Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Большой практикум / Белки и ДНК / Современные аппаратура и методы исследования биологических систем. Большой практикум.pdf
Скачиваний:
170
Добавлен:
09.05.2021
Размер:
12.3 Mб
Скачать

РАЗДЕЛ 2. МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЫСШИХ РАСТЕНИЙ

Краткие теоретические сведения

Генотип высших растений распределен по трем клеточным компартментам: основная часть ДНК находится в ядре (Genom), существенно меньшая – в митохондриях (Chondrom) и пластидах (Plastom).

Ядерная ДНК растений имеет линейную структуру и располагается в ядре в виде хромосом. Ее длина у некоторых видов может достигать н е- скольких метров. В изучении ядерной ДНК растений наиболее популярен анализ ИТС рибосомальной ДНК (ITS rDNA).

Хлоропласты и митохондрии, как известно, имеют симбиогенное происхождение. Предками митохондрий, по-видимому, были аэробные бактерии, а хлоропласты имеют общее происхождение с цианобактериями. Поэтому, несмотря на длительное существование в клетках растений, геномы и митохондрий и хлоропластов сохранили некоторую генетическую автономию, хотя число генов данных органелл существенно уменьшилось, по сравнению с их эволюционными предками. Многие гены перешли в ядро и до сих пор между тремя компартментами идет постоянный обмен генетической информацией [9]

Хлоропластные ДНК имеют достаточно простое строение, поэтому являются излюбленным объектом исследований геносистематиков. В одном хлоропласте мезофильной клетки листа содержится от 20 до 200 практически одинаковых молекул, а так как хлоропластов в клетке много, то при необходимости ее достаточно просто получить в чистом виде. Считается, что количественно хпДНК может составлять 1–10 % от суммарной ДНК клеток раст е- ний. Генетический потенциал хлоропласта весьма велик: в одной молекуле ДНК может быть закодирована информация о структуре около сотни семантид, белков и РНК.

Митохондриальная ДНК растений характеризуется сравнительно бедным набором генов, что не позволяет широко использовать ее для целей геносистематики.

В настоящее время в распоряжении ботаников есть молекулярногенетические методы, позволяющие вести исследования на самом разном уровне, от отдельных популяций видов вплоть до самых высоких таксономических категорий. Данные методы исследования ДНК можно подразделить на две группы:

1. Методы, базирующиеся изучении анонимного полиморфизма ДНК

(RAPD, ISSR, АFLP, DAF, метод микросателлитов и др.) Эти методы исполь-

Современные аппаратура и методы исследования биологических систем. Большой практикум.Учебебное пособие

70

РАЗДЕЛ 2. МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЫСШИХ РАСТЕНИЙ

зуются при выяснении родства между близкородственными таксонами, а также при изучении внутривидового разнообразия.

2. Методы сравнения последовательностей ДНК определенных фрагментов (метод секвенирования участков ДНК). Используются при анализе родственных отношений более высоких таксономических категорий (род, семейство, класс).

Выбор метода зависит от объекта исследования и поставленной научной задачи.

Современные аппаратура и методы исследования биологических систем. Большой практикум. Учебебное пособие

71

РАЗДЕЛ 2. МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЫСШИХ РАСТЕНИЙ

РАБОТА2.1. ВЫДЕЛЕНИЕРАСТИТЕЛЬНОЙДНК

Цель лабораторной работы:

знакомство с методами выделения ДНК из растительных образцов.

Краткие теоретические сведения

Большинство молекулярно-генетических методов исследования высших растений основаны на использовании чистой и как можно менее поврежденной ДНК. Для этого необходимо соблюдать ряд требований, как на стадии сбора материала, так и на различных этапах выделения ДНК.

На подготовительном этапе исследований очень важно правильно определить подлежащие анализу виды растений, чтобы избежать ошибок при построении филогенетических деревьев. Большое значение имеет и репрезентативность выборок. Для целей геносистематики обычно используют не менее 3 образцов одного вида растения, а при изучении внутривидовой изменчивости необходимо использовать не менее 10 образцов, принадлежащих к одной популяции.

На первом этапе работы производится выделение общей геномной ДНК клетки (включая ядерную, митохондриальную, пластидную). Для этого достаточно даже небольшого участка листа. Ткань должна быть без большого количества жилок, не иметь повреждений, иначе вместе с растительной есть риск выделить ДНК другого организма (например, гриба). ДНК выделяют из свежих или свежевысушенных листьев. Сушку желательно проводить в силикагеле, с помощью которого можно быстро высушить растительный материал. Высушенный обычным способом гербарный материал также используется в молекулярных исследованиях, однако ткани в процессе сушки не должны подвергаться сильной дегидратации (сушка с помощью электроприборов, на солнце), подгнивать и должны иметь зеленый цвет. Если же мы имеем дело с растениями, богатыми полисахаридами, то их желательно сушить с помощью силикагеля.

Перед выделением ДНК растительную ткань измельчают. Для лучшего разрушения жестких клеточных стенок растительный материал обычно перетирают в фарфоровых ступках с добавлением кварцевого песка или после замораживания жидким азотом.

Современные аппаратура и методы исследования биологических систем. Большой практикум.Учебебное пособие

72

РАЗДЕЛ 2. МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЫСШИХ РАСТЕНИЙ

РАБОТА 2.1. ВЫДЕЛЕНИЕ РАСТИТЕЛЬНОЙ ДНК

Далее необходимо разрушить клеточные мембраны, чтобы ДНК могла свободно выйти в раствор из ядер, хлоропластов и митохондрий. На следующих этапах производится очистка ДНК от примесей, ингибирующих ПЦР (хлорофилла, белков, солей, ПАВ, низкомолекулярных соединений), от протеинов, маскирующих ДНК (гистоновые, основные белки), адсорбция ДНК на твердом носителе (обычно для этих целей используют силикатные гели) с последующей отмывкой буферными растворами.

Поскольку различные таксоны растений характеризуются различным биохимическим составом, то, к сожалению, нет единого метода изоляции ДНК, оптимального для всех видов. Наиболее популярным и недорогим методом выделения ДНК в последние годы является экстрагирование ее с цетилтриметиламмонийбромидом (СТАВ), чаще всего по методу Доуля или его модификациям. Этот метод позволяет выделить ДНК из 1-3 г свежей или 100300 мг высушенной ткани.

При наличии достаточных средств для работы выделение ДНК лучше проводить с помощью специальных комплектов (китов). Работа большинства китов основана на технологии применения гель-силикатных фильтров, встроенных в специальные колонки. Использование китов позволяет быстро получить чистую ДНК, готовую к дальнейшему использованию. Ниже приведены протоколы выделения ДНК СТАВ-методом, а также с помощью китов

Axyprep (фирма Axygen), Diamond DNA (фирма «НПФ-Алтайбитех).

Материалы и оборудование

1.Термостат водяной 4 л до 100 °С с магнитной мешалкой

WB-4MS, BioSan;

2.Термостат для микропробирок и микропланшет Eppendorf ThermoStat plus с термоблоками для планшет и пробирок на 0,2, 0,5 и 1,5/2 мл, диапазон температур минус 5 – 99 ºС.

3.Центрифуга Eppendorf MiniSpin на 12 микропробирок.

4.Лабораторный шейкер-вортекс «Вортекс V-1» фирмы

«BioSan».

5.Пипетки автоматические Gilson Pipetman (комплект из 5

штук: Р-10, Р-20, Р-100, Р-200, Р-1000).

6.Мерные стаканы и колбы, одноразовые пластиковые 1,5 и 2 мл пробирки и наконечники для автоматических дозаторов.

Современные аппаратура и методы исследования биологических систем. Большой практикум. Учебебное пособие

73

РАЗДЕЛ 2. МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЫСШИХ РАСТЕНИЙ

РАБОТА 2.1. ВЫДЕЛЕНИЕ РАСТИТЕЛЬНОЙ ДНК

7. Буферные растворы и реактивы для выделения ДНК.

Характеристики оборудования

СпектрофотометрSmartSpec Plus

Спектрофотометр SmartSpec Plus (фирма «Bio-Rad») – сканирующий прибор с диапазоном длин волн 200 –800 нм (рис. 2.1). Детектором у SmartSpec Plus является диодная матрица, что делает его очень надежным за счет отсутствия движущихся частей. Прибор имеет встроенный термопринтер для протоколирования результатов измерений. Программное обеспечение прибора позволяет ему на основании спектральных данных определять концентрацию и степень чистоты нуклеиновых кислот и белков.

Технические характеристики

Источник света – ксеноновая лампа. Детектор – фотодиодная матрица. Интерфейс – RS-232 порт. Диапазон длин волн 200-800 нм.

Точность установки длины волны <±1,0 нм для диапазона 200-250 нм и

300-800 нм <±0,5 нм для диапазона 250-300 нм.

Точность детекции ±0,01 при 0,5 опт.ед., ±0,02 при 1,0 опт.ед. Воспроизводимость результатов ±0,005 при 0,5 опт.ед. Рабочая температура – 15-35 °С.

Питание – 90-260 В, 47-63 Гц.

Габариты – 330 х 260 х 140 мм. Вес – 3,8 кг.

ТермостатдлямикропробирокимикропланшетEppendorf ThermoStat

Термостат для микропробирок и микропланшет Eppendorf ThermoStat plus (рис. 2.2) предназначен для термостатирования «сухим» способом. Принцип работы термостата основан на эффекте Пельтье. Достоинство данного термостата заключается в точном поддержании различных уровней температуры. Сменные блоки гарантируют особо эффективную теплопередачу и весьма гибкую адаптацию под конкретную задачу. Возможно программирование температуры и продолжительности термостатирования.

Современные аппаратура и методы исследования биологических систем. Большой практикум. Учебебное пособие

74

РАЗДЕЛ 2. МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЫСШИХ РАСТЕНИЙ

РАБОТА 2.1. ВЫДЕЛЕНИЕ РАСТИТЕЛЬНОЙ ДНК

Рис. 2.1. Внешний вид спектрофотометра SmartSpec Plus

Рис. 2.2. Внешний вид термостата Eppendorf ThermoStat plus

Технические характеристики

Диапазон температур минус 5 – 99 ºС.

Высокоточный температурный контроль для пробирок всех размеров. Теплоизолирующая крышка.

Современные аппаратура и методы исследования биологических систем. Большой практикум. Учебебное пособие

75

РАЗДЕЛ 2. МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЫСШИХ РАСТЕНИЙ

РАБОТА 2.1. ВЫДЕЛЕНИЕ РАСТИТЕЛЬНОЙ ДНК

Программируемый температурный профиль -5°C до 99°C, до 4 значений температуры и 4 интервалов времени

Встроенный таймер. Цифровой дисплей. Скорость нагрева 4 °C/мин.

Скорость охлаждения 2 °C/мин в диапазоне от 99°C до 25 °C и 1 °C/мин в диапазоне от 25°C до 5 °C .

Точность поддержания температуры ± 0,5 °C в диапазоне от -5°C до

45°C, ± 2,0 °C в диапазоне от 45 °C до 99 °C

Таймер до 99 час 59 мин.

Сменные термоблоки для планшет и пробирок на 0.2, 0.5 и 1.5/2 мл. Габариты – 22 x 25 x 12 см

Вес – 5 кг.

Задания на выполнение лабораторной работы

Используя один из приведенных ниже протоколов, выделить ДНК из сухих или свежих растительных образцов.

Задание 2.1.1. Стандартный СТАВметод выделения ДНК

Предварительная подготовка к выделению ДНК:

Для каждой пробы подготовить четыре стерильных 1,5 мл пробирки, подписать и поставить в ряд друг над другом в подставку для пробирок. Подготовить СТАB буфер, очистительный раствор, изопропанол, 70 %-й раствор этанола, автоклавированные палочки-измельчители.

1.Примерно 2 см2 листьев положить в пробирку 1,5 мл.

2.Добавить 400 мл СТАB буфера и быстро (в течение 30-40 с) измельчить с помощью палочки-измельчителя.

3.Добавить 10 мкл РНКазы и в течение 5 с встряхивать на вортексе.

4.Инкубировать в течение 60-80 мин при 65 °С на водяной бане или сухом нагревателе, периодически мягко взбалтывая.

5.Добавить 400 мл очистительного раствора хлороформизоамиловый спирт (92 %-й хлороформ и 8 %-й изоамиловый спирт).

6.Центрифугировать 1 мин при скорости 13 000 об/мин.

Современные аппаратура и методы исследования биологических систем. Большой практикум. Учебебное пособие

76

РАЗДЕЛ 2. МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЫСШИХ РАСТЕНИЙ

РАБОТА 2.1. ВЫДЕЛЕНИЕ РАСТИТЕЛЬНОЙ ДНК

7.Верхнюю фазу пипеткой осторожно перенести в новую пробирку, не взбалтывая промежуточную пленку-осадок.

8.Повторить пункты 5–7.

9.Добавить 350 мл холодного изопропанола и тщательно перемешать растворы, легонько взбалтывая.

10.Центрифугировать 10 мин при скорости 13 000 об/мин.

11.Изопропанол аккуратно слить, а осажденную ДНК прополоскать в 70 %-м спирте.

12.Центрифугировать 5 мин при скорости 13 000 об/мин.

13.Спирт слить, ДНК оставить на 1 ч в открытой пробирке для просых а-

ния.

14.Высохшую ДНК растворить в деионизированной воде или ТЕбуфе-

ре.

Задание 2.1.2. Протокол выделения ДНК из растенийс помо-

щью набораDiamond DNATM

Предварительная подготовка к выделению ДНК

Для каждой пробы подготовить четыре стерильных пробирки 1,5 мл, подписать и поставить в ряд друг над другом в подставку для пробирок. Подготовить необходимые реактивы: лизис-буфер, сорбент, солевой буфер, осаждающий буфер, 70 %-й этиловый спирт, ТЕ-буфер.

1.Примерно 1 см2 листьев измельчить, поместить в пробирку 1,5 мл, добавить 500 мкл лизис-буфера. Если используются живые растения, то добавить 10 мкл раствора РНКазы (для сухих – 10 мкл раствора протеиназы), термостатировать при 56 оС в течение 15 мин (свежий материал) или 30 мин (сухой материал).

2.Лизат центрифугировать 1 мин при 10 000-13 000 об/мин.

3.Перенести супернатант (450 мкл) в новую пробирку.

4.Добавить 150 мкл сорбента (перед использованием сорбент встряхнуть, т.к. возможно его оседание при хранении).

5.Перевернуть пробирку 4–5 раз, чтобы перемешать лизат с сорбентом, но не встряхивать на Vortex, чтобы не повредить ДНК.

Современные аппаратура и методы исследования биологических систем. Большой практикум. Учебебное пособие

77

РАЗДЕЛ 2. МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЫСШИХ РАСТЕНИЙ

РАБОТА 2.1. ВЫДЕЛЕНИЕ РАСТИТЕЛЬНОЙ ДНК

6.Центрифугировать 1 мин, супернатант перенести в новую пробирку (сорбент должен остаться на дне, выбрасывается вместе с пробиркой).

7.Добавить 150 мкл солевого буфера, 2–3 раза перевернуть пробирку.

8.Поместить в морозильную камеру на 5 мин.

9.Центрифугировать 5 мин при 10 000 – 13 000 об/мин (должен выпасть осадок протеинов).

10.Супернатант перенести в новую пробирку. Добавить 250 мкл осаждающего буфера, перемешать, переворачивая пробирку.

11.Центрифугировать 5 мин при 13 000 об/мин. Буфер слить.

12.Осадок промыть в 600 мкл 70 %-го этанола.

13.Центрифугировать 1 мин при 13 000 об/мин. Спирт слить.

14.Осадок просушить (1 мин при 56 оС и 1 мин на воздухе), растворить

в50 – 100 мкл ТЕ-буфера (деионизированной воды).

Задание 2.1.3. Протокол выделения ДНК из растенийс помо-

щью набораАxyPrep (AxyPrep Multisource Genomic DNA MiniPrep Kit, Axygen, США)

Предварительнаяподготовка квыделению ДНК

1. Для каждой пробы подготовить по две стерильных пробирки 1,5 мл, по три стерильных пробирки 2 мл (Microfuge Tube), по одному микроцентрифужному фильтру (Spin-filter) и по одной колонке (Miniprep column). Микропробирки подписать и поставить в ряд друг над другом в подставку для пробирок.

2.Перед использованием охладить буфер DV до 4 °С, а ТЕ-буфер нагреть на водяной бане до 65 °С.

3.Взять 30-50 мг сухого либо 50-100 мг свежего растительного материала, добавить кварцевого песка, растереть в фарфоровой ступке до порошкообразного состояния. Переместить образец в пробирку 1,5 мл.

4.Добавить 700 мкл буфера G-A и 1,2 мкл раствора РНКазы. С помощью палочки-измельчителя быстро (в течение 30 с) растереть образцы.

5.Термостатировать при 65 оС в течение 15 мин (свежий материал) 30 мин (сухой материал).

Современные аппаратура и методы исследования биологических систем. Большой практикум. Учебебное пособие

78

РАЗДЕЛ 2. МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЫСШИХ РАСТЕНИЙ

РАБОТА 2.1. ВЫДЕЛЕНИЕ РАСТИТЕЛЬНОЙ ДНК

6.Переместить гомогенат в чистую пробирку 2 мл (MicrofugeTube).

7.Добавить 400 мкл буфера G-B и 1 мл буфера DV (охлажденного до 4 °С), интенсивно встряхнуть и центрифугировать при 12 000 об/мин в течение 2 мин.

8.Удалить и отбросить верхнюю фазу. Сохранить межфазный остаток и нижнюю фазу в пробирке. Добавить 1 мл буфера DV, хорошо перемешать и центрифугировать при 12 000 об/мин в течение 2 мин.

9.Удалить верхнюю фазу. Переместить нижнюю фазу в Spin-filter (вставленный в 2 мл Microfuge Tube) и центрифугировать 1 мин при 12 000 об/мин.

10.Удалить Spin-filter. Добавить 400 мкл буфера BV к фильтрату и хорошо перемешать (до шипения), перевернуть несколько раз.

11.Поместить Miniprep column в 2 мл Microfuge Tube. Переместить смесь в Miniprep column. Центрифугировать при 12 000 об/мин в течение 1 мин.

12.Слить фильтрат из 2 мл Microfuge Tube. Поместить колонку обратно в эту же Microfuge Tube. Добавить 500 мкл буфера W1 в Miniprep column и цен-

трифугировать при 12 000 об/мин в течение 1 мин.

13.Слить фильтрат и поместить колонку обратно в эту же Microfuge Tube. Добавить 700 мкл буфера W2 и центрифугировать 1 мин при 12000 об/мин. Повторить промывание второй раз с 700 мкл буфера W2 (буфер направлять пипеткой вдоль стенки пробирки, чтобы смыть оставшиеся соли).

14.Слить фильтат из 2 мл Microfuge Tube. Поместить колонку обратно в эту же Microfuge Tube. Центрифугировать 1 мин при 12000 об/мин.

15.Поместить Miniprep column в чистую пробирку 1,5 мл. Для элюирования геномной ДНК добавить 100-120 мкл предварительно нагретого до 65

°С ТЕ-буфера (или деионизированной воды) в центр мембраны. Оставить на 1 мин при комнатной температуре. Центрифугировать при 12 000 об/мин в течение 1 мин.

Контрольные вопросы

1.В каких компартментах растительной клетки локализована ДНК?

2.Каковы правила сбора растительного материала для проведения молекулярно-генетических исследований?

Современные аппаратура и методы исследования биологических систем. Большой практикум. Учебебное пособие

79

РАЗДЕЛ 2. МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЫСШИХ РАСТЕНИЙ

РАБОТА 2.1. ВЫДЕЛЕНИЕ РАСТИТЕЛЬНОЙ ДНК

3. Назовите основные этапы выделения ДНК из растительных образ-

цов.

4. Какие методы используют для выделения ДНК из растительных тка-

ней?

Современные аппаратура и методы исследования биологических систем. Большой практикум. Учебебное пособие

80

РАЗДЕЛ 2. МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЫСШИХ РАСТЕНИЙ

РАБОТА2.2. ЭЛЕКТРОФОРЕЗВАГАРОЗНОМГЕЛЕ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИДНК

Цель лабораторной работы:

ознакомление с порядком проведения электрофореза в агарозном геле и с различными методами определения концентрации ДНК.

Задачи лабораторной работы:

провести электрофорез выделенной растительной ДНК в агарозном геле.

оценить количество и качество ДНК при помощи электрофореза.

определить концентрацию ДНК с помощью спектрофотометра.

Краткие теоретические сведения

Электрофорез относится к аналитическим методам, применяемым для разделения фрагментов ДНК по длине. Силы электрического поля, прикладываемого к образцам, заставляют фрагменты ДНК передвигаться через гель. Молекула ДНК заряжена отрицательно, поэтому цепи ДНК двигаются от катода, заряженного отрицательно, к положительному аноду. Более длинные молекулы мигрируют медленнее, короткие – двигаются быстрее.

Электрофорез проводится либо в агарозном, либо в полиакриламидном гелях. Относительно длинные молекулы ДНК хорошо разделяются в агарозном геле. Обычно используются концентрации агарозы от 1 до 2 %.

Электрофорез проводится в камере, заполненной буферным раствором. Чаще всего используются буферы, содержащие ЭДТА, трис и борную кислоту – TAE и TBE. Буфер необходим для повышения ионной силы раствора, в котором будет происходить разделение молекул ДНК под действием приложенного электрического поля. Этот же буфер используется и для приготовления агарозного геля.

Перед началом приготовления агарозного геля рассчитывают его объем. Для этого необходимо знать площадь ванночки для заливки геля, которую определяют путем умножения ее длины и ширины. Объем раствора (в миллилитрах) вычисляют, умножив площадь ванночки на толщину геля (0,5 см). Например, если длина ванночки равна 10 см, а ширина – 7 см, то объем

Современные аппаратура и методы исследования биологических систем. Большой практикум.Учебебное пособие

81

РАЗДЕЛ 2. МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЫСШИХ РАСТЕНИЙ

РАБОТА 2.2. ЭЛЕКТРОФОРЕЗ В АГАРОЗНОМ ГЕЛЕ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ДНК

раствора составит 10 х 7 х 0,5 = 35 мл. Следовательно, для приготовления 1 %-го агарозного геля необходимо взять 0,35 г агарозы и 35 мл буфера ТАЕ или ТВЕ.

Колбу с агарозой помещают в микроволновую печь и доводят ее до кипения. Полученную суспензию охлаждают до 60 °С и заливают в приготовленную форму. При охлаждении агароза полимеризуется и затвердевает. Для дальнейшего использования геля в нем необходимо сформировать так называемые карманы. Для этого в горячую агарозу помещают специальные гребенки, которые вынимают после затвердевания геля. В полученные кармашки помещается ДНК, смешанная с 6х буфером.

6х буфер (Loading-Dye-Solution) содержит глицерин, утяжеляющий пробу, красители бромфенолголубой и ксиленцианол. Красители необходимы для лучшей визуализации пробы. Как и ДНК, они передвигаются к аноду. Бромфенолголубой двигается со скоростью, равной фрагменту ДНК из 300 нуклеотидов, ксиленцианол – 1500. По скорости передвижения бромфенолголубого рассчитывают время окончания электрофореза. Для определения размеров и концентрации выделенной ДНК в первый и последний карманы помещают ДНК-маркер, содержащий линейные фрагменты ДНК известной длины.

Перед началом электрофореза гель помещается в электрофорезную камеру, предварительно залитую ТАЕ или ТВЕ буферами. Важно, чтобы буфер покрывал гель на 1–2 мм. Для быстрого электрофореза (используется при определении концентрации ДНК) необходимо напряжение в 5 В/см. Для качественного электрофореза, используемого при разделении фрагментов ДНК, полученных при RAPD-, ISSR-анализах, напряжение не должно превышать 2,5 В/см.

После разделения фрагменты ДНК визуализируют при помощи флюоресцентных красителей, специфично взаимодействующих с ДНК. Агарозные гели обычно красят бромистым этидием, который встраивается между азотистыми основаниями дуплекса и флюоресцирует в УФ-лучах. Окрашивание проводят в водном растворе этидиумбромида (2,5–5 г/л) в течение 15-20 мин при периодическом покачивании. Затем гель на 1-2- мин помещают в дистиллированную воду для снижения фоновой флуоресценции и рассматривают в проходящем УФ-излучении. Иногда бромистый этидий добавляют прямо в гель при его приготовлении или в электрофорезный буфер. В этих

Современные аппаратура и методы исследования биологических систем. Большой практикум. Учебебное пособие

82

РАЗДЕЛ 2. МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЫСШИХ РАСТЕНИЙ

РАБОТА 2.2. ЭЛЕКТРОФОРЕЗ В АГАРОЗНОМ ГЕЛЕ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ДНК

случаях гель можно рассматривать сразу после окончания электорофореза

[26].

Электрофорез является одним из методов определения качества и количества выделенной ДНК. Этот метод достаточно прост, однако он позволяет определить только приблизительную концентрацию ДНК в пробе. В основу этого метода положено сравнение выделенной ДНК со стандартными разведениями ДНК-маркера молекулярной массы, концентрация которого известна. Для этого после электрофореза и окрашивания геля этидиумбромидом сравнивают интенсивность свечения полос ДНК в выделенных и эталонных образцах. Электрофорез позволяет оценить и качество полученной ДНК. Например, наличие «шмера» выше и ниже основной полосы может свидетельствовать о деградации или некачественной очистке образцов ДНК.

Спектрофотометрический метод определения концентрации нуклеиновых кислот в растворе основан на существовании у ДНК и РНК максимума поглощения при длине волны 260 нм. Одна единица оптической плотности примерно соответствует концентрации ДНК 50 мкг/мл. Отношение поглощения при длинах волн 260 нм и 280 нм (260нм/280нм) показывает чистоту образца ДНК или РНК. Препарат считается чистым, если это отношение приблизительно равно 1,8 и 2. Снижение данных значений свидетельствует о наличии в образце большого количества примесей белка, фенола или других загрязнителей, имеющих значительное поглощение при 280 нм. Другим показателем чистоты препарата ДНК является отношение значений поглощения 260 нм/230 нм. В случае чистого препарата это соотношение обычно равно 1,8–2,2. Меньшие значения коэффициента 260нм/230нм свидетельствуют о загрязнении препарата компонентами, которые остаются после процедуры выделения ДНК. Поглощение при 320 нм указывает на наличие в растворе частичек пыли [26].

Материалы и оборудование

1.Источник питания Bio-Rad PowerPac HV (1-400 Вт, 0,01-500 мА, 20–5000 В).

2.Камера для горизонтального электрофореза стандартного формата (гель 15х25 см, 10–120 образцов) Sub-Cell GT, BioRad.

3.Камера для горизонтального электрофореза мини-формата

(гель 7х10 см, 8-30 образцов) Mini-Sub Cell GT, Bio-Rad.

Современные аппаратура и методы исследования биологических систем. Большой практикум. Учебебное пособие

83