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分子克隆/Southern 杂交

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Southern 印迹法是分子生物学中常用的方法,用于检测 DNA 样本中特定的 DNA 序列。Southern 印迹法将电泳分离的 DNA 片段转移到滤膜上,然后通过探针杂交检测片段。该方法以其发明者英国生物学家埃德温·桑德 (Edwin Southern) 的名字命名。

限制性内切酶用于将高分子量 DNA 链切割成更小的片段。

然后将 DNA 片段在琼脂糖凝胶上进行电泳,以根据大小分离它们。

如果某些 DNA 片段大于 15 kb,则在印迹之前,可以用酸(例如稀 HCl)处理凝胶,该酸会使 DNA 片段脱嘌呤,将 DNA 分解成更小的片段,从而更有效地从凝胶转移到膜上。

如果使用碱性转移方法,将 DNA 凝胶置于碱性溶液(通常含有氢氧化钠)中以使双链 DNA 变性。碱性环境中的变性可以改善带负电荷的 DNA 与带正电荷的膜的结合,将其分离成单链 DNA 以便随后与探针杂交(见下文),并破坏 DNA 中可能仍然存在的任何残留 RNA。然而,碱性转移方法与中性转移方法的选择通常是经验性的,可能导致相同的结果。

在凝胶上放置一张硝化纤维素(或尼龙)膜(取决于转移方向)。施加均匀的压力到凝胶上(使用吸力或在膜和凝胶上放置一层纸巾和重物),以确保凝胶和膜之间良好且均匀的接触。如果通过吸力转移,则使用 20X SSC 缓冲液以确保密封并防止凝胶干燥。然后使用毛细作用从高水势区域到低水势区域(通常是滤纸和纸巾)的缓冲液转移将 DNA 从凝胶转移到膜上;由于 DNA 的负电荷和膜的正电荷,离子交换相互作用将 DNA 结合到膜上。

然后在真空或普通烤箱中将膜在 80 °C 下烘烤 2 小时(标准条件;硝化纤维素或尼龙膜)或暴露于紫外线(尼龙膜)下,以将转移的 DNA 永久附着到膜上。

然后将膜暴露于杂交探针——一个具有特定序列的单链 DNA 片段,其在目标 DNA 中的存在有待确定。探针 DNA 被标记,以便可以检测到它,通常是通过掺入放射性物质或用荧光或显色染料标记分子。在某些情况下,杂交探针可以由 RNA 制成,而不是 DNA。为了确保探针与样本 DNA 结合的特异性,大多数常见的杂交方法使用鲑鱼或鲱鱼精子 DNA 来封闭膜表面和目标 DNA,使用去离子甲酰胺和 SDS 等去污剂来减少探针的非特异性结合。

杂交后,将多余的探针从膜上洗掉(通常使用 SSC 缓冲液),然后在 X 射线胶片上通过放射自显影观察杂交模式,如果是放射性或荧光探针,或者通过显色剂的显色,如果是显色检测方法。

探针与滤膜上特定 DNA 片段的杂交表明该片段包含与探针互补的 DNA 序列。将 DNA 从电泳凝胶转移到膜的转移步骤允许标记的杂交探针轻松结合到大小分级的 DNA。它还允许固定靶探针杂交体,这对于放射自显影或其他检测方法的分析是必需的。使用限制性内切酶消化的基因组 DNA 进行的 Southern 印迹可以用来确定基因组中序列的数量(例如,基因拷贝数)。仅与未被限制性内切酶切割的单个 DNA 片段杂交的探针将在 Southern 印迹上产生一个条带,而当探针与几个高度相似的序列(例如,可能是序列复制的结果)杂交时,可能会观察到多个条带。杂交条件的改变(例如,提高杂交温度或降低盐浓度)可以用来提高特异性并减少探针与小于 100% 相似的序列的杂交。

A 20X SSC stock solution consists of 
3 M sodium chloride and
300 mM trisodium citrate 
(adjusted to pH 7.0 with HCl).
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