在这里, 我们提出了一个在 RNA 样本中追踪基因组 DNA (gDNA) 污染的协议。所提出的方法利用特定的引物的内部转录间隔区 (其) 的核糖体 DNA (rDNA) 基因。该方法适用于大多数真核生物和原中 DNA 污染的可靠和灵敏检测。
一种广泛用于量化的基因表达变化和转录丰度的方法是反向转录定量实时 PCR (RT-qPCR)。它提供准确、灵敏、可靠和可重现的结果。影响 qPCR 的敏感性和特异性的因素有多种。残留的基因组 DNA (gDNA) 污染 RNA 样本是其中之一。在基因表达分析中, 非特异性放大由于 gDNA 污染会高估转录水平的丰度, 并会影响 qPCR 结果。一般情况下, gDNA 是通过 qRT PCR 检测到基因区或感兴趣基因的内含子。不幸的是, 在脊椎动物、细菌、原、真菌、植物和无脊椎动物后生物种的所有基因中, 内含子/外显子注释尚不为人所知。
在这里, 我们提出了一个协议, 以检测 gDNA 污染的 RNA 样本利用核糖体 DNA (rDNA) 为基础的引物。该方法是基于 rDNA 的独特特征: 它们的基因性质, 高度保守的序列, 和高频率的基因组。并以禾本科家族的核糖体 DNA (rDNA) 保守区为例, 设计了一套独特的引物。通过熔融曲线分析和琼脂糖凝胶电泳测试了这些引物对的普遍性。虽然我们的方法解释如何 rDNA 基引物可以应用于 gDNA 污染检测在禾本科家族, 它可以很容易地用于其他原和核物种
探索有趣的基因组或信号网络的转录调控对于了解生物事件中涉及的复杂分子机制是非常重要的1。目前, qPCR 分析是最广泛使用的基因表达研究的方法, 可以针对 DNA (基因组) 或 RNA (转录), 允许 methylome 和转录分析, 分别。反向转录 (RT) 后, qPCR 被广泛用于转录分析, 测量基因表达水平的各个领域的生物研究2。与传统的北方杂交, 通过原位杂交、核糖核酸保护分析 (RPA) 和半 rt-pcr PCR 等方法进行组织特异检测, 其准确度、方便性、速度和广泛的动态范围基于 qPCR 的检测是非常显著的3,4。有几个重要的因素, 必须考虑的可靠量化信使 rna (mRNA), 包括质量和数量的 rna 起始材料。此外, 非特异放大、RT qPCR 效率和 PCR 效率必须被认为是5,6。
gDNA 的存在是 rna 提取过程中的一个固有问题, 部分原因是 DNA 和 rna 的类似物理和化学性质的7。由于从 mRNA 样本中提取的 gDNA 和互补 DNA (cDNA) 的序列同一性, 可能发生非特异性放大, 这将影响 qPCR 结果的准确性。其余的 gDNA 将导致高估的目标 mRNA 丰度基因表达分析8。
基本上, 非特异增主要来源于引物-二聚体形成或不背景放大由于 gDNA, 这两者都可以使用适当的控制样品来评估。这些样品没有模板控制 (NTC), 也没有反转录酶控制。由于所研究的样品中的 gDNA 污染程度不同, 对 gDNA 的敏感性在所分析的基因之间有很大的差异, 因此每个样本/化验对都需要对其进行控制。尽管这大大增加了 RT-qPCR 性能分析研究中的成本和人工, 但这些控件是必需的7,9。
处理 gDNA 污染的替代方法包括使用底漆对退火到基因区域或感兴趣的基因的内含子10, 以及使用引物, 要么侧翼大的内含子或跨外显子连接,即退火点在成熟的 mRNA 序列1,4中缺席。然而, 许多脊椎动物、细菌、原、真菌、植物和无脊椎动物后生物种的所有基因的内含子/外显子注释还不得而知。此外, 许多真核生物的基因来自复制事件。此外, 在内含子的引物设计不保证非 gDNA 的放大。由于染色质可及性的基因组区域到dnasei我变化, 建议设计不同的引物对针对不同的染色体10。
真核生物的基因组可以包含多达1000拷贝的 rDNA 基因编码核糖体亚基所需的核糖体形成。这些 rDNA 基因通常组织在单个或串联重复数组11中。Polycistronic rRNAs (图 1) 包括大亚基 (路易斯安那州) 和小亚基 (SSU) 转录的 rna 聚合酶 i (rna)。通过消除两个内部转录间隔区 ITS1 和 ITS2, 进一步处理产生的预 rRNAs。作为最终产品, 三成熟的 rRNAs、17-18S rRNA (SSU)、5.8S 和 25-28S rRNA (路易斯安那州) 都生成12。rDNA 基因是具有高度保守序列的基因家族的典型代表。它们发生在基因组中的高频率, 并可能存在于多个染色体位置13。rRNA 的处理和转录间隔的降解是核仁中的一个快速过程。由于重复的高度, 与低拷贝内含子序列和拼接前体相比, 基因组拷贝数和可检测的未加工 RNA premolecules 比较低。这些特点使 rDNA 基因非常适合可靠和高度敏感的检测 gDNA 污染的大多数真核生物和原3。
本文介绍了一种检测 RNA 样品中 gDNA 污染的新方法。提出了一套基于 rDNA 保守序列的通用引物, 用于几种禾本科的 gDNA 测定。以 DNA 为模板, 用熔融曲线分析法测定了引物的特异性和普遍性。我们的协议不仅适用于禾本科, 而且也很容易适应其他真核和原核物种。
近年来, 定量 PCR 技术在基因表达分析中得到了广泛的应用。这种快速, 成本效益和自动化的方法的主要好处是它的准确和准确的结果。然而, 从这些优势中获得最佳效益需要清楚地了解用于 qPCR 实验的参数的设置。为了在 qPCR 基因表达分析中获得可靠的结果, 必须避免在 RNA 样本3,15中从引物-二聚体或 gDNA 污染中产生的非特异性放大。预计 RNA 转录水平将被高估在 gDNA 污染8。在这里, 一个 rDNA 基因的独特的特点被认为是 gDNA 污染检测的 RNA 样本。
此协议中使用的 rDNA 的基本属性:核糖体基因由两个它, 即 ITS1 和 ITS2, 以及三 rRNA 编码基因, 17-18S, 5.8S 和25-28S 亚基12。它的两个区域不是核糖体亚基编码序列的一部分。它们被至少三酶活性去除, 以处理成熟 rRNA 的前驱体: 切、旋和酶活性。由于核糖体 RNA 转录为 polycistronic 转录, 一个主要产品包含它是肯定存在的。处理速度非常快, 在核仁中发生, 而含有其的可检测的前驱分子的数量低于 qPCR 法的检测限度。因此, 当 ITS1 或 ITS2 被其侧翼引物放大时, 在 RNA 样本中不能检测到放大, 除非存在 gDNA 污染。真核生物基因组中的 rDNA 基因数量估计包括多达1000份, 它们排列在染色体的单或串联阵列上11。在这个协议中, 我们提出了一种替代的方法, 而不是, 以检测 gDNA 污染, 这是在每个反应/化验中使用。
与现有方法有关的优点和限制:通常用于检测准备好的 RNA 样品是否清洁或被 gDNA 污染。由于 gDNA 污染不均匀分布在不同的 RNA 样本之间, 而且对 gDNA 的反应敏感性受所分析的基因影响很大, 每个样本/化验对7,15都需要进行控制。这将极大地增加成本和劳动力同时处理多个示例3,9。文献中记录的其他替代方法包括使用内含子特定的底漆来检测 gDNA, 或者设计引物, 或者在一个内含子或跨外显子结点的旁边。这些方法的局限性源于内含子序列信息的不可用性、内含子/外显子结构的不完全标注, 以及在基因或基因中缺少内含子1,4,10.由于进化, rDNA 基因存在作为基因和高度保守的基因家庭。他们是高度丰富的基因组和目前在不同的染色体13。与其他编码或 nonconding 基因相比, rDNA 基因显示最适合检测 gDNA 污染。在比较组分析中, 不推荐用 rRNA 校验仪对 qPCR 数据进行归一化处理, 如 cDNA 制备 (波利亚启动与随机六启动) 的差异, rRNA 与 mRNA 的丰度差异较大和不同的生物, 可能会产生误导性结果10,16。然而, 我们刚才提到的问题是 gDNA 污染检测的优势。例如, 关于在基因组中更高的靶点, 以及不同染色体上的定位, 基于 rDNA 的引物与现有方法相比, 能显著提高 gDNA 的检测灵敏度。
Versality rDNA-基于其他生物体: rDNA 基因是在大多数生物体中被鉴定出的一个研究良好的基因家族。建议的基于 rDNA 的方法是一个简单, 高度敏感, 经济系统的 gDNA 污染的分析, 可以很容易地适应其他真核和原核生物 (协议 2-5)。作为一个案例研究, 我们在这里展示了这种方法在一些 Poceae 物种中的效用 (图 4和图 5)。使用的引物显示了高的转移率到其他 Poceae 种类由于高度保守的结构 rDNA 亚基在种类之中。当没有足够的基因组序列信息用于底漆设计时, 这个问题就变得更加重要。因此, 为一个物种设计的侧翼引物可用于相关物种。此外, 5.8S-f-/R 底漆是根据一个保守的主题, 显示高相似性在大多数开花植物14。虽然高通量测序技术永久性地增加已知基因组的数量, 但大多数生物体的外显子-内含子注释还没有完成, 因此通常不可能设计引物来跨越外显子边框。我们的方法解释了如何 rDNA 基引物可以应用于 gDNA 污染测定的 qPCR 分析原和真核生物的目标, 消除昂贵的控制在每个化验/底漆组合。
The authors have nothing to disclose.
这项研究得到了 Tabarestan (GABIT)、莎莉农业科学和自然资源大学 (SANRU) 的遗传和农业生物技术研究所的支持。初级研究组非生物应激基因组学由 IZN (Saale), 德国的多学科中心作物研究所资助。我们感谢朗达. 迈尔对手稿的批判性阅读。
Maxima SYBR Green / ROX qPCR Master Mix (2X) | Thermo Scientific | K0221 | |
TissueLyser II | QIAGEN | 85300 | |
RevertAid H Minus First Strand cDNA Synthesis Kit | Thermo Scientific | K1631 | |
GeneRuler 100 bp Plus DNA Ladder | Thermo Scientific | SM0321 | |
96 well WHT/CLR | Bio-Rad | HSP9601 | |
Microseal B film | Bio-Rad | MJ-0558 | |
Low tube strip CLR | Bio-Rad | TLS0801 | |
Flat cap strips | Bio-Rad | TCS0803 | |
NanoDrop 2000 | Peqlab | ND-2000 | |
RNaseZAP | Ambion | 9780 | |
Centrifuge | Eppendorf | 5810 R | |
Agilent RNA 6000 Nano Kit | Agilent Technologies | 5067-1511 | |
2100 Electrophoresis Bioanalyzer | Agilent Technologies | G2939AA | |
RNase A, DNase and Protease-free | Thermo Scientific | EN0531 | |
DNase I, RNase-free | Thermo Scientific | EN0523 | |
TRIZOL Reagent | Ambion | 15596026 | |
CFX96 Touch Real-Time PCR Detection System | BIO RAD | 1855195 | |
PCR tube, 0.2 mL, RNase-free | Stratagene | Z376426 | |
Guanidine thiocyanate for molecular biology | Sigma-Aldrich | G9277 | |
Agarose – Nucleic Acid Electrophoresis | Sigma-Aldrich | A9414 | |
Boric Acid for molecular biology | AppliChem | A2940 | |
bromophenol blue | AppliChem | A2331 | |
ethidium bromide | AppliChem | A1151 | |
Gel documentation system | BIO RAD | Gel Doc 2000 |