甜菜碱改善水稻高GC含量DNA序列的PCR扩增

doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2017-1105

生物技术通报 ›› 2018, Vol. 34 ›› Issue (3): 80-86.doi: 10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2017-1105

甜菜碱改善水稻高GC含量DNA序列的PCR扩增

王同同^1,2, 张利平¹, 尹康权²,

1. 河北大学生命科学学院，保定 071002;
2. 中国科学院微生物研究所植物基因组学国家重点实验室，北京 100101

收稿日期:2017-12-22 出版日期:2018-03-20 发布日期:2018-04-10
作者简介:王同同，男，硕士研究生，研究方向微生物学及植物生物技术；E-mailwangtt@im.ac.cn
基金资助:
国家自然科学基金青年项目（31700314）

Betaine Improves the PCR Amplification of Rice GC-rich DNA Sequence

WANG Tong-tong^1，2, ZHANG Li-ping¹, YIN Kang-quan²

1. College of Life Science，Hebei University，Baoding 071002;
2. State Key Laboratory of Plant Genomics，Institute of Microbiology，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100101

Received:2017-12-22 Published:2018-03-20 Online:2018-04-10

摘要/Abstract

摘要： 聚合酶链式反应（Polymerase chain reaction，PCR）作为一项基本的分子生物学技术，是DNA序列扩增的强有力工具。水稻作为人类最重要的粮食作物之一被广泛研究，然而由于水稻基因组序列的GC含量相对较高，而高GC含量DNA序列的PCR扩增一般比较困难，使得水稻高GC含量序列的功能研究受阻。通过使用不同的添加剂，发现相比于二甲基亚砜和甘油等，甜菜碱对于水稻高GC含量片段的PCR扩增的增强效果最明显。通过对多个高GC含量的水稻DNA片段进行PCR扩增，发现1-2 mol/L甜菜碱对于增强PCR扩增效果显著。此外，甜菜碱对于多种DNA聚合酶作用下的PCR扩增均有增强效果。

关键词: 甜菜碱, 高GC含量水稻基因序列, PCR, 水稻

Abstract: As a powerful tool for the amplification of DNA sequences，polymerase chain reaction（PCR）has been commonly used in molecular biology. Rice is one of the most important crops and has been widely studied as a model plant. However，the rice genome is rich in GC content，and the amplification of sequence with high GC content by standard PCR procedures is rather tough，which hinders the functional characterization of rice genome sequences with high GC content. To overcome this problem，several additives have been described to improve amplifications. Here after testing different additives，we found that betaine most significantly improved the amplification of rice GC-rich DNA sequences，compared to dimethyl sulfoxide and glycerol. Then we carried out PCR amplifications of multiple GC-rich rice DNA segments，and we found that the 1 mol/L to 2 mol/L betaine demonstrated remarkable effect in enhancing PCR amplification. In addition，betaine was effective in improving PCR amplifications at multiple DNA polymerases.

Key words: betaine, GC-rich rice gene sequence, PCR, rice

王同同, 张利平, 尹康权,. 甜菜碱改善水稻高GC含量DNA序列的PCR扩增[J]. 生物技术通报, 2018, 34(3): 80-86.

WANG Tong-tong, ZHANG Li-ping, YIN Kang-quan. Betaine Improves the PCR Amplification of Rice GC-rich DNA Sequence[J]. Biotechnology Bulletin, 2018, 34(3): 80-86.

参考文献

［1］Saiki RK, Gelfand DH, Stoffel S, et al. Primer-directed enzymatic amplification of DNA with a thermostable DNA polymerase［J］. Science, 1988, 239（4839）：487-491.
［2］Mamedov TG, Pienaar E, Whitney SE, et al. A fundamental study of the PCR amplification of GC-rich DNA templates［J］. Computational Biology and Chemistry, 2008, 32（6）：452-457.
［3］Schuchard M, Sarkar G, Ruesink T, et al. Two-step“hot” PCR amplification of GC-rich avian c-myc sequences［J］. Biotechniques, 1993, 14（3）：390-394.
［4］Henry RJ, Oono K. Amplification of a GC-rich sequence from barley by a two-step polymerase chain reaction in glycerol［J］. Plant Molecular Biology Reporter, 1991, 9（2）：139-144.
［5］Frey UH, Bachmann HS, Peters J, et al. PCR-amplification of GC-rich regions：‘slowdown PCR’［J］. Nature Protocols, 2008, 3（8）：1312.
［6］Bachmann HS, Siffert W, Frey UH. Successful amplification of extremely GC-rich promoter regions using a novel ‘slowdown PCR’technique［J］. Pharmacogenetics and Genomics, 2003, 13（12）：759-766.
［7］Chakrabarti R, Schutt CE. The enhancement of PCR amplification by low molecular-weight sulfones［J］. Gene, 2001, 274（1）：293-298.
［8］Sun Y, Hegamyer G, Colburn NH. PCR-direct sequencing of a GC-rich region by inclusion of 10% DMSO：application to mouse c-jun［J］. Biotechniques, 1993, 15（3）：372.
［9］Jensen MA, Fukushima M, Davis RW. DMSO and betaine greatly improve amplification of GC-rich constructs in de novo synthesis［J］. PLoS One, 2010, 5（6）：e11024.
［10］Henke W, Herdel K, Jung K, et al. Betaine improves the PCR amplification of GC-rich DNA sequences［J］. Nucleic Acids Research, 1997, 25（19）：3957-3958.
［11］Sarkar G, Kapelner S, Sommer SS. Formamide can dramatically improve the specificity of PCR［J］. Nucleic Acids Research, 1990, 18（24）：7465.
［12］Turner SL, Jenkins FJ. Use of deoxyinosine in PCR to improve amplification of GC-rich DNA［J］. Biotechniques, 1995, 19（1）：48.
［13］Dierick H, Stul M, De Kelver W, et al. Incorporation of dITP or 7-deaza dGTP during PCR improves sequencing of the product［J］. Nucleic Acids Research, 1993, 21（18）：4427.
［14］McConlogue L, Brow MAD, Innis MA. Structure-independent DNA amplification by PCR using 7-deaza-2’-deoxyguanosine［J］. Nucleic Acids Research, 1988, 16（20）：9869.
［15］Kreader CA. Relief of amplification inhibition in PCR with bovine serum albumin or T4 gene 32 protein［J］. Appl Environ Microbiol, 1996, 62（3）：1102-1106.
［16］杨霞, 刘芳, 孟良玉, 等. 乙二醇和1, 2-丙二醇增强富含GC碱基人类基因组DNA模板的PCR扩增［J］. 中国生物工程杂志, 2009, 29（3）：69-73.
［17］Weissensteiner T, Lanchbury JS. Strategy for controlling preferential amplification and avoiding false negatives in PCR typing［J］. Biotechniques, 1996, 21（6）：1102-1109.
［18］Dutton CM, Christine P, Sommer SS. General method for amplifying regions of very high G+C content［J］. Nucleic Acids Research, 1993, 21（12）：2953-2954.
［19］Sahdev S, Saini S, Tiwari P, et al. Amplification of GC-rich genes by following a combination strategy of primer design, enhancers and modified PCR cycle conditions［J］. Molecular and Cellular Probes, 2007, 21（4）：303-307.
［20］Viswanathan VK, Krcmarik K, Cianciotto NP. Template secondary structure promotes polymerase jumping during PCR amplification［J］. Biotechniques, 1999, 27（3）：508-511.
［21］白雪源, 孟令英, 崔红, 等. 甜菜碱促进高 GC 含量 p16 基因的 PCR 扩增［J］. 中华医学遗传学杂志, 2000, 17（3）：224-225.
［22］ Baskaran N, Kandpal RP, Bhargava AK, et al. Uniform amplifica-tion of a mixture of deoxyribonucleic acids with varying GC content［J］. Genome Research, 1996, 6（7）：633-638.
［23］Musso M, Bocciardi R, Parodi S, et al. Betaine, dimethyl sulfoxide, and 7-deaza-dGTP, a powerful mixture for amplification of GC-rich DNA sequences［J］. The Journal of Molecular Diagnostics, 2006, 8（5）：544-550.
［24］Ralser M, Querfurth R, Warnatz HJ, et al. An efficient and economic enhancer mix for PCR［J］. Biochemical and Biophysical Research Communications, 2006, 347（3）：747-751.
［25］吴斌, 杨威, 李强, 等. 甜菜碱提高长距离PCR扩增效率的研究［J］. 实用医学杂志, 2008, 24（17）：2924-2926.
［26］Hengen PN. Optimizing multiplex and LA-PCR with betaine［J］. Trends in Biochemical Sciences, 1997, 22（6）：225-226.
［27］Chen XQ, Zhang XD, Liang RQ, et al. Betaine improves LA-PCR amplification［J］. Chinese Journal of Biotechnology, 2004, 20（5）：715-718.

[1]	王子颖, 龙晨洁, 范兆宇, 张蕾. 利用酵母双杂交系统筛选水稻中与OsCRK5互作蛋白[J]. 生物技术通报, 2023, 39(9): 117-125.
[2]	黄小龙, 孙贵连, 马丹丹, 闫慧清. 水稻幼苗酵母单杂文库构建及LAZY1上游调控因子筛选[J]. 生物技术通报, 2023, 39(9): 126-135.
[3]	李雪琪, 张素杰, 于曼, 黄金光, 周焕斌. 基于CRISPR/CasX介导的水稻基因组编辑技术的建立[J]. 生物技术通报, 2023, 39(9): 40-48.
[4]	吴元明, 林佳怡, 柳雨汐, 李丹婷, 张宗琼, 郑晓明, 逄洪波. 基于BSA-seq和RNA-seq挖掘水稻株高相关QTL[J]. 生物技术通报, 2023, 39(8): 173-184.
[5]	姚莎莎, 王晶晶, 王俊杰, 梁卫红. 植物激素信号通路调控水稻粒型的分子机制[J]. 生物技术通报, 2023, 39(8): 80-90.
[6]	余慧, 王静, 梁昕昕, 辛亚平, 周军, 赵会君. 宁夏枸杞铁镉响应基因的筛选及其功能验证[J]. 生物技术通报, 2023, 39(7): 195-205.
[7]	李宇, 李素贞, 陈茹梅, 卢海强. 植物bHLH转录因子调控铁稳态的研究进展[J]. 生物技术通报, 2023, 39(7): 26-36.
[8]	任沛东, 彭健玲, 刘圣航, 姚姿婷, 朱桂宁, 陆光涛, 李瑞芳. 沙福芽孢杆菌GX-H6的分离鉴定及对水稻细菌性条斑病的防病效果[J]. 生物技术通报, 2023, 39(5): 243-253.
[9]	姚姿婷, 曹雪颖, 肖雪, 李瑞芳, 韦小妹, 邹承武, 朱桂宁. 火龙果溃疡病菌实时荧光定量PCR内参基因的筛选[J]. 生物技术通报, 2023, 39(5): 92-102.
[10]	郭三保, 宋美玲, 李灵心, 尧子钊, 桂明明, 黄胜和. 斑地锦查尔酮合酶基因及启动子的克隆与分析[J]. 生物技术通报, 2023, 39(4): 148-156.
[11]	李怡君, 吴晨晨, 李睿, 王喆, 何山文, 韦善君, 张晓霞. 水稻内生细菌新资源分离培养方案探究[J]. 生物技术通报, 2023, 39(4): 201-211.
[12]	宋海娜, 吴心桐, 杨鲁豫, 耿喜宁, 张华敏, 宋小龙. 葱鳞葡萄孢菌诱导下韭菜RT-qPCR内参基因的筛选和验证[J]. 生物技术通报, 2023, 39(3): 101-115.
[13]	李天顺, 李宸葳, 王佳, 朱龙佼, 许文涛. 功能核酸筛选过程中次级文库的有效制备[J]. 生物技术通报, 2023, 39(3): 116-122.
[14]	余世洲, 曹领改, 王世泽, 刘勇, 边文杰, 任学良. 烟草种质基因分型核心SNP标记的开发[J]. 生物技术通报, 2023, 39(3): 89-100.
[15]	穆德添, 万凌云, 章瑶, 韦树根, 陆英, 付金娥, 田艺, 潘丽梅, 唐其. 钩藤管家基因筛选及生物碱合成相关基因的表达分析[J]. 生物技术通报, 2023, 39(2): 126-138.

甜菜碱改善水稻高GC含量DNA序列的PCR扩增

Betaine Improves the PCR Amplification of Rice GC-rich DNA Sequence

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价