染色体步移(genome walking)是一种克隆方法,可以获得与已知序列相邻的未知基因组区域。在过去20年研究人员开发出多种染色体步移的方法,大体可分为三类:反向PCR,连接介导的PCR和随机引物PCR。*近,韩国生物科学技术研究所(KRIBB)的一个研究小组对传统的连接介导PCR方法进行了改进,文章发表在近期的《Analytical Biochemistry》上。
KRIBB的**科学家宋正勋(Jung-HoonSohn)认为染色体步移是一种很有效的基因克隆方法。“一旦你得到部分的基因组片段,你就能通过PCR不断获得侧翼片段。如果不使用PCR,从DNA文库中克隆不但单调,而且困难。”
然而基于PCR的染色体步移方法面临着多种问题:特异性和效率低,步移距离短,且方法复杂。宋博士解释道,尽管PCR一般需要两个起始位点,而连接介导的PCR染色体步移只需要单个起始位点。通过与缺乏5’端磷酸基团的框(cassette)连接,产生了**个起始位点。这种方法的问题在于往往非特异扩增了许多DNA片段。宋博士及其同事开发的“模板锁定(template-blocking)”方法降低了这种非特异的扩增。
在这种新方法中,研究人员用双脱氧NTP(ddNTP)填补了限制性酶消化的基因组片段的3’-OH,并与正确设计的框连接。这样,侧翼伴有框的基因组DNA片段就作为靶基因扩增的模板,扩增引物分别为基因特异的引物和框引物。基因组DNA的末端被ddNTP锁定,从而大大降低了非特异性扩增,并产生了简单快速的染色体步移。宋博士称:“模板锁定的PCR显示出高特异性。它既不需要特殊设计的引物,也不需要巢式PCR。”
研究人员通过克隆毕赤酵母的一个PGK1新启动子和青霉菌的两个纤维素酶新基因,来检验了这种模板锁定PCR。这两种生物的完整基因组序列目前都还没有。
宋博士解释道:“**纤维素酶对于降解纤维素生物质产生糖和生物能量非常重要。我们从腐烂的木头中分离出这种**,用于新纤维素酶的克隆。它只是模板锁定PCR的一个例子,说明在未知基因组信息的情况下,从微生物中克隆基因也很简单。”
对于基因组测序已经完成的少数物种(如人、小鼠、线虫、水稻、拟南芥等)来说,可以轻松地从数据库中找到已知序列的侧翼序列。但是,对于大多数生物而言,在不了解它们的基因组序列以前,想要知道一个已知区域两侧的DNA序列,只能采用染色体步移技术。
尽管全基因组测序技术正在迅猛发展,获得多个物种的全基因组序列变得更加容易,但宋认为染色体步移的改善对于实验室日常工作仍很关键,因为很多种感兴趣的生物都未完成基因组测序,或只完成了部分。
原文检索:
Template-blocking PCR:An advanced PCR technique for genomewalking
Jung-Hoon Bae & Jung-HoonSohn
Analytical Biochemistry Volume 398, Issue 1, 1 March 2010, Pages112-116