瓊脂糖凝膠電泳、酶和試劑的使用等一些注意事項

基因克隆在發明后的 32 年，需求一直不斷增加，但是有些小伙伴的重組質粒就是怎么樣都構建不出來。其實，看似簡單的傳統基因克隆，可是存在著重重陷阱！美國羅林斯研究中心 （Rollins Research Center）Ichiro Matsumura 在一期的《BioTechniques》上分享了他的經驗： “Why Johnny can’t clone: Common pitfalls and not so common solutions."小編今天就把核心的 “姿勢"給大家提煉出來，主要是瓊脂糖凝膠電泳、酶（DNA 聚合酶、限制性內切酶、T4 連接 酶等）和試劑的使用等一些注意事項。

▲從 PCR 產物到質粒的工作流程

1.聚合酶 

DNA 聚合酶有兩個對 PCR 過程不可少的附加屬性，但是不利于后續克隆的步驟。第一， Taq/DNA 混合物的解離常數在室溫中是 20 nM，與擴增產物的終濃度相當，因此酶往往與擴增產物同時純化。實際上，大多數其他商用 DNA 聚合酶與 DNA 結合的更加緊密。殘存的聚合酶可以阻止限制性內切酶作用于 DNA 末端，或者填補突出的部分。第二，市場上一些改造后的新型 DNA 聚合酶相比于 Taq 酶熱穩定性更高，在有機溶劑和離液鹽中的構象穩定性也更高，PCR 產物的純化更加困難了。

2.割膠回收 

載體經過酶切后，需要經過凝膠純化提高克隆效率。割膠回收對技術要求高，也很難自動化， 而且 DNA 暴露在紫外光下會大大降低轉化效率。凝膠純化的產量往往有限，因此研究人員需要消化毫克級的 DNA，才能產生最后的終產物。殘留的瓊脂糖或凝膠提取過程中引入的各種溶劑和鹽，可能抑制后續 T4 連接酶的活性，從而降低克隆效率。另外回收效率還與片段的長短相關，小于 500bp，或者大于 4kb 的片段，加異丙醇有助于提高回收效率。

3.限制性內切酶 

限制性內切酶的出現是為了保護細菌免受噬菌體及其他入侵者。因此，限制性內切酶/DNA 底物的 KM 值相當低（米氏常數 KM 值等于酶促反應速度為最大速度一半時的底物濃度，是酶的特征性常數之一。KM 值只與酶的結構、酶所催化的底物和反應環境如溫度、PH、 離子強度有關，與酶的濃度無關。Km 值愈小，酶與底物的親和力愈大）。所以“提高酶切反 應中 DNA 的濃度，這樣凝膠純化的產物才足夠連接反應使用"是錯誤的！在這種情況下， 限制性內切酶會受到抑制，從而導致不*的消化。

4.T4 連接酶 

連接反應失敗的原因有很多，但失敗可能在加入 T4 DNA 連接酶之前就發生了：由于 DNA 聚合酶擴增不*導致的末端不均一、酶切不*、連接酶抑制劑或者突出的部分被補平。在某些情況下，連接反應失敗可能是因為退火效率不夠、反應緩沖液中的 ATP 濃度過低（室溫孵育時間過長）或者酶可能變性了。T4 連接酶在室溫下相當穩定，但如果被水而不是合適的 buffer 稀釋后可不是如此。如果有問題，可以通過陽性對照來檢測酶的完整性：

5.感受態細胞轉化 

在克隆過程中，具有高效轉化效率的感受態細胞至關重要，這對于之前并不高的分子克隆效率具有一定的補償作用。最常見的兩種轉化方法：熱激轉化和電穿孔。電穿孔是*的，更重要的是，轉化細胞的數量與 DNA 的量成正比，可以達到微克級別，且不會出現熱激中 出現的菌株效應或者對質粒的長度有限制，所以對于困難的克隆項目，電穿孔無疑是首先選擇的方法。不過雖然熱激轉化效率不及電穿孔，而且會因 DNA 過量（>10ng/200μl 感受態細胞）而抑制轉化，但是它方便啊！“冰一冰、熱一熱、涼一涼、加一下再搖一搖"就搞定了，所以還是有很多人使用這個方法的！