DNA提取是分子生物学基础实验,是PCR、基因测序、酶切、基因分型等后续实验的前提。DNA提取质量直接决定了下游实验的成败,样本前处理、裂解消化、核酸吸附、洗涤、洗脱每一步操作失误,都可能造成DNA降解、得率低下、蛋白与RNA污染。下面我们就结合最常用的柱式提取法,梳理组织、细胞样本DNA提取的核心操作要点与关键注意事项,为大家实验的顺利开展提供一些参考。
一、样本前处理要点
样本本身质量是获得高质量DNA的首要条件,样本保存与预处理不当,会直接出现DNA断裂、降解,造成后续实验失败。
1. 组织样本
取适量组织材料,优先两种处理方式:1)液氮冷冻后研磨成粉末,再加入裂解体系;2)组织剪碎后直接进行匀浆处理。对于纤维丰富、骨质、脂肪含量高的组织,要充分剪碎,避免大块组织裂解不完全。
样本离体后要尽快处理,若不能立刻提取,应放置于‑80℃超低温冰箱长期保存,也可使用DNA保存液常温短期保存;避免反复冻融,反复冻融可造成基因组DNA断裂降解。也不建议长期‑20℃保存组织样本,可能会发生核酸降解。
2. 细胞样本
-贴壁细胞:使用胰酶充分消化收集细胞,离心弃去培养基上清,收集细胞沉淀;不要过度消化,过度消化会损伤细胞膜,造成核酸释放后被胞内核酸酶降解。用无菌PBS洗涤细胞沉淀1‑2次,去除残留血清、培养基杂质。
-悬浮细胞:直接离心收集细胞沉淀,弃上清,PBS重悬洗涤,再次离心去除洗涤液。
注意:细胞沉淀不要过量,超出试剂盒最大上样量,会裂解不充分;样本量过低,DNA总产出会偏低。
二、裂解与消化操作要点
裂解与消化是释放DNA的关键步骤,核心要求是裂解充分、DNA不降解。除了在样本前处理中可以通过研磨、剪碎等方式来促进裂解一些脂肪含量较高、纤维丰富的组织外,研究者还可以选择具备足够裂解能力的裂解液,如市面上在核酸提取领域深耕多年的BIOG、Qiagen等品牌的裂解液,均拥有专利的裂解技术,可快速彻底裂解组织细胞,充分释放出核酸,具有该种性能的裂解液才可显著提升困难样本的DNA提取得率。在消化过程中,研究者可以根据样本消化难易程度,适当增加或减少消化时长,以充分消化为准,如毛囊组织,可将消化时间延长至1-2小时;鼠尾组织,有必要可进行过夜消化操作等。
三、核酸吸附操作要点
核酸吸附是柱提法DNA提取的核心步骤,直接决定了DNA的结合回收率与初始纯度,核心要求是吸附充分、结合稳定。吸附前研究者需根据试剂盒要求精准添加异丙醇、无水乙醇等,需严格按照样本裂解液体积配比添加,不可随意增减用量。醇盐浓度不足会导致DNA无法有效结合硅胶膜,造成核酸大量流失、提取得率偏低;浓度过高则会导致大量杂质非特异性吸附,降低DNA纯度。
此外,吸附柱中吸附膜的特性也十分关键,其吸附能力越强,得到的DNA产量就越高。市面上的提取试剂盒一般使用的是普通国产吸附膜,膜较厚,但对核酸的吸附能力并不显著。想要追求更高的提取得率,可以使用像BIOG品牌这类采用进口材料研发的化学修饰离子膜,膜的厚度比国产膜更薄,但对DNA的吸附更强,尤其是对于一些珍稀样本的核酸提取这点十分重要。
四、洗涤操作要点
洗涤操作是去除残留杂质、提升DNA纯度的关键步骤,核心要求是除杂彻底、核酸不脱落、无试剂残留。该步骤中,DNA可稳定结合在硅胶膜上,而组织/细胞中残留的变性蛋白、多糖、脂类、多余盐离子以及裂解液、结合液残留杂质,均可通过专用洗涤液清洗去除,洗涤效果直接决定最终DNA的纯度与下游实验可用性,如果不去除干净则可能对后续PCR、RT-qPCR等酶学反应产生严重抑制,建议实验者选用含有高效去污因子的BIOG、Qiagen等洗涤液,以彻底去除杂质,进而提升DNA的提取纯度。另外值得注意的是,洗涤操作前需确认洗涤液是否已按说明书提前补加无水乙醇,未加乙醇的洗涤液无法维持硅胶膜与DNA的结合状态,会造成DNA大量洗脱流失,导致最终产物浓度降低。洗涤液最好现配现用,以防乙醇挥发影响提取效果。
五、洗脱操作要点
洗脱操作是获取纯化基因组DNA的最终步骤,核心要求是洗脱充分、完整性高。有以下几点操作可以帮助提升最终的DNA质量:
(1)为提升困难样本、低浓度样本的洗脱效率,可将洗脱液提前预热至55-65℃,温热洗脱液能够显著弱化DNA与硅胶膜的结合力,相较于常温洗脱可有效提升基因组DNA回收浓度。
(2)加入洗脱液后不可立即离心,需室温静置2-5 min,使洗脱液充分渗透硅胶膜、充分接触结合态DNA,给予核酸充足的解离时间,这是提升洗脱效率的关键细节。
(3)根据实验需求合理控制洗脱体积,小体积洗脱可提高DNA浓度,适合微量样本;大体积洗脱可获得更高总核酸量,但会稀释浓度,可根据样本类型灵活调整。
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