CRISPR割胶纯化脱靶污染排除

来源:CRISPR割胶纯化脱靶污染排除(DNA Lab Space 实验教程)| 编译:DNA Lab Space

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电泳图上目标条带亮得晃眼,割胶回收后测序却叠峰乱跳、脱靶位点成片出现。你大概率把不该切的胶块切下来了,或者纯化流程里混入了非特异产物。别急着换引物重做,先按下面几步排查,大多数污染在30分钟内能定位。

教程配图2:CRISPR割胶纯化脱靶污染排除 排查流程示意
▲ 教程配图2:CRISPR割胶纯化脱靶污染排除 排查流程示意

第一步:快速排查低级错误

1. 紫外灯照射超时:254nm UV照胶超过30秒,DNA会形成环丁烷嘧啶二聚体,导致后续酶切连接效率暴跌。解决——切胶必须关掉看胶仪白光源,改用365nm长波UV,并把单次照胶时间卡在20秒内,宁可暗一点别贪亮。

2. 刀尖碰到邻孔样品:新手最常犯。切完一个条带不换刀片直接切下一个,marker里的DNA片段会随刀尖带进你的胶块。解决——每切一刀换一片无菌手术刀片,或用75%乙醇擦刀片待干后再用。

3. 洗脱缓冲液冷着直接加:4°C放置超过一周的EB buffer直接加到胶块上,硅胶膜释放DNA效率下降40%。解决——把EB buffer分装小管,用前放在55°C金属浴预热5分钟。

4. 凝胶回收柱没活化:有些柱子膜需要先加平衡液。你跳过这步,小片段(<300bp)回收率只剩两成。解决——严格按说明书加平衡液,过柱前室温静置2分钟再离心。

上面的低级错误都排除了?好,往下看系统排查。

第二步:按流程分模块系统排查

模块一:电泳上样前——模板状态决定脱靶底色

原因1:PCR模板含有引物二聚体或非特异性扩增产物

现象:目的条带下方紧邻一条弥散淡带。你把它当成“非特异”忽略,但割胶时刀尖往往顺手把这条淡带一起切走。

原理:引物二聚体长度一般在80-120bp,若gRNA转录模板的目的片段在300bp左右,条带间距不够,切胶时容易连带。更麻烦的是,这些二聚体带有相似的末端序列,后续文库扩增时会和真正的gRNA竞争引物。

解决步骤:

1. 取2μL PCR产物,用1.5%琼脂糖凝胶,120V恒压跑30分钟,确认条带分离效果。

2. 如果二聚体带与目的带间距小于5mm,调整退火温度梯度:58°C、60°C、62°C各跑一管,选择非特异带最浅的那个温度。

3. 回收PCR产物时,用切胶纯化替代直接柱纯化——是的,二次切胶纯化虽然损失20%产率,但能砍掉多数二聚体。用QIAquick凝胶回收试剂盒,溶胶温度严格控制在50°C,超过55°C会让短片段变性。

验证方法:纯化后的模板取1μL跑2%琼脂糖凝胶,100V跑25分钟,紫外灯下应只见到单一条带,无弥散。也可以用Agilent 2100生物分析仪看峰形,单峰且无拖尾即达标。

原因2:质粒模板没有完全线性化,超螺旋构型造成泳动位移

现象:切下“最亮的带”跑出来却是超螺旋环状质粒,而真正的线性DNA模板在更靠上的位置,也就是更大的分子量区域。

原理:同一个DNA分子,超螺旋泳动速度快过线性构型,但电泳迁移率还受琼脂糖浓度影响。在0.8%的胶上,超螺旋的表现分子量可能比实际小40%。若你用的是SpCas9表达质粒做体外转录模板,没线性化或线性化不完全,转录出的RNA在后续切割实验里会产生不可预期的脱靶噪声。

解决步骤:

1. 用限制性内切酶线性化,酶切体系20μL:1μg质粒,10U酶,37°C孵育2小时,不要少于这个时间。

2. 酶切产物中加0.5μL 10% SDS和1μL 20mg/mL蛋白酶K,55°C处理10分钟降解酶蛋白,然后65°C热灭活5分钟。

3. 取3μL酶切产物跑0.8%琼脂糖凝胶,看是否有一条整齐的线性带,亮度应占全部DNA的90%以上。若出现双带,补加1μL酶再37°C消化1小时。

验证方法:取1μL线性化产物进行琼脂糖凝胶电泳,对照未酶切质粒观察迁移差异。酶切完全的产物条带单一、迁移位置较超螺旋明显滞后。

模块二:电泳与割胶环节——脱靶污染进入胶块的高危区

原因3:目的条带和脱靶片段共迁移,肉眼无法分辨

现象:割胶回收后的DNA测序信号正常,但脱靶位点检测富集比例异常高。跑1.5%凝胶时,目标是280bp,脱靶的≈270bp,看似分开了,实际共迁移了。

原理:标准琼脂糖凝胶对差20bp以内的DNA片段分辨力很低。CRISPR脱靶片段往往伴随单碱基或小片段插入缺失(indel),长度变化幅度15bp左右,这正好落在琼脂糖的“盲区”。

解决步骤:

1. 对目的片段小于400bp的gRNA模板,弃用琼脂糖凝胶,改用8%聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE),胶厚1.0mm,1×TBE缓冲液,120V恒压跑90分钟。

2. 用SYBR Gold染色替代EB,灵敏度高出25倍,能在蓝光下观察到更细微的分带。染色后必须用纯水漂洗凝胶3次、每次5分钟,否则SYBR Gold会抑制后续PCR。

3. 切胶前在凝胶旁放一把DNA ladder尺,用直尺量取目标条带与梯带的距离,宁可切窄0.5mm也要丢弃边缘模糊部分。

验证方法:切胶回收后,取回收液2μL跑相同的PAGE体系,银染或SYBR Gold复染,只应看到单一目标条带。不确定的话,做一次qPCR,用脱靶位点特异性引物扩增,Ct值比目标位点高7个循环以上才算干净。

教程配图3:CRISPR割胶纯化脱靶污染排除 排查流程示意
▲ 教程配图3:CRISPR割胶纯化脱靶污染排除 排查流程示意

原因4:割胶操作本身带入邻近脱靶条带

现象:你切下来的胶块体积有80μL,但目的条带的实际胶体积只有30μL。多切的部分,就是脱靶污染的物理载体。

原理:琼脂糖凝胶切块时,手术刀从凝胶表面垂直扎入会产生一个“挤压效应”,胶块边缘5mm内的DNA会被挤出孔隙并随刀片附着。切得越宽,污染面积越大。

解决步骤:

1. 把DNA跑进胶后,先在白光板上观察凝胶厚度。用手术刀在目的条带上方1mm处划一道浅痕,下方1mm处再划一道,切断后轻轻挑出中间部分。

2. 切下的胶条立刻放在已知质量的1.5mL离心管中称重。如果胶块质量超过200mg,说明切大了——重新跑胶再做一次,别心疼样品。

3. 每切一个样品用新刀片,不同样品间隔不要用同一把镊子碰触凝胶。镊子尖用0.5M HCl浸泡5分钟再蒸馏水冲洗,消除DNA残留。

验证方法:切完胶后把“废胶”重新放回电泳槽,加新鲜缓冲液再跑15分钟,看是否有残留条带。没条带说明切干净了;有条带说明你刚才切漏了,目标条带部分留在了废胶里。

模块三:洗脱纯化——末端操作同样能引入问题

**原因5:洗脱体积不足导致目标DNA未完全回收,隐性脱靶被富

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