我想,這篇文章可以幫助糾正一些常見的關于DNA(以及RNA)定量、純度方面錯誤的信條。尤其是提取像土壤這類的環境樣品的情況下。
提取環境土壤獲取大量高純度DNA比提取其它類型樣品難度都要大,因為環境樣品微生物裂解的復雜性和抑制因子的去除問題。而要定量分析從中提取得到的核酸就相對比較容易。可是如果定量、定性分析不得要領,你可能會誤讀結果,導致無謂反復試驗甚至錯過實驗中產生的關鍵信息。
下面讓我們圍繞DNA提取、定量分析方面常見的誤解進行討論。
1. 對還是錯:高UV A260值代表更多DNA
錯。高A260值并不總是意味著高基因組DNA得率。除了基因組DNA本身,降解的DNA、RNA同樣是高UV吸光率的。降解的RNA的高吸光率推高了A260的讀數。樣品裂解完成后采用什么DNA純化方法決定了最終獲得什么樣的DNA。很多純化方法并不能從大分子DNA中分離掉小片段DNA、RNA。而PowerSoil DNA Isolation Kit可以做到。
跑膠5-10μl可以讓你了解你的DNA樣品有什么。從電泳結果上能清楚看到樣品主要是大分子DNA,還是破碎不堪的小片段核酸。
2. 對還是錯:珠磨研磨總能得到高DNA得率
錯。并不是所有的樣品都需要高速珠磨研磨機。只有動物組織、植物RNA提取才需要盡可能強力的研磨。除非你想把DNA切小點。提取各種環境樣品基因組DNA,常用的辦法是研磨珠結合渦旋振蕩研磨以獲得大分子量DNA。當使用分光光度計測DNA得率,像上面所提到的那樣,DNA斷裂越厲害,吸光率越高。可是此吸光率并不意味著DNA得率很高。因為虛高的讀數讓你以為DNA濃度很高,跑qPCR的時候只用了很少量的DNA樣品,結果導致更高的Cq值和樣品DNA量的不正確計算。
當提取土壤微生物DNA的時候,珠磨研磨機并不總是起正面作用。在《DNA提取 I:土壤的分子生物學特性》文章中全面討論了使用不同研磨珠、加熱等方法優化真菌、孢子DNA提取。還給出了一些相關文獻出版物參考文獻。
檢查DNA的完整性最好跑電泳結合測OD值,這樣才能充分評估手上的DNA。如果你看到電泳凝膠上出現嚴重拖尾,說明珠磨研磨過頭了。
3. 對還是錯:如果DNA樣品看起來很干凈,意味著不含腐植酸和富哩酸
錯。腐植酸通常會讓樣品呈現棕色,如果你的樣品有顏色,那就意味著有較多雜質污染。就算DNA樣品表面上看起來比較干凈,里頭一樣可能含有低濃度的腐植酸和富哩酸,甚至多糖污染。使用一款像PowerSoil、PowerWater、PowerBiofilm這樣采用抑制因子去除技術的試劑盒,可以確保最終提取的DNA是真正的干凈。
在透過A260讀數估計DNA得率同時,較低的260/230比值則表示DNA樣品有機物污染。比值高于1.5就完美了,若低于1.0,那污染物將會明顯抑制下游酶反應的進行。
4. 對還是錯:如果我的土壤樣品DNA得率不高,那我需要采取更強的裂解方法
錯。如果你的土壤DNA含量本身就很低,你應該提高土壤樣品的起始量。
土壤之間DNA得率差異很大。但如果提取的是有機質含量和微生物豐度很高的土壤樣品,DNA得率通?梢赃_到20-30μg每克土壤(5-7μg/ PowerSoil prep)。Whitman et. al (1998)提到極其豐富的土壤可以含1-2×109個細胞/克土壤 (1)。如果全是大腸桿菌的話,就相當于1g土壤含有5-10μgDNA,相當于使用PowerSoil每個樣可以得到1-3μgDNA。濃縮到最終50 ul DNA中,這微生物豐富的土壤預期DNA濃度可達到20-60ng/μl。如果土壤中微生物基因兩倍于大腸桿菌,此微生物豐富的土壤DNA得率甚至可以到40-120 ng/μl。
而我們實驗室中通常處理的樣品往往達不到這樣頂級的微生物豐度,所以平均每個土壤樣品有10-20 ng/ul得率是比較正常的。
鑒于上述信息,如果有某個提取方法可以得到遠超出這個范圍的DNA得率,那么里頭肯定不全是DNA。要么被高吸光率的PCR抑制因子污染,要么含有很多降解RNA;蚍中偷玫降男畔⑦h不如PowerSoil和UltraClean Soil Kit得到的純凈微生物DNA來的完整和準確。
確定每次跑膠測得率,或者進行更準確的qPCR。
5.對還是錯:PCR是檢查抑制因子的最佳途徑 對。唯一知道DNA樣品是否含有抑制因子的辦法是進行酶反應。最好是給樣品做10倍梯度稀釋用16S
rDNA作引物,qPCR檢測擴增效率。通常PCR mixes帶有的背景細菌DNA會讓水樣對照產生背景擴增干擾,但樣品之間的Cq值差異足以抵消其影響(通常在6-10個循環)。
進行qPCR,若結果是10倍梯度稀釋之間差異約為3.3個循環。說明每個循環之間順利進行倍增復制,樣品不含抑制因子。若擴增從第一個未稀釋樣品就無法進行下去,表明DNA中含有抑制物。切忌,不要一次加入太多DNA。起始50ul PCR用1-2μl或者10-100ng即可,從這個濃度開始梯度稀釋。如果樣品擴增太快(低于儀器默認基線,擴增的熒光型號被熒光背景型號所掩蓋),標準曲線會出問題,此時建議從10ng開始梯度稀釋。
取1μl環境樣品DNA跑PCR是另一個很好的檢驗辦法。如果擴增失敗或產物減少,則表明樣品含有抑制因子。
總結
這些技術小提示不僅僅適用于土壤和水樣。抑制因子導致的不準確吸光率和定量同樣影響提取血液、組織樣品。最佳的做法是測OD值的同時電泳跑膠,這樣就既能知道DNA得率還能了解DNA的完整性。PCR和qPCR可以更準確定量gDNA以及起始樣品的微生物數量。
參考文獻
1. Prokaryotes: the unseen majority.
Proc Natl Acad Sci U S A.
1998 Jun 9;95(12):6578-83.