如何从植物叶子和种子中提取DNA

植物叶片和种子的DNA提取简单实用的方案

从植物叶子或种子中提取DNA，而不是一个新的概念，是开发未来植物技术的关键。植物DNA充当许多下游分子生物学技术的输入，包括PCR和NGS，核酸提取是许多学术研究人员和商业育种计划的工作流程的基础。在现代农生技术和农业科学学中，从寻找，为农业研究产生准确和可操作的数据，从发现止痛药替代品对于阿片类药物全球粮食安全减轻效果气候变化，依靠高质量的植物DNA，制造技术，以及执行它们所需的时间和成本，对于许多植物研究人员来说很重要。^1-3

植物DNA提取的基本步骤

一般来说，植物DNA提取和纯化可分为六步：1）组织破坏/均质化，2）在DNA提取缓冲液中的细胞裂解，3）分离来自其他细胞组分，4）DNA沉淀，5）DNA洗涤，6）DNA收集/重悬浮用于下游处理。

虽然它听起来生物化学简单，但植物原料的性质可以提出独特的技术挑战，这可能难以克服甚至有经验的科学家。因此，已经开发了几种不同的植物DNA提取方法并用于各种应用。

植物DNA提取的不同方法

几十年来，常规方案用于植物的植物有效，可靠的DNA萃取一直是十六烷基二甲基溴化铵（CTAB）提取，首先于1987年开发。^4,5多年来，对协议进行了技术修改，使其更适用于不同的植物物种。^6.此外，掺入珠子跳动步骤的方案已被证明对植物物种特别有用厚的细胞壁很难分开。^7.

在促进DNA结合的条件下，使用二氧化硅膜的基于柱的程序也出现。类似地，磁珠用于植物DNA提取，（如塔基的程序）允许有效洗涤和纯化DNA。

选择植物DNA提取方法的考虑因素

通过各种DNA提取方法和方案可供选择，可能难以知道您的实验应用和植物物种是正确的。以下是选择植物DNA提取方法的一些考虑因素。

易用性和协议的长度

ctab一直是植物DNA提取的常规选择方法，但它需要大量的设备，试剂和大量的劳动密集型步骤。^8.因此，研究人员可以使用少量样品并挑战处理大量样品来耗时。这种方法可以将甚至熟练的研究人员占用多小时才能执行。

柱子和/或磁性珠子的方案可以使用较简单，并且可以作为试剂盒，大多数试剂预先制备。此外，所需的唯一设备是离心机或磁台和珠子搅拌器（如果与难以破坏的植物组织）。这两种方法也可用于实现可扩展的自动化工作流程，这是执行CTAB协议所需的许多实践步骤，这是不可能的。一些手册，基于列的程序甚至可以在短短15分钟内进行。

裂解效率

植物细胞的裂解对于提取DNA和与所有其他细胞组分分离是必要的。因此，细胞（和核）裂解的效率与提取的DNA的量直接相关。对于执行CTAB方案的样品，可以对样品的裂解效率有显着的变化，因为番木酸和厚的植物细胞壁可以抵抗CTAB的破坏。^4.珠子跳动方法 - 使用物理力和搅拌破坏植物细胞壁 - 有助于克服这些挑战，提供更均匀且一致的组织破坏技术。珠子跳动还使难以溶解的植物物种能够更有效的裂解。

去除下游抑制剂

广谱的多糖，多酚，脂质和其他次级代谢物可以干扰DNA提取，污染纯化的DNA，并抑制酶功能，使下游实验具有挑战性。^9.原则上，CTAB方案（当与聚乙烯吡咯烷酮等添加剂结合使用时）可以去除许多这些化合物，但在实践中，可以具有挑战性地去除所有污染物。许多CTAB协议修改已发表，特别是对于富含这些问题化合物的植物物种。^9.将DNA固定在膜或磁性珠粒上的方法使得提取的DNA的更有效洗涤，促进了许多污染物和下游抑制剂的去除。

DNA质量

质量差的DNA可以限制其用于下游分子分析的用途。例如，使用用于NG的低质量DNA可能导致不可靠的数据或失败的测序运行。高质量的DNA通常通过琼脂糖凝胶电泳或使用生物分析仪来评估高分子量片段的存在。此外，它通常是不含RNA，盐，苯酚和共同的次级代谢物，其可以使用分光光度计和观察260nm / 280nm和260nm / 230nm吸收比来评估。如上所述，基于柱或磁珠的方案能够比使用相分离，DNA沉淀和造粒的方案更有效的洗涤，如CTAB方案。

DNA损失

下游分析可能需要最小量的DNA，因此，将提取的DNA的量也是重要的考虑因素。CTAB方案在相分离，DNA造粒和洗涤过程中易于DNA损失。虽然基于柱的程序，但经常遵守用于分离高质量和无抑制剂的DNA，但由于柱的低结合能力和/或过量洗涤，也可以导致总产率显着降低。

使用危险试剂

CTAB DNA提取需要苯酚和氯仿，并且广泛用于其他核酸提取方案。然而，应谨慎使用它们。^10,11.两种化学品都被职业安全和健康管理（OSHA）列为人类健康的危险。苯酚可以是通过皮肤和粘膜吸收并且可能导致严重灼伤。氯仿是一种致癌物质和毒性吸入或吞咽。应避免长期暴露于苯酚/氯仿，并应根据OSHA和其他监管机构进行适当的安全预防措施和处置程序。基于柱和磁珠的程序避免使用这些化学品，这是许多研究人员的重大吸引力。

Zymo研究的解决方案如何从植物叶子和种子中提取DNA

Zymo Research的Quick-DNA植物/种子套件用传统的CTAB提取和其他DNA提取方法完全策划最大的挑战。不需要危险的苯酚或氯仿，并且在单个离心步骤中除去许多问题的次级代谢物。

在坚果壳中，通过珠子跳动，通过有效的机械破坏植物组织裂解，然后使用自旋柱进行一系列离心步骤，以纯化DNA并去除下游抑制剂（图1）。得到的洗脱DNA是许多下游分子生物学和测序应用的理想选择。这简单的过程可以在短短15分钟内完成 - 与组织磨削和珠击 - 在各种植物样本上，包括叶，茎，芽，花，水果和种子，为您提供高质量DNA的直接路径。

快速DNA工作流程 — *图1.不再温育或精密液化。和快的-DNA，只是珠子搏动和旋转高质量的纯化DNA。*

该试剂盒已被核对，这些作物传统难以从中提取高质量的DNA。^12-15这包括植物喜欢Theobroma Cacao.，其含有高水平或花青素和其他多酚菌，其干扰一些核酸纯化方案和许多下游反应，如PCR。因此，Mars，Inc。

Mars，Inc。如何受益于Zymo的Quick-DNA植物/种子套件

一种2017年研究，与国际研究人员合作，使用了Quick-DNA植物/种子96套件实现高通量隔离方案，用于从总共3,733个个体中提取DNATheobroma Cacao.植物（148名可卡因克隆的代表），选择提高生产力和抗性黑色和霜豆荚病。它们通过纯化的DNA进行了90种不同标记的SNP基因分型。^13.有效提取的高质量DNA使该团队能够准确地进行基因组宽协会研究（GWAS），其确定与抗病性显着相关的六种标记，并驾驶持续提高可可生产率。

后来，在一个2018年研究，Mars，Inc。团队以及另一个国际团队一起使用快的-DNA植物/种子试剂盒提取基因组DNA和序列200T. Cacao.基因组重建植物驯化路径，大约3600年前发生。^14.我们一起服用，我们的植物和种子DNA提取套件有助于进一步了解一种继续在现代农业和粮食生产中发挥核心作用的作物。

气候变化解决方案的未来，可持续的全球粮食安全和更多源于高质量的DNA提取，而Zymo Research则有助于帮助您的实验室提供下一个大型农业突破。