基因表達譜或基因表達輪廓(gene expressed
profile)技術就是利用mRNA提取、cDNA合成、酶切、連接、PCR及分子雜交等分子生物學基礎操作技術,將某一生物材料在某一特定階段表達的基因全部展示出來,通過測序及與數據庫比較或通過目標和對照樣品中所表達基因的比較,可以找出特異表達基因。目前該技術已廣泛用于基因克隆、差異表達基因檢測、基因表達的環境和生理調控等方面。目前基因表達輪廓方面的實驗技術主要可分為以下幾類:(1)以雜交為基礎的技術,包括Northern
blotting、SI
mapping/RNase保護、消減克隆、cDNA微列陣。(2)以PCR為基礎的技術,如差異顯示、mRNA指紋。(3)以測序為基礎的技術,如基因表達序列標簽(EST)、基因表達系列分析(SAGE)。(4)綜合雜交和PCR的代表性差異分析(RDA)、制消減雜交(SSH)等。現就幾種目前常用技術解釋如下。
1,mRNA差異顯示技術(DD-PCR)
1)該技術是1992年由P.Liang等建立的.該技術利用真核細胞mRNA3’具有poly(A)尾,選用T12MN(M=A,G,C;N=A,T,G,C)作為錨定引物反轉合成cDNA
I鏈,以一隨機寡核苷酸片段作為另一引物,PCR擴增。不同大小的擴增片段,通過電泳加以分離,差異表達的cDNA片段被顯示。
2)該技術的局限性:
a 假陽性率高,即差異片段常不能在Northern雜交中被證實,據報道,這種假陽性率可達70%;
b 對高拷貝基因有偏向性;
c 獲得的片段太短,多為300bp左右,多為3′非編碼區,很難直接判斷其功能和意義.
3)改進A:優化了引物的長度,隨機引物長度增加為13個堿基,錨定引物的長度增加為16個Bp,可以提高重復性,并盡可能覆蓋所有的表達基因。B:根據錨定引物3’第二個堿基的簡并性,將錨定堿基數減少為1個,錨引物由12個減少為3個,可減少cDNA的冗余性。C:將HindⅢ酶切位點嵌入到引物中,以利于PCR產物的擴增。D:將差異條帶克隆入載體,擴增后利用反向Northern(即將寡核苷酸探針固相于膜上,標記的PCR產物與固相化探針雜交稱為反向雜交)篩選,可減少假陽性和模板mRNA用量。
4)相關技術
A: 交互式差減差異RAN顯示 (reciprocal subtraction differential RNA display RSDD)
1998年Kang等建立。即以差減過的RNA或cDNA為DDPCR模板,以錨定引物和5′隨機引物為引物PCR擴增。
B:有序差異顯示法(ordered differential display,
ODD)是1997年由俄國科學家Matz提出,即將逆轉錄后的cDNA雙鏈用RsaI或HaeⅢ酶切,產生的cDNA片段末端加接頭,然后利用接頭及特異性引物進行PCR,對3’端片段進行選擇性擴增。隨后利用T引物和接頭引物對3’端片段進行第二輪PCR擴增,再通過測序凝膠電泳顯示差異帶。
C:mRNA指紋法(arbitrarily primed PCR finger printing of RNA)1992年Welsh等建立,即在逆轉錄時以隨機引物作為錨定引物,進行cDNA合成和PCR擴增。
2:代表性差異分析(Representational difference analysis of cDNA,cDNA-RDA)
cDNA-RDA又稱cDNA示差分析是HUBANK和SCHATZ(1994)在LISITSYN等(1993)建立的基因組DNA示差分析技術(representational
difference analysis,RDA)基礎上改進而來,它是將差減雜交與PCR相結合的技術。
該技術原理為雙鏈cDNA用識別4個堿基的限制性內切酶(如Dpn 或Sau3A
)進行消化后,數學上將產生平均大小為256bp的DNA片段,因此細胞中絕大多數表達的基因至少有兩個酶切位點,即產生一個兩端帶有可識別和處理的末端片段,可以進行后續的擴增、消減、富集等操作。而雙鏈DNA為模板時可通過PCR呈指數擴增,而單鏈DNA為模板時則呈線性擴增。具體過程是反轉合成testercDNA和drivercDNA,用Dpn
或Sau3A消化成平均長度為256bp的cDNA片段(T,D),連接12
/24連接頭(adaptorR,由一個12寡聚核苷酸和一個24寡聚核苷酸組成),按adaptorR序列設計引物進行PCR擴增,使兩組的cDNA得到富集,制備擴增子(amplicons)。切除接頭,只在T片段的5’端接上新接頭,接著將其與大大過量的D混合進行雜交,形成3種雜交體T/T;T/D;D/D,
雜交產物經Taq酶補平3′端后以新接頭為引物進行PCR擴增。此時T/T雙鏈2個5’端均帶有新接頭序列,可以進行指數擴增;而T/D雙鏈僅一條鏈5’端有新接頭序列。另一條鏈沒有,所以只能進行線形擴增,至于D/D雙鏈因沒有5’接頭序列所以不能擴增。