CN110724728A - 一种环状dna的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种环状DNA的制备方法,所述环状DNA的制备方法的具体步骤为:(1)首先合成需要成环的单链DNA分子,然后在合成的单链DNA分子的5’端做磷酸化修饰;(2)然后设计合成引导RNA分子,所述引导RNA分子的核苷酸序列与合成的单链DNA分子两端的核苷酸互补配对;(3)将合成的单链DNA分子和引导RNA分子进行退火,获得退火产物;(4)利用连接酶对得到的退火产物进行连接反应,得到连接反应产物;(5)利用核酸外切酶消化连接产物中未成环的线性核苷酸;(6)最后回收合成的单链环状DNA分子。所述制备方法简单易操作,且在方法中所使用的材料成本低,降低了制备环状DNA的成本。
Description
技术领域
本公开涉及核苷酸技术领域,具体涉及一种环状DNA的制备方法。
背景技术
滚环复制(环-介导的等温扩增,Loop-mediated isothermal amplification-LAMP)是具有链置换能力的等温扩增酶利用环状DNA分子做模板,进行核酸扩增的方法。该方法与PCR(聚合酶链式反应)都能对微量的核酸模板进行序列特异的扩增,不同之处在于,滚环复制过程能够在恒定温度下完成扩增反应,因此不需要温控精确的PCR仪,是一种既简便又经济的核酸扩增方法,且不同序列的单链环状DNA分子通过滚环复制,能够生成不同长度的串联重复序列。天然的基因和蛋白中存在大量的随机重复序列,这些重复序列组成特异的模序,能够急剧增加候选基因的生物大分子的生理特异性和活性。这种模序广泛分布于启动子/增强子等核酸序列,促进反式作用因子对靶序列的识别,产生叠加和/或者协同效用。通过构建大的随机重复序列库,是研究体内或者体外研究结构-功能之间的关系的重要策略之一。通过制备单链环状DNA分子进行滚环复制,可以制备不同长度和重复次数的随机重复序列。
目前常用的单链环状DNA模板主要来源是病毒的单链环状DNA M13mp18(7249bp)以及酶连反应产生的的单链环状DNA分子(sscDNA,single strand circular DNA),sscDNA分子长度一般为34-120bp,但是使用单链环状病毒DNA M13mp18,这种病毒培养的过程慢,成本高,从而导致M13mp18的价格较高,且单链M13mp18 DNA分子量(Molecular weight)大,若底物浓度过高,会抑制滚环复制反应的进行。在现有的酶连反应产生单链环状DNA分子的制备方法中,多倚赖DNA(guide DNA)做引导分子,完成目标序列的连接,这种方法会导致终产物中残留微量引导DNA分子,使得后续DNA聚合酶利用其作引物进行滚环复制,从而对结果分析造成干扰。
发明内容
本公开的目的是提供一种环状DNA的制备方法,以达到降低成本的目的。
为实现上述目的,技术方案如下:
一种环状DNA的制备方法,所述环状DNA的制备方法的具体步骤为:
(1)首先合成需要成环的单链DNA分子,然后在合成的单链DNA分子的5’端做磷酸化修饰;
(2)然后设计合成引导RNA分子,所述引导RNA分子的核苷酸序列与合成的单链DNA分子两端的核苷酸互补配对;
(3)将合成的单链DNA分子和引导RNA分子进行退火,获得退火产物;
(4)利用连接酶对得到的退火产物进行连接反应,得到连接反应产物;
(5)利用核酸外切酶消化连接产物中未成环的线性核苷酸;
(6)最后回收合成的单链环状DNA分子。
所述步骤(3)中退火的反应条件为:首先85℃反应5min,然后25℃反应3h。
所述步骤(3)中退火的反应体系为合成的单链DNA分子:引导RNA分子:退火缓冲液:去RNA酶水的体积比为1:2:1:7。
所述退火缓冲液包括:100mM Tris-HCl、10mM EDTA、和1M NaCl,所述Tris-HCl的PH值为7.5。
所述步骤(4)连接反应的条件为:首先16℃反应16h,然后65℃反应20min。
所述步骤(4)中连接反应的体系为连接缓冲液:退火产物:连接酶:H2O的体积比为3:1:2.5:30。
所述连接酶为SplintR连接酶或T4 DNA连接酶。
所述步骤(5)中核酸外切酶为Exonuclease I外切酶和T7 Exonuclease外切酶的混合物。
核酸外切酶消化的反应体系为连接产物:Exonuclease I外切酶:T7Exonuclease外切酶的体积比为7:1:2。
所述步骤(5)中核酸外切酶消化的条件为:25℃反应16h。
本公开的有益效果是:提供了一种环状DNA的制备方法,所述制备方法简单易操作,且在方法中不需要实用单链环状病毒DNA M13mp18,其余材料成本低,从而降低了制备环状DNA的成本。同时本公开所述的环状DNA的制备方法突破了模板序列的限制,而且在制备过程中无需添加外源DNA,而是添加了根据需要成环的单链DNA分子末端所合成的RNA分子,减少了干扰,且还利用了核酸外切酶消化了未成环的线性核苷酸,进一步的减少了副产物的产生,大大增加了单链环状DNA的产率,而且本公开所述的环状DNA的制备方法所制备的单链环状DNA还可用于检测DNA聚合酶是否具备链置换能力。
附图说明
图1为实施例1中退火产物、连接产物和核酸外切酶消化产物的凝胶电泳图。
图2为实施例2滚环复制产物的凝胶电泳图。
图3为实施例3不同的延伸反应时间下产物的凝胶电泳图。
图4为实施例4DNA聚合酶链置换能力检测图。
具体实施方式
以下各步骤仅用以说明本公开的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各步骤对本公开进行了详细的说明,但本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各步骤所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本公开各步骤技术方案的范围。
实施例1
一种环状DNA的制备方法,具体操作步骤为:
(1)首先合成需要成环的单链DNA分子,然后在合成的单链DNA分子的5’端做磷酸化修饰,其中单链DNA分子的核苷酸序列为SEQ ID NO.1:5’-pATTGGTCTACATGCATGCATGCATGCATGCATGCATGCATGCATGCATGCATGCATGCCTACGGATTGC;
(2)然后设计合成引导RNA分子,所述引导RNA分子的核苷酸序列与合成的单链DNA分子的两端互补配对,其中引导RNA分子的核苷酸序列为SEQ ID NO.2:5’-UAGACCAAUGCAAUCCGUA-3’;
(3)将合成的单链DNA分子和引导RNA分子进行退火,获得退火产物,其中退火反应的体系如表1所示,
表1退火反应体系
试剂 | 体系 |
DNA(100uM) | 1uL |
RNA(100uM) | 2ul |
10×buffer | 1uL |
Rnase-free H<sub>2</sub>O | 加至总体积10ul |
其中10x退火缓冲液包括:100mM Tris-HCl(pH 7.5)、10mM EDTA和1M NaCl,退火反应的条件为:首先85℃反应5min,然后25℃反应3h,反应结束后,进行15%聚丙烯酰胺凝胶电泳,结果如图1A泳道1所示;
(4)利用SplintR连接酶对得到的退火产物进行连接反应,得到连接反应产物,其中连接反应的体系如表2所示,
表2连接反应体系
试剂 | 体积 |
10xSplintR连接酶缓冲液 | 3 |
退火产物(10μM) | 1 |
Ligase(10.5μM) | 2.5 |
H<sub>2</sub>O | 30uL |
其中连接反应的条件为:16℃,16h;65℃,20min终止反应,反应结束后,进行15%聚丙烯酰胺凝胶电泳,结果如图1A泳道2所示;
(5)利用核酸外切酶消化连接产物中未成环的线性核苷酸,其中核酸外切酶消化的反应体系如表3所示,
表3核酸外切酶消化的反应体系
试剂 | 体积 |
连接反应产物 | 7uL |
Exonuclease I | 1uL |
T7 gene 6exonuclease | 2ul |
其中反应条件为:25℃反应16h,反应结束后,进行15%聚丙烯酰胺凝胶电泳,以检测目标产物以及线形分子是否消化完全,结果如图1B所示,可以看出线性分子已被消化完全;
(6)最后利用NEB MonarchTMPCR&DNA Cleanup Kit回收试剂盒回收合成的单链环状DNA分子。
实施例2
利用实施例1所制备的单链环状DNA分子(sscDNA)进行滚环复制实验,其具体操作步骤为:首先设计引物序列,其引物DNA序列为SEQ ID NO.3:5’-aTAGACCAAT GCAATCCGTAc-3’;然后进行退火反应,最后选用Phi29 DNA聚合酶进行延伸反应。
其中退火反应的体系如表4所示:
表4滚环复制退火反应体系
试剂 | 体系 |
sscDNA(2.5uM) | 1uL |
引物DNA(2.5uM) | 2ul |
10×buffer | 1uL |
Rnase-free H<sub>2</sub>O | 加至总体积10ul |
其中10x退火缓冲液包括:100mM Tris-HCl(pH 7.5)、10mM EDTA和1M NaCl,退火反应条件为:85℃,5min;25℃,3h。
其中利用Phi29 DNA聚合酶(Phi29 DNAP)进行延伸反应的体系,然后设置对照组,体系如表5所示:
表5滚环复制延伸反应的体系
其中Phi29DNA聚合酶,购自NEB,货号为M0269S;延伸反应条件是30℃,30min。
反应结束后,采用碱性琼脂糖凝胶电泳检测延伸产物,其中,碱性琼脂糖凝胶电泳条件为3V/CM,3h。碱性琼脂糖凝胶电泳的缓冲液为:10×碱性琼脂糖电泳缓冲液或6×碱性凝胶载样缓冲液,其中10×碱性琼脂糖电泳缓冲液包括:500mM NaOH及10mM EDTA;6×碱性凝胶载样缓冲液包括:300mM NaOH,6mM EDTA,18%(m/V)Ficoll-400(Pharmacia公司),0.15%(m/V)溴甲酚绿及0.25%(m/V)二甲苯氰。电泳结束后,将琼脂糖胶浸泡在SYBR Gold染液中,缓慢水平震荡约20min;然后利用Azure Biosystems成像仪检测。结果如图2所示,对照组(泳道1)没有延伸产物,而实验组(泳道2)生成大于48.5kbp的延伸产物,证明实施例1中制备所得DNA为环形DNA。
实施例3
利用实施例1中制备的单链环状DNA分子做模板,生成不同大小的串联重读序列,按照实施例2的滚环复制的方法设定不同的延伸反应时间(0、5、10、20、30min),可以生成不同长度和浓度的串联重复序列,其中退火反应的体系为实施例2表1所示,退火反应的条件为:85℃,5min;25℃,3h;其中延伸反应的体系为实施例2中表5所示的实验组体系,结果如图3所示,其中2-6泳道中反应时间分别为0、5、10、20、30min,可以看出延伸产物的长度和浓度,均随着延伸时间的延长不断增加。
实施例4
利用实施例1中制备的单链环状DNA分子做模板,通过实施例2中的滚环复制方法,根据DNA聚合酶的聚合能力,可以检测DNA聚合酶是否具有链置换能力,其中退火反应的体系为实施例2表1所示,退火反应的条件为:85℃,5min;25℃,3h;其中延伸反应体系如表6:
表6检测DNA聚合酶链置换能力的延伸反应体系
其中Phi29DNA聚合酶,购自NEB,货号为M0269S;延伸反应条件是30℃,30min。
将上述反应体系所产生的产物进行凝胶电泳,结果如图4所示,其中图中泳道1为不添加DNA聚合酶的空白对照组,泳道2为Phi29 DNA聚合酶延伸产物,泳道3为大肠杆菌DNAPol I,Large(Klenow)fragment,根据图4可以看出具有链置换能力的DNA聚合酶能够利用环形DNA分子进行滚环复制,生成大片段单链DNA产物;而不具有链置换能力的DNA聚合酶,不能生成相应的产物,因此利用单链环状DNA分子做模板,通过DNA聚合酶的聚合能力这种方法,可以用来迅速、简便鉴定未知DNA聚合酶是否具有链置换能力。
SEQUENCE LISTING
<110> 深圳清华大学研究院;安序源生物科技(深圳)有限公司
<120> 一种环状DNA的制备方法
<130> 2019.10.12
<160> 3
<170> PatentIn version 3.5
<210> 1
<211> 69
<212> DNA
<213> 人工合成
<400> 1
attggtctac atgcatgcat gcatgcatgc atgcatgcat gcatgcatgc atgcatgcct 60
acggattgc 69
<210> 2
<211> 19
<212> RNA
<213> 人工合成
<400> 2
uagaccaaug caauccgua 19
<210> 3
<211> 21
<212> DNA
<213> 人工合成
<400> 3
atagaccaat gcaatccgta c 21
Claims (10)
1.一种环状DNA的制备方法,其特征在于,所述环状DNA的制备方法的具体步骤为:
(1)首先合成需要成环的单链DNA分子,然后在合成的单链DNA分子的5’端做磷酸化修饰;
(2)然后设计合成引导RNA分子,所述引导RNA分子的核苷酸序列与合成的单链DNA分子两端的核苷酸互补配对;
(3)将合成的单链DNA分子和引导RNA分子进行退火,获得退火产物;
(4)利用连接酶对得到的退火产物进行连接反应,得到连接产物;
(5)利用核酸外切酶消化连接产物中未成环的线性核苷酸;
(6)最后回收合成的单链环状DNA分子。
2.根据权利要求书1中所述的环状DNA的制备方法,其特征在于,所述步骤(3)中退火的反应条件为:首先85℃反应5min,然后25℃反应3h。
3.根据权利要求书1中所述的环状DNA的制备方法,其特征在于,所述步骤(3)中退火的反应体系为合成的单链DNA分子:引导RNA分子:退火缓冲液:去RNA酶水的体积比为1:2:1:7。
4.根据权利要求书3中所述的环状DNA的制备方法,其特征在于,所述退火缓冲液包括:100mM Tris-HCl、10mM EDTA、和1M NaCl,所述Tris-HCl的PH值为7.5。
5.根据权利要求书1中所述的环状DNA的制备方法,其特征在于,所述步骤(4)连接反应的条件为:首先16℃反应16h,然后65℃反应20min。
6.根据权利要求书1中所述的环状DNA的制备方法,其特征在于,所述步骤(4)中连接反应的体系为连接缓冲液:退火产物:连接酶:H2O的体积比为3:1:2.5:30。
7.根据权利要求书1中所述的环状DNA的制备方法,其特征在于,所述连接酶为SplintR连接酶或T4 DNA连接酶。
8.根据权利要求书1中所述的环状DNA的制备方法,其特征在于,所述步骤(5)中核酸外切酶为Exonuclease I外切酶和T7 Exonuclease外切酶的混合物。
9.根据权利要求书8中所述的环状DNA的制备方法,其特征在于,核酸外切酶消化的反应体系为连接产物:Exonuclease I外切酶:T7 Exonuclease外切酶的体积比为7:1:2。
10.根据权利要求书1中所述的环状DNA的制备方法,其特征在于,所述步骤(5)中核酸外切酶消化的条件为:25℃反应16h。
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