・专题综述・ 北方园艺 ̄olo(3):200~202 反向PCR分离侧翼序列技术研究进展 王 静 (内蒙占大学生命科学学院生物I程t1 心,内蒙 自治区牧草与特色作物生物技术重点实验室,内蒙 呼和浩特010021) 摘 要:反向PCR(inverse PCR,IPCR)是第一个依赖于PCR反应扩增旁侧序列的实验技术。 IPCR可以在一个反应过程中,同时扩增已知序列两端的旁侧序列,省时简便,结合I R—PCR。 RACE,SMART等技术,应用范围日益广泛;但IPCR也存在一些缺点,酶切、自连过程受到很多 不确定因素的影响。现总结2O a来利用该技术克隆旁侧序列的研究成果,并提出优化的反应体 系,以期对此项技术有更加系统的认识。 关键词:1PCR;克隆;旁侧序列 中图分类号:Q 943.2文献标识码:A文章编号:1001 0009(2010)03--0200—03 分子生物学研究过程巾,阐明病毒、转座子的整合 机理,寻找已知基因的启动子,分离基因蒯控区,分析转 肇 生物基r大f组r{l外源基 的插入位点,以及发现捅人 突变导致的新基 等研究都有赖于旁侧亭列克隆技术 的发展L1。因此.对侧 序列克隆方法进行研究具有重 要的理论与现实意义。 l嚣 记校醛酶A -- -2 、 t j 在聚合酶链式反应(PCR)技术发明前.筛选蟮因组 文库是分离侧翼序列的唯一方法.然而.这种方法过程 繁琐、效率低下。1985年,美斟PE—Cetus公司的Mu11is -驰 ‘ 等发明了PCR技术 ,使体外扩增DNA序列成为现 实。()chman 等发明了反向PCR(inverse PCR,IPCR) C'-------一 技术,这是依赖PCR反应首次成功克隆已知序列旁侧序 列的报道。随后,应川IPCR克隆旁侧序列的报道越来 越多,方法也日趋成熟。现总结IPCR的研究现状、发展 sP 1 己知序列: 束扣序列:匕=二二二二] 趋势和主要应用领域,以期使人们对此项技术有更加系 统的认识。 图l IPCR原理图 l反向PCR技术的原理 反向PCR(im erse PCR,简称IPCR)是克隆已知序 列旁侧序列的一种方法.主要原理是用一种在已知序列 中无切点的性内切酶消化基因组I)NA.后酶切片段 2反向PCR技术的发展 2.1经典的IPCR技术 绎典的IPCR过程包括:选择已知序列巾不存在酶 自身环化.以环化的DNA作为模板,用-x ̄与已知序列 两端特异性结合的引物,扩增夹在中间的未知序列(如 图1所示)。该扩增产物是线性的DNA片段,大小取决 于上述性内切酶在已知基闲侧翼DNA序列内部的 酶切位点分布情况。用不同的性内切酶消化,可以 得到大小不同的模板DNA,再通过反向PCR获得未知 片段 。 作者简介:王静(1984一),女,在读硕士,主要研究方向为植物分子 生物学及基因工程。Dmail:wan ̄ing.imu@gmail.COII1。 收稿日期:2 D(]9—11--20 200 切位点的酶切基因组DNA,以已知序列设计的探针进行 southern杂交,确定含有已知序列的酶切片段,酶切片段 白连接成环,特异性引物与已知序列的两末端结合,对 夹在中间的未知序列区域进行扩增l j。1988年 OchmanE 等第一次利用IPCR技术成功克隆旁侧序列。 几乎同时,Triglia 等,克隆旁侧序列试验中使用该方法 也获得成功。 2.2改进的IPCR技术 2.2.1对IPCR技术过程的改进环化后的闭合环状 DNA在PCR变性反应中可能由于变性不彻底,使弓l物 北方园艺2010(3):200~202 ・专题综述・ 不能完全退火,PCR扩增效率下降,Silver和 RFLP、RACE、SMART等技术结合形成新的试验体系, KeerikatteE纠在分离BALB/e鼠病毒整合位点旁侧序列 为满足不同试验提供了技术支持。IPCR与RFLP技术 中,改进了经典IPCR技术。选择在已知序列内具有单 结合可定位外源基因插入位点,最早KnappL蚓等将该技 一酶切位点的酶,将自连后的环状DNA再切成线状,显 术应用于番茄转座子DS咿 元件整合方式的研究中。 著提高了IPCR的扩增效率。若已知序列内没有合适的 Iju W H[1 等首次应用以IPCR为基础的RFLP(iFI ) 酶切位点,加热使环状DNA产生缺口,也可达到提高扩 技术,确定结肠细胞、肿瘤细胞中一些低变异水平 增效率的目的。MirjamE 等采用改进的IPCR技术,在 (MF ̄10 )位点。Rossetti L C【l6J运用SMART技术得 克隆农杆菌介导的转基因烟草T-DNA插入位点旁侧序 到硬骨鱼ds-cDNA后,结合IPCR克隆出了肾上腺皮脂 列试验中,扩增出目的条带,并判断了转入植物内的T— 激素前体基因全长,比传统的RACE方法更快捷有效。 DNA拷贝数。结果表明,基因组DNA经酶切环化后, IPCR技术应用范围日益广泛,可用于获得染色体步移 再切成线状反向扩增,对特异性条带的产生必不可少。 的末端特异性探针 ]、从总RNA中克隆未知cDNA序 若已知序列较长,无合适的性内切酶切割基因组 列、研究病毒序列、转基因及转座子的整合位点区域序 DNA,一般选择在已知序列中具有单一酶切位点的酶, 列 。 ,医疗诊断 等,是一种有潜力的旁侧序列克 将其切成2部分,再单独建立自连、PCR体系,扩增一端 隆方法。但反向IPCR反应的酶切、自连接、PCR过程都 的未知序列(原理如图2所示)。Vincent[剐使用这种方 受到很多不确定因素的影响,优化的体系对试验成功尤 法成功克隆转座子Tn 5(5 810 bp)插入序列的旁侧序列。 为重要。 Huang G_g 等在克隆转座子元件Tn5插入序列旁侧序 列的试验中,通过巢式PCR比较两轮扩增产物的有无和 祜 大小,替代了southern杂交检测目的片段的步骤,简化 了IPCR反应。甲酰胺、二甲基亚砜(DMSO)等可在不 影响Taq酶活力的情况下降低非特异性扩增。李竹 红 。。等在利用巢式PCR扩增哺乳动物基因组含量极微 的靶序列实验中,加入5 甲酰胺,使IPCR体系的灵敏 性和特异性显著提高,克隆出了2个KB(人口腔癌上皮 细胞)细胞中Tcl(线虫转座子,其2个反转重复末端旁 一 两侧各含400 bp的线虫基因组DNA)转座子左侧末端 的旁侧序列,该法重复性较好,耗时短,可用于克隆哺乳 动物基因组中其它已知序列的旁侧序列。若研究材料 序列复杂,对基因组DNA应用IPCR不能得到好的结 果,以mRNA或cDNA为模板进行反应,可提高试验成 功率。王莹等口 成功克隆出人宫颈癌单克隆抗体重链 图2改进的IPCR原理图 可变区基因。克隆表达基因的旁侧序列,也可采用此 法,陆合等 扩增出黑根霉R306的△6一脂肪酸脱饱和酶 3、反向PCR反应体系的优化 基因的全序列。 3.1基因组的提取 2.2.2 IPCR技术与其它分子试验技术结合应用 完整基因组DNA是IPCR成功的基础,在提取过 IPCR克隆旁侧序列技术日趋成熟,但在实际应用中,有 程中应尽量避免对DNA的损伤,保证基因组完整性,得 效扩增的旁侧序列较短,这导致IPCR过程是一个缓慢、 到高质量的基因组DNAE 。保证纯度,将杂蛋白含量 重复性的工作。Benkel B F,Ying p” 首先将LR(1ong 降到最低,防止杂质成分影响后续酶切及连接反应。 range)PCR和IPCR结合,扩增出鸡内生前病毒的侧翼 3.2酶切反应 序列,最长的片段约6 kb。LR—PCR在理想状态下可扩 要选用已知序列中不存在酶切位点或只具有单一 增的DNA序列长达4O kb。洪宇植_1 进一步改进技术, 酶切位点的酶,选用酶切效率高,特异性好,能产生粘性 利用25 ̄30 nt的序。列特异性长引物,特异性的扩增出 末端的常用酶。在试验中用过量的性内切酶,大的 长达16 kb的序列,引物的高Tm值还可克服试验中假 酶切反应体系和长时间处理对后续试验极为重要。也 阳性高的不足。王德培L1 等利用35 nt的长引物,成功 可选择使用不同的性酶分别进行酶切,建立酶切片 克隆雅致枝霉△=6一脂肪酸脱氢酶基因上游4 kb序列,经 段库,进行PCR,提供平行对照,增加试验准确性。 分析知该段序列为潜在启动子。将IPCR技术与 3.3连接反应 201 专题综述 北方园艺2010(3):200~202 线状DNA在低浓度下有利于自身环化连接。在酶 cellular DNA adiacent to an integrated provirus[J].Fournal of Virology, 切片段自连接反应中,若DNA浓度高或反应体积小,则 1989,63:1924—1928. 可能生成多种串联多聚体,这是反应中扩增出多个产物 [7]Miriam P D,Ben M M,Dekker,et a1.A quick method to estimate the T DNA copy number in transgenic plants at an early stage after transforma—- 的一个原因,所以,试验应采用大体积低浓度的连接体 tion,using inverse PCR[J].Plant Molecular Biology,1991,17:151—153. 系,酶解片段浓度低于3 ptg/mL,对自身环化有利。将 L8]Vincent JJ,Martin,William W An alternative inverse PCR(1PCR) 环化的DNA模板再切成线状,有利于PCR反应的扩 method to amplify DNA sequences flanking Tn5 transposon insertions[J3. 增,此方法要求已知序列中有合适的酶切位点,不具通 Jurnal of Microbiological Methods,1999,35:163—166. 用性。采用94 ̄C加热10 min,使之产生缺口,可达到同 [9]Huang G,Zhang L,Birch R G.Rapid amplification and cloning of Tn5 flanking fragments by inverse PCR[J].Letters in Applied Microbiology, 样效果。 2000,31:149—153. 3.4 P( 反应过程 [1o]李竹红,刘德培,梁植权.改进的反向PCR技术克隆转移基因的旁 试验中,可选用几个连续浓度梯度作为模板,摸索 侧序列_J].生物化学与生物物理进展,1999,26(6):600—602. PCR反应的最佳模板浓度。采用巢式引物可降低PCR El1]王莹,李旭,陈葳.以反向PCR扩增抗人宫颈癌单克隆抗体重链可 反应过程中非特异条带的扩增。由于模板较复杂,采用 变区基因[J].细胞与分子免疫学杂志,2002,18(5):489 499. [12]陆合,朱钰,黄尤田.反向PCR克隆黑根霉R306A6一脂肪酸脱饱和酶 热启动PCR和降落PCR,以提高反应灵敏性,使目的产 基因_J].微生物学杂志,2008,28(1):24—27. 物得到最大限度扩增。若扩增片段较长,引物一般要设 [13]Benkel B F,Ying F Long range—inverse PCR(LR—IPCR):extending 计25 ̄35 bp,高的Tm值,可以减少非特异扩增产生的 the useful range of inverse PCR[J].Genetic Analysis:BiomoIecular Engineer 假阳性片段。 ing,1996,13:123—127. IPCR技术的不断成熟,被越来越多地应用于生物 [14]洪宇檀,肖亚中,房伟,等.长距离反向PCR技术高效扩增已知DNA 片段的侧翼序列[J],激光生物学报,2006,15(2):46—49. 研究各领域。IPCR技术与其它分子生物学试验技术结 [15]王德培,孙伟,李明春,等.利用长引物嵌套式反向PCR方法克隆雅 合使用,使其应用前景越来越广阔。 致枝霉△6脂肪酸脱氢酶基因上游序列[j].生物工程学报,2006,22(4): 参考文献 581—586. [1]韩志勇,王新其。沈革志.反向PCR克隆转基因水稻的外源基因旁 [16]Knapp S,Larondetle Y,Rossberg M,et a1.Transgenic tomato lines con— 侧序列口l上海农业学报,2001,17(2):27—32. taming IN elements at defined genomic positions as tools for targeted transpo— E2]洪登峰,万丽丽,杨光圣.侧翼序列克隆方法评价[J].分子植物育种, son taggignlJ].Mol Gen Genet,1994.243:666—673. 2006,4(2),280—288. 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Resem'eh PI.0 ess of IPCR on Cloneing Hanking Sequence WANG Jing (Inner Mongolia Key Laboratory of Herbage and Endemic Crop Biotechnology,Biotechnology Center,College of I ire Sciences,Inner Mongolia University,Hohhot 010021) Abstract:IPCR is the first flanking cloning technique,which relied on PCtL Using one reaction,IPCR process could clone two flanking ends of the known sequence.Combined with the technique of LD—PCR,RACE and SMART,it is widely used.However,in IPCR process,there are some problems such as the insensitivity of the reaction system and some un— known reasons which influenced the reaction process.This reporl:summarized the achievement and the development of the IPCR during the past two:decades,and proposed the improvement reaction system in order to gi‘ve some inspirations for the future. Key words:IPCR;clone;flanking sequence 202