用Chelex-100方法從牦牛乳中提取總DNA擴增線粒體DNA序列

羅卉卉，金素鈺，黃 林，鄭玉才

（西南民族大學生命科學與技術學院，四川 成都 610041）

乳中的體細胞主要包括白細胞、巨噬細胞、淋巴細胞和少量乳腺上皮細胞[1].健康奶牛乳中體細胞數量約2×104～2×105個/mL[2]，雖然遠低于血液中的白細胞濃度（通常為4×106～10×106個/mL），但仍能用于提取DNA[3-4].乳中提取DNA的方法有很多.Volk等人[5]采用苯酚—氯仿法從2 mL牛乳中提取DNA，方法中使用了氯仿、異丙醇等有害試劑，且實驗耗時較長；崔艷華[6]采用鹽析法從50 mL牦牛乳中提取DNA，提取步驟較為復雜；Liu等人[7]采用丙酮法和SDS—苯酚法從13 mL牛乳中提取DNA；Psifidi等人[8]采用商業試劑盒法提取乳中DNA，但試劑較昂貴.綜上所述，目前從牛乳中提取DNA的方法往往耗時較長、試劑價格高，并且需要較大體積的牛乳（2 mL～50 mL），有時還會使用有害試劑而影響操作人員或環境.

Amills等（1997）報道了利用Chelex-100方法從乳中快速提取基因組DNA，用于擴增一些核基因.由于線粒體DNA常被運用于疾病診斷、遺傳等分析[9]，本研究建立了一種簡單、快速、無毒且廉價的從少量牦牛乳中分離總DNA的方法，擴增線粒體DNA的D-loop區和細胞色素b基因（Cytb）.

1 材料與方法

1.1 乳樣的采集和處理

麥洼牦牛（Bos grunniens）乳樣采自四川省紅原縣.于7月份泌乳高峰季節，在早晨對全奶麥洼牦牛（采樣當年產犢）和半奶麥洼牦牛（采樣前一年產犢）各10頭手工擠乳，每頭采集約50 mL全乳，冰凍后用冰瓶帶回實驗室.

每個乳樣取部分以800 g于4℃離心20 min，制備的脫脂乳分裝.所有樣品均保存于-80℃.實驗時全乳和脫脂乳樣品已保存約2年.

1.2 牦牛乳中DNA的提取

參考Amills等[10]的方法，采用 Chelex-100提取麥洼牦牛全乳和脫脂乳中的DNA.主要過程:取20 μL全乳或脫脂乳加入到980 μL超純水中，渦旋15 s，再以12000 g室溫離心3 min；沉淀用100 μL的5%Chelex-100（Bio-Rad，美國）重懸，再加入 4 μL 的 10 mg/mL新鮮蛋白酶K（Bio-Froxx，德國），56℃金屬浴55 min后，于沸水浴中變性8 min，冷卻后于-20℃保存.

1.3 用PCR擴增線粒體DNA兩個基因序列

根據GenBank數據庫中普通?；蚪M序列（登錄號:NC＿006853.1），用Premier 5.0軟件設計擴增線粒體DNA的D-loop區的PCR引物.Cytb基因的引物參考胡強等的報道[11].D-loop-F:ccatcaacccccaaagctgaagttc， D-loop-R:caggaaggctgggaccaaacctatg； cytb-F:taccatgaggacaaatatcattctg，cytb-R:cctcctagtttgttagggattgatcg.預期擴增片段長分別為1045 bp和472 bp.引物由擎科梓熙生物技術有限公司合成.

以乳中提取的DNA為模板進行PCR擴增（PCR儀，Bio-Rad）.D-loop和 Cytb基因的 PCR反應體系（25 μL）:DNA 模板2 μL，上、下游引物（10 μM）各 1 μL，Golden Star T6 Super PCR Mix（擎科梓熙）21 μL.PCR擴增程序:98℃ 預變性3 min；98℃變性30 s，退火（溫度:D-loop為60℃，Cytb基因為55℃）30 s，72℃延伸30 s，45個循環；最后72℃延伸5 min.PCR產物用2.0%瓊脂糖凝膠電泳檢測.

為比較全乳與脫脂乳、全奶與半奶牦牛乳提取DNA的PCR擴增差異，取全乳、脫脂乳提取的DNA各6個，及全奶牦牛乳、半奶牦牛乳提取的DNA各6個，分別擴增Cytb基因，比較PCR擴增效果.同時，取全奶牦牛全乳提取的DNA兩個，分別擴增35、40、45、50、55個循環，比較不同循環數PCR擴增效果.

1.4 PCR產物的直接測序

為檢驗乳中提取DNA的PCR產物是否可用于后續研究，將乳中提取DNA擴增Cytb基因的PCR產物用2.0%瓊脂糖凝膠電泳檢測后，由生工生物工程有限公司進行產物直接測序.獲得的序列與GenBank數據庫中普通?；蚪M序列（登錄號:NC＿006853.1）進行比對.

2 結果

2.1 乳中DNA的提取及線粒體DNA的PCR擴增

以麥洼牦牛（n＝10）全乳中提取的DNA為模板，用PCR擴增線粒體 D-loop區和Cytb基因的部分片段，瓊脂糖凝膠電泳可顯示與預期片段大小相符的、特異的擴增產物條帶，條帶亮度較大，無雜帶（圖1）.但個體間的擴增效率存在差異（如圖1B中，Q4和Q10樣品擴增條帶較暗）.

2.2 不同牦牛乳DNA對PCR擴增Cytb基因的影響

以半奶牦牛（n＝6）全乳、脫脂乳提取的DNA為模板，擴增Cytb基因效果存在差異（圖2A）.全乳提取DNA擴增條帶亮度明顯大于脫脂乳，同時個體之間也存在差異.表明Cytb基因的擴增可采用全乳，也可采用脫脂乳提取DNA作為模板，但是全乳效果更好.

比較6頭全奶牦牛和6頭半奶牦牛的全乳提取的DNA擴增Cytb基因效果，發現雖然均能進行PCR擴增，并存在個體差異，但半奶牦牛乳提取的DNA，擴增條帶總體更亮（圖2B）.

2.3 循環數對PCR擴增Cytb基因的影響

以2頭全奶牦牛（A和B）全乳提取的DNA為模板，比較循環數對PCR擴增Cytb基因的影響.發現當擴增循環數從35增至55時，條帶亮度增加，但45個以下循環的擴增條帶亮度較弱（圖3）.

2.4 乳DNA的PCR擴增產物的測序

以乳DNA為模板，PCR擴增Cytb基因的產物直接測序表明，測序峰圖清晰（圖4），能正確獲得序列.通過與GenBank數據庫中普通?；蚪M序列（登錄號:NC＿006853.1）進行比對，證實該基因確實為Cytb基因，表明擴增產物可應用于進一步實驗.

圖1 PCR擴增牦牛乳源線粒體DNA的D-loop區和Cytb基因的瓊脂糖凝膠電泳圖（A）和（B）分別為擴增mtDNA D-loop區、Cytb基因的結果.M為DNA Marker；Q1～Q10為10頭全奶牦牛的全乳Fig.1 Agarose gel electrophoresis of the PCR products of mtDNA D-loop region and Cytb gene amplified using yak milk DNA templates（A）and（B）are the results of amplification of mtDNA D-loop region and Cytb gene from whole milk DNA；M:DNA Marker；Q1 ～ Q10 are the whole milk samples of 10 total lactating yaks

圖2 不同牦牛乳提取DNA擴增Cytb基因的瓊脂糖凝膠電泳圖（A）和（B）分別為牦牛脫脂乳和全乳、半奶牦牛和全奶牦牛全乳DNA擴增Cytb基因的結果；M為DNA Marker；BT1～BT6和B1～B6分別為6頭半奶牦牛的脫脂乳和全乳；B1～B6和Q1～Q6分別為半奶牦牛和全奶牦牛不同個體的全乳Fig.2 Agarose gel electrophoresis of Cytb gene amplified using DNA extracted from different yak milk samples（A） and （B） are the results amplifying the Cytb gene using DNA extracted from yak whole milk and skim milk，and milk of half-lactating yak and total-lactating yak，respectively；M:DNA Marker；BT1 to BT6 and B1 to B6 are skim milk and whole milk of six half-lactating yaks，respectively；B1 ～ B6 and Q1 ～ Q6 are whole milk of half-lactating yaks and total-lactating yaks，respectively

圖3 全奶牦牛全乳DNA在不同循環數下擴增Cytb基因瓊脂糖凝膠電泳圖M為DNA Marker；A、B為兩個牦牛樣品，圖下數字為PCR循環數.Fig.3 Agarose gel electrophoresis of Cytb gene amplified from whole milk DNA of total-lactating yak at different cyclesM:DNA Marker；A and B are two yak samples.The figure under the map shows the number of PCR cycles.

圖4 全奶牦牛全乳DNA擴增細胞Cytb基因的部分測序峰圖Fig.4 Sequence peak map of the partial Cytb gene amplified using whole milk DNA of total-lactating yak

3 討論

本研究建立了從牦牛乳中快速提取總DNA擴增線粒體Cytb基因、D-loop區的方法，擴增產物條帶清晰，無雜帶，可用于直接測序并獲得正確的結果.Amills等人[11]用 Chelex-100法從牛乳中提取了DNA，用于擴增細胞核中的多個功能基因和微衛星序列，并未涉及線粒體基因.而本研究表明，提取的DNA還可用于擴增線粒體 DNA，其中 D-loop區長度達1000 bp左右（圖1），產物的進一步測序等可為基于乳樣品的遺傳學分析提供科學的數據.

Chelex-100方法提取的乳DNA在擴增時存在個體差異，某些樣品在相同條件下擴增條帶較淡（圖1 B），這可能與乳中細胞數量差異有關.有研究表明，牛乳中體細胞數量受許多因素影響，例如品種、產奶量、泌乳階段和個體差異等[12].Usman[13]等人采用試劑盒方法提取的牛乳DNA進行PCR擴增，條帶亮度也存在明顯的個體差異.另外，Chelex-100法提取全乳、脫脂乳DNA擴增線粒體DNA的Cytb基因或D-loop區的效果存在明顯差異（圖2A），這可能也與二者的體細胞數量差異有關.脫脂乳比全乳中體細胞數量低[14].雖然牦牛全乳所提DNA擴增效果比脫脂乳好，但脫脂乳也能用于提取DNA.由于脫脂乳更易保存，這擴展了基于乳中DNA的PCR分析.類似的機制也可解釋半奶牦牛乳DNA擴增效果好于全奶牦牛的原因.有研究表明，半奶牦牛與產犢當年擠乳的全奶牦牛相比，雖然擠乳量顯著下降，但是乳蛋白、乳脂含量極顯著增加[15].因此，半奶牦牛乳更適合用Chelex-100方法提取總DNA.

全奶牦牛全乳提取的DNA在PCR擴增Cytb基因時，45循環數以下擴增條帶較淡.Amills等人[11]用Chelex-100法從牛乳中提取的DNA在PCR擴增45循環以下時，擴增條帶亮度也不高.結合本研究結果，作者認為用Chelex-100方法從乳中提取DNA用于PCR時，其循環數應大于45個循環.綜上所述，本研究建立了用Chelex-100方法快速提取牦牛全乳和脫脂乳DNA，并擴增線粒體DNA的D-loop區和Cytb基因的方法，為基于乳的分子遺傳研究提供了可靠的技術.