一、DNA提取:裂解与纯化
DNA提取的关键在于破坏细胞结构并纯化DNA,主要分为两步:
裂解:通过物理或化学方法破碎细胞膜,释放DNA。
物理法:研磨(适用于植物组织)、超声破碎(处理细胞悬液)或高温(快速裂解但需控制时间避免DNA降解)。
化学法:使用表面活性剂(如SDS溶解膜结构)或蛋白酶(分解蛋白质)。例如,法医鉴定中常用Chelex-100树脂螯合金属离子,适合微量样本(如血痕、唾液斑)。
纯化:去除蛋白质、脂类等杂质。
酚氯仿法:利用酚/氯仿使蛋白质变性,离心后DNA保留于水相,是获取高纯度DNA的经典方法。
盐析法:通过调整NaCl浓度(如0.14 mol/L时DNA溶解度最低)使DNA沉淀,结合酒精(DNA不溶)进一步去除非核酸成分。
硅胶柱法:DNA吸附于硅胶膜,洗涤后洗脱,适用于高通量提取。
注意事项:
避免核酸酶污染(如使用EDTA抑制酶活性)。
防止物理剪切(如轻柔搅拌)和高温导致DNA断裂。
法医样本需严格防污染(如使用独立通风设备)。
二、DNA分离:基于溶解度的差异
DNA分离的核心是利用其在不同溶液中的溶解度差异:
NaCl梯度分离:
高浓度(如2 mol/L)时DNA充分溶解,低浓度(0.14 mol/L)时沉淀,可反复溶解-沉淀去除杂质。
酒精沉淀:DNA在冷酒精(95%)中不溶,而蛋白质和糖类可溶,常用于粗提后进一步纯化。
柱层析法:通过硅胶柱选择性吸附DNA,适用于微量样本的高效纯化。
实验设计示例:
鸡血细胞破碎后,加入洗涤剂溶解膜结构,NaCl调节溶解度,最后用酒精析出白色絮状DNA。
使用塑料器材(如试管、烧杯)减少DNA吸附,避免玻璃器皿造成的损失。
三、DNA鉴定:验证质量与存在
鉴定方法需评估DNA的浓度、纯度及完整性:
紫外分光光度法:
检测A260/A280比值,纯DNA为1.8-2.0;低于1.8提示蛋白质污染,高于1.8可能残留RNA。
琼脂糖凝胶电泳:
通过电泳条带判断DNA片段大小及完整性。完整基因组DNA呈单一明亮条带,降解DNA呈弥散状。
化学显色法:
二苯胺试剂:在沸水浴中与DNA反应生成蓝色化合物,用于粗提样本的定性检测。
甲基绿染色:直接显示DNA为蓝绿色,适用于载玻片上的快速观察。
注意事项:
二苯胺试剂需现配现用以保证灵敏度。
电泳时需设置阳性对照(已知DNA)和阴性对照(水)排除干扰。
四、应用与展望
DNA提取与鉴定技术广泛应用于:
法医学:个体识别(如Chelex-100提取犯罪现场微量DNA)。
医学诊断:遗传病筛查(如唐氏综合征的产前DNA分析)。
生物学研究:基因测序前的样本制备(需高纯度DNA)。
未来,随着微流控技术和纳米材料的应用,DNA提取将向自动化、高灵敏度方向发展,为精准医疗和快速法医鉴定提供支持。
通过上述步骤,DNA的提取、分离与鉴定不仅揭示了生命遗传信息的载体,也为科学研究和实际应用奠定了技术基础。每一步操作均需严谨,以确保结果的可靠性。