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如何提高PCR产物克隆的效率
作者:佚名    实验频道来源:生物通    点击数:    更新时间:2004-6-12
把PCR产物克隆到载体上常见有3种做法:
1.直接克隆到T载体(或者U载体上)
2.引物设计时引入酶切位点,PCR产物酶切后直接克隆到目标载体上
3.将平末端PCR产物直接克隆到平末端酶切载体上。

    方法3主要是针对高保真的聚合酶比如Stratagene公司的Pfu酶,New England Biolabs公司的Vent酶,以及QIAGEN公司新出的同时具有热启动功能的高保真ProofStart酶,进行PCR扩增,由于这类酶有很强的校读功能,能够以模版为准切掉错配的碱基,因而得到的PCR产物多数是平末端,不能用T载体克隆。通常需用目的载体多克隆位点上的平末端单酶切位点,单酶切得到平末端的线性片断,直接连接PCR产物。这类酶得到的产物通常不能用TA克隆试剂盒。目前也有商业化的平末端PCR产物克隆试剂盒,不过较少用。平末端的连接效率低,通常需要高浓度的连接酶,较长的连接时间,合适的片断:载体比例,有的时候还需要调整反应体系的ATP浓度或者增加聚乙二醇(PEG2000),以得到较高的连接效率。许多厂家都有推出快速连接试剂盒,比如New England Biolabs新出的5分钟快速连接试剂盒,能够简化平端连接步骤和条件,缩短连接时间,提高连接效率。

    不过需要注意的是一些厂家(例如Clontech、Gibco/BRL、Roche)也生产一些用于PCR的高保真混合酶,是采用常规Taq酶和一些有校读功能的(proofreading)的聚合酶按比例混合(这样得到的混合酶的保真性比普通Taq酶高一点,但通常不如Pfu、ProofStart等酶),因而得到的PCR产物也是平端和A末端的混合产物,是否能用TA克隆试剂盒需要参考厂家的说明。

    方法2是比较常用的经济的方法,不需要购买T载体,可以直接通过酶切PCR产物,得到粘末端,直接连接到目的载体上。在顺的时候,这种方法是非常简单的。可有时候也会出问题,双酶切就是连不上,比较常见的原因是PCR产物双酶切不完全,比如没有纯化产物就直接双酶切,有的酶比较“娇气”容易出现“切不动”或者是“星号活力”,得不到正常的粘末端而连不上。有时是因为选定的两种酶反应条件相差比较大,为了省事同时双酶切(通用Buffer不是一定通用的,不能过分迷信,有时会成为莫名其妙出错的根源),也会出现类似的错误。还有一种情况是由于有些酶在酶切时需要一定的“占位空间”,也就是要求酶切识别序列的前后有一定数量的碱基才能正常酶切,而设计引物时酶切位点直接就在5'末端,没有留下足够的保护碱基而导致PCR产物酶切不动,无法正常的克隆。由于这些错误很难检查,有的时候会浪费大量的时间,还是莫名其妙没有结果。

    由于常见的Taq酶或者没有校读功能的DNA聚合酶(即不是高保真)在PCR扩增的时候通常会在PCR产物末端多添加一个A(即增加一个模版上不存在的A)。这个突出的A成为PCR产物TA克隆技术的基础。带有互补的突出T末端的线性载体能够有效提高PCR产物的克隆效率,解决方法2遇到的难题,所以方法1也是目前比较常见的方法。

    TA克隆在顺的时候也很简单,简直就是“a piece of cake”,不用考虑酶切位点,引物设计等等问题,好的载体克隆效率高、重组率高而且两端有丰富的单酶切位点便于后继的克隆,但是烦的时候也会出现无缘无故克隆不上或者重组率很低的问题。比较容易忽略的问题是用高保真的酶进行PCR扩增,应该选用平端克隆载体而错用了TA载体。常见但很难解决的问题则是由于T末端容易和其他碱基错配而导致自身环化或者克隆了引物/自身褪火引物二聚体或者PCR不完整产物,因而出现假阳性。因而QIAGEN公司推出了UA克隆试剂盒,用突出的U末端代替T末端,由于U碱基能够有效减低和其他碱基(T、C、G)非特异退火的几率,因而能有效提高PCR产物的克隆效率。

    但是,是否还有其他因素会影响PCR产物的克隆效率呢?最近,QIAGEN公司的研发专家发现,PCR引物5'端的碱基(也就是引物第一个碱基)的不同,会影响PCR产物的克隆效率!以后设计引物可要注意了!看看QIAGEN的专家怎么说——

Ralf Peist, Dorothee Hosel, Thea Tutjes, and Dirk Loffert

    基于UA的克隆技术广泛应用于PCR产物的快速、简便和高效的克隆。由Taq DNA聚合酶为PCR产物添加的多出来的一个A碱基能够和pDrive Cloning Vector(QIAGEN PCR CLoning Kit提供)载体上的互补的U碱基配对结合。PCR产物能够高效地结合到载体上,无需在引物中引入限制性内切酶位点,无需酶切或者平端连接。

    在某些特殊情况下,由于一些未知的原因,一些表面很正常的PCR产物的克隆效率却很低。在这里,我们证实:PCR引物的5'末端碱基能够显著影响TaqDNA聚合酶添加A末端的效率——有的时候导致只有一小部分PCR产物带有A末端,从而使PCR产物克隆效率明显降低。在这里我们提供一些简单的建议如何提高这些“难克隆”的PCR产物的克隆效率。

材料和方法

GeneScan®分析以确定PCR产物的长短
    用QIAGEN公司的QIAprep Spin Miniprep提取质粒pTZ19R。采用没有校正功能的DNA聚合酶和特异性引物分别扩增质粒上的112bp、213bp和363bp片断。每个片断的扩增都分别进行4组反应,采用同一个荧光标记的正向引物(forward primer)和4个不同的反向引物之一进行扩增,4个reverse primer的区别仅在于引物的5'端碱基分别为(A、T、G、C),其他序列都相同。PCR产物用ABI PRISM 377测序仪分析,并用ABI GeneScan分析软件进行分析。

分析克隆效率
    用DNeasy Tissue Kit和QIAamp DNA Blood Mini Kit分别纯化小鼠和人类基因组DNA。用QIAGEN Taq DNA聚合酶或者HotStarTaq DNA聚合酶分别扩增小鼠p53基因上一段500bp的片断、人类prion蛋白基因上一段750bp的片断,以及人类白介素9基因上一段1000bp的片断。每个片断的扩增都分别进行4个反应,分别采用4对引物(区别仅在于5'末端碱基分别为A、T、G、C,其他序列相同,如表1)进行扩增。PCR产物克隆到QIAGEN PCR克隆试剂盒中的pDrive  Cloning Vector中。计算克隆数,以其中一组5'端带A碱基的克隆数为基准(normalized to)进行比较,结果如图。

表一:扩增人白介素9基因中1kb的一段序列的引物组合:

PCR fragment Forward primer Reverse  Primer
A 5'-ACTC...TGC-3' 5'-ACGC...TGT-3'
C 5'-CCTC...TGC-3' 5'-CCGC...TGT-3'
G 5'-GCTC...TGC-3' 5'-GCGC...TGT-3'
T 5'-TCTC...TGC-3' 5'-TCGC...TGT-3'

 

结果和讨论

引物的5'末端碱基对添加A末端反应的影响
    没有校读功能的DNA聚合酶如Taq酶,会在PCR产物的3'末端添加多一个A(即:比模版多加一个A)为了比较引物的5'末端碱基对添加A末端反应的影响,我们比较了3个不同片断的各4组PCR产物的长短。结果表明:引物5'末端是A碱基的,PCR产物末端添加A的效率最高。引物5'末端是G的,PCR产物末端添加A的效率也很高,但是反应时间的延长,会导致添加2个A,从而影响后继的PCR产物克隆。


引物5'末端碱基对PCR产物克隆效率的影响,以及连接时间对克隆的影响
    既然引物的5'末端碱基的不同会影响PCR产物末端添加A的反应效率,我们也研究了这种现象对PCR产物克隆的影响。结果表明PCR产物克隆效率与添加单个A碱基的效率正相关,引物5'末端是A的PCR产物得到的重组阳性克隆(insert-bearing colonies)最高。不同长短的片断克隆结果都证实了这一点。因此,引物设计时应该尽可能在5'末端添加A碱基。

    如果引物设计时5'末端无法加A,延长连接时间能够弥补克隆效率的不足。30分钟的连接时间能够保证引物末端带A的PCR产物有足够高的克隆效率。如果延长连接时间到2小时,能够显著提高引物末端带C的PCR产物克隆效率。

结论

1.QIAGEN PCR Cloning Kit能够简单快速将PCR产物克隆到PCR载体中,采用QIAGEN试剂盒中特制的感受态细胞,只需要40分钟可以完成从克隆到涂板的全过程。

2.偶然,PCR产物克隆效率会意外的低,此时可以通过设计一对5'端带A的引物(引物的第一个碱基是A),这样可以提高Taq酶在PCR产物末端添加A的效率,从而提高PCR产物在UA(TA)载体的克隆效率。

3.如果不能在引物5'端加A,可以通过延长连接时间来提高克隆效率。

处理 SSI 文件时出错

处理 SSI 文件时出错
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