1.缺口平移 该技术由Kelly等于1970年创立。其原理是首先用DNA酶在双链DNA探针分子的一条链上制造一些缺口(nick ),缺口处会形成3’—羟基末端,这时再在大肠杆菌DNA聚合酶I的催化下将核苷酸残基加在3’-羟基上,同时,根据大肠杆菌酶DNA聚合酶I的5’→3’核酸外切酶活性,此酶将缺口5’侧核苷酸依次切除。其结果是在缺口平移(nick tr-anslation)。根据这个原理,如果用高强度的放射性核苷酸(通常为α-32PdATP)置换先前存在的核苷酸,则可制备比活性高达108cpm(每分钟计数)/μg的32P标记DNA。用缺口平移法标记的DNA探针能满足大多数杂交要求。

2.DNA快速末端标记 大肠杆菌DNA聚合酶i 经枯草杆菌蛋白酶切割可得到两条多肽链,其中分子量为76kd的大片段称为Klenow片段。该酶具有完整聚合酶I的5’→3’聚合酶活性和3’→5’核酸外切酶活性,但缺乏5’→3’核酸外切酶活性。利用Klenow片段可以填补由限制酶消解DNA所产生的3’凹陷末端。因此,用这种方法可以标记双链DNA的凹陷3’末端。用Klenow片段标记末端一般只用一种[α-32P]dNTP,加入反应的[α-32P]dNTP取决于DNA末端延伸的5’末端序列,例如,用EcorI切割DNA所产生的末端用[α-32P]dNTP标记。标记反应可在一种限制酶消解DNA后立即进行,不需去除限制酶或使其失活,也不需更换缓冲液,具有3’延伸的DNA末端不能被Klenow片段有效在标记,欲标记这类分子可用T4DNA聚合酶。

选用这种标记方法是为了产生可用于凝胶电泳时作大小参照物的DNA片段。因为标记的DNA片段与其摩尔浓度成比例,而不与片段大小成比例,在限制酶消化物中,小的和大的片段都以相同程度被标记。因此,可使用放射自显影术确定不有被溴化乙锭染色所观察到的大小DNA带,尤其适用于Southern吸印杂交时分子量标志物的标记。通过选择相应标记的dNTP,该法还可以只标记DNA分子的一端。例如,若DNA片段的两个末端分别是Bam H I和Hind III 粘膜端,在反应中只加入[α-32P]dNTP或[α-32P]dGTP,使可选择性标记两末端之一。

3.用T4多核苷酸激酶标记DNa 5’末端 寡核苷酸探针或短的RNA和DNA探针可选用此法标记,寡核苷酸探针一般多用这种标记。T4多核苷酸激酶(polynucleotide kinase, PNK)是由T4噬菌体感染的大肠杆菌中提取的,此酶能催化ATP的γ-磷酸转移至DNA或RNA的5’-OH末端。在过量ADP存在时,也可促进磷酸交换反应,使PNK将DNA末端5’磷酸转移到ADP上生成ATP,然后催化[α-32P]dNTP上的标记磷酸转移至DNA的5’末端,从而使DNA重新磷酸化,并藉此得到标记。显然,PNK标记DNA末端需要[γ-32P]dNTP,这与前述酶促标记方法不同。通常,对于5’磷酸化的DNA探针,要先用碱性磷酸酶去掉磷酸基团,然后再用于PNK催化的5’末端标记,这样标记效率较高。

4.随机引物延伸 这是以单链DNA或RNA模板合成高比活性32P标记探针所选用的方法。原理是使长6~8nt的寡核苷酸片段与变性的DNA或RNA模板退火,在DNA聚合酶I或反转录酶的作用下,以每一个退火到模板上的寡核苷酸片段为引物引发DNA链的合成,在反应时将[α-32P]dNTP掺入合成链,即得到标记。变性处理后,新合成链(探针片段)与模板解离,即得到无数各种大小的探针DNA。因为所用寡核苷酸片段很短,在低温条件下可与模板DNA随机发生退火反应,因此被称为随机引物(random primer)。这种随机引物可用小牛胸腺DNA或鱼精DNA制备。

用随机引物法标记的DNA探针或cDNA探针比活性显著高于缺口平移法,且结果较为稳定。这种方法尤其适用于真核DNA探针,因为随机引物来自真核DNA,其与真核序列的退火率要高于原核序列。因此,对于克隆的DAN探针,常先将插入探针DNA切下来回收后再标记,而缺口平移法可直接用于全质粒的标记。

5.聚合酶链反应(详见第二十二章) 聚合酶链反应(polymerase chain reaction, PCR)是一种分子生物学新技术,由美国Cetus公司人类遗传学部的Kary.B. Mullis于1985年创立。该技术利用两个与相反链杂交并随着于靶DNA两侧的寡核苷酸引物经酶促合成特异的DNA片段,包括模板变性,引物退火和引物延伸三个步骤的反复循环,最终两引物所夹靶DNA得到千万倍以上的扩增。因此,PCR技术已成为一项极为有价值的技术并已迅速推广应用。

PCR技术有许多重要用途,其中之一便是可用来标记高比活性DNA探针。PCR技术具有很高的特异性,可在1~2h之内在量合成探针DNA片段,如果在底物中加入[α-32P]dNTP或其它标记的dNTP,则探针DNA合成过程中可得到很好的标记,标记物的掺入率可高达70%~80%。因此,PCR标记技术特别适用于大规模检测和非放射性标记。该法的缺点是要合成一对特异性PCR引物。使用从探针DNA上制备的小片段作引物也能取得较好的标记效果。