Comprehensive experiments of biotechnology

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1 Comprehensive experiments of biotechnology
生物技术综合实验 Comprehensive experiments of biotechnology

2 主要内容 Contents： 一、课程简介 核酸的分离与纯化 Isolation and Purification of Nucleic Acid 二、电泳技术 Agarose Gel Elrctrophoresis and SDS-PAGE 三、聚合酶链式反应技术 Polymerase Chain Reaction 四、DNA序列测定 DNA Sequencing 五、分子杂交技术 Molecular Hybridization － Southern,Northern and Western Blot 六、基因文库和cDNA文库的构建 Construction of cDNA Library and DNA Library 七、外源基因的克隆与表达 Heterogenic Gene Cloning and Expression 八、蛋白质的分离、纯化技术 Isolation and Purification of Protein

3 Molecular Hybridization (DNA,RNA & protein)
Part 5 分子杂交 Molecular Hybridization (DNA,RNA & protein) 核酸分子杂交技术是分子生物学领域中最常用的基本技术方法之一。 杂交是指亲源关系相近的不同来源的DNA单链或DNA单链与RNA单链之间通过碱基互补形成杂交分子的过程。 其基本原理是：具有一定同源性的两条核酸单链在一定的条件下(适宜的温度及离子强度等)可按碱基互补原则退火形成双链。此杂交过程是高度特异性的。

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6 杂交的双方是待测核酸序列及探针。待测核酸序列可以是克隆的基因片段，也可以是未克隆化的基因组DNA和细胞总RNA。将核酸从细胞中分离纯化后可以在体外与探针杂交(膜上印迹杂交)，也可直接在细胞内进行(细胞原位杂交)。

7 用于检测的已知核酸片段称之为探针(probe)。为了便于示踪（检测杂交信号），探针必须用一定的手段加以标记，以利于随后的检测。常用的标记物是放射性核素，近年来也发展了一些非放射性标记物。

8 由于核酸分子杂交的高度特异性及检测方法的高度灵敏性，使得核酸分子杂交技术在分子生物学领域中被广泛应用于：
基因克隆的筛选 基因表达水平的定性和定量检测 基因组中特定基因序列的定性和定量检测 基因突变分析 疾病的诊断

9 本部分重要内容 核酸分子探针的标记 ：放射性标记、非放射性标记 核酸分子杂交：膜上印迹杂交、液相杂交、原位杂交

10 一、核酸分子探针的标记 (labeling of probe) （一）概述 在化学及生物学意义上的探针(probe)，是指能与特定的靶分子发生特异性相互作用的分子，并可以被特殊的方法所探测。 例如抗体—抗原、生物素—抗生物素蛋白、激素—受体等的相互作用都可以看作是探针与靶分子的相互作用。

11 所谓核酸分子探针则是指特定的已知核酸片段，能与互补核酸序列退火杂交，然后用特定的方法进行杂交信号的检测。从而可以用于待测核酸样品中特定基因序列的探测。

12 探针的选择与特异性 核酸探针分为两种类型： 克隆探针与合成的寡核苷酸探针 克隆探针序列较长、复杂性大。随机性小，特异性高
合成的寡核苷酸探针相对较小，18-50bp，G,C含量在40-60%之间，探针内不含互补区，探针内不含一个碱基的多次重复（长度4）如GGGGG等。

13 （二）探针的种类 根据核酸分子探针的来源及其性质可以分为： 基因组DNA探针 cDNA探针 RNA探针 人工合成的寡核苷酸探针
根据研究目的不同，可以采用不同类型的核酸探针。探针选择正确与否，将会直接影响到杂交结果的分析。

14 要实现对核酸探针分子的有效探测，必须将探针分子用一定的示踪物(即标记物)进行标记。
核酸分子探针的标记是核酸分子杂交的基础。

15 （三） 各种标记物及其选择 1.理想的探针标记物，应具备以下几种特性 ①检测方法要有高度灵敏性，同时应具有高度特异性，尽量减低假阳性率。
②标记物与核酸探针分子的结合，应不影响探针分子的主要理化特性，特别不应影响杂交特异性和杂交稳定性；

16 ④标记反应的效率和标记产物的比活性应较高；
⑤如果要求更严一些，它还应具有较高的化学稳定性，保存时间较长，标记及检测方法简单；对环境无污染，对人体无损伤；价格低廉等。

17 2.几种常见的探针标记物 （1）放射性同位素 优点：放射性核素与相应的元素具有完全相同的化学性质，因此对各种酶促反应无任何影响，也不会影响碱基配对的特异性与稳定性和杂交性质。另外放射性同位素的检测具有极高的特异性，极少出现假阳性结果。

18 主要缺点：易造成放射性污染；不够稳定（有半衰期）。

19 放射性同位素与相应的元素具有完全相同的化学性质，是因为二者之间的差别只在中子数目上，质子和电子数完全一致，而元素的化学性质是由其核外电子决定的，
例如：32p 、35S、3H、125I等。

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21 （2）非放射性标记物 优点：无放射性污染、较稳定（可以较长时间保存，从而更便于临床诊断应用）。 缺点：灵敏度和特异性都不太高。

22 3 根据检测方法不同分以下几种 荧光素：异硫氰酸荧光素（FITC）、罗丹明类等。 半抗原：生物素、地高辛等。 化学发光类：如 Lightsmith Ⅱ Luminescence Engineering System (Promega) 光密度或电子标记物：如金、银等。

23 （四）探针的放射性同位素标记 1.双链DNA探针的标记 （1）切口平移法(nick translation) （2）随机引物法(Random Primer Labeling ) （3）末端标记法(terminal labeling)

24 2.单链DNA探针的标记（采用DNA polymeraseⅠ Klenow片断催化合成）
3.cDNA探针的标记（反转录合成） 4.RNA探针的制备与标记（采用RNA聚合酶 合成）

25 RNA探针的制备与标记 -T7/SP6 polymerase system
. Inserted gene Transcription start site linearized T7 promoter T7 or SP6 RNA polymerase, NTP, [–32p]-UTP, ~CTP DNase –32p labeled RNA probe

26 cDNA探针的标记 Poly(A) mRNA Oligo(dT) or Random Primer
AAAAAAAAAAAAAA Poly(A) mRNA TTTTTTTTT Oligo(dT) or Random Primer AAAAAAAAAAAAAA TTTTTTTTT AMV, [–32p]-dNTP , dNTP AAAAAAAAAAAAAA TTTTTTTTT RNA/DNA hybrid Denature, isolation by Sephadex G-50 TTTTTTTTT

27 cDNA探针的标记 . Poly(A) mRNA Oligo(dT) or Random Primer
AAAAAAAAAAAAAA Poly(A) mRNA TTTTTTTTT Oligo(dT) or Random Primer AAAAAAAAAAAAAA TTTTTTTTT AMV, [–32p]-dNTP , dNTP AAAAAAAAAAAAAA TTTTTTTTT RNA/DNA hybrid Denature, isolation by Sephadex G-50 TTTTTTTTT

28 单链DNA探针的标记 . M13 Universal primer or downstream primer Inserted gene
Klenow fragment [–32p]-dNTP Restriction endonuclease Denature isolation Single strand DNA probe

29 切口平移法(nick translation labeling)
5’ 3’ 3’ 5’ DNase I, Mg2+ 5’ 3’ 3’ 5’ DNA polymerase I, [–32p]-dNTP 5’ 3’ 3’ 5’ denature 切口原始位置 切口最终位置

30 随机引物法(Random Primer Labeling )
5’ 3’ 3’ 5’ denature 3’ 5’ Random Primer 3’ 5’ Klenow DNA polymerase [–32p]-dNTP 3’ 5’ denature

31 末端标记法(terminal labeling)
5’ 3’ dsDNA 5’ Restriction endonuclease 5’ 3’ 3’ 5’ Klenow DNA polymerase –32p-dNTP 5’ 5’ denature

32 inactivating the ampR gene
Cloning a segment of DNA into a plasmid vector Human DNA cut with PstI PstI P pBR322 ampR, tetR ampR tetR P P combine and ligate P tetR pBR322 DNA cut with PstI inactivating the ampR gene tetR To clone a segment of human DNA into pBR322, both the human DNA and pBR322 can be cut with PstI, leaving complementary, PstI-cohesive ends (P). The DNAs would then be combined and ligated, and used to transform E. coli. Because the ampicillin resistance gene is cut with PstI and therefore inactivated, bacteria transformed with the recombinant plasmid would grow in the presence of tetracycline, but not ampicillin. pBR322 (human clone) tetR bacteria are “transformed” with the recombinant plasmid colonies that grow in tetracycline, but not in ampicillin are isolated

33 （五）探针的非放射性标记法 按照标记方法的不同，现有的非放射性标记物主要有两种类型：
1.标记物预先已连接在NTP或dNTP上，因此可像放射性核素标记的核苷酸一样用酶促聚合方法掺入到核酸探针上，如生物素、地高辛等； 2.标记物直接与核酸进行化学反应而连接在核酸上。此后一类标记物标记过程更为简单，可能是今后研究发展的主流。

34 二、核酸分子杂交 膜上印迹杂交 液相杂交 原位杂交

35 （一）膜上印迹杂交 其操作基本流程是：首先用凝胶电泳方法将待测核酸片段分离，然后用印迹技术将分离的核酸片段转移到特异的固相支持物上，再用标记的核酸探针与固相支持物上的核酸片段进行杂交，然后洗去未杂交的游离的探针分子，最后检测杂交信号。 由于探针已与待测核酸片段中的同源序列形成杂交分子，探针分子显示的位置及其量的多少，则反映出待测核酸分子中是否存在相应的基因顺序及其量与大小。

36 1.印迹技术 印迹技术是指将待测核酸分子结合到一定的固相支持物上的方法，这些结合在固相支持物上的核酸分子即可与存在于液相中的探针分子进行杂交。 选择良好的固相支持物与有效的转移方法是此项技术成败的两个关键因素。

37 1.1 固相支持物的选择 一种良好的固相支持物应具备以下几个特性：
①具有较强的结合核酸分子的能力，一般要求每平方厘米结合核酸分子的量不应低于10ng，最好能达到数十微克； ②与核酸分子结合后，应不影响其与探针分子的杂交反应； ③与核酸分子的结合稳定牢固，能经受杂交、洗膜等操作过程而不至于脱落或脱落极少；

38 ④非特异性吸附少，在洗膜条件下能将非特异性吸附在其表面的探针分子洗脱掉；
⑤具有良好的机械性能，如柔软性好、韧性强等，以便于操作。 以下介绍最常用的几种固相支持物。

39 (1)硝酸纤维素滤膜(nitrocellulose filter membrane)：
优点： 杂交信号本底较低; 非特异性地吸附蛋白质的作用较弱，因此特别适合于那些涉及蛋白质作用(如抗体和酶等)的非放射性标记探针的杂交体系。

40 缺点： 因为硝酸纤维素膜是依靠疏水性相互作用结合DNA的，这种结合并不十分牢固，随着杂交及洗膜的进程，DNA会慢慢脱离硝酸纤维素膜，特别是高温情况下，从而使杂交效率下降。因此不太适宜于在同一膜上重复进行杂交。再者，硝酸纤维素膜质地较脆，特别是经烘烤后，操作不方便，须特别小心。

41 (2)尼龙膜(nylonmembrane)：
尼龙膜是目前较理想的一种核酸固相支持物，它有多种类型，除网眼大小不一样外，有的尼龙膜未经特殊处理，有些则是经过了正电荷基团的修饰。这种修饰的尼龙膜结合核酸的能力更强。

42 优点： 结合核酸的能力强，对于小分子量DNA片段(特别是<200bp的DNA片段)现在更多的人倾向于使用尼龙膜。
尼龙膜可重复用于杂交，一次杂交后，探针分子可经碱变性而被洗脱下来，从而可用于与第二探针进行杂交。 缺点：杂交信号本底较高，可以用加大预杂交液中的非特异性封闭试剂的方法克服。

43 (3)化学活化膜(chemical activated paper)：将滤纸用一定的化学物质处理后即形成化学活化膜(如ABM和APT纤维素膜)。
优点：①DNA与膜共价结合，因此反复多次使用不会有太多的损耗；②对不同大小的核酸片段都具有同等的结合能力，这是硝酸纤维素膜及尼龙膜都不具备的。 但其结合能力一般较硝酸纤维素膜要低，活化过程较复杂，因此较少为人们所使用。

44 1.2 印迹方法 印迹的方法有多种： ①可直接将核酸样品点样于固相支持物上，称为斑点或狭缝印迹法；
②利用毛细管虹吸作用由转移缓冲液带动核酸分子转移到固相支持物上； ③利用电场作用的电转法； ④利用真空抽滤作用的真空转移法。

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47 根据待检测的核酸类型不同，分为Southern印迹法和Northern印迹法。
Southern印迹法是指将电泳分离的DNA从凝胶中转移到固相支持物上的过程。 Northern印迹法则是指将电泳分离的RNA 从凝胶中转移到固相支持物上的过程。

48 1.3 固-液相杂交技术 在固相杂交中，未杂交的游离片段可容易地漂洗除去，膜上留下的杂交物容易检测和能防止靶DNA自我复性等优点，所以比较常用。常用的固相杂交类型有：菌落原位杂交、斑点杂交、狭缝杂交、Southern印迹杂交、组织原位杂交和夹心杂交等。

49 1.3 固-液相杂交技术 （1）基本原理 （2）杂交体系的建立
双链DNA在一定的条件下(适宜的温度及离子强度等)变性，具有一定同源性的两条核酸单链可按碱基互补原则退火复性形成双链的过程。 （2）杂交体系的建立

50 建立杂交体系应考虑到以下几个因素： （1）离子强度：一般杂交体系中离子强度为5×或6×SSC(1xSSC为0.15mol/L NaCI和0.015mol/L 柠檬酸钠)。 （2）DNA浓度：DNA浓度愈高，复性速度愈快。为保证足够的DNA浓度，除应加入足够的DNA量外，还应尽量减少杂交体积，一般以每平方厘米滤膜面积加50-100μl杂交液为宜。

51 （3）DNA探针的长度：探针片段越大，其扩散的速度越慢，因此复性的速度越慢。
（4）温度：选择适当的杂交和洗膜温度是核酸分子杂交成败最关键的因素之一。通常杂交反应在低于Tm值15-25℃温度下进行。Tm值除受(G+C)含量影响外，还与杂交体系中离子的强度，探针的复杂性(长度)、是否含甲酰胺及错配率等多种因素影响。准确确定Tm值是比较困难的，也无必要。

52 Tm=81.5℃+16.6lgM+0.4l(G+C)％-500/n-0.61(甲酰胺％)
其中M为Na+摩尔浓度，n为探针的复杂性（没有重复序列时，复杂性即为探针的长度，单位为bp）。

53 （3）操作步骤 预杂交 杂交 洗膜 杂交信号检测

54 放射自显影：利用放射线在X线片上的成影作用来检测杂交信号，称为放射自显影。
100bp 200bp 300bp 400bp 7 5 3 1 M 2 4 6 8 9 10 11

55 1.4 液相杂交技术 液相杂交是一种研究最早且操作简便的杂交类型，由于液相杂交后过量的未杂交探针在溶液中除去较为困难和误差较高，所以不如固相杂交那样普遍。 1.5 原位杂交技术

56 （一）固相膜核酸分子杂交方法。 固相核酸杂交多是在膜上进行，因此，以下主要介绍固相膜的核酸分子杂交方法。
1．DNA的变性解链是杂交成功的关键,Southern印迹杂交时DNA在凝胶中变性,变性方法是将凝胶浸在数倍体积的1.5mol/L NaCl和0.5mol/L NaOH中1小时，然后用数倍体积的1mol/L Tris-HCl（pH8.0）和1.5mol/L NaCl溶液中和1小时。DNA受酸、碱、热等处理均能发生变性，但强酸会使核酸降解。碱变性可避免DNA的降解.

57 2.变性DNA的转膜

58 变性DNA在硝酸纤维素膜上的固定。硝酸纤维素滤膜（孔径0
变性DNA在硝酸纤维素膜上的固定。硝酸纤维素滤膜（孔径0.45um）先在蒸馏水中充分浸泡，再用6SSC浸泡30min～2h，凉干，DNA样品转移或加至硝酸纤维素膜上后，先室温干燥4h，然后再在80℃真空干燥2h。

59 3．预杂交。湿润的滤膜放入可加热封口的塑料袋中，按每平方厘米膜加0. 2ml预热至60℃的预杂交液（6×SSC，0
3．预杂交。湿润的滤膜放入可加热封口的塑料袋中，按每平方厘米膜加0.2ml预热至60℃的预杂交液（6×SSC，0.5%SDS，5×Denhardt液，100μg/ml鲑鱼精DNA）。鲑鱼精DNA需经过剪切和DNA酶消化处理，然后酒精沉淀纯化，调浓度至10μg/ml，用前放100℃水溶液中煮沸变性10min，冰水骤冷。尽可能将袋中气泡赶尽，用封口器将袋口封住。将杂交袋浸入68℃水浴中保温3-12h，当预杂交液温度升至68℃时，在滤膜表面常会形成水气泡，轻轻晃动袋中液体即可除去这些小气泡，这一点对于保证滤膜表面充分浸润预杂交液很重要。

60 4．杂交。  从水浴中取出塑料袋，用剪刀剪开一角，尽可能挤净预杂交液，用吸管或大枪头将杂交液加入袋中，用恰好足量的液体保持滤膜湿润（50μl/cm2）。溶液的组成是6×SSC，0.01mol/L  
EDTA，变性的标记核酸探针，5×Denhardt液，0.5%SDS，100mg/ml变性的鲑鱼精DNA。尽可能赶尽气泡后，将塑料袋严密封口。杂交反应在68℃水浴中进行，所需时间视探针和检测靶DNA的性质及探针的比活性等情况而定，一般为4-20 h。

61 5．洗膜。取出塑料袋，用剪刀剪开，小心取出滤膜，立即浸入盛有2×SSC和0
5．洗膜。取出塑料袋，用剪刀剪开，小心取出滤膜，立即浸入盛有2×SSC和0.5% SDS溶液的盘中,室温下漂洗5min,再将滤膜移入2×SSC和0.1% SDS中,室温下洗涤15分钟(轻轻摇动),然后将滤膜移入0.1%×SSC和0.5%×SDS溶液中,68℃轻轻摇动保温2h，更换缓冲液后继续保温30min。 洗脱的温度一般应控制在Tm值12℃以下，[Tm= ×(G+C)%]，双链DNA的Tm值随错配碱基对数每增加1%而递减1℃。

62 6．结果显示。放射性测定方法，固相膜的放射性杂交结果显示有两种方式，一是放射自显影法、另一是液闪计数法，放射自显影法比较简单，只需将杂交膜与X光片在暗盒中暴光数小时至数天，再显影，定影即可。对于杂交信号较强的固相膜，用一块增敏屏可显著增强暴光强度。此外，为了减弱32P的放射，暴光通常在-20℃或- 80℃下进行。

63 (二)固相核酸分子杂交类型 1．菌落原位杂交（colony in situ hybridization）。
是将细菌从一主平板转移到硝酸纤维素滤膜上，然后将滤膜上的菌落裂菌以释放出DNA，将DNA烘干固定于膜上与32P标记的探针杂交，放射自显影检测菌落杂交信号、并与主平板上的菌落对位。

64 实验步骤如下： ①将硝酸纤维素滤膜置于含抗生素的平皿琼脂培养基上，用无菌牙签挑取单菌落种于滤膜和主琼脂平板上，排列成方格栅，膜和板上菌落位置相同。 ②培养细菌至产生1-2mm大小的菌落。 ③在一块平皿中置4张滤纸，用10%SDS浸透，倒掉多余液体，将带有菌落的滤膜取下轻轻置于滤纸上，菌落面在上，注意防止滤膜底面存有气泡。 ④5min后，将滤膜转至用变性溶液（0.5mol/L NaOH,1.5mol/LNaCl）浸湿的滤纸上，放置10min。 ⑤将滤膜转至中和溶液（1.5mol/L NaCl, 0.5mol/L Tris-HCl pH8.0)浸湿的滤纸上，放置10min，重复中和一次。 ⑥将滤膜移至用2×SSPE溶液浸过的滤纸上，放置10min，SSPE配成20×贮备液：3.6mol/L NaCl,0.2mol/L NaH2PO4(pH7.4)，20mmol/L EDTANa2（pH7.4)。 ⑦将滤膜用滤纸吸干，80℃真空烘干2h。

65 2．斑点杂交（Dot blot） 是将被检标本点到膜上，烘烤固定。这种方法耗时短，可做半定量分析。一张膜上可同时检测多个样品，为使点样准确方便，市售有多种多管吸印仪（Manifold），如MinifoldⅠ和Ⅱ、Bio-Dot(Bio-Rad)和Hybri-Dot，它们有许多孔，样品加到孔中，在负压下就会流到膜上呈斑点状或狭缝状。反复冲洗进样孔，取出膜烤干或紫外线照射以固定标本，这时的膜就可以进行杂交。

66 （1）DNA斑点杂交： ①先将膜在水中浸湿，再放到15×SSC中。 ②将DNA样品溶于水或TE，煮沸5min，冰中速冷。 ③用铅笔在滤膜上标好位置,将DNA点样于膜上,每 个样品一般点5μl(2~10μg DNA)。 ④将膜烘干，密封保存备用。 （2）RNA斑点杂交：与上法类似，每个样品至多加10μg总RNA（经酚/氯仿或异硫氰酸胍提取纯化），方法是将RNA溶于5μlDEPC水，加5μl甲醛/SSC缓冲液（10×SSC中含6.15mol/L甲醛），使RNA变性，然后取5-8μl点样于处理好的滤膜上，烘干。 （3）完整细胞斑点杂交：应用类似检测细菌菌落的方法，可以对细胞培养物的特异序列进行快速检测，将整个细胞点到膜上，经NaOH处理，使DNA暴露、变性和固定，再按常规方法进行杂交与检测。

67 3. Southern印迹杂交（Southern blot）
Southern印迹杂交的基本方法是将DNA标本用限制性内切酶消化后，经琼脂糖凝胶电泳分离各酶解片段，然后经碱变性，Tris缓冲液中和和高盐下通过毛吸作用将DNA从凝胶中转印至硝酸纤维素膜上、烘干固定后即可用于杂交。凝胶中DNA片段的相对位置在DNA片段转移到滤膜的过程中继续保持着，附着在滤膜上的DNA与32P标记的探针杂交，利用放射自显影术确立探针互补的每一条DNA带的位置，从而可以确定在众多消化产物中含某一特定序列的DNA片段的位置和大小。

68 （1）琼脂糖凝胶电泳。利用琼脂糖凝胶电泳可以很容易地将DNA限制酶消解片段（0
（1）琼脂糖凝胶电泳。利用琼脂糖凝胶电泳可以很容易地将DNA限制酶消解片段（0.3～25kb）分离开，分离大分子DNA片段（ bp）用低浓度琼脂糖（0.7%），分离小分子片段（500～1000bp）用高浓度琼脂糖（1.0%）， bp的片段则用1.3%的琼脂糖凝胶。 电泳时，同时将分子量标记物加到旁边孔中，便于确定样品DNA的分子量。20伏恒压电泳过夜，电泳完毕，将胶浸到含0.5μg/mlEB的TBE缓冲液中染色30min，也可将EB直接加到电泳缓冲液中或在灌胶前加入胶片中，在254nm短波透射灯下拍照，加橙黄色滤色镜，使用高速一次成像胶片，光圈f4.5，曝光20-40s。

69 （2）硝酸纤维素膜吸印。 [1]将胶片切成合适大小，切去右上角作为记号。 [2]将胶片放进盛有变性缓冲液（1.5mol/L NaCl,0.5mol/L NaOH）的盘中轻晃15min。 [3]换到中和缓冲液（1mol/L Tris-HCl,pH8.0,0.15mol/L NaOH）的盘中轻晃30min。 [4]裁一张硝酸纤维素膜、2-4张3mm滤纸和一些吸印纸（可用卫生纸），都与胶的大小相同（硝酸纤维素膜和吸印纸不能比胶大，否则易形成旁路）。先将硝酸纤维素膜浸到水中，再放入10×SSC缓冲液,接触胶和硝酸纤维素膜时都要戴手套操作。

70 [5]平盘上放一块比胶大的平板上面铺一张3mm滤纸,起灯蕊作用,盘中加入少量10×SSC缓冲液（2
[5]平盘上放一块比胶大的平板上面铺一张3mm滤纸,起灯蕊作用,盘中加入少量10×SSC缓冲液（2.5cm厚），不能没过平板，使3mm滤纸充分饱和。 [6]将胶倒扣在3mm滤纸上。 [7]浸湿的硝酸纤维素膜在胶上，对齐。铺膜时从一边逐渐放下，防止产生气泡，有气泡时，可用吸管赶出，不能让膜与胶下的滤纸直接接触。 [8]膜上放一张3mm滤纸，不能与胶接触。 [9]上面加吸印纸及重物（500g左右）。

71 [10]通过滤纸的灯芯作用，平盘中的缓冲液就会通过胶上移，从而将DNA吸印到膜上，及时更换浸湿的吸印纸，在室温下转印过夜。
[11]清除上面的东西。用镊子将膜取出，在6×SSC中洗一下。 [12]自然干燥，80℃烤2h。 [13]这是的膜就可进行杂交，或室温密封保存。

72 Southern Blotting 1 DNA isolation and purification
2 DNA digested by Restriction enzyme 3 Gel electrophoresis of fragments 4 Transfer to membrane 5 prehybridization 6 Hybridization with radioactive probe 7 DNA fragments are visible after autoradiography or chemiluminescence

73 4．Northern印迹杂交（Northern blot）
这是一种将RNA从琼脂糖凝胶中转印到硝酸纤维素膜上的方法。DNA印迹技术由Southern于1975年创建，称为Southern印迹技术，RNA印迹技术正好与DNA相对应，故被称为Northern印迹杂交，与此原理相似的蛋白质印迹技术则被称为Western blot。Northern  印迹杂交的RNA吸印与Southern印迹杂交的DNA吸印方法类似，只是只是在进样前用甲基氢氧化银、乙二醛或甲醛使RNA变性，而不用NaOH，因为它会水解RNA的2'-羟基基团。

74 RNA变性后有利于在转印过程中与硝酸纤维素膜结合，它同样可在高盐中进行转印，但在烘烤前与膜结合得并不牢固，所以在转印后用低盐缓冲液洗脱，否则RNA会被洗脱。在胶中不能加EB，因为它会影响RNA与硝酸纤维素膜的结合。为测定片段大小，可在同一块胶上加分子量标记物一同电泳，之后将标记物切下、上色、照像，样品胶则进行Northern转印。标记物胶上色的方法是在暗室中将其浸在含5μg/ml EB的0.1mol/L醋酸铵中10min，光在水中就可脱色，在紫外光下用一次成像相机拍照时，上色的RNA胶要尽可能少接触紫外光，若接触太多或在白炽灯下暴露过久，会使RNA信号降低。琼脂糖凝胶中分离功能完整的mRNA时，甲基氢氧化银是一种强力、可逆变性剂，但是有毒，因而许多人喜用甲醛作为变性剂。所有操作均应避免RNase的污染。

75 RNA甲醛凝胶电泳和吸印方法。 <1>试剂：
10×MSE缓冲液：0.2mol/L吗啉代丙烷磺酸（MOPS），pH7.0，50mmol/L醋酸钠，1mmol/L  EDTA  pH8.0。 5×载样缓冲液：50%甘油，1mmol/L EDTA，0.4%溴酚蓝。 甲醛：用水配成37%浓度（12.3mol/L），应在通风柜中操作，pH高于4.0。 20×SSC； 去离子甲酰胺； 50mmol/L NaOH(含10mmol/L NaCl)； 0.1mol/L Tris，pH7.5。

76 <2>步骤： [1]40ml水中加7g琼脂糖，煮沸溶解，冷却到60℃，加7ml 10×MSE缓冲液，11.5ml 甲醛，加水定容至70ml，混匀后倒入盛胶槽。 [2]等胶凝固后，去掉梳子和胶布，将盛胶槽放入1×MSE缓冲液的电泳槽。 [3]使RNA变性（最多20μg），RNA4.5l,10×MSE缓冲液2l ，甲醛3.5 l ，去离子甲酰胺10 l 。 [4]55℃加热15min，冰浴冷却。 [5]加2ml5×载样缓冲液。 [6]上样、同时加RNA标记物。 [7]60伏电泳过夜。

77 [8]取出凝胶，水中浸泡2次，每次5min。 [9]室温下将胶浸到50mmol/L NaOH和10mmol/L NaCl中45min，水解高分子RNA，以增强转印。 [10]室温下将胶浸到0.1mmol/L Tris HCl(pH7.5)中45min,使胶中和。 [11]20×SSC洗胶1h。 [12]20×SSC中过夜转印到硝酸纤维素膜上。 [13]取出硝酸纤维素膜，80℃真空烘烤2h。

78 RNA extraction and isolation

79 Northern Blotting 5 –10g isolated RNA 260/280nm ~ 2.0 (c.f. DNA 1.8)
Heat in formamide to denature Denaturing agarose gel electrophoresis 甲醛 Formaldehyde 0.66M/2.2mM 乙二醛 Glyoxal /氢氧化甲基汞Methyl Mercuric Hydroxide Blot/transfer the RNA onto a membrane using salt solution

80 Northern Blotting RNA transferred to nylon or nitrocellulose membrane/filter Probe can be radiolabelled or chemiluminescent. Random priming is the usual method for generating a labelled probe Hybridization buffer is important as is stringency of washing (Rapid Hyb ~ 1hr)

81 Northern Blotting Probe can be washed off the membrane which can be reprobed or multi-probed. Use a housekeeping type to probe to analyse changes Glyceraldehyde 3’ phosphate dehydrogenase (GAPDH三磷酸甘油醛脱氢酶), -actin, 2-microglobulin

82 5．组织原位杂交（in situ hybridization）
简称原位杂交，指组织或细胞的原位杂交，它与菌落原位杂交不同，菌落原位杂交需裂解细菌释出DNA，然后进行杂交，而原位杂交是经适当处理后，使细胞通透性增加，让探针进入细胞内与DNA或RNA杂交，因此原位杂交可以确定探针互补序列在胞内的空间位置，这一点具有重要的生物学和病理学意义。例如，对致密染色体DNA的原位杂交可用于显示按规定序列的位置，对分裂期间核DNA的杂交可研究特定序列在染色质内的功能排布；与细胞RNA的杂交可精确分析任何一种RNA在细胞中和组织中的分布。用来检测组织、细胞或染色体上的特殊DNA序列或mRNA的表达水平。

83 用来检测组织、细胞或染色体上的特殊DNA序列或mRNA的表达水平。最初是使用带放射性的DNA或RNA探针，通过放射自显影来显示位置。后来又发明了免疫探针法，将探针核苷酸的侧链加以改造，探针杂交后，其侧链可被带有荧光标记的抗体所识别，从而显示出位置

84 用于原位杂交的探针可以是单链或双链DNA，也可以是RNA探针。通常探针操作的长度以 nt为宜，过长则杂交率减低。最近研究结果表明，寡核苷酸探针（16-30 nt）能自由出入细菌和组织细胞壁，杂交效率明显高于长探针，因此，寡核苷酸探针和不对称PCR标记的小DNA探针或体外转录标记的RNA探针是组织原位杂交优选探针。 探针的标记物可以是放射性同位素，也可以是非放射性生物素和半抗原等，放射性同位素中，3H和35S最为常用，3H标记的探针半衰期长，成像分辨率高，便于定位，缺点是能量低， 35S标记探针活性较高，影像分辨率也较好，而32P能量过高，致使产生的影像模糊，不利于确定杂交位点。

85 原位杂交中，标本的固定条件是影响杂交效率的重要因素。标本组织蛋白质的消化程度对探针进入细胞极为重要，去除蛋白质的方法是，用0
原位杂交中，标本的固定条件是影响杂交效率的重要因素。标本组织蛋白质的消化程度对探针进入细胞极为重要，去除蛋白质的方法是，用0.2mol/L HCl处理载玻片，用蛋白酶K消化，然后用不同浓度的乙醇脱水。原位杂交还是一种新技术，发展很快，在敏感性、特异性、稳定性上还需进一步完善和提高。

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88 6 Western Blot 1 原理： 将通过聚丙烯酰胺凝胶电泳分离的蛋白质转移到硝酸纤维素（NC)或聚偏氟乙烯膜（PVDF)膜上，然后与能特异性识别待检蛋白的抗体（一抗）进行反应，洗涤去除没有结合的特异性抗体后，加入标记的、能识别特异性抗体的种属特异性抗体（二抗），反应一段时间后再次洗涤去除非特异性结合的标记抗体，加入适合标记物的检测试剂进行显色或发光等，观察有无特异性蛋白条带的出现，也可通过条带的密度大小来进行特异性蛋白的半定量。

89 2 操作过程 SDS-PAGE电泳 转膜（PVDF或硝酸纤维素膜） 封闭 一抗 洗涤 酶标二抗反应 洗涤 显色或化学发光显影

90 Hours 0 4 8 16 Western blot analysis of the cleavage of Caspase-3.
IM9/Bcl-2 Cells were treated with 20M of gossypol for 4, 8 and 16 h. After treatment, cells were harvested and lysed in lysis buffer. 50ug of protein was loaded in each lane and the expression of actin was detected as a loading control

91 0h 4h 8h 16h Western Blot analysis of cytochrome C release. X-Protein
X-Protein Cyto-C Cytochrome c release from mitochondria to cytosol in gossypol-treated IM-9/Bcl-2 cells. Cells were treated with 10μM gossypol for different times, cytosol and mitochondrial protein were subject to SDS-PAGE followed by immunoblot with cytochrome c specific antibody.

92 3 注意的问题 （1） 蛋白质电泳 常用SDS-PAGE：单一亚基组成的蛋白质 非变性PAGE：多个不同亚基组成的蛋白质
Tris-Tricine胶中电泳：用于分子量小于10kDa的多肽和蛋白的电泳，能够获得较好的分离效果。 Tricine電泳膠將buffer中的glycine置換為Trycine，並降低pH值至pH7，使得小分子蛋白質與胜月太在stacking gel中可移動較DS快，因此在分析膠體中可有明顯的分離效果。 聚丙烯酰胺具有神经毒性，操作时要戴手套

93 （2）转膜 戴手套，避免用手接触滤纸、凝胶和膜，因为手上的油脂会阻断转印。滤纸和膜的尺寸与凝胶大小一致。
以适量的转移Buffer室温平衡滤纸、凝胶和膜15－30min，如果是PVDF膜，必须先用甲醇激活后浸泡。 方向正确：凝胶在阴极，膜在阳极。 排去滤纸、胶和膜间的气泡。 电转时间：100V 1-2h,可根据蛋白分子量的大小灵活选择。 转移结束后，凝胶用考马氏亮兰染色以确定转移效率。 膜用丽春红染色观察蛋白分子量标准的位置

94 （3）封闭 用5％脱脂奶粉或3％BSA （含0.1％Tween20 TBS或PBS配制） 时间：室温2h或4ºC过夜

95 （4）显色或显影 显色 辣根过氧化物酶：底物为联苯胺 DAB
碱性磷酸酶：底物为5-溴-4-氯-3-吲哚磷酸二钠 （BCIP）/硝基四氮唑兰（NBT） 化学发光显影 最常用。辣根过氧化物酶和碱性磷酸酶有不同的发光底物（商品化产品） 注意：化学发光前将膜用不含Tween20的TBS或PBS洗涤一次 曝光的时间和显影的时间根据实际情况而定

96 （5）膜的再利用 化学发光后的硝酸纤维素膜用Stripping Buffer洗涤后（洗涤Buffer: 62.5mm pH6.7 的Tris-HCI含2％SDS和100mm的 －2ME ）用不同的一抗进行杂交，检测其它蛋白的表达情况。一张膜可以重复使用3－4次。 碱性磷酸酶显色的膜不能再进行杂交