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分子克隆/Southern 雜交

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Southern 印跡法是分子生物學中常用的方法,用於檢測 DNA 樣本中特定的 DNA 序列。Southern 印跡法將電泳分離的 DNA 片段轉移到濾膜上,然後透過探針雜交檢測片段。該方法以其發明者英國生物學家埃德溫·桑德 (Edwin Southern) 的名字命名。

限制性內切酶用於將高分子量 DNA 鏈切割成更小的片段。

然後將 DNA 片段在瓊脂糖凝膠上進行電泳,以根據大小分離它們。

如果某些 DNA 片段大於 15 kb,則在印跡之前,可以用酸(例如稀 HCl)處理凝膠,該酸會使 DNA 片段脫嘌呤,將 DNA 分解成更小的片段,從而更有效地從凝膠轉移到膜上。

如果使用鹼性轉移方法,將 DNA 凝膠置於鹼性溶液(通常含有氫氧化鈉)中以使雙鏈 DNA 變性。鹼性環境中的變性可以改善帶負電荷的 DNA 與帶正電荷的膜的結合,將其分離成單鏈 DNA 以便隨後與探針雜交(見下文),並破壞 DNA 中可能仍然存在的任何殘留 RNA。然而,鹼性轉移方法與中性轉移方法的選擇通常是經驗性的,可能導致相同的結果。

在凝膠上放置一張硝化纖維素(或尼龍)膜(取決於轉移方向)。施加均勻的壓力到凝膠上(使用吸力或在膜和凝膠上放置一層紙巾和重物),以確保凝膠和膜之間良好且均勻的接觸。如果透過吸力轉移,則使用 20X SSC 緩衝液以確保密封並防止凝膠乾燥。然後使用毛細作用從高水勢區域到低水勢區域(通常是濾紙和紙巾)的緩衝液轉移將 DNA 從凝膠轉移到膜上;由於 DNA 的負電荷和膜的正電荷,離子交換相互作用將 DNA 結合到膜上。

然後在真空或普通烤箱中將膜在 80 °C 下烘烤 2 小時(標準條件;硝化纖維素或尼龍膜)或暴露於紫外線(尼龍膜)下,以將轉移的 DNA 永久附著到膜上。

然後將膜暴露於雜交探針——一個具有特定序列的單鏈 DNA 片段,其在目標 DNA 中的存在有待確定。探針 DNA 被標記,以便可以檢測到它,通常是透過摻入放射性物質或用熒光或顯色染料標記分子。在某些情況下,雜交探針可以由 RNA 製成,而不是 DNA。為了確保探針與樣本 DNA 結合的特異性,大多數常見的雜交方法使用鮭魚或鯡魚精子 DNA 來封閉膜表面和目標 DNA,使用去離子甲醯胺和 SDS 等去汙劑來減少探針的非特異性結合。

雜交後,將多餘的探針從膜上洗掉(通常使用 SSC 緩衝液),然後在 X 射線膠片上透過放射自顯影觀察雜交模式,如果是放射性或熒光探針,或者透過顯色劑的顯色,如果是顯色檢測方法。

探針與濾膜上特定 DNA 片段的雜交表明該片段包含與探針互補的 DNA 序列。將 DNA 從電泳凝膠轉移到膜的轉移步驟允許標記的雜交探針輕鬆結合到大小分級的 DNA。它還允許固定靶探針雜交體,這對於放射自顯影或其他檢測方法的分析是必需的。使用限制性內切酶消化的基因組 DNA 進行的 Southern 印跡可以用來確定基因組中序列的數量(例如,基因複製數)。僅與未被限制性內切酶切割的單個 DNA 片段雜交的探針將在 Southern 印跡上產生一個條帶,而當探針與幾個高度相似的序列(例如,可能是序列複製的結果)雜交時,可能會觀察到多個條帶。雜交條件的改變(例如,提高雜交溫度或降低鹽濃度)可以用來提高特異性並減少探針與小於 100% 相似的序列的雜交。

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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