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Sanger测序不同试剂对DNA测序的影响

2025-04-02

现在试剂以及设备已经取得了巨大的进步,但是DNA测序依旧需要相当的实验技能。实验技能主要来自于对技术本身的了解,在实验过程中做出相应的调整,如何正确的调整实验过程中的参数是本章节需要讨论的重点。


本研究就实验室试剂对测序结果的影响,这些试剂可主要是用于质粒DNA模板的制备、PCR产物纯化、引物合成以及其他的实验操作对测序结果影响。


实验设计

使用0.5ug的pGem3zf和1ul 5uM M13反向引物,实验的方法如下:将DNA、引物、待测试试剂、水共计7ul,98℃热变性7分钟,之后至于冰上,将3ul的测序酶MIX加入(酶和buffer按照1:3稀释)共计10ul体系,其中Mgcl2的浓度为2mM。PCR程序为96℃ 10S、50℃ 5S、60℃ 4min,30个循环。测序反应产物使用醇沉法去除多余染料,每个样品做3到6次平行测试,上机测序。


Mgcl2的作用

镁离子是刺激聚合酶的活性的重要成分,对于DNA聚合酶,最佳的浓度是2mM。


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图2.1 镁离子浓度对测序结果的影响。


EDTA的作用

EDTA是一种金属离子螯合剂,它能够有效的降低游离镁离子的浓度,镁离子又是聚合酶的活性的重要成分,当EDTA与Mgcl2的摩尔比接近1:1的时候,几乎所有的酶活性都被抑制。一些DNA制备的方法里面,TE作为DNA的保存溶剂,这个是必须要注意的问题。DNA在水中短时间是可以的,但是长时间保存存在很多问题,所以建议降低TE中的EDTA水平,如0.01mM。

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图2.2 EDTA浓度对测序结果的影响。


不同盐类的影响

DNA在制备过程中会使用到各种盐类,他们的存在会对测序结果产生重大的影响,下图罗列了一些盐类对测序读长的影响,在非常低的浓度下(<2.5mM),盐对测序读长没有明显的影响,较高的盐存在的条件下,会对测序读长产生明显的影响,如盐的含量如果在25mM时,测序读长会减少20%到50%,在100mM时(乙酸铵除外),测序反应则被完全抑制了。


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不同盐类对测序结果的影响,乙酸铵(●)、氯化铯(□)、氯化钾(×)、乙酸钠(◇)、氯化钠(△)


其他试剂的影响

在测试过程中可以直接或者间接的使用多种其他的试剂,下图显示了二甲基亚砜(DMSO)、醇类、乙酰胺(经常被用于高GC模板)、乙腈(用于引物合成)、甘油等对测序的影响,浓度在5%的DMSO、乙酰胺、甘油、乙腈对测序读长没有影响,即使10%也没有明显影响,只有在15%的时候才会出现读长显著减少。乙醇和异丙醇在浓度5%的时候测序读长减少了一半。氨的作用比较强烈(引物合成最后一步使用到),0.25%则可以抑制60%的活性,1%则可以完全抑制测序反应。

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不同试剂对测序的影响,乙酰胺(●)、乙腈(◇)、DMSO(□)、乙醇(△)、甘油(◆)、异丙醇(×)


外源DNA和RNA的影响
通常来说,不需要的DNA或者RNA存在于质粒中时,会导致模板的浓度鉴定出现问题,所需的模板量会严重减少,从而导致测序的结果不理想,即使准确估计了模板的量,外源的核酸也会对测序产生影响,一种明显的影响是可能存在可以被引物识别的位点,从而导致双峰或者杂峰,还有就是较的DNA会使得毛细管进样、损坏毛细管以及电泳过程中的宽峰等。下图可以说明,在每个测序反应中, DNA浓度低于0.25ug时,对测序反应影响非常小;当浓度超过1ug时,会严重抑制测序反应的进行,在2ug时,抑制率超过50%。另一方面,无论在变性过程中个是否存在RNA,都不会对测序结果产生影响。


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DNA以□表示、RNA以△表示


引物浓度的影响

在一般的测序反应中,至少需要25个以上的循环才能够产生足够多的片段信号被测序仪读取,因此引物与模板的比值至少为25:1,如引物和模板的比值为25:1,设置循环为30个的话,不会提高数据的质量和长度。同时,如引物和模板的比值为50:1,设置热循环数量为25也不会提高数据的质量和长度。


在测序过程中的一些问题解决
模板的质量是测序成功的关键,通过细心制备模板、确定模板的浓度和排出潜在的污染物可以大大的提高测序的质量,模板制备的溯源可以排除很多问题,比如模板是怎样制备、定量以及储存的。通常来说,不好的数据往往是对一些试剂的不精确的理解,例如TE意味着10mM Tris-Hcl、1mM的EDTA 、PH 8.0,但对于其他人会认为是10mM Tris-Hcl、0.01mM的EDTA 、PH7-8,这种混淆的概念会导致测序结果失败。