ust 2015,Vo1.26,No.4 torBiol&Control,Aug中国媒介生物学及控制杂志2O15年8月第26卷第4期 Chin JVec——・333・ ・论著・ 蚊虫线粒体基因组DNA提取方法 邹依霖,丁奕然,罗钱春,陈斌 重庆师范大学昆虫与分子生物学研究所,重庆市动物生物学重点实验室,重庆401331 摘要:目的优化和改进一套适用于蚊虫线粒体基因组DNA的提取方法。方法从动物线粒体基因组DNA提取 的一般方法、步骤和原理出发,主要采用改进的高盐沉淀法,并注意去除核DNA的污染。用紫外分光光度计、琼脂 糖凝胶电泳和线粒体CO I基因PCR扩增产物鉴定所提的线粒体基因组DNA。结果改进后的方法适用于单只蚊 优化和改进的提取 虫,用凝胶电泳检测后发现无核DNA与蛋白质污染。改进后的方法简便易行,经过多种蚊虫线粒体基因组提取的 实验表明,提取的蚊虫线粒体基因组DNA质量高,能满足PCR、克隆、测序分析等要求。结论方法简便易行,得到的蚊虫线粒体基因fl ̄DNA质量高,能满足相关分析要求。 关键词:蚊科;线粒体基因组;DNA提取方法;差速离心 中图分类号:Q966 文献标志码:A 文章编号:1003-4692(2015)04—0333—04 DOI:10.1 1853 ̄.issn.1003.4692.2015.4.0001 The extraction method of mosquito mitochondrial genome DNA ZOU Yi-ifn,DING Yi・ran,LUO Qian・chun,CHEN Bin Institute ofEntomology and Molecular Biology,Chongqing Key Laboratory ofAnimal Biology, Chongqing Normal University,Chongqing 401331,China Corresponding author:CHEN Bin,Emaih bin.chen@cqnu.edu.an Supposed by the Par.Eu Scholam Program,the Grants from the National Institute of Health(No.USA,1R01A1095184), International Atomic Energy Agency(No.18268/R0),National Natural Science Foundaifon of China(No.31372265, 31071968)。Key Scientiifc and Technological Project of Chongqing(No.CSTC2012GG—YYJSB80002)and National Training Programs of Innovation and Entrepreneurship for Undergraduates(No.201310637006) Abstract:Objective To optimize the method for the extraction of mosquito mitochondfila genome DNA.Methods The optimized method was improved from the protocol for the extraction of animal mitochondfil genomes,and was based on tahe modification for high—concentration—salt precipitation and nuclear DNA removing.The mtDNA samples were tested using spectrophotometry,agarose gel electrophoresis and ampliifcation products of CO I.Results The method was showed to be rapid and efficient for single mosquito in our studies.The gel electrophoresis demonstrated that the mtDNA samples extracted were essentially free of nuclear DNA and protein.A number of applications with different mosquito species indicated that the method was highly suitable to extract the mitochondrial genome DNA of individual mosquitoes. Conclusion e optimized method is easy and eficient ffor mosquito samples.and the extracted mtDNA is high quality and suitable to studies on mitochondrial DNA. Key words:Culicidae;Mitochondfial genome;Isolation method;Differential centrifugation 线粒体是广泛存在于生物体内的一个细胞器, 其基因组(mitochondrial genome)在不同动物种内的 传学、系统发育与进化等多个方面广泛应用 ]。尤 其在节肢动物线粒体基因组的研究上,线粒体基因 组通常被认为是解决节肢动物系统发生关系的一个 有力工具。 大小不一致,但在基因组组成上却很保守,大部分动 物线粒体基因组包含37个基因n ]。线粒体DNA具 有母系遗传、进化速度陕等特点,多年来其基因作为 常见的分子标记,在进化生物学、分子分类、种群遗 昆虫是地球上种类最多的生物类群,也是线粒 体基因组研究较多的类群,目前测得昆虫线粒体基 基金项目:“两江学者”计划专项经费;美国国立卫生研究院NIH项目(1R01A1095184);联合国IAEA项目(18268/R0);国家自然科学基金 (31372265,31071968);重庆市科技攻关重点项目(CSTC2012GG—YYJSB80002);大学生创新创业训练计划国家级创新训练项目 (201310637006) 作者简介:邹依霖,女,硕士研究生,从事昆虫分子生物学研究,Emaih 26021455l@qq.conr 通讯作者:陈斌,Emaih bin.chen@cqnu.edu.en 网络出版时间:2015—06—01 15:l1 网络出版地址:http://epub.enki.net/kns/oldnavi/nCNKIPub px?naviid:59&BaseID:ZMSK&NaviLink: _: : ±里塑 生 堂垦 垄查 ! 生 旦箜 鲞箜兰塑Chin JVectorBi。l&Contm1,August 2015,Vo1.26,No.4 因组696种,其中双翅目昆虫9O种(http://www-ncbi. nlm.nih.gov/genomes/organelle)。蚊科昆虫是最重要 的医学昆虫类群,传播疟疾、登革热、流行性乙型脑 炎(乙脑)等81种传染病,其中疟疾、登革热和乙脑 仍是我国重要的传染病,近年疟疾在不少地方又有 暴发的趋势,我国每年约有90万疟疾病例 。蚊媒 传染病的控制主要依赖于媒介蚊虫的控制,以线粒 体基因作为分子标记澄清媒介蚊虫的隐存种,研究 其系统发育关系及种群的遗传特征对于蚊虫控制具 有指导意义。自1990年四斑按蚊(Anophe quadrimaculatus)线粒体基因组测序以来 ],蚊科已 有23种线粒体基因组被测序(http://www.ncbi.nlm. nih.gov/genomes/organelle)。 目前主要通过提取全基因组DNA进行PCR扩 增得到线粒体基因组,然而核基因组内线粒体插入 序列nuclear mitochondrial DNA,Numts)的存在,干 扰了mtDNA的PCR扩增,使用蚊虫全基因组进行扩 增时,往往会扩增出很多非特异性条带,从而干扰实 验进行n 。在高通量测序技术已经普及的今天,如 何获取高纯度的mtDNA来推动蚊科昆虫线粒体基 因组的研究非常重要。本研究报道改进的蚊虫线粒 体基因组DNA提取方法和操作流程,为相关工作者 提供技术支持。 1材料与方法 1.1 实验蚊虫 中华按蚊(An.sinensis)为重庆师范 大学实验室种群;斯氏按蚊(An.stephensi)和大劣按 蚊(An.dirus)为中国人民第三军医大学实验 室种群;三带喙库蚊(Culex tritaeniorhynchus)和淡色 库蚊(Cx.pipienspallens)为中国疾病预防控制中心 传染病预防控制所实验室种群。 1.2试剂 Buffer I:5 mmol/L Tris,7 mmol/L蔗糖, 220 mmol/L己六醇,2 mmol/L EDTA,pH 7.4;BufferII: 100 mmol/L Tris,40 mmol/L NaC1,2 mmol/L EDTA; 20%SDS;20 mg/ml的蛋白酶K;5-3 mol/L NaCl溶 液;异丙醇;75%乙醇;TE buffer:10 mmol/L Tfis—HC1 和l mmol/L EDTA,pH 8.0。使用前,Buffer I、异丙 醇冷储在4℃备用。 1-3线粒体DNA的提取提取线粒体DNA的一般 方法是将线粒体从细胞中首先分离出来,之后再裂 解线粒体,利用DNA在盐溶液中溶解度的变化提取 DNA,并用相应的有机溶剂进行抽提。本文参照 Tamura和Aotsuka… 的方法加以改进。具体操作步 骤如下。 (1)取蚊虫置于干净的1.5 ml离心管中,加入 Buffer I 300 I,研碎匀浆后再加入1200 l的 Buffer l。 (2)在4℃条件下,将匀浆以500 r/min(离心半 径10 cm)离心10 min,取上清液置于另一干净的1.5 ml离心管,再次以800 r/arin(离心半径10 em)离心 10min。 (3)取上清液置于另一干净的1.5 ml离心管, 4℃条件下12 000 r/min(离心半径10 era)离心10 min. 所得沉淀即为线粒体。 (4)弃上清液,沉淀物中加入330 Ixl BufferⅡ. 13 txl SDS和6 xIl蛋白酶K,60℃过夜。 (5)加入250 Ixl NaC1溶液,在4℃条件下, 5000 r/min(离心半径10 cm)离心10 arin,再取上清 液置于另一干净的1.5 ml离心管,加入480 xIl异丙 醇,在4℃和12 000×譬条件下离心15 min。 (6)去掉上清,用75%的乙醇洗涤,风干。 (7)加入10 ̄30 Ixl TE Buffer溶解,低温保存 备用。 1.4 mtDNA样品鉴定 4值测定:将提取出的DNA取2 l,用Nano Drop 2000全波长紫外分光光度计进行DNA的纯度 与浓度检测。 琼脂糖凝胶电泳分析:采用无桥水平电泳装 置。TAE为缓冲液,凝胶浓度为0.7%,在室温下以 90 V恒压电泳30 min,溴化乙锭染色3 min,放置紫 外成像系统中进行观察,检测其是否降解。 线粒体DNA的PCR扩增:以提取的蚊虫mtDNA 样品作为模板,测定线粒体DNA的CO I基因片段。 引物由上海生物工程有限公司合成,F:5 一GTT AAA TAA ACT A1Tr AAC CTT CAA A一3 :R: 5 一GCT CGT GTA TCA ACG TCT ATT CC一3 。扩增 长度为1050 bp,扩增PCR反应总体积为25 Ixl,PCR扩 增的反应体系:模板DNA 2 l,正反引物(1O xImol/L) 各1 Ixl,再加入TaqMastermix到25 Ixl。PCR扩增条件: 94℃预变性5 min,94℃变性1 min,52℃退火45 s, 72℃延伸1 rain;35个循环后,72℃延伸10 min。PCR 产物用1%的琼脂糖凝胶电泳进行检测,并送往上海 生物工程有限公司测序。 2结果 2.1 A值测定利用上述方法成功地提取到5种蚊 虫的线粒体基因组DNA,每个种分别提取3只蚊虫, 但中华按蚊提取了3种不同保存方式的蚊虫。对提 取的mtDNA检 ̄]A260/A280值以及浓度(表1),5种 蚊虫中新鲜材料和一80℃保存的蚊虫A260/A280值 在1.76 ̄1.97,表明得到的mtDNA纯度较高,干燥标 本和一2O℃无水乙醇浸泡1年的A260/A280值均> :336二_I—— 中国媒介生物学及控制杂志2o15年8月第26卷第4期Chin JVectorBiol&Control,August2015,Vo1.26,No.4 究[M].北京:科学出版社,2008:28—33. [2]胡婧,刘念,黄原.节肢动物线粒体基因组研究进展与基因顺 序分析[J].昆虫分类学报,2006,28(2):153—160. [3]Hedges SB,KumarS,TamuraK,eta1.Human originsandanalysis 进行纯化,但对于PCR和克隆仍然能顺利进行。若 对mtDNA的纯度要求较高,就要进行纯化以去除 RNA、蛋白质、脂类和离子等物质,先用Rnase(终浓 度为50 Ixg/m1)37℃,水浴1 h,在酚:氯仿:异丙醇 (z5:24:1)抽提去除蛋白质得到纯净的线粒体 DNA[ 。 of mitochondrial DNA sequences;JJ.Science,1992,255 (5045):737~739. 14j Ferris SD,Brown WM,Davidson WS,et 1.Extaensive polymorphism 3.3核DNA污染的去除材料不新鲜或者反复冻 in the mitochondrial DNA of apes[J].Proc Nat1 Acad Sci USA, 1981,78(10):6319—6323. 融,细胞和细胞核破裂,释放的核DNA断裂成小片 段后无法在SDS作用下与NaC1形成沉淀,所以得 [5]IJiu GH,Chen F,Chen YZ,et a1.Complete mitoehondrial genome sequence data provides genetic evidence that the brown 到的线粒体DNA有核DNA污染。可以加人适量 的DNase I,通过利用一定浓度的DNase I的消 化,可以完全消除线粒体表面上有可能存在的核 DNA干扰。但是DNase I会较大地减少线粒体 DNA提取量n 。 3.4样品的选择蚊虫吸血后,由于血液中含DNA 故会导致污染,所以尽量采用未吸血的蚊虫。若采 用吸血后的蚊虫进行实验,应该剪去腹部后进行研 磨提取。此外,一般正常动物线粒体寿命仅为l周, 离体的线粒体在低温下(O~8℃)能保存3~7 d的 活性,而常温下只有l~2 hn ,为保证提取效果以及 后续实验效果,应选取新鲜的样品或者一80℃的冷 冻样品。对于蚊虫体积较小的样品来说,一般采用 整只或者使用单雌饲养的多只蚊虫;对于其他体 积较大的昆虫来说则可以选取含线粒体较多的肌 肉组织。 3.5影响mtDNA质量的操作研磨过程中不可研 磨过度,否则导致细胞核破裂,核DNA可能会断裂 成小片段,最终导致得到的mtDNA核污染加重。但 是也不能研磨不足,研磨不足会导致线粒体不能完 全释放,得到的线粒体少,最终得到的mtDNA量 少。对于蚊虫,采用手动研磨,研磨至无明显碎屑 的匀浆即可。此外,除了裂解和风干外其余操作 均在低温下进行,操作轻柔,以防止核DNA和 mtDNA断裂。 参考文献 [1]尹文英,宋大祥,杨星科,等.六足动物(昆虫)系统发生的研 dog tick Rhipicephalus sanguineus(Acari:Ixodidae)represents a species complex[J].Int JBiolSci,2013,9(4):361—369. 【6]Li H,Liu HY,Song F,et a1.Comparative mitogenomic analysis of damsel bugs representing three tribes in the family nabidae (Insecta:Hemiptera)[J].PLoS One,2012,7(9):e45925. 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