CN103740699B - 一种担载SiO2磁珠快速提取古DNA的方法 - Google Patents
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Abstract
一种担载SiO2磁珠快速提取古DNA的方法,将处理好的骨骼样品放置在等离子体处理反应器中,对骨骼样品处理,液氮处理骨骼样品,把骨骼样品研磨成粉末,并加入其10倍体积的提取缓冲液振荡;在离心机中吸出上清液浓缩;再加入结合缓冲液和磁珠悬浮液混匀;加入洗涤缓冲液洗涤,取下离心管,加入TE洗脱液离心使磁珠被吸附,将洗脱液移至干净离心管中,即得到古DNA提取溶液;本发明在整个纯化过程不需要离心、不需要加入多种试剂,简化了古DNA提取步骤,缩短了提取时间,操作简单,成本低廉,大大提高了古DNA提取效率,降低了提取成本和对设备的依赖性。
Description
技术领域
本发明涉及古代人类遗存物质提取与纯化,特别涉及一种担载SiO2磁珠快速提取古DNA的方法。
背景技术
在当前的古DNA提取方法中,主要有三种不同的提取方案:蛋白酶K/苯酚-氯仿法、二氧化硅法和商业化试剂盒法。这些提取方案一般首先通过打磨样品表面或者用线锯锯掉样品表面1~2mm,紫外照射,70%乙醇洗涤去除样品表面外源DNA污染,然后将样品在液氮中研磨成粉末进行样品预处理。具体操作步骤如下:
Ⅰ.蛋白酶K/苯酚-氯仿法(ThomasWKetal.1990)的步骤是:
1.称取样品0.5-2g,加入50ml离心管中,并加入EDTA(0.5M,pH8.0)溶液15ml,在室温下振荡处理过夜(24h);
2.2500rpm离心10min,弃去上层溶液,重新加入15mlEDTA溶液,于室温下振荡过夜;
3.2500rpm离心去除上层溶液,用重蒸水洗涤去除残留的EDTA;
4.向各样品中加入5ml蛋白酶K缓冲液,于55℃振荡过夜;
5.90℃放置5min使蛋白酶K失活,2500rpm离心10min,保留上清液,用等体积平衡酚抽提一次,再用等体积苯酚/氯仿(1:1)抽提一次,最后用等体积氯仿/异戊醇(24:1)抽提,每次都取上层溶液;
6.向各管中加入等体积的80%冰乙醇,摇匀静置5min。用滤除分子量30kDa的超滤离心管离心过滤,加100μlTE缓冲液洗脱,收集洗脱液,即为含有古DNA片段的提取液。
Ⅱ.二氧化硅法(CarterMJetal.1993;YangDYetal.1998)的步骤是:
1.在装有0.5-2g骨粉的离心管中加入提取缓冲液8ml,于55℃水浴中振荡5~6h;
2.样品液于37℃水浴中继续振荡温育24h,90℃放置5min,使蛋白酶K失活;
3.3000rpm离心3min,弃去沉淀,保留上清液;
4.用等体积平衡酚抽提一次,再用等体积苯酚/氯仿(1:1)抽提一次,最后用等体积氯仿/异戊醇(24:1)抽提,每次都取上层溶液;
5.将二氧化硅悬浮液(1/10体积)加入样品溶液中,加入2倍体积6M碘化钠,混匀后,室温放置5min吸附DNA,3500rpm离心30s,将上清液重新吸附一次;
6.3500rpm离心30s,弃上清。用等体积80%冰乙醇溶液重悬沉淀,3500rpm离心30s,弃上清,重复洗涤一次。45℃干燥3min,烘干沉淀。
7.100μlTE重悬沉淀,45℃温育3min,5000rpm离心30s,收集上清即为DNA溶液。
Ⅲ.商业化试剂盒法(PCRPurificationKit)
1.取0.5-2g骨粉,加入lmL抽提裂解液(0.465MEDTA,0.5%SDS,0.4g/L蛋白酶K),53℃、220r/min摇床孵育24h;
2.将含有DNA的裂解液7500r/min离心8min,取800μl上清液加入到YM-10中,6800r/min离心3h,将含有DNA的裂解液浓缩到100μl;
3.加入5倍的BufferPB涡旋混合15s,随后加入到spincolumn中,13000r/min离心1min,丢弃过滤液;
4.用500μl的BufferPE洗涤2次,13000r/min离心1min,丢弃过滤液。
5.加入100μl的BufferEB53℃孵育10min,13000r/min离心1min,收集过滤液,-20℃储存。
前两种提取方案操作步骤繁琐,容易造成外源微生物的污染,DNA片段提取成功率都低于30%(Herrmann.Betal.1994;MacHughDeetal.2000);而商业化的试剂盒法虽然操作相对简单,但是价格昂贵,增加了古DNA提取成本。随着古DNA技术的深入发展,迫切需要开发一种快速、低廉和提取成功率高的古DNA提取技术方法。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷,本发明的目的在于提供一种担载SiO2磁珠快速提取古DNA的方法,采用SiO2磁珠颗粒吸附从古代人类骨骼游离出来的核酸分子,而蛋白质等杂质不被吸附留在溶液中,反应一定时间之后,在外加磁场作用下,磁性颗粒与溶液分离,回收磁珠颗粒(即磁珠-DNA混合物),再用洗脱液洗脱古DNA分子,即可以得到高纯度的古DNA片段;本发明在整个纯化过程不需要离心、不需要加入多种试剂,简化了古DNA提取步骤,缩短了提取时间,操作简单,成本低廉,大大提高了古DNA提取效率,降低了提取成本和对设备的依赖性。
为了实现上述任务,本发明采取如下的技术解决方案:
一种担载SiO2磁珠快速提取古DNA的方法,其特征在于,具体包括以下步骤:
步骤一、打磨清除骨骼表面土层和污垢后,进行紫外照射30min,波长253.7nm,然后用70%的乙醇清洗两次,去除外源微生物污染;
步骤二、将骨骼样品放置在等离子体处理反应器中,采用外电极、射频功率发生器进行流动式射频放电,频率为13.56MHz,放电压强为50Pa,功率40W,放电时间1~10min;同时在等离子体处理反应器中加入Ar/O2为9:1的等离子体对骨骼样品处理,处理后的骨骼样品从等离子体处理反应器中取出,在空气中放置10min,然后进行古DNA提取;
步骤三、液氮处理骨骼样品,把骨骼样品研磨成粉末,作为古DNA提取样品;
步骤四、称取古DNA提取样品0.5-2g,并加入其10倍体积的提取缓冲液,于37℃振荡过夜,振荡速度为220r/min;过夜后的古DNA提取样品转入空气浴内振荡,于55℃继续振荡温育6h,然后于95℃放置5min,使多余的蛋白酶K失活;
步骤五、将步骤四的古DNA提取样品在离心机中7500r/min离心8min吸出上清液,将上清液移入超滤离心管中,6800r/min浓缩至100μl;
步骤六、在步骤五所得的100μl浓缩液中加入300μl结合缓冲液和20μl的磁珠悬浮液,颠倒混匀10min,将离心管置于磁力架1min,使磁珠吸附到侧壁,吸掉离心管内液体;
步骤七、向步骤六的离心管内加入500μl洗涤缓冲液,轻柔颠倒数次,利用磁力架吸附磁珠,1min后吸掉管内液体,洗涤过程重复一次;
步骤八、取下离心管,加入50~100μl的TE洗脱液,使磁珠悬浮,55℃水浴10min,将离心管置于磁力架1min,使磁珠被吸附,将洗脱液移至干净离心管中,即得到古DNA提取溶液。
步骤四所述的提取缓冲液的配方为:1ml10%SDS、4ml0.5MEDTA、100μl10mg/ml蛋白酶K。
步骤六所述的结合缓冲液的配方为:5MGuSCN、25mMNaCl和50mMTris;
步骤七所述的洗涤缓冲液的配方为:50%v/v乙醇、125mMNaCl、10mMTris和1mMEDTA,pH8.0;
步骤八所述的TE洗脱液的配方为:10mMTris和1mMEDTA,pH8.0。
步骤七所述的磁珠悬浮液为市售商品,磁珠为带磁性的SiO2颗粒,直径为1μm。
本发明采用SiO2磁珠颗粒对陈旧骨骼细胞裂解液中的古DNA进行快速捕捉,并紧密的吸附在磁珠表面,通过洗涤可以得到高纯度的古DNA模板。整个纯化过程不需要离心,既而提高了古DNA提取速率,降低了提取成本和对仪器的依赖性。
附图说明
图1为新石器时期古人类DNA测序图谱。
图2为新石器时期古人类牙齿和头颅骨样本。
图3为研究样本骨骼结构图。
图4为新石器时期古人类mtDNAHVRⅠ区扩增产物电泳图,其中:
图4(a)引物F16112和R16237对样本19、23、18、2、9、30扩增产物电泳图;
图4(b)引物F15989和R16158对样本1、7、8、21、28扩增产物电泳图;
图4(c)引物F16190和R16322对样本1、7、8、21、28扩增产物电泳图;
图4(d)引物F16268和R16410对样本1、7、8、21扩增产物电泳图;
P0为提取阴性对照(即在DNA提取过程中未加入骨粉样品);M为20bpDNAMarker;其余编号为样品序号。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细叙述。
以距今六千多年前,陕西靖边五庄果墚遗址新石器时期古人类遗骸为实施对象(如图2),新石器时期人类骨骼样本结构分析:借助体式显微镜,对牙齿和头颅骨样本进行结构分析,图3列出了五庄果墚遗址新石器时期人类牙齿和头颅骨样本的显微结构图。从图中可以看出牙齿样本结构较致密,而头颅骨骨骼出现网状结构,骨骼损伤严重。
一种担载SiO2磁珠快速提取古DNA的方法,其特征在于,具体包括以下步骤:
步骤一、将新石器时期古人类骨骼样品打磨清除骨骼表面土层和污垢后,进行紫外照射30min,波长253.7nm,然后用70%的乙醇清洗两次,去除外源微生物污染;
具体为:去除骨骼样品表面上的灰尘和泥土;用专用的打磨工具去除骨骼样品表面1-2mm;如果是牙齿样品则切下牙齿根部或利用牙本质部分;骨骼样品用70%的乙醇(异丙醇效果更好)清洗两次;将样品在通风橱中空气干燥24h,然后在256nm波长紫外光下照射30分钟,
步骤二、将骨骼样品放置在等离子体处理反应器中,采用外电极、射频功率发生器进行流动式射频放电,频率为13.56MHz,放电压强为50Pa,功率40W,放电时间1~10min;同时在等离子体处理反应器中加入Ar/O2为9:1的等离子体对骨骼样品处理,处理后的骨骼样品从等离子体处理反应器中取出,在空气中放置10min,然后进行古DNA提取;
步骤三、液氮处理骨骼样品,把骨骼样品研磨成粉末,作为古DNA提取样品;
在研钵中研磨得到精细的粉末;将骨骼粉末转移到15ml离心管中保存。
步骤四、称取古DNA提取样品即0.5g骨粉,并加入其10倍体积的提取缓冲液于37℃振荡过夜,振荡速度为220r/min;过夜后的古DNA提取样品转入空气浴内振荡,于55℃继续振荡温育6h,然后于95℃放置5min,使多余的蛋白酶K失活;
步骤五、将步骤四的古DNA提取样品在离心机中7500r/min离心8min吸出上清液,将上清液移入超滤离心管中,6800r/min浓缩至100μl;
步骤六、在步骤五所得的100μl浓缩液中加入300μl结合缓冲液和20μl的磁珠悬浮液,颠倒混匀10min,将离心管置于磁力架1min,使磁珠吸附到侧壁,吸掉离心管内液体;
步骤七、向步骤六的离心管内加入500μl洗涤缓冲液,轻柔颠倒数次,利用磁力架吸附磁珠,1min后吸掉管内液体,洗涤过程重复一次;
步骤八、取下离心管,加入50μl的TE洗脱液,使磁珠悬浮,55℃水浴10min,将离心管置于磁力架1min,使磁珠被吸附,将洗脱液移至干净离心管中,即得到古DNA提取溶液。
步骤四所述的提取缓冲液的配方为:1ml10%SDS、4ml0.5MEDTA、100μl10mg/ml蛋白酶K。
步骤六所述的结合缓冲液的配方为:5MGuSCN、25mMNaCl和50mMTris。
步骤七所述的洗涤缓冲液的配方为:50%v/v乙醇、125mMNaCl、10mMTris和1mMEDTA,pH8.0。
步骤八所述的TE洗脱液的配方为:10mMTris和1mMEDTA,pH8.0。
步骤七所述的磁珠悬浮液为市售商品,磁珠为带磁性的SiO2颗粒,直径为1μm。
对本发明方法得到的古DNA提取溶液进行纯度和浓度测定
采用ThermoNANODROP2000分光光度计分别对磁珠介入法提取出的古DNA溶液进行浓度和纯度测定,进样量为1μl,测定结果如下表:
表1磁珠介入法提取出的古DNA溶液的纯度和浓度测定
按照本发明的方法,成功提取出了12个样品的古DNA模板,古DNA提取成功率较高。
对本发明方法得到的古DNA提取溶液进行电泳检测
对磁珠介入法提取出的新石器时期古人类DNA模板用四对套叠引物,进行mtDNAHVRI区PCR扩增,将扩增产物在2%的琼脂糖凝胶中进行电泳检测,图4列出了部分样品的电泳检测结果。
从检测结果可以看出,古DNA在提取过程中未受到外源微生物的污染,且扩增出的条带清晰,没有拖尾,说明本发明在古DNA提取中可以严格防止外源DNA的侵入。
对本发明方法得到的古DNA提取溶液进行测序
将电泳条带较理想的PCR产物送交测序公司进行序列测定。用Chromas软件对测序图谱进行查看,并从中导出每个片段的序列信息。图1为一个新石器时期古人类样本的测序图谱。从测序图谱可以看出,古DNA序列片段信号较为理想,能够满足后续序列分析要求。
对比例
对比例与本发明所不同的是:使用商业化古DNA提取试剂盒试剂盒)对古DNA进行提取,具体步骤如下:
(1)称取0.5g骨粉,加入1ml10%SDS、4ml0.5MEDTA、100μl10mg/ml蛋白酶K,50℃振荡孵育24h;
(2)将裂解液7500r/min离心8min;
(3)每次取450μl上清液加入到CentriconYM-10中,6800r/min离心,总共重复9次,最终把上清液浓缩到100μl;
(4)加入5倍体积的QIAquickbufferPB,再加2μlPHI混合15s;
(5)加入到QIAquickspincolumn中,13000r/min离心1min;
(6)倒掉滤液,13000r/min离心1min,使残留的PB和消化液过完;
(7)加入500ulBufferPE,13000r/min离心1min,总共洗涤2次;
(8)再13000r/min离心3min,使过滤器干燥;
(9)加入100μl的BufferEB,53℃孵育10min,13000r/min离心1min,收集滤液,-20℃储存。
采用ThermoNANODROP2000分光光度计分别对试剂盒法提取出的古DNA溶液进行浓度和纯度测定,测定结果如下表:
表2试剂盒法提取出的古DNA溶液的纯度和浓度测定
本发明方法与试剂盒提取方法比较:
将本发明与试剂盒提取方法进行比较发现,磁珠介入提取古代人类遗存物质的方法具有如下优势:整个纯化过程不需要离心,提取速度快,成本低廉,古DNA提取液的纯度和浓度均略高于试剂盒法。
Claims (2)
1.一种担载SiO2磁珠快速提取古DNA的方法,其特征在于,具体包括以下步骤:
步骤一、打磨清除骨骼表面土层和污垢后,进行紫外照射30min,波长253.7nm,然后用70%的乙醇清洗两次,去除外源微生物污染;
步骤二、将骨骼样品放置在等离子体处理反应器中,采用外电极、射频功率发生器进行流动式射频放电,频率为13.56MHz,放电压强为50Pa,功率40W,放电时间1~10min;同时在等离子体处理反应器中加入Ar/O2为9:1的等离子体对骨骼样品处理,处理后的骨骼样品从等离子体处理反应器中取出,在空气中放置10min,然后进行古DNA提取;
步骤三、液氮处理骨骼样品,把骨骼样品研磨成粉末,作为古DNA提取样品;
步骤四、称取古DNA提取样品0.5-2g,并加入其10倍体积的提取缓冲液,于37℃振荡过夜,振荡速度为220r/min;过夜后的古DNA提取样品转入空气浴内振荡,于55℃继续振荡温育6h,然后于95℃放置5min,使多余的蛋白酶K失活;
步骤五、将步骤四的古DNA提取样品在离心机中7500r/min离心8min吸出上清液,将上清液移入超滤离心管中,6800r/min浓缩至100μl;
步骤六、在步骤五所得的100μl浓缩液中加入300μl结合缓冲液和20μl的磁珠悬浮液,颠倒混匀10min,将离心管置于磁力架1min,使磁珠吸附到侧壁,吸掉离心管内液体;
步骤七、向步骤六的离心管内加入500μl洗涤缓冲液,轻柔颠倒数次,利用磁力架吸附磁珠,1min后吸掉管内液体,洗涤过程重复一次;
步骤八、取下离心管,加入50~100μl的TE洗脱液,使磁珠悬浮,55℃水浴10min,将离心管置于磁力架1min,使磁珠被吸附,将洗脱液移至干净离心管中,即得到古DNA提取溶液;
步骤四所述的提取缓冲液的配方为:1ml10%SDS、4ml0.5MEDTA和100μl10mg/ml蛋白酶K;
步骤六所述的结合缓冲液的配方为:5MGuSCN、25mMNaCl和50mMTris;
步骤七所述的洗涤缓冲液的配方为:50%v/v乙醇、125mMNaCl、10mMTris和1mMEDTA,pH8.0;
步骤八所述的TE洗脱液的配方为:10mMTris和1mMEDTA,pH8.0。
2.根据权利要求1所述的一种担载SiO2磁珠快速提取古DNA的方法,其特征在于,步骤六所述的磁珠悬浮液为市售商品,磁珠为带磁性的SiO2颗粒,直径为1μm。
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