首页 > 产品系列 > DNA&RNA合成 > 化学合成的Oligo用于克隆须知
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不管化学合成的Oligo DNA为短片段还是长片段,只要用于PCR克隆,最好对Oligo DNA粗制品进行纯化。尽管如此,客户还是须考虑如下风险:
1. 内部缺失(n-1,n-2 etc)产物。这是化学合成DNA最普遍与最主要的限制因素,且不能通过纯化Oligo DNA来解决这个问题。化学合成DNA不及活细胞内DNA复制具有高保真性,在活细胞内,存在大量的校正与修复系统,将碱基突变率降低至 1/(1×106)甚至1/(1×109)以下。PCR反应也具有较高的保真度,例如:错误率在1/1000或1/10000。 PCR反应可通过DNA聚合酶的性能提高保真度。但 是化学合成DNA与活细胞及PCR反应扩增DNA不 同,每次合成循环的错误率约为1/100,主要包括以下几方面的因素。
(1) Oligo DNA的化学合成是碱基与碱基之间通过化学反应偶联而成,而化学反应的偶联效率一般在99%左右,也就是说,在每次进行偶联反应时,都会有1%的DNA片段附加不上新的碱基,对这种截断的失败序列,为了防止其参与后续的偶联反应,采用CapA与CapB进行化学封闭,以阻断其延伸,但化学封闭反应的效率不可能达到100%。导致出现合成失败的DNA片段或截断序列残留在合成的DNA粗制品中。
(2) Oligo DNA的不完全脱保护。寡核苷酸的完全脱保护包括从磷酸酯基团、碱基上的环外氨基和5'-OH部分上去掉保护基团。脱保护的化学反应效率不可能达到100%,未脱保护的碱基无法参加偶联反应而导致oligo DNA内部缺失碱基。
(3) 不断延长的DNA链与不断减少的合成试剂会干扰oligo DNA的化学合成。
对于以上三方面问题,至今为止还没有找到一个完美的试剂给予解决。因为延长盖帽时间也不能保证封闭反应效率达到100%;而对于脱保护反应来说,增加脱保护试剂量及延长脱保护时间又会导致oligo DNA脱嘌呤。因此只能采取折衷方法将不完全脱保护与脱嘌呤同时控制在低水平上。内部缺失碱基的截断序列绝不可能100%去除干净,对于几种纯化方法来说,OPC或HPLC不可能去除内部缺失碱基的截断序列,最好的方法是通过PAGE纯化降低截断序列数量。
OPC与HPLC纯化法是通过两种不同形式的柱层析方法对oligo DNA进行纯化,PAGE纯化法是使用变性聚丙烯酰胺凝胶电泳进行纯化,但都不易将缺失一个碱基(n-1)或两个碱基(n-2)的oligo DNA与全长oligo DNA分离。柱层析与PAGE对于分析检测少量的oligo DNA是一种合适的手段,但作为纯化制备目的DNA片段,并不是非常有效。因此,在合成的目的oligo DNA中,总会存在少量的截断序列。由于这些错误的随机性(不同分子有不 同的碱基突变,同时多数分子没有碱基突变),这种序列的错误率通常对普通PCR、测序或杂交不会存在问题,对于合成不太长的序列,更是如此。然而,克隆过程是单个oligo DNA分子的选择与扩增过程,若单个亲本分子存在序列错误,那么单克隆中所有分子都存在相同的序列错误。
2. 单核苷酸的插入是存在于目的oligo DNA产物中的另一种常见的序列错误。
当同一oligo DNA分子中存在G-偶联或单碱基插入(n+1)同时又存在单碱基缺失(n-1)时,此条oligo DNA的长度与目的DNA分子的长度相同,因此无法通过OPC、HPLC或PAGE纯化将此“失 败序列”去除。
3. OPC、HPLC特别是PAGE是产率损耗很大的纯化方法,因此会导致低产量(OPC与HPLC的 得率约为30%~50%,PAGE的得率约为10%~30%),主要的原因是大量的目的oligo DNA分子(全长与 正确的Oligo DNA)在纯化过程中会随着失败序列一起被去除。
Oligo DNA 化学合成存在的这些弊端曾被Hecker KH与Rill R报道过(Error analysis of chemically synthesized polynucleotides. Biotechniques, 1998 Feb; 24: 256-260)。在这篇文章中,作者合成并 PAGE纯化了长链oligo DNA,用它们进行PCR克隆,然后测序鉴定了10个克隆,发现存在7个单碱基缺失,一个连续的4个碱基缺失,一个G-C替换。除了这些碱基错误,其它学者还曾报道存在G-偶联、分支及其n+x产物。
解决这些碱基出错的方法:
(1)对oligo DNA 粗制品进行纯化。不仅要通过OPC、HPLC、PAGE等方法对Oligo DNA进行纯化,而且需要优化化学合成方法来提高Oligo DNA的纯度。
(2)当OPC、 PAGE或HPLC纯化的Oligo DNA用于PCR克隆时,可能会存在一些序列错误的“突变”克隆(这些碱基错误的克隆可能源于Oligo DNA的合成)。因此,我们建议客户多挑几个克隆(而不仅仅是一个或两个克隆),一般情况下会挑到正确的克隆。
(3)减少转化后预温育时间(未加抗生素)。因为在未加抗生素情况下,延长温育时间可能会导致单个突变克隆的扩增。
(4)挑克隆时,应挑选分隔良好、新鲜的、不太大的单菌落。
(5)若可能,尽量使用较短的 Oligo DNA,而避免合成长链Oligo DNA。
客户不要因上面的警告而感到合成Oligo DNA出错的风险无法避免。其实,挑到正确克隆的可能性很大,特别是对Oligo DNA进行纯化后,情况更是如此。如果测序后发现Oligo DNA出现错误,公司免费重新合成。上面所提出的建议仅仅是帮助客户理解目前Oligo DNA化学合成所存在的问题,对客户订购与使用Oligo DNA时提供一些帮助。