANG Zhi2Long QIAO Ming2Qiang ZHANG Xiu2Ming ZHOU Jing GAO Cai2Chang ( )College of Life Sciences , Nankai University , Tianjin 300071 Received : 1120822002 () This work was supported by Grant from NSFCNo . 39770414. 3 Corresponding author : Tel : 86222223503692 ; Fax : 86222223508800 ; E2mail : gaocc @public . tpt . tj . cn ) (Abstract Snuclease from Aspergillus oryzaeis a specific enzyme to degrade single stranded DNA or RNA molecules. It has 1 been reported to be able to convert superhelical circular DNA molecules into open circle or linear forms under certain conditions , but this function has not been well explored. In order to use the action of Snuclease to linearize circular DNA and develop a novel way of cloning microcircular DNAs , 1 the pUC19 was used to investigate the relationship between the linearization efficiency of Snuclease and the amount of enzyme 1 used. By this way the optimal conditions for linearization of circular DNAs by Snuclease would be determined. 1 μ0 . 3u to 17u Snuclease per 100ng pUC19 DNA was added into a 25L system , respectively , to perform the reaction. The 1 effectiveness of enzyme digestion was realized by electrophoresis in a 1 . 2 % agarose gel . The results showed that along with the increase in enzyme amount from 0 . 3u to 17u a gradual decrease in the superhelical form , a gradual increase in the linear form and then in the circular form was obvious. The conversion from superhelical form to linear and circular form was directly related to the enzyme amount used. A higher proportion of linear DNA molecules was achieved by using 5 to 17u Snuclease per 100ng 1 DNA. Besides , electrophoretic mobility of the Snuclease2linearized pUC19 was the same as that of the linear form produced by 1 restriction enzyme digestion. According to the result of
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