CN102174509A - 一种应用于群落分析的植物内生菌基因组总dna提取及纯化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于群落分析的植物内生菌基因组总DNA的提取及纯化方法。首先将表面除菌后的新鲜植物组织剪碎研磨至糊状后浸泡在灭菌的磷酸盐缓冲液中,经恒温摇床震荡1小时使微生物细胞从植物组织中脱离出来,静置,悬浮液转入离心管中离心收集微生物菌体,然后加入裂解液振荡混匀使DNA从细胞中释放,再经氯仿-异戊醇反复抽提蛋白,异丙醇离心沉淀和70%冰乙醇洗涤,用DNA特异离心吸附柱纯化得到的粗提基因组总DNA,最后再利用特殊引物进行PCR扩增即可回收得到高质量的用于后续分析的植物内生菌特异性DNA片段。本发明方法具有简单、有效、高质量、污染小等优点,为全面完整地研究植物内生菌群落结构提供了高质量的保证。
Description
技术领域
本发明属于分子生物学技术领域,具体涉及一种应用于群落分析的植物内生菌基因组总DNA的提取及纯化。
背景技术
健康植物组织(包括根、茎、叶、果实等)内部都普遍存在着微生物群,它们在植物体内不仅积极地生存着,而且还能产生许多生物学作用。作为一种天然生物资源,它具有广阔的理论研究价值和开发应用前景。通过对植物内部微生物群落的研究既可以了解内生菌的种群分布,又可以探寻其有利于宿主植物生长的生理功能,为农业的可持续发展和环境污染生物修复提供丰富的微生物资源,因此对植物内生菌的研究具有重要的理论意义和实际意义。
传统的研究环境中微生物群落结构主要基于纯培养的方法,即分离纯化微生物,再对微生物的DNA进一步的研究。这种方法耗时、繁琐且得到的微生物只占总微生物数量的一小部分,因此获得的微生物群落的信息并不完整。近年来,随着分子生物学理论与技术的发展,基于16SrRNA基因的非培养技术(如DGGE、T_RFLP、基因克隆文库构建等)为揭示自然环境中微生物种类和遗传多样性开辟了一条全新的途径。然而这些技术都是建立在获得高质量、完整的基因组总DNA的基础之上。随着分子生物学的发展,各种提取环境样品总DNA的方法也都陆续建立起来,但是对多种环境样品而言,没有一种方法能适用于所有的环境样品,每一种样品根据其特有的理化和生物学特性,都需要优化出一种特有的提取总DNA的方法。目前对其他环境中如土壤、活性污泥以及水体中的基因组DNA提取的研究较多,但因国内对植物组织内部微生物群落的研究较少,而作为它的研究前提和基础的植物内部微生物基因组总DNA的提取方法更是鲜有报道,这就需要我们寻找一种快速、有效、低成本地获取高质量、高可信度 及完整的基因组总DNA的提取与纯化方法。
发明内容
本发明旨在针对植物组织内生菌这一类特殊样品,在现有的技术方法之上,提供一种新的、简便、效果好的植物内生菌基因组总DNA的提取与纯化方法,以满足对不同植物内部微生物群落结构的研究的需要。
本发明所述的植物内生菌基因组总DNA的提取与纯化方法的具体步骤如下:
(1)新鲜植物组织的表面除菌:依次用70%无水乙醇和2.5%的次氯酸钠,浸泡40s和10min,每100ml2.5%的次氯酸钠加一滴吐温80;再用灭菌的去离子水冲洗3遍,最后一遍同时用超声波处理2-5min,以保证植物组织表面不存在微生物细胞;
(2)微生物的收集:将植物组织剪成0.1-0.5cm碎片至研钵中,研磨至糊状后用灭菌的磷酸盐缓冲液冲洗至锥形瓶中,加入玻璃珠,150r/min摇床震荡1小时使微生物细胞从植物组织中游离至溶液中,静置后将悬浮液转入无菌的离心管中,12000×g离心15min收集菌体,再次洗涤后离心弃上清;
(3)总DNA的提取:先后用SDS、蛋白酶K和CTAB-NaCl溶液处理,使菌体裂解释放出DNA,然后经氯仿-异戊醇反复抽提蛋白后用预冷的异丙醇沉淀,得到的粗提DNA再用70%的无水乙醇洗涤、真空干燥后溶于含RNaseA的TE缓冲液中;
(4)总DNA的纯化:粗提的DNA溶液经异丙醇和氯化钠溶液低温沉淀后,加入至DNA特异离心吸附柱内离心收集,吸附柱上的DNA经70%乙醇洗涤再用TE缓冲液洗脱,得到纯化的总DNA溶液;
(5)内生菌16S rDNA片段的获得:选择扩增细菌16S rDNA的引物,对纯化后的总DNA进行PCR扩增,将细菌和掺杂的植物DNA片段分开,使用柱离心式琼脂糖胶DNA回收试剂盒将细菌16S rDNA片段纯化回收,即可得到用于后续分析的内生菌基因片段。
步骤(1)所述的超声波的工作频率为30KHz。
步骤(2)所述的磷酸盐缓冲液的成分:19.9g Na2HPO4·H2O,1.27g Na2HPO4·2H2O,H2O 1L,PH 8.0。
步骤(3)的具体过程如下:将步骤(2)收集的菌体沉淀重悬于TE缓冲液中,加入10%SDS、10mg/ml蛋白酶K,于37℃下水浴处理60min,每隔10min上下颠倒混匀液体;再分别加入5M的NaCl溶液和CTAB-NaCl溶液,65℃水浴10min,然后再加入等体积的苯酚-氯仿-异戊醇混合液,混匀,4℃下9000×g离心5min,取上清液加入等体积的氯仿-异戊醇混合液抽提至蛋白层消失,取上层水相;用预冷的0.6倍体积的异丙醇沉淀2h后,12000×g离心15min得到粗提DNA,再用70%的无水乙醇洗涤、真空干燥后溶于含RNaseA的TE缓冲液中。
步骤(3)所述的CTAB-NaCl溶液的成分为:4.1g NaCl,10g CTAB,100ml H2O。
步骤(3)所述的苯酚-氯仿-异戊醇混合液中苯酚、氯仿、异戊醇的体积比为25∶24∶1;所述氯仿-异戊醇混合液中氯仿与异戊醇的体积比为24∶1。
步骤(4)的具体过程如下:将步骤(3)得到的粗提的DNA溶液用0.6倍体积异丙醇和0.1倍体积氯化钠溶液4℃下沉淀2h以上,然后取0.7ml粗提DNA溶液加入至DNA特异离心吸附柱内,在4℃,12000×g离心1min,弃去收集管废液,重复上述操作步骤直至粗提DNA溶液离心完毕,吸附柱上的DNA经70%乙醇洗涤2次,再用预先加热至65℃的TE缓冲液100~500μl洗脱,得到纯化的总DNA溶液。
步骤(3)和(4)所述的TE缓冲液的成分为:10mM Tris-HCl,1mM EDTA,pH 8.0。
步骤(5)所述的扩增细菌16S rDNA的引物包括:
799f:AACAGGATTAGATACCCTG;
1492r:GGTTACCTTGTTACGACTT。
(该引物的选择参考文献:Chelius M.K.and Triplett E.W.The diversity ofarchaea and bacteria in association with the roots of Zea mays L.Microbiology Ecology,2001,41:252-263.引物是由上海英潍捷基贸易有限公司合成)
该引物的特点在于可以扩增出内生细菌的16S rDNA片段,而不扩增植物叶绿体DNA,植物线粒体DNA可通过扩增引物中片段大小差异与细菌的16S rDNA分开。
本发明提供了一种快速、有效、低成本地获取高质量、高可信度及完整的基因组总DNA的提取与纯化方法。以满足对不同植物内部微生物群落结构的研究的需要。采用本发明的方法可以得到高质量片断长度比较单一的大于23kb的DNA,使用扩增细菌16S rDNA的引物(799f-1492r)从纯化后的DNA中成功地扩增出了特异性很高的长度约为700bp的细菌DNA片段,可以用作DGGE、T_RFLP、基因克隆文库构建等后续分子生态学研究。
附图说明
图1是纯化后的植物内生菌总DNA的琼脂凝胶电泳照片;
其中Marker为DNA分子量标记,1-6泳道分别为龙葵根茎叶,商陆根茎叶基因组总DNA提取实施例的效果图。
图2是提取的总DNA经PCR扩增后得到的16S rDNA产物的琼脂糖凝胶电泳照片;
其中Marker为DNA分子量标记,1-6泳道分别为龙葵根茎叶,商陆根茎叶总DNA经PCR扩增后电泳图。共有两条带,一条位于700bp左右的应为细菌的16S rDNA片段,另一条位于1000-1500bp之间,应为植物线粒体18S rDNA片段。
图3是将图2中约700bp大小的细菌16S rDNA片段切胶回收后再进行PCR扩增后得到的16S rDNA产物的琼脂糖凝胶电泳照片。
以下通过具体实施例详细说明发明的实施,以帮助读者更好地了解本发明的实质,而不会限制本发明。
具体实施方式
实施例:
(1)植物样本
采自湖南省某矿区尾砂坝生长的镉超累积植物龙葵和锰超累积植物商陆,快速带回实验室4℃低温保存。
(2)新鲜植物组织的表面除菌
将新鲜植物组织样品清洗干净后,依次用70%无水乙醇和2.5%的次氯酸钠(每100ml加一滴吐温80)浸泡40s和10min,再用灭菌的去离子水冲洗3遍,最后一遍用超声波处理2-5min,以保证植物组织表面不存在微生物细胞。
(3)微生物细胞的收集
分别称取2g两植物的根茎叶组织,剪成0.1-0.5cm碎片至研钵中,研磨至糊状后用25ml灭菌的磷酸盐缓冲液冲洗至锥形瓶中,加入玻璃珠,150r/min摇床震荡1小时使微生物细胞从植物组织中游离至溶液中,静置后将悬浮液转入50ml无菌的离心管中,12000×g离心15min收集菌体,再次洗涤后离心弃上清。
(4)DNA的提取
用10ml离心管将菌体沉淀重悬于3ml TE缓冲液中,加入180μl 10%SDS、20μl 10mg/ml蛋白酶K,于37℃下水浴处理60min,每隔10min上下颠倒混匀液体。再分别加入520μl 5M的NaCl和360μl CTAB-NaCl溶液,65℃水浴10min,然后再加入等体积的苯酚-氯仿-异戊醇混合液,混匀,4℃下9000×g离心5min,取上清液加入等体积的氯仿-异戊醇混合液抽提至蛋白层消失,取上层水相。用预冷的0.6倍体积的异丙醇沉淀2h后,12000×g离心15min得到粗提DNA,再用70%的无水乙醇洗涤、真空干燥后溶于含RNaseA的TE缓冲液中。
(5)DNA的纯化
粗提的DNA溶液用0.6倍体积异丙醇和0.1倍体积氯化钠溶液4℃下沉淀2h以上,然后取0.7ml粗提DNA溶液加入至DNA特异离心吸附柱内,在4℃,12000×g离心1min,弃去收集管废液,重复上述操作步骤直至粗提DNA溶液离心完毕,吸附柱上的DNA经70%乙醇洗涤2次,再用预先加热至65℃的TE缓冲液100~500μl洗脱,得到纯化的DNA溶液。
(6)琼脂糖凝胶电泳检测纯化后总DNA
DNA片段的检测按照常规的琼脂糖凝胶电泳进行,所用琼脂糖凝胶浓度为0.7%,Marker为λDNA/HindIII,电泳缓冲液为0.5×TBE,以8V/cm的电压在水平电泳槽上电泳,之后用GelRed染色液染色30min,最后在凝胶成像系统上拍照检测,结果见图1。
(7)16S rDNA的PCR扩增及产物检测
因在提取过程中不可避免会提取到植物细胞DNA,因此我们选择了扩增细菌16S rDNA的引物(799f:AACAGGATTAGATACCCTG;1492r:GGTTACCTTGTTACGACTT),该对引物可以扩增出内生细菌的16S rDNA片段(约为700bp),而不扩增植物叶绿体DNA,植物线粒体DNA可通过扩增引物中片段大小差异与细菌的16S rDNA分开。
25μl的PCR扩增体系为:12.5μl2×Tap PCR Master Mix,引物各0.5μl(25μmol/l),纯化DNA,加无菌无离子水补足至25μl。扩增条件为94℃预变性5min,接下来94℃30s,52℃30s,72℃1min,30个循环;72℃延伸10min,4℃下保存。
PCR扩增产物的检测使用2%琼脂糖凝胶电泳,所用Marker为DNAMarker V,电泳缓冲液为0.5×TBE,以8V/cm的电压在水平电泳槽上电泳,之后用GelRed染色液染色30min,最后在凝胶成像系统上拍照检测,结果见图2。
(8)细菌DNA片段的回收及电泳检测
使用柱离心式琼脂糖胶DNA回收试剂盒对第7步中16S rDNA扩增产物中约700bp的片段进行切胶纯化。纯化后的产物再进行琼脂糖凝胶电泳检测,步骤同7,结果见图3。
从上述测定结果可以明显看出,本方法能较全面地收集植物体内微生物细胞,而最大限度地避免了植物DNA的干扰,可以得到较高产量的长片段DNA。纯化后的总DNA用于16S rDNA的PCR扩增,可得到特异性良好的产物。因此本方法可以为生态学中植物内生菌群落多样性分析提供一种方便、高质、高量、低成本的内生菌总DNA提取与纯化技术。
Claims (9)
1.一种应用于群落分析的植物内生菌基因组总DNA提取及纯化方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)新鲜植物组织的表面除菌:依次用70%无水乙醇和2.5%的次氯酸钠,浸泡40s和10min,每100ml2.5%的次氯酸钠加一滴吐温80;再用灭菌的去离子水冲洗3遍,最后一遍同时用超声波处理2-5min,以保证植物组织表面不存在微生物细胞;
(2)微生物的收集:将植物组织剪成0.1-0.5cm碎片至研钵中,研磨至糊状后用灭菌的磷酸盐缓冲液冲洗至锥形瓶中,加入玻璃珠,150r/min摇床震荡1小时使微生物细胞从植物组织中游离至溶液中,静置后将悬浮液转入无菌的离心管中,12000×g离心15min收集菌体,再次洗涤后离心弃上清;
(3)总DNA的提取:先后用SDS、蛋白酶K和CTAB-NaCl溶液处理,使菌体裂解释放出DNA,然后经氯仿-异戊醇反复抽提蛋白后用预冷的异丙醇沉淀,得到的粗提DNA再用70%的无水乙醇洗涤、真空干燥后溶于含RNaseA的TE缓冲液中;
(4)总DNA的纯化:粗提的DNA溶液经异丙醇和氯化钠溶液低温沉淀后,加入至DNA特异离心吸附柱内离心收集,吸附柱上的DNA经70%乙醇洗涤再用TE缓冲液洗脱,得到纯化的总DNA溶液;
(5)内生菌16S rDNA片段的获得:选择扩增细菌16S rDNA的引物,对纯化后的总DNA进行PCR扩增,将细菌和掺杂的植物DNA片段分开,使用柱离心式琼脂糖胶DNA回收试剂盒将细菌16S rDNA片段纯化回收,即可得到用于后续分析的内生菌基因片段。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)所述的超声波的工作频率为30KHz。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(2)所述的磷酸盐缓冲液的成分:19.9gNa2HPO4·H2O,1.27g Na2HPO4·2H2O,H2O 1L,PH 8.0。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(3)的具体过程如下:将步骤(2)收集的菌体沉淀重悬于TE缓冲液中,加入10%SDS、10mg/ml蛋白酶K,于37℃下水浴处理60min,每隔10min上下颠倒混匀液体;再分别加入5M的NaCl溶液和CTAB-NaCl溶液,65℃水浴10min,然后再加入等体积的苯酚-氯仿-异戊醇混合液,混匀,4℃下9000×g离心5min,取上清液加入等体积的氯仿-异戊醇混合液抽提至蛋白层消失,取上层水相;用预冷的0.6倍体积的异丙醇沉淀2h后,12000×g离心15min得到粗提DNA,再用70%的无水乙醇洗涤、真空干燥后溶于含RNaseA的TE缓冲液中。
5.根据权利要求1或4所述的方法,其特征在于,步骤(3)所述的CTAB-NaCl溶液的成分为:4.1g NaCl,10g CTAB,100mlH2O。
6.根据权利要求1或4所述的方法,其特征在于,步骤(3)所述的苯酚-氯仿-异戊醇混合液中苯酚、氯仿、异戊醇的体积比为25∶24∶1;所述氯仿-异戊醇混合液中氯仿与异戊醇的体积比为24∶1。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(4)的具体过程如下:将步骤(3)得到的粗提的DNA溶液用0.6倍体积异丙醇和0.1倍体积氯化钠溶液4℃下沉淀2h以上,然后取0.7ml粗提DNA溶液加入至DNA特异离心吸附柱内,在4℃,12000×g离心1min,弃去收集管废液,重复上述操作步骤直至粗提DNA溶液离心完毕,吸附柱上的DNA经70%乙醇洗涤2次,再用预先加热至65℃的TE缓冲液100~500μl洗脱,得到纯化的总DNA溶液。
8.根据权利要求1或4或7所述的方法,其特征在于,步骤(3)和(4)所述的TE缓冲液的成分为:10mM Tris-HCl,1mM EDTA,pH 8.0。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(5)所述的扩增细菌16S rDNA的引物包括:
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