JPWO2018147070A1 - Method for producing a DNA fragment having a desired base sequence - Google Patents
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Abstract
本発明は、2つ以上のDNA材料をアセンブルして、所望の塩基配列を有するDNA断片を製造する方法であって、(1)2つ以上のDNA材料を連結して、所望の塩基配列の一部と、連結用塩基配列とが交互に並んだ前駆DNA断片を得る工程と、(2)前駆DNA断片を制限酵素で処理し、連結用塩基配列を除去して所望の塩基配列を有するDNA断片を得る工程と、を備え、前駆DNA断片には、制限酵素により認識される塩基配列が、制限酵素により処理して前駆DNA断片を切断したときに、連結用塩基配列が除去され、かつ連結用塩基配列を介して隣接する所望の塩基配列の一部が、切断された部位同士で連結可能なように配置されている、方法を提供する。The present invention is a method for assembling two or more DNA materials to produce a DNA fragment having a desired base sequence, and (1) linking two or more DNA materials to obtain a desired base sequence. A step of obtaining a precursor DNA fragment in which a part and a base sequence for ligation are alternately arranged; (2) DNA having a desired base sequence by treating the precursor DNA fragment with a restriction enzyme and removing the base sequence for ligation A step of obtaining a fragment, wherein the base DNA recognized by the restriction enzyme is removed from the precursor DNA fragment when the precursor DNA fragment is cleaved by treatment with the restriction enzyme and the base DNA for ligation is removed. Provided is a method in which a part of a desired base sequence adjacent to each other via a base sequence is arranged so that it can be linked at a cleaved site.
Description
本発明は、所望の塩基配列を有するDNA断片を製造する方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a DNA fragment having a desired base sequence.
所望の塩基配列を有するDNA断片を製造する方法として、ゴールデンゲート(Golden Gate)法、ギブソン(Gibson)法など、複数のDNA断片を連結する方法が知られている(非特許文献1)。 As a method for producing a DNA fragment having a desired base sequence, a method of linking a plurality of DNA fragments such as Golden Gate method and Gibson method is known (Non-patent Document 1).
Golden Gate法は、一方又は両方の末端にIIs型制限酵素により認識される塩基配列を含む複数のDNA断片を用意し、IIs型制限酵素とDNAリガーゼで処理する方法である。IIs型制限酵素による切断で生じる粘着末端(スティッキー・エンド)により複数のDNA断片がハイブリダイズし、次いでDNAリガーゼによりニックが繋ぎ合わされて、所望の塩基配列を有するDNA断片を製造することができる。IIs型制限酵素により認識される塩基配列の種類及び配置を設計することで、IIs型制限酵素で切断された複数のDNA断片が、制限酵素の認識部位がなくなるように連結され、所望の塩基配列を有するDNA断片を製造することができる。Golden Gate法を利用し、所望の塩基配列を有するDNA断片をクローニングベクターへ導入する方法等が報告されている(特許文献1及び非特許文献1)。
The Golden Gate method is a method in which a plurality of DNA fragments containing a base sequence recognized by a type IIs restriction enzyme are prepared at one or both ends and treated with a type IIs restriction enzyme and a DNA ligase. A plurality of DNA fragments are hybridized by sticky ends (sticky ends) generated by cleavage with a type IIs restriction enzyme, and then nicked by DNA ligase, whereby a DNA fragment having a desired base sequence can be produced. By designing the type and arrangement of the base sequence recognized by the type IIs restriction enzyme, a plurality of DNA fragments cleaved by the type IIs restriction enzyme are linked so that the recognition site of the restriction enzyme is eliminated, and the desired base sequence is obtained. Can be produced. A method of introducing a DNA fragment having a desired base sequence into a cloning vector using the Golden Gate method has been reported (
Gibson法は、隣接して連結するDNA断片のそれぞれの末端部の連結領域が15〜80塩基対(bp)程度重複するように(同一の塩基配列となるように)設計した複数のDNA断片を用意し、5’エキソヌクレアーゼ、DNAポリメラーゼ及びDNAリガーゼで処理する方法である。5’エキソヌクレアーゼによりDNA断片の末端から部分的に一本鎖DNAが生じる。生じた一本鎖DNAは、重複した塩基配列部分でハイブリダイズする。その後、DNAポリメラーゼによりギャップが埋められ、DNAリガーゼによりニックがつなぎ合わされて、所望の塩基配列を有するDNA断片を製造することができる。Gibson法では、制限酵素により認識される塩基配列などを含ませる必要がないことから、塩基配列の制約がなく、長いDNA断片の構築にも適している(非特許文献2、特許文献2及び特許文献3)。
The Gibson method uses a plurality of DNA fragments designed so that the ligation regions at the ends of adjacent DNA fragments that are adjacently linked overlap each other by about 15 to 80 base pairs (bp). This is a method of preparing and treating with 5 ′ exonuclease, DNA polymerase and DNA ligase. 5 'exonuclease produces single-stranded DNA partially from the end of the DNA fragment. The resulting single-stranded DNA hybridizes with the overlapping base sequence portion. Thereafter, the gap is filled with DNA polymerase, and nicks are joined with DNA ligase, whereby a DNA fragment having a desired base sequence can be produced. In the Gibson method, it is not necessary to include a base sequence recognized by a restriction enzyme, so there is no restriction on the base sequence and it is suitable for the construction of a long DNA fragment (
Golden Gate法では、一度に連結可能なDNA断片の数は、最大でも10程度と言われており、IIs型制限酵素の種類もそれ程多くない。また、IIs型制限酵素による切断で生じる粘着末端は4塩基前後と短いため、ミスライゲーションの頻度が高いと考えられる。特に、目的とする塩基配列(所望の塩基配列を有するDNA断片)が、リピート配列、及びGC含量の高い塩基配列の場合に、ミスライゲーションの頻度が高くなる傾向が強く、したがって一度に複数のDNA断片を正確に連結することは困難である。 In the Golden Gate method, it is said that the maximum number of DNA fragments that can be ligated at one time is about 10, and there are not so many types of type IIs restriction enzymes. Moreover, since the sticky end produced by cleavage with a type IIs restriction enzyme is as short as about 4 bases, the frequency of misligation is considered high. In particular, when the target base sequence (DNA fragment having a desired base sequence) is a repeat sequence or a base sequence with a high GC content, the frequency of misligation tends to be high, and thus a plurality of DNAs can be It is difficult to connect the fragments correctly.
Gibson法では、目的とする塩基配列が、リピート配列、又はGC含量の高い塩基配列を含む場合、一本鎖DNAのハイブリダイズの正確性が低下するため、ミスライゲーションの頻度が極めて高くなると考えられる。 In the Gibson method, when the target base sequence includes a repeat sequence or a base sequence with a high GC content, the accuracy of single-stranded DNA hybridization is reduced, and therefore the frequency of misligation is considered to be extremely high. .
CpGアイランド又はテロメア配列といったリピート配列からなるDNA断片は、Golden Gate法においても、Gibson法においても、正確に製造することは不可能である。 A DNA fragment comprising a repeat sequence such as a CpG island or telomere sequence cannot be accurately produced by either the Golden Gate method or the Gibson method.
本発明は、上述した問題に鑑み、リピート配列、GC含量の高い塩基配列を含むDNA断片であっても、正確に、かつ効率的に製造することができる、所望の塩基配列を有するDNA断片を製造する方法を提供することを目的とする。 In view of the above-mentioned problems, the present invention provides a DNA fragment having a desired base sequence that can be accurately and efficiently produced even if it is a DNA fragment containing a repeat sequence and a base sequence having a high GC content. The object is to provide a method of manufacturing.
本発明は、例えば、以下の各発明に関する。
[1]
2つ以上のDNA材料をアセンブルして、所望の塩基配列を有するDNA断片を製造する方法であって、
(1)2つ以上のDNA材料を連結して、所望の塩基配列の一部と、連結用塩基配列とが交互に並んだ前駆DNA断片を得る工程と、
(2)前駆DNA断片を制限酵素で処理し、連結用塩基配列を除去して所望の塩基配列を有するDNA断片を得る工程と、を備え、
前駆DNA断片には、制限酵素により認識される塩基配列が、制限酵素により処理して前駆DNA断片を切断したときに、連結用塩基配列が除去され、かつ連結用塩基配列を介して隣接する所望の塩基配列の一部が、切断された部位同士で連結可能なように配置されている、方法。
[2]
前駆DNA断片を得る工程が、
(1−1)以下の(a)〜(e)を満たす、2つ以上のDNA材料を準備するステップと、
(a)DNA材料は、それぞれ3’末端又は5’末端が突出した一本鎖オーバーハング領域を有する、
(b)DNA材料の一本鎖オーバーハング領域は、隣接して連結する他のDNA材料の一本鎖オーバーハング領域とハイブリダイズ可能な塩基配列を含む、
(c)DNA材料は、それぞれ所望の塩基配列の連続した一部の塩基配列と、連結用塩基配列とを含み、隣接して連結する2つのDNA材料に含まれる連結用塩基配列は、少なくとも一方の連結用塩基配列が、他方の連結用塩基配列の全ての塩基配列と重複している、
(d)DNA材料は、それぞれ連結用塩基配列に隣接した位置に制限酵素により切断される切断部位を有し、かつ当該制限酵素が認識する塩基配列を含む、
(e)隣接して連結する2つのDNA材料は、切断部位が互いにハイブリダイズ可能な塩基配列を含む、
(1−2)DNA材料の一本鎖オーバーハング領域と、隣接して連結する他のDNA材料の一本鎖オーバーハング領域とをハイブリダイズさせるステップと、を含む、[1]に記載の方法。
[3]
(1−3)ステップ(1−2)の後に、DNAポリメラーゼ及びDNAリガーゼの順で処理するステップを更に含む、[2]に記載の方法。
[4]
所望の塩基配列を有するDNA断片を得る工程が、
制限酵素で処理した後、DNAリガーゼで処理することを含む、[1]〜[3]のいずれかに記載の方法。
[5]
DNAポリメラーゼが、DNAポリメラーゼI、II及びIIIからなる群より選ばれる少なくとも1種のDNAポリメラーゼである、[3]に記載の方法。
[6]
DNAリガーゼが、Taqリガーゼ及びTfiDNAリガーゼからなる群より選ばれる少なくとも1種のDNAリガーゼである、[3]又は[4]に記載の方法。
[7]
DNA材料の一本鎖オーバーハング領域が、二本鎖DNAを5’エキソヌクレアーゼで処理することにより形成されたものである、[2]に記載の方法。
[8]
5’エキソヌクレアーゼが、T7エキソヌクレアーゼ、ラムダ エキソヌクレアーゼ、RecE及びT5エキソヌクレアーゼからなる群より選ばれる少なくとも1種の5’エキソヌクレアーゼである、[7]に記載の方法。
[9]
制限酵素が、II型制限酵素である、[1]〜[8]のいずれかに記載の方法。
[10]
II型制限酵素が、IIs型制限酵素である、[9]に記載の方法。
[11]
IIs型制限酵素が、AarI、AcuI、AlwI、BbsI、BbvI、BccI、BceAI、BciVI、BcoDI、BfuAI、BmrI、BpmI、BpuEI、BsaI、BsgI、BsmAI、BsmBI、BsmFI、BspMI、BspPI、BspQI、BsrDI、BtgZI、BstCI、EarI、EciI、Ecop15I、FauI、FokI、HgaI、HphI、HpyAV、Ksp632I、MboII、MmeI、Mn1I、SapI及びSfaNIからなる群より選ばれる少なくとも1種のIIs型制限酵素である、[10]に記載の方法。
[12]
連結用塩基配列が、同一のIIs型制限酵素により認識される塩基配列が回文構造となるように2つ配置された塩基配列を有する、[11]に記載の方法。
[13]
2つ以上のDNA材料をアセンブルして、所望の塩基配列を有するDNA断片を製造する方法であって、
(1)以下の(a)〜(c)を満たす二本鎖(ds)DNA材料を準備する工程と、
(a)隣接して連結する2つのdsDNA材料は、それぞれ同一の連結用塩基配列を有する、
(b)連結用塩基配列はいずれも、同一のIIs型制限酵素により認識される塩基配列が回文構造となるように2つ配置された塩基配列を有する、
(c)IIs型制限酵素により認識される塩基配列は、dsDNA材料の連結後にIIs型制限酵素で切断することにより、連結用塩基配列が除去される位置にある、
(2)dsDNA材料を5’エキソヌクレアーゼ処理することにより、3’末端が突出した一本鎖オーバーハング領域を形成する工程と、
(3)dsDNA材料の一本鎖オーバーハング領域と、他のdsDNA材料の一本鎖オーバーハング領域とをハイブリダイズする工程と、
(4)DNAポリメラーゼで処理し、ハイブリダイズにより生じたギャップを埋める工程と、
(5)DNAリガーゼで処理し、ニックを繋ぎ合わせて前駆DNA断片を得る工程と、
(6)前駆DNA断片を、連結用塩基配列中に存在するIIs型制限酵素により認識される塩基配列を認識する1種又は2種以上のIIs型制限酵素で処理する工程と、
(7)IIs型制限酵素による切断で生じた相補的な粘着末端をハイブリダイズし、DNAリガーゼで処理し、ニックを繋ぎ合わせる工程と、を備える、方法。
[14]
前駆DNA断片中で、所望の塩基配列の一部を介して隣り合う連結用塩基配列に含まれるIIs型制限酵素により認識される塩基配列が、それぞれ異なる塩基配列である、[13]に記載の方法。
[15]
2つ以上のオリゴDNAを含む、所望の塩基配列を有するDNA断片を製造するためのキットであって、
オリゴDNAは、それぞれ、所望の塩基配列の連続した一部の塩基配列と、他のDNA材料との連結に使用する連結用塩基配列とを含み、
オリゴDNAには、制限酵素により認識される塩基配列が、オリゴDNAの連結後に当該制限酵素で処理することにより、連結用塩基配列が除去され、かつ連結用塩基配列を介して隣接する所望の塩基配列の連続した一部の塩基配列が、制限酵素で切断された部位同士で連結可能なように配置されており、
オリゴDNAは、全て連結したときに所望の塩基配列を網羅するものである、キット。
[16]
[1]〜[14]のいずれかに記載の方法により得られる、DNA断片。The present invention relates to the following inventions, for example.
[1]
A method of assembling two or more DNA materials to produce a DNA fragment having a desired base sequence,
(1) linking two or more DNA materials to obtain a precursor DNA fragment in which a part of a desired base sequence and a base sequence for linking are alternately arranged;
(2) treating the precursor DNA fragment with a restriction enzyme and removing the linking base sequence to obtain a DNA fragment having a desired base sequence,
The precursor DNA fragment has a nucleotide sequence that is recognized by a restriction enzyme. When the precursor DNA fragment is cleaved by treatment with the restriction enzyme, the nucleotide sequence for ligation is removed and the desired DNA sequence is adjacent via the nucleotide sequence for ligation. A part of the base sequence is arranged so that the cleaved sites can be linked to each other.
[2]
Obtaining a precursor DNA fragment comprises:
(1-1) preparing two or more DNA materials satisfying the following (a) to (e):
(A) The DNA material has a single-stranded overhang region with a protruding 3 ′ end or 5 ′ end, respectively.
(B) the single-stranded overhang region of the DNA material includes a base sequence capable of hybridizing with the single-stranded overhang region of another DNA material linked adjacently;
(C) Each of the DNA materials includes a part of a base sequence continuous with a desired base sequence and a base sequence for linking, and at least one of the base sequences for linking included in two DNA materials that are adjacently linked , The linking base sequence overlaps with all the base sequences of the other linking base sequence,
(D) each of the DNA materials has a cleavage site cleaved by a restriction enzyme at a position adjacent to the linking base sequence, and includes a base sequence recognized by the restriction enzyme;
(E) The two DNA materials that are adjacently linked contain base sequences whose cleavage sites can hybridize to each other,
(1-2) Hybridizing a single-stranded overhang region of a DNA material with a single-stranded overhang region of another DNA material that is adjacently linked, The method according to [1] .
[3]
(1-3) The method according to [2], further comprising a step of treating in the order of DNA polymerase and DNA ligase after step (1-2).
[4]
Obtaining a DNA fragment having a desired base sequence,
The method according to any one of [1] to [3], comprising treating with a restriction enzyme and then treating with a DNA ligase.
[5]
The method according to [3], wherein the DNA polymerase is at least one DNA polymerase selected from the group consisting of DNA polymerases I, II and III.
[6]
The method according to [3] or [4], wherein the DNA ligase is at least one DNA ligase selected from the group consisting of Taq ligase and Tfi DNA ligase.
[7]
The method according to [2], wherein the single-stranded overhang region of the DNA material is formed by treating double-stranded DNA with 5 ′ exonuclease.
[8]
The method according to [7], wherein the 5 ′ exonuclease is at least one 5 ′ exonuclease selected from the group consisting of T7 exonuclease, lambda exonuclease, RecE, and T5 exonuclease.
[9]
The method according to any one of [1] to [8], wherein the restriction enzyme is a type II restriction enzyme.
[10]
The method according to [9], wherein the type II restriction enzyme is a type IIs restriction enzyme.
[11]
Type IIs restriction enzymes are AarI, AcuI, AlwI, BbsI, BbvI, BccI, BceAI, BciVI, BcoDI, BfuAI, BmrI, BpmI, BpuEI, BsaI, BsgI, BsmPI, BsmPI, BsmPI, BsmPI, BsmPI At least one type IIs restriction enzyme selected from the group consisting of BtgZI, BstCI, EarI, EciI, Ecop15I, FauI, FokI, HgaI, HphI, HpyAV, Ksp632I, MboII, MmeI, Mn1I, SapI and SfaNI, ] Method.
[12]
The method according to [11], wherein the linking base sequence has two base sequences arranged such that base sequences recognized by the same type IIs restriction enzyme have a palindromic structure.
[13]
A method of assembling two or more DNA materials to produce a DNA fragment having a desired base sequence,
(1) preparing a double-stranded (ds) DNA material satisfying the following (a) to (c):
(A) The two dsDNA materials to be linked adjacently have the same linking base sequence,
(B) Each of the linking base sequences has a base sequence arranged so that two base sequences recognized by the same type IIs restriction enzyme have a palindromic structure.
(C) The base sequence recognized by the type IIs restriction enzyme is at a position where the base sequence for ligation is removed by cleaving with the type IIs restriction enzyme after ligation of the dsDNA material.
(2) treating the dsDNA material with a 5 ′ exonuclease to form a single-stranded overhang region with a protruding 3 ′ end;
(3) hybridizing a single-stranded overhang region of a dsDNA material with a single-stranded overhang region of another dsDNA material;
(4) a step of treating with DNA polymerase and filling a gap generated by hybridization;
(5) treating with DNA ligase and joining the nicks to obtain a precursor DNA fragment;
(6) treating the precursor DNA fragment with one or more type IIs restriction enzymes that recognize a base sequence recognized by a type IIs restriction enzyme present in the linking base sequence;
(7) a step of hybridizing complementary sticky ends generated by cleavage with a type IIs restriction enzyme, treating with a DNA ligase, and joining nicks.
[14]
[13] The base sequence recognized by the type IIs restriction enzyme contained in the base sequence for ligation adjacent through a part of the desired base sequence in the precursor DNA fragment is a different base sequence. Method.
[15]
A kit for producing a DNA fragment having a desired base sequence, comprising two or more oligo DNAs,
Each of the oligo DNAs includes a partial base sequence of a desired base sequence and a base sequence for linking used for linking with other DNA materials,
In the oligo DNA, the base sequence recognized by the restriction enzyme is treated with the restriction enzyme after ligation of the oligo DNA, so that the base sequence for ligation is removed, and the desired base adjacent through the base sequence for ligation is removed. A part of the base sequence of the sequence is arranged so that it can be linked at the sites cleaved with restriction enzymes,
The oligo DNA covers the desired base sequence when all are linked.
[16]
A DNA fragment obtained by the method according to any one of [1] to [14].
本発明によれば、リピート配列、GC含量の高い塩基配列を含む場合であっても、所望の塩基配列を有するDNA断片を正確に、かつ効率的に製造することができる。 According to the present invention, a DNA fragment having a desired base sequence can be accurately and efficiently produced even when a repeat sequence and a base sequence having a high GC content are included.
以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to the following embodiments.
本実施形態に係る製造方法は、2つ以上のDNA材料をアセンブルして、所望の塩基配列を有するDNA断片(目的DNA断片)を製造する方法に関する。 The production method according to this embodiment relates to a method for producing a DNA fragment (target DNA fragment) having a desired base sequence by assembling two or more DNA materials.
本実施形態に係る製造方法は、(1)2つ以上のDNA材料を連結して、所望の塩基配列の一部と、連結用塩基配列とが交互に並んだ前駆DNA断片を得る工程と、(2)前駆DNA断片を制限酵素で処理し、連結用塩基配列を除去して所望の塩基配列を有するDNA断片を得る工程と、を備える。本実施形態に係る製造方法は、前駆DNA断片を介して、目的DNA断片を製造するものであるため、目的DNA断片が、リピート配列、GC含量の高い塩基配列を含むDNA断片であっても、正確に、かつ効率的に製造することができる。 The production method according to the present embodiment includes (1) linking two or more DNA materials to obtain a precursor DNA fragment in which a part of a desired base sequence and a linking base sequence are alternately arranged; (2) treating the precursor DNA fragment with a restriction enzyme and removing the linking base sequence to obtain a DNA fragment having a desired base sequence. Since the production method according to this embodiment is for producing a target DNA fragment via a precursor DNA fragment, even if the target DNA fragment is a DNA fragment containing a repeat sequence and a base sequence with a high GC content, It can be manufactured accurately and efficiently.
前駆DNA断片は、2つ以上のDNA材料を連結することで得られ、所望の塩基配列の連続した一部と、連結用塩基配列とが交互に並んだ塩基配列を有する。連結用塩基配列は、目的DNA断片には不要な塩基配列である。前駆DNA断片には、制限酵素により認識される塩基配列が、制限酵素により処理して前駆DNA断片を切断したときに、連結用塩基配列が除去され、かつ連結用塩基配列を介して隣接する所望の塩基配列の一部が、切断された部位同士で連結可能なように配置されている。 The precursor DNA fragment is obtained by linking two or more DNA materials, and has a base sequence in which a continuous part of a desired base sequence and base sequences for linking are alternately arranged. The linking base sequence is a base sequence that is unnecessary for the target DNA fragment. The precursor DNA fragment has a nucleotide sequence that is recognized by a restriction enzyme. When the precursor DNA fragment is cleaved by treatment with the restriction enzyme, the nucleotide sequence for ligation is removed and the desired DNA sequence is adjacent via the nucleotide sequence for ligation. A part of the base sequence is arranged so that the cleaved sites can be linked to each other.
連結用塩基配列の長さは、例えば、20〜100塩基対(bp)であってよく、40〜100bpであることが好ましく、60〜100bpであることがより好ましい。 The length of the linking base sequence may be, for example, 20 to 100 base pairs (bp), preferably 40 to 100 bp, and more preferably 60 to 100 bp.
前駆DNA断片が複数の連結用塩基配列を含む場合、複数の連結用塩基配列は、それぞれ異なる塩基配列を有することが好ましい。 When the precursor DNA fragment includes a plurality of linking base sequences, the plurality of linking base sequences preferably have different base sequences.
図1は、本実施形態に係る製造方法により、目的DNA断片を得る原理を説明する図である。図1中、「1234」及び「5678」は、制限酵素により認識される塩基配列(認識部位)を示す。また、図1中、「1234」は、制限酵素により切断される部位(切断部位)も示す。 FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of obtaining a target DNA fragment by the production method according to this embodiment. In FIG. 1, “1234” and “5678” indicate base sequences (recognition sites) recognized by restriction enzymes. In FIG. 1, “1234” indicates a site (cleavage site) that is cleaved by a restriction enzyme.
図1(A)は、隣接して連結する2つのDNA材料を模式的に示す図である。DNA材料(1)は、目的DNA断片の塩基配列の連続した一部の塩基配列(・・・・nnnn1234)と、DNA材料(2)との連結に使用する連結用塩基配列(CA5678TCC・・・8765TC)とを有する。DNA材料(2)も同様に、目的DNA断片の塩基配列の連続した一部の塩基配列(1234nnnn・・・・)と、DNA材料(1)との連結に使用する連結用塩基配列(CA5678TCC・・・8765TC)とを有する。DNA材料(1)とDNA材料(2)の連結用塩基配列は、目的DNA断片には不要な塩基配列であり、かつ互いに重複した同一の塩基配列である。 FIG. 1 (A) is a diagram schematically showing two DNA materials that are adjacently connected. The DNA material (1) is a base sequence for ligation (CA5678TCC... Used for linking a part of the base sequence (.... Nnnn1234) of the base sequence of the target DNA fragment and the DNA material (2). 8765TC). Similarly, in the DNA material (2), a part of the base sequence (1234nnn...) Of the base sequence of the target DNA fragment and the base sequence for ligation (CA5678TCC. .. 8765TC). The base sequences for linking the DNA material (1) and the DNA material (2) are unnecessary base sequences for the target DNA fragment, and are identical base sequences that overlap each other.
図1(B)は、図1(A)に示すDNA材料(1)とDNA材料(2)とを5’エキソヌクレアーゼで処理した後の状態を模式的に示す図である。5’エキソヌクレアーゼ処理により、DNA材料(1)及びDNA材料(2)のいずれにも3’末端が突出した一本鎖オーバーハング領域(3’オーバーハング領域)が形成される。DNA材料(1)及びDNA材料(2)の3’オーバーハング領域の塩基配列は、互いに相補配列となっているため、DNA材料(1)及びDNA材料(2)は、3’オーバーハング領域でハイブリダイズすることができる。 FIG. 1 (B) is a diagram schematically showing a state after the DNA material (1) and the DNA material (2) shown in FIG. 1 (A) are treated with 5 'exonuclease. By the 5 'exonuclease treatment, a single-stranded overhang region (3' overhang region) in which the 3 'end protrudes is formed in both the DNA material (1) and the DNA material (2). Since the base sequences of the 3 ′ overhang regions of the DNA material (1) and the DNA material (2) are complementary to each other, the DNA material (1) and the DNA material (2) are in the 3 ′ overhang region. It can hybridize.
なお、図1には、5’エキソヌクレアーゼで処理する態様を記載しているが、DNA材料(1)及びDNA材料(2)を予め3’オーバーハング領域を有するものとして調製することで、5’エキソヌクレアーゼ処理を省略して、図1(B)の状態から出発することもできる。 In addition, although the aspect processed with 5 'exonuclease is described in FIG. 1, by preparing DNA material (1) and DNA material (2) as what has a 3' overhang area | region previously, 5 'It is also possible to start from the state of Fig. 1 (B), omitting the exonuclease treatment.
図1(C)は、一実施形態に係る前駆DNA断片を示す図である。前駆DNA断片は、図1(B)に示すDNA材料(1)とDNA材料(2)とを連結することで得ることができる。連結は、例えば、DNA材料(1)及びDNA材料(2)を3’オーバーハング領域でハイブリダイズさせた後、必要に応じてDNAポリメラーゼでギャップを埋め、DNAリガーゼでニックを繋ぎ合わせることにより行うことができる。 FIG. 1C shows a precursor DNA fragment according to one embodiment. The precursor DNA fragment can be obtained by linking the DNA material (1) and the DNA material (2) shown in FIG. Ligation is performed, for example, by hybridizing the DNA material (1) and the DNA material (2) in the 3 ′ overhang region, filling the gap with a DNA polymerase as necessary, and linking nicks with a DNA ligase. be able to.
図1(D)は、前駆DNA断片を制限酵素で処理した後の状態を示す図である。制限酵素で処理することにより、連結用塩基配列が除去され、「1234」(目的DNA断片の塩基配列である。)の塩基配列を有する粘着末端が生成する。制限酵素は、例えば、「1234」の塩基配列を認識し、当該認識部位で前駆DNA断片を切断するものであってもよく、「5678」の塩基配列を認識し、当該認識部位とは異なる「1234」の塩基配列の部位で前駆DNA断片を切断するものであってもよい。また、相補的な粘着末端を生じるのであれば、連結用塩基配列の両端の切断に異なる制限酵素を使用してもよい。各種制限酵素の認識部位と切断部位は、本技術分野においてよく知られており、目的DNA断片の塩基配列に応じて、使用する制限酵素の種類、及び連結用塩基配列を組み入れる位置等は、適宜設定することができる。 FIG. 1 (D) is a diagram showing a state after treating the precursor DNA fragment with a restriction enzyme. By treating with a restriction enzyme, the base sequence for ligation is removed, and a sticky end having a base sequence of “1234” (the base sequence of the target DNA fragment) is generated. The restriction enzyme may recognize, for example, the base sequence of “1234” and cleave the precursor DNA fragment at the recognition site, recognizes the base sequence of “5678”, and is different from the recognition site. The precursor DNA fragment may be cleaved at the site of the base sequence of “1234”. Further, different restriction enzymes may be used for cleavage at both ends of the linking base sequence as long as complementary sticky ends are generated. The recognition sites and cleavage sites of various restriction enzymes are well known in the art, and depending on the base sequence of the target DNA fragment, the type of restriction enzyme used, the position where the base sequence for linking is incorporated, etc. Can be set.
なお、図1(D)には、粘着末端を生成する態様を示したが、本発明の効果を損なわない限りにおいて、制限酵素は、平滑末端(ブラント・エンド)を生成するものであってもよい。 In addition, although the aspect which produces | generates a sticky end was shown in FIG.1 (D), as long as the effect of this invention is not impaired, even if a restriction enzyme produces | generates a blunt end (blunt end). Good.
図1(E)は、一実施形態に係る目的DNA断片を示す図である。目的DNA断片は、図1(D)に示す制限酵素処理断片を連結することで得ることができる。連結は、例えば、両制限酵素処理断片を粘着末端でハイブリダイズさせた後、DNAリガーゼでニックを繋ぎ合わせることにより行うことができる。 FIG. 1E is a view showing a target DNA fragment according to one embodiment. The target DNA fragment can be obtained by ligating the restriction enzyme-treated fragments shown in FIG. Ligation can be performed, for example, by hybridizing both restriction enzyme-treated fragments at the sticky ends and then nicking them with DNA ligase.
DNA材料は、DNA材料を連結することにより得られる前駆DNA断片が上述した特徴を有するように設計される。一実施形態において、DNA材料は、それぞれ、所望の塩基配列の連続した一部の塩基配列(以下、「目的部分配列」ともいう。)と、他のDNA材料との連結に使用する連結用塩基配列とを含む。DNA材料は、全て連結したときに所望の塩基配列を網羅できるように設計される。また、DNA材料には、制限酵素により認識される塩基配列が、DNA材料の連結後に当該制限酵素で処理することにより、連結用塩基配列が除去され、かつ連結用塩基配列を介して隣接する目的部分配列が、制限酵素で切断された部位同士で連結可能なように配置される。 The DNA material is designed so that the precursor DNA fragment obtained by ligating the DNA material has the characteristics described above. In one embodiment, each of the DNA materials is a linking base used for linking a partial base sequence (hereinafter also referred to as “target partial sequence”) of a desired base sequence and another DNA material. And an array. The DNA material is designed so that the desired base sequence can be covered when all the DNA material is linked. In addition, in DNA material, the base sequence recognized by the restriction enzyme is treated with the restriction enzyme after ligation of the DNA material, so that the base sequence for ligation is removed and the base sequence is adjacent via the base sequence for ligation. The partial sequences are arranged so that they can be linked at sites cleaved with a restriction enzyme.
連結用塩基配列は、DNA材料の末端に配置されることが好ましい。DNA材料に含まれる連結用塩基配列の長さは、前駆DNA断片中の連結用塩基配列の長さと同様であり、例えば、20〜100塩基対(bp)であってよく、40〜100bpであることが好ましく、60〜100bpであることがより好ましい。隣接して連結する2つのDNA材料に含まれる連結用塩基配列は、少なくとも一方の連結用塩基配列が、他方の連結用塩基配列の全ての塩基配列と重複していればよく、両者の連結用塩基配列が全て重複していることが好ましい。 The linking base sequence is preferably located at the end of the DNA material. The length of the linking base sequence contained in the DNA material is the same as the length of the linking base sequence in the precursor DNA fragment, and may be, for example, 20 to 100 base pairs (bp), and 40 to 100 bp. It is preferable that it is 60-100 bp. It is sufficient that at least one of the linking base sequences overlaps all the base sequences of the other linking base sequences, and the linking base sequences included in the two DNA materials that are adjacently linked are used for linking the two. It is preferable that all base sequences overlap.
また、上述した連結用塩基配列の役割に鑑みて、連結用塩基配列は、ハイブリダイズの特異性が高くなるよう(例えば、適切なGC含量、リピート配列の回避)設計されることが好ましく、また前駆DNA断片中に連結用塩基配列が複数存在することになるときは、それぞれが異なる塩基配列を有することが好ましい。 Further, in view of the role of the linking base sequence described above, the linking base sequence is preferably designed so as to have high hybridization specificity (for example, avoidance of appropriate GC content and repeat sequence). When there are a plurality of linking base sequences in the precursor DNA fragment, it is preferable that each has a different base sequence.
DNA材料は、二本鎖(ds)DNA断片である。DNA材料となるdsDNA断片は、両端が平滑末端であるdsDNAであってもよく、一端又は両端に一本鎖オーバーハング領域を有するdsDNAであってもよい。DNA材料として、両端が平滑末端であるdsDNAを使用する場合は、エキソヌクレアーゼ(3’エキソヌクレアーゼ又は5’エキソヌクレアーゼ)で処理することにより、一本鎖オーバーハング領域を形成することができる。一本鎖オーバーハング領域は、3’末端が突出した一本鎖オーバーハング領域(3’オーバーハング領域)であってもよく、5’末端が突出した一本鎖オーバーハング領域(5’オーバーハング領域)であってもよい。 The DNA material is a double stranded (ds) DNA fragment. The dsDNA fragment used as the DNA material may be dsDNA having blunt ends at both ends, or dsDNA having a single-stranded overhang region at one end or both ends. When dsDNA whose both ends are blunt ends is used as the DNA material, a single-stranded overhang region can be formed by treatment with exonuclease (3 'exonuclease or 5' exonuclease). The single-stranded overhang region may be a single-stranded overhang region with a 3 ′ end protruding (3 ′ overhang region), or a single-stranded overhang region with a 5 ′ end protruding (5 ′ overhang) Area).
予め設計した一本鎖オーバーハング領域、及びエキソヌクレアーゼ処理で形成させる一本鎖オーバーハング領域は、連結用塩基配列の一部又は全部を含むものであってよい。隣接して連結する2つのDNA材料に含まれる連結用塩基配列は重複しているため、これにより、DNA材料の一本鎖オーバーハング領域と、隣接して連結する他のDNA材料の一本鎖オーバーハング領域とがハイブリダイズ可能な塩基配列を含むものとなる。 The single-strand overhang region designed in advance and the single-strand overhang region formed by exonuclease treatment may contain part or all of the linking base sequence. Since the base sequences for ligation contained in two DNA materials that are adjacently linked overlap each other, this results in a single-stranded overhang region of the DNA material and a single strand of another DNA material that is adjacently linked. It includes a base sequence capable of hybridizing with the overhang region.
DNA材料は、それぞれ連結用塩基配列に隣接した位置に制限酵素により切断される切断部位を有し、かつ当該制限酵素が認識する塩基配列(認識部位)を含むものであってよい。DNA材料に含まれる認識部位は、使用する制限酵素がDNA材料を切断する部位(切断部位)に応じて、目的部分配列中に含まれていてもよく、連結用塩基配列中に含まれていてもよく、目的部分配列と連結用塩基配列にまたがって含まれていてもよい。また、隣接して連結する2つのDNA材料は、切断部位が互いにハイブリダイズ可能な塩基配列を含むものであってもよい。 The DNA material may have a cleavage site cleaved by a restriction enzyme at a position adjacent to the linking base sequence, and may contain a base sequence (recognition site) recognized by the restriction enzyme. The recognition site contained in the DNA material may be contained in the target partial sequence, depending on the site (cleavage site) where the restriction enzyme used cleaves the DNA material, and may be contained in the linking base sequence. It may also be included across the target partial sequence and the linking base sequence. Moreover, two DNA materials connected adjacently may include a base sequence whose cleavage sites can hybridize with each other.
制限酵素は、二本鎖DNAの特定の塩基配列を認識し、認識部位内部、又は認識部位とは異なる部位でDNAを切断する酵素である。制限酵素としては、認識する塩基配列、及び切断する部位の特異性が高いことから、II型制限酵素を使用することが好ましい。II型制限酵素酵素としては、IIP型、IIA型、IIB型、IIS型等を挙げることができる。 A restriction enzyme is an enzyme that recognizes a specific base sequence of double-stranded DNA and cleaves DNA at the site inside the recognition site or at a site different from the recognition site. As a restriction enzyme, a type II restriction enzyme is preferably used because of the high specificity of the base sequence to be recognized and the site to be cleaved. Examples of the type II restriction enzyme include IIP type, IIA type, IIB type, and IIS type.
認識部位内部でDNAを切断する制限酵素としては、例えば、BamHI、ClaI、EcoRI、HindIII、HinfI、HpaII、KpnI、NotI、PstI、SacI、Sau3A及びTaqIを挙げることができる。 Examples of restriction enzymes that cleave DNA inside the recognition site include BamHI, ClaI, EcoRI, HindIII, HinfI, HpaII, KpnI, NotI, PstI, SacI, Sau3A and TaqI.
認識部位とは異なる部位を切断する制限酵素としては、例えば、表1に記載したIIs型制限酵素を挙げることができる。
上述のとおり設計されたDNA材料は、従来公知の遺伝子工学的手法により得ることができる。例えば、設計されたDNA材料の塩基配列を有するオリゴDNA、及びその相補配列を有するオリゴDNAを常法に従って合成し、これらをハイブリダイズさせてdsオリゴDNAを調製することにより、DNA材料を得ることができる。 The DNA material designed as described above can be obtained by a conventionally known genetic engineering technique. For example, a DNA material is obtained by synthesizing an oligo DNA having a base sequence of a designed DNA material and an oligo DNA having a complementary sequence thereof according to a conventional method and then hybridizing them to prepare a ds oligo DNA. Can do.
図2〜図4を参照して、一実施形態に係る製造方法をより具体的に説明する。 The manufacturing method according to the embodiment will be described more specifically with reference to FIGS.
図2は、DNA材料の設計の一例を説明するための図である。図2中、「1」、「2」、「3」、「4」及び「5」で示す領域は、それぞれ目的DNA断片の一部に相当する。目的DNA断片は、「1」、「2」、「3」、「4」及び「5」がこの順に連結したDNA断片に該当する。図2では、それぞれ「1」、「2」、「3」、「4」及び「5」で示す領域に対応する塩基配列を含む、5つのDNA材料(DNA材料(1)〜DNA材料(5))を設計している。DNA材料(1)は、連結用塩基配列(図2中、「BbsI」で示す領域)をその末端に含む。「BbsI」で示す領域には、IIs型制限酵素BbsIの認識部位(図2中、下線で示す)が含まれている。また、DNA材料(2)には、DNA材料(1)と連結する方の末端に「BbsI」で示す領域と同じ塩基配列を有する連結用塩基配列が含まれる。DNA材料(1)とDNA材料(2)は、BbsIにより切断される切断部位が、「BbsI」で示す領域(連結用塩基配列)に隣接した位置に存在するように設計されている(図2の塩基配列中、実線で示した部分で切断される)。また、BbsIで切断した場合に、AGGAからなる粘着末端、及びTCCTからなる粘着末端が生成するため、DNA材料(1)及びDNA材料(2)は、切断部位が互いにハイブリダイズ可能な塩基配列を含むものである。以下、同様の条件を満たすようにして、連結用塩基配列として、「BsgI」で示す領域(IIs型制限酵素BsgIの認識部位を含む。)、「EarI」で示す領域(IIs型制限酵素EarIの認識部位を含む。)、「SapI」で示す領域(IIs型制限酵素SapIの認識部位を含む。)を設計することができる。 FIG. 2 is a diagram for explaining an example of the design of a DNA material. In FIG. 2, the regions indicated by “1”, “2”, “3”, “4” and “5” each correspond to a part of the target DNA fragment. The target DNA fragment corresponds to a DNA fragment in which “1”, “2”, “3”, “4” and “5” are connected in this order. In FIG. 2, five DNA materials (DNA material (1) to DNA material (5) including base sequences corresponding to regions indicated by “1”, “2”, “3”, “4”, and “5”, respectively. )) Is designed. The DNA material (1) includes a base sequence for ligation (a region indicated by “BbsI” in FIG. 2) at its end. The region indicated by “BbsI” includes a recognition site for the IIs type restriction enzyme BbsI (indicated by the underline in FIG. 2). The DNA material (2) includes a linking base sequence having the same base sequence as the region indicated by “BbsI” at the end linked to the DNA material (1). The DNA material (1) and the DNA material (2) are designed so that the cleavage site cleaved by BbsI exists at a position adjacent to the region (base sequence for linking) indicated by “BbsI” (FIG. 2). In the base sequence, the portion indicated by the solid line is cut). Further, when cleaved with BbsI, a sticky end made of AGGA and a sticky end made of TCCT are generated, so that the DNA material (1) and the DNA material (2) have base sequences capable of hybridizing to each other at the cleavage sites. Is included. Hereinafter, in a manner that satisfies the same conditions, a region represented by “BsgI” (including a recognition site for IIs-type restriction enzyme BsgI) and a region represented by “EarI” (IIs-type restriction enzyme EarI The region indicated by “SapI” (including the recognition site of type IIs restriction enzyme SapI) can be designed.
設計したDNA材料(1)〜DNA材料(5)は、例えば、設計されたDNA材料の塩基配列を有するオリゴDNA、及びその相補配列を有するオリゴDNAを常法に従って合成し、これらをハイブリダイズさせてdsオリゴDNAを調製することにより得ることができる。 For the designed DNA material (1) to DNA material (5), for example, an oligo DNA having the base sequence of the designed DNA material and an oligo DNA having a complementary sequence thereof are synthesized according to a conventional method, and these are hybridized. It can be obtained by preparing ds oligo DNA.
上記のように設計及び合成したDNA材料(1)〜DNA材料(5)は、連結用塩基配列が、隣接して連結するDNA材料とそれぞれ同一の塩基配列を有する。この連結用塩基配列を利用し、例えば、特許文献3に記載のGibson法等の利用により連結して前駆DNA断片を得ることができる。また、市販のGibson Assembly Master mix(New England Biolabs社製)を使用して、DNA材料(1)〜DNA材料(5)を連結して前駆DNA断片を得てもよい。
In the DNA material (1) to DNA material (5) designed and synthesized as described above, the base sequences for ligation have the same base sequences as the DNA materials to be linked adjacently. Using this base sequence for ligation, for example, the precursor DNA fragment can be obtained by ligation by utilizing the Gibson method described in
図3は、前駆DNA断片を得る工程の一例を説明するための図である。図3に示すように、まずDNA材料(1)及びDNA材料(2)を5’エキソヌクレアーゼで処理する(ステップ1)。これにより、DNA材料(1)及びDNA材料(2)に、互いに相補的な連結用塩基配列を含む、3’オーバーハング領域が形成される。なお、ステップ1は、次ステップで特異的なハイブリダイズを達成するために一本鎖オーバーハング領域を形成させることを目的としている。したがって、図3に示した例では、5’エキソヌクレアーゼで処理しているが、5’エキソヌクレアーゼに代えて3’エキソヌクレアーゼで処理することでも、ステップ1の目的を達成することができる。3’エキソヌクレアーゼで処理した場合は、互いに相補的な連結用塩基配列を含む、5’オーバーハング領域が形成される。
FIG. 3 is a diagram for explaining an example of a process for obtaining a precursor DNA fragment. As shown in FIG. 3, first, the DNA material (1) and the DNA material (2) are treated with 5 'exonuclease (step 1). As a result, a 3 'overhang region including linking base sequences complementary to each other is formed in the DNA material (1) and the DNA material (2).
次いで、DNA材料(1)及びDNA材料(2)の3’オーバーハング領域をハイブリダイズさせる(ステップ2)。なお、ステップ1で5’エキソヌクレアーゼに代えて3’エキソヌクレアーゼで処理した場合は、5’オーバーハング領域をハイブリダイズさせることになる。
Next, the 3 'overhang regions of the DNA material (1) and the DNA material (2) are hybridized (step 2). When treated with 3 'exonuclease in
ハイブリダイズ後、DNAポリメラーゼで処理することにより、ギャップ(すなわち、5’エキソヌクレアーゼにより消化された連結用塩基配列以外の塩基配列。なお、ステップ1で5’エキソヌクレアーゼに代えて3’エキソヌクレアーゼで処理した場合は、3’エキソヌクレアーゼにより消化された連結用塩基配列以外の塩基配列。)が埋められる(ステップ3)。
After hybridization, a gap (that is, a base sequence other than the base sequence for ligation digested with 5 ′ exonuclease is treated with DNA polymerase to replace 3 ′ exonuclease with 5 ′ exonuclease in
次いで、DNAリガーゼで処理することにより、ニック(すなわち、ホスホジエステル結合が欠如している部分)が繋ぎ合わされ(ステップ4)、前駆DNA断片が得られる(ステップ5)。なお、図3には、簡略化のため、DNA材料(1)とDNA材料(2)の連結部分のみを記載しているが、DNA材料(1)〜DNA材料(5)を全て混在させた状態で、図3に示す工程を実施することもできる。 Then, by treating with DNA ligase, the nicks (ie, the portion lacking the phosphodiester bond) are joined together (step 4), and a precursor DNA fragment is obtained (step 5). In FIG. 3, for the sake of simplicity, only the connecting portion of the DNA material (1) and the DNA material (2) is shown, but all of the DNA material (1) to the DNA material (5) are mixed. In the state, the process shown in FIG. 3 can also be performed.
また、DNA材料(1)〜DNA材料(5)を合成する際、図3のステップ4で示される状態となるように、一端又は両端に一本鎖オーバーハング領域を有するdsオリゴDNAを設計及び合成することで、図3のステップ1〜ステップ3(すなわち、5’エキソヌクレアーゼ処理及びDNAポリメラーゼ処理)を省略することもできる。
In addition, when synthesizing DNA material (1) to DNA material (5), a ds oligo DNA having a single-stranded overhang region at one end or both ends is designed and set so as to be in the state shown in
ステップ1の5’エキソヌクレアーゼ処理は、T5エキソヌクレアーゼ、T7エキソヌクレアーゼ、ラムダ エキソヌクレアーゼ(ラムダファージのRedA)、RacプロファージのRecE、3’エキソヌクレアーゼ活性を欠く非耐熱性5’エキソヌクレアーゼ、dNTPの非存在下でT5 DNAポリメラーゼ等の5’エキソヌクレアーゼにより行うことができる。3’エキソヌクレアーゼ処理は、エキソヌクレアーゼIII、KOD DNAポリメラーゼ等の3’エキソヌクレアーゼにより行うことができる。5’エキソヌクレアーゼ処理、又は3’エキソヌクレアーゼ処理等により形成される一本鎖オーバーハング領域は、ハイブリダイズのために充分な長さが確保されていることが好ましい。当業者であれば特異的なハイブリダイズを達成するために最適な長さを容易に設定することができる。具体的には、一本鎖オーバーハング領域の長さは、20〜100塩基長であってよく、好ましくは40〜100塩基長であってよく、更に好ましくは60〜100塩基長である。
The 5 ′ exonuclease treatment of
ステップ2のハイブリダイズは、常法に従って行うことができる。また、ハイブリダイズ時に、ポリエチレングリコール(PEG)、フィコール(Ficoll)、デキストラン等の密集剤を添加することにより、ハイブリダイズを促進することができる。
Hybridization in
ステップ3のDNAポリメラーゼ処理は、ハイブリダイズ後に残存する一本鎖ギャップ部分を、DNAポリメラーゼによるDNA伸長反応によって二本鎖化する処理である。使用するDNAポリメラーゼとしては、例えば、DNAポリメラーゼI、DNAポリメラーゼII、DNAポリメラーゼIII等のDNAポリメラーゼを挙げることができる。DNAポリメラーゼのより具体的な例として、PhusionTMポリメラーゼ、VENTRTMポリメラーゼ、Taqポリメラーゼ、Deep Ventポリメラーゼ、Pfuポリメラーゼ、9°Nmポリメラーゼ等を挙げることができる。中でも、PhusionTMポリメラーゼは、高い正確性を示すので望ましい。
The DNA polymerase treatment in
ステップ4のDNAリガーゼ処理は、形成されたニックをDNAリガーゼにより封着する処理である。DNAリガーゼとしては、例えば、Taqリガーゼ、Ampligase Thermostable DNAリガーゼ(Epicentre Biotechnologies社製)、Thermostable Tfi DNAリガーゼ(Bioneer, Inc社製)等を挙げることができる。
The DNA ligase treatment in
上記のようにして得られた前駆DNA断片は、適切な制限酵素(ここでは、IIs型制限酵素BbsI、BsgI、EarI及びSapI)で処理することにより、不要配列(連結用塩基配列)が除去され、所望の塩基配列を有する目的DNA断片(ここでは、「1」、「2」、「3」、「4」及び「5」がこの順に連結したDNA断片)を得ることができる。 The precursor DNA fragment obtained as described above is treated with an appropriate restriction enzyme (here, type IIs restriction enzymes BbsI, BsgI, EarI, and SapI) to remove unnecessary sequences (ligation base sequences). A target DNA fragment having a desired base sequence (here, a DNA fragment in which “1”, “2”, “3”, “4” and “5” are connected in this order) can be obtained.
図4は、目的DNA断片を得る工程の一例を説明するための図である。まず、前駆DNA断片をIIs型制限酵素BbsIで処理して切断する。BbsIの切断部位(2カ所)が互いに相補的な塩基配列を有する粘着末端であるため、これらがハイブリダイズすることにより、前駆DNA断片から連結用塩基配列(「BbsI」で示す領域)が除去されたものが得られる。図2及び図4に示した「BbsI」で示す領域の塩基配列からわかるように、DNA材料(1)及びDNA材料(2)は、IIs型制限酵素の認識部位を含む連結用塩基配列が回分構造となるように設計されており、かつ認識部位は当該IIs型制限酵素で処理したときにDNA材料(1)及びDNA材料(2)の内側をそれぞれ切断する向きに配置されている。したがって、認識部位を認識するIIs型制限酵素で処理することにより、認識部位を含む連結用塩基配列(不要配列)を除去することができる。また、連結用塩基配列である、「BsgI」で示す領域、「EarI」で示す領域、及び「SapI」で示す領域も同様に設計されている(図示せず)。 FIG. 4 is a diagram for explaining an example of a process for obtaining a target DNA fragment. First, the precursor DNA fragment is cleaved by treating with type IIs restriction enzyme BbsI. Since the BbsI cleavage sites (2 sites) are cohesive ends having complementary base sequences, the base sequences for ligation (regions indicated by “BbsI”) are removed from the precursor DNA fragments by hybridizing them. Can be obtained. As can be seen from the base sequence of the region indicated by “BbsI” shown in FIG. 2 and FIG. 4, the DNA material (1) and the DNA material (2) have a linking base sequence containing a recognition site for a type IIs restriction enzyme. It is designed to have a structure, and the recognition site is arranged in such a direction as to cut the inside of the DNA material (1) and the DNA material (2) when treated with the type IIs restriction enzyme. Therefore, by treating with a type IIs restriction enzyme that recognizes the recognition site, the linking base sequence (unnecessary sequence) containing the recognition site can be removed. In addition, the region indicated by “BsgI”, the region indicated by “EarI”, and the region indicated by “SapI”, which are linking base sequences, are similarly designed (not shown).
使用するIIs型制限酵素種類及び認識部位を適切に設計することで、同一反応容器内で連続的に複数のIIs型制限酵素で処理して、複数の連結用塩基配列(不要配列)を除去することが可能である。例えば、前駆DNA断片中で、目的部分配列を介して隣り合う連結用塩基配列に含まれるIIs型制限酵素により認識される塩基配列を、それぞれ異なる塩基配列とすること(すなわち、それぞれ異なるIIs型制限酵素で認識される塩基配列)ができる。 By appropriately designing the type of IIs restriction enzyme and the recognition site to be used, a plurality of type IIs restriction enzymes are continuously treated in the same reaction vessel to remove a plurality of linking base sequences (unnecessary sequences). It is possible. For example, in the precursor DNA fragment, the base sequences recognized by the type IIs restriction enzyme contained in the base sequence for linking adjacent to each other through the target partial sequence are set to different base sequences (that is, different type IIs restriction). Base sequence recognized by the enzyme).
なお、制限酵素処理の最適条件は、制限酵素のメーカー推奨の条件、すなわちメーカー付属のバッファーを使用し、推奨の温度及び時間を挙げることができる。また制限酵素BsgIのように必要に応じてSAMを添加することが好ましい。 The optimum conditions for restriction enzyme treatment can be the conditions recommended by the manufacturer of the restriction enzyme, that is, the recommended temperature and time using a buffer attached to the manufacturer. Moreover, it is preferable to add SAM as needed like restriction enzyme BsgI.
制限酵素処理により生じたニックは、前駆DNA断片の製造の際と同様に、DNAリガーゼにより封着することができる。 Nicks generated by the restriction enzyme treatment can be sealed with DNA ligase, as in the production of the precursor DNA fragment.
本発明はまた、上述した方法により得られるDNA断片にも関する。 The present invention also relates to a DNA fragment obtained by the method described above.
本発明はまた、上述したDNA材料をオリゴDNAとして含む、所望の塩基配列を有するDNA断片を製造するためのキットにも関する。一実施形態に係るキットは、2つ以上のオリゴDNAを含み、オリゴDNAは、それぞれ、所望の塩基配列の連続した一部の塩基配列と、他のDNA材料との連結に使用する連結用塩基配列とを含み、オリゴDNAには、制限酵素により認識される塩基配列が、オリゴDNAの連結後に当該制限酵素で処理することにより、連結用塩基配列が除去され、かつ連結用塩基配列を介して隣接する所望の塩基配列の連続した一部の塩基配列が、制限酵素で切断された部位同士で連結可能なように配置されており、オリゴDNAは、全て連結したときに所望の塩基配列を網羅するものである。 The present invention also relates to a kit for producing a DNA fragment having a desired base sequence, which contains the above-described DNA material as an oligo DNA. The kit according to one embodiment includes two or more oligo DNAs, and each oligo DNA is a base for ligation used for linking a partial base sequence of a desired base sequence and another DNA material. In the oligo DNA, the base sequence recognized by the restriction enzyme is treated with the restriction enzyme after the oligo DNA is ligated to remove the base sequence for ligation, and A part of the base sequence that is adjacent to the desired base sequence is arranged so that it can be ligated at the sites cleaved by restriction enzymes, and the oligo DNA covers the desired base sequence when all of them are linked. To do.
本実施形態に係るキットは、更に、DNAリガーゼ、DNAポリメラーゼ及び制限酵素からなる群より選択される少なくとも1種を含むものであってもよい。DNAリガーゼ、DNAポリメラーゼ及び制限酵素の好ましい態様は、上述したとおりである。 The kit according to this embodiment may further include at least one selected from the group consisting of DNA ligase, DNA polymerase, and restriction enzyme. Preferred embodiments of the DNA ligase, DNA polymerase and restriction enzyme are as described above.
以下、実施例に基づいて本発明をより具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, based on an Example, this invention is demonstrated more concretely. However, the present invention is not limited to the following examples.
〔実施例1:目的DNA断片(高GC含量)の製造〕
クモ糸タンパク質由来の塩基配列を参考にして設計した、配列番号11で示される塩基配列を有するDNA断片を以下の方法で製造した。[Example 1: Production of target DNA fragment (high GC content)]
A DNA fragment having the base sequence represented by SEQ ID NO: 11 designed with reference to the base sequence derived from spider silk protein was produced by the following method.
(1)オリゴDNAの設計及び合成
配列番号1〜10で示される塩基配列を有する計10種類のオリゴDNA(以下、単に配列番号1のオリゴDNA等ともいう。)を設計し、合成した(株式会社ファスマック委託合成)。(1) Design and synthesis of oligo DNA A total of 10 types of oligo DNAs having the nucleotide sequences shown in SEQ ID NOs: 1 to 10 (hereinafter also simply referred to as oligo DNAs of SEQ ID NO: 1) were designed and synthesized (stocks) Company Fasmac commissioned synthesis).
配列番号1のオリゴDNA(Seg1 seal30 F)と配列番号2のオリゴDNA(Seg1 seal30 R)、配列番号3のオリゴDNA(Seg2 seal30 F)と配列番号4のオリゴDNA(Seg2 seal30 R)、配列番号5のオリゴDNA(Seg3 seal30 F)と配列番号6のオリゴDNA(Seg3 seal30 R)、配列番号7のオリゴDNA(Seg4 seal30 F)と配列番号8のオリゴDNA(Seg4 seal30 R)、及び配列番号9のオリゴDNA(Seg5 seal30 F)と配列番号10のオリゴDNA(Seg5 seal30 R)は、それぞれが相補的な塩基配列を有している。 SEQ ID NO: 1 oligo DNA (Seg1 seal30 F), SEQ ID NO: 2 oligo DNA (Seg1 seal30 R), SEQ ID NO: 3 oligo DNA (Seg2 seal30 F), SEQ ID NO: 4 oligo DNA (Seg2 seal30 R), SEQ ID NO: 5 oligo DNA (Seg3seal30F), SEQ ID NO: 6 oligo DNA (Seg3seal30R), SEQ ID NO: 7 oligo DNA (Seg4seal30F), SEQ ID NO: 8 oligo DNA (Seg4seal30R), and SEQ ID NO: 9 Each of the oligo DNA (Seg5 seal30 F) and the oligo DNA of SEQ ID NO: 10 (Seg5 seal30 R) have complementary base sequences.
配列番号1のオリゴDNAの3’末端の30塩基対の領域は、配列番号3のオリゴDNAの5’末端の30塩基対の領域と同一の塩基配列を有しており(連結用塩基配列)、当該連結用塩基配列中には、IIs型制限酵素BbsIにより認識される塩基配列(5’−GAAGAC−3’)が含まれる。
配列番号3のオリゴDNAの3’末端の28塩基対の領域は、配列番号5のオリゴDNAの5’末端の28塩基対の領域と同一の塩基配列を有しており(連結用塩基配列)、当該連結用塩基配列中には、IIs型制限酵素BsgIにより認識される塩基配列(5’−GTGCAG−3’)が含まれる。
配列番号5のオリゴDNAの3’末端の30塩基対の領域は、配列番号7のオリゴDNAの5’末端の30塩基対の領域と同一の塩基配列を有しており(連結用塩基配列)、当該連結用塩基配列中には、IIs型制限酵素EarIにより認識される塩基配列(5’−CTCTTC−3’)が含まれる。
配列番号7のオリゴDNAの3’末端の30塩基対の領域は、配列番号9のオリゴDNAの5’末端の30塩基対の領域と同一の塩基配列を有しており(連結用塩基配列)、当該連結用塩基配列中には、IIs型制限酵素SapIにより認識される塩基配列(5’−GCTCTTC−3’)が含まれる。
また、IIs型制限酵素で切断した後に生じる粘着末端(スティッキー・エンド)は、それぞれ相補的となるような塩基配列を有している。The region of 30 base pairs at the 3 ′ end of the oligo DNA of SEQ ID NO: 1 has the same base sequence as the region of 30 base pairs at the 5 ′ end of the oligo DNA of SEQ ID NO: 3 (linkage base sequence) The base sequence for ligation includes the base sequence (5′-GAAGAC-3 ′) recognized by the type IIs restriction enzyme BbsI.
The 28 base pair region at the 3 ′ end of the oligo DNA of SEQ ID NO: 3 has the same base sequence as the 28 base pair region at the 5 ′ end of the oligo DNA of SEQ ID NO: 5 (linkage base sequence). The base sequence for ligation includes a base sequence (5′-GTGCAG-3 ′) recognized by the type IIs restriction enzyme BsgI.
The region of 30 base pairs at the 3 ′ end of the oligo DNA of SEQ ID NO: 5 has the same base sequence as the region of 30 base pairs at the 5 ′ end of the oligo DNA of SEQ ID NO: 7 (linking base sequence) In the linking base sequence, a base sequence (5′-CTCTTC-3 ′) recognized by the IIs type restriction enzyme EarI is included.
The 30 base pair region at the 3 ′ end of the oligo DNA of SEQ ID NO: 7 has the same base sequence as the 30 base pair region at the 5 ′ end of the oligo DNA of SEQ ID NO: 9 (base sequence for linking) The base sequence for ligation includes a base sequence (5′-GCTCTTC-3 ′) recognized by the type IIs restriction enzyme SapI.
In addition, sticky ends (sticky ends) generated after cleaving with a type IIs restriction enzyme have base sequences that are complementary to each other.
(2)dsオリゴDNAの連結(前駆DNA断片の合成)
配列番号1のオリゴDNAと配列番号2のオリゴDNAをハイブリダイズさせ、dsオリゴDNA(Seg1 seal30)を得た。配列番号3のオリゴDNAと配列番号4のオリゴDNAをハイブリダイズさせ、dsオリゴDNA(Seg2 seal30)を得た。配列番号5のオリゴDNAと配列番号6のオリゴDNAをハイブリダイズさせ、dsオリゴDNA(Seg3 seal30)を得た。配列番号7のオリゴDNAと配列番号8のオリゴDNAをハイブリダイズさせ、dsオリゴDNA(Seg4 seal30)を得た。配列番号9のオリゴDNAと配列番号10のオリゴDNAをハイブリダイズさせ、dsオリゴDNA(Seg5 seal30)を得た。(2) Ligation of ds oligo DNA (synthesis of precursor DNA fragment)
The oligo DNA of SEQ ID NO: 1 and the oligo DNA of SEQ ID NO: 2 were hybridized to obtain a ds oligo DNA (Seg1 seal30). The oligo DNA of SEQ ID NO: 3 and the oligo DNA of SEQ ID NO: 4 were hybridized to obtain ds oligo DNA (Seg2 seal30). The oligo DNA of SEQ ID NO: 5 and the oligo DNA of SEQ ID NO: 6 were hybridized to obtain ds oligo DNA (Seg3 seal30). The oligo DNA of SEQ ID NO: 7 and the oligo DNA of SEQ ID NO: 8 were hybridized to obtain a ds oligo DNA (Seg4 seal30). The oligo DNA of SEQ ID NO: 9 and the oligo DNA of SEQ ID NO: 10 were hybridized to obtain a ds oligo DNA (Seg5 seal30).
Seg1 seal30〜Seg5 seal30の5種類のdsオリゴDNAをモル濃度{濃度(ng/μL)/断片の長さ(bp)}が当量になるようにそれぞれ混合した。混合液(10μL)に等量のGibson Assembly Master mix(New England Biolabs社製)を添加し、50℃で1時間反応させた。すなわち、5’エキソヌクレアーゼにより、各dsオリゴDNAの両端において、3’末端が突出した一本鎖のオーバーハング領域を生成させた。当該オーバーハング領域は、各dsオリゴDNAの連結用塩基配列部分の一部又は全部を含んでおり、相補的な塩基配列を有する他のdsオリゴDNAの一本鎖オーバーハング領域とアニーリングする。次いで、DNAポリメラーゼにより、アニーリングしたdsオリゴDNA断片の間のギャップを埋め、更にDNAリガーゼにより、ニックを繋ぎ合わせて連結し、前駆DNA断片を得た。前駆DNA断片は、配列番号1で示される塩基配列−配列番号3で示される塩基配列−配列番号5で示される塩基配列−配列番号7で示される塩基配列−配列番号9で示される塩基配列をこの順で繋ぎ、かつ各塩基配列の繋ぎ目において、連結用塩基配列を1つ除外した塩基配列を有する。 Five types of ds oligo DNA of Seg1 seal30 to Seg5 seal30 were mixed so that the molar concentration {concentration (ng / μL) / fragment length (bp)} was equivalent. An equal amount of Gibson Assembly Master mix (manufactured by New England Biolabs) was added to the mixture (10 μL), and the mixture was reacted at 50 ° C. for 1 hour. That is, 5 ′ exonuclease generated single-stranded overhang regions with protruding 3 ′ ends at both ends of each ds oligo DNA. The overhang region includes part or all of the base sequence portion for linking each ds oligo DNA, and is annealed with a single-stranded overhang region of another ds oligo DNA having a complementary base sequence. Next, the gap between the annealed ds oligo DNA fragments was filled with DNA polymerase, and nicks were joined and ligated with DNA ligase to obtain a precursor DNA fragment. The precursor DNA fragment comprises a base sequence represented by SEQ ID NO: 1-a base sequence represented by SEQ ID NO: 3-a base sequence represented by SEQ ID NO: 5-a base sequence represented by SEQ ID NO: 7-a base sequence represented by SEQ ID NO: 9 The base sequences are connected in this order, and each base sequence has a base sequence from which one base sequence for connection is excluded.
なお、配列番号1〜10のオリゴDNAに代えて、配列番号1〜10のオリゴDNAにおいて、3’末端又は5’末端の約30bpの連結用塩基配列を欠失させた短いオリゴDNAを使用することにより、ハイブリダイズさせた時点で一本鎖のオーバーハング領域を有するdsオリゴDNAを調製することができる。この場合、上記5’エキソヌクレアーゼ及びDNAポリメラーゼでの処理を省くことができ、一本鎖オーバーハング領域のアニーリングに引き続き、DNAリガーゼで処理してニックを繋ぎ合わせて連結することで、前駆DNA断片を得ることができる。 Instead of the oligo DNAs of SEQ ID NOs: 1 to 10, a short oligo DNA in which the base sequence for ligation of about 30 bp at the 3 ′ end or 5 ′ end is deleted from the oligo DNA of SEQ ID NOs: 1 to 10 is used. Thus, ds oligo DNA having a single-stranded overhang region can be prepared at the time of hybridization. In this case, the treatment with the 5 ′ exonuclease and DNA polymerase can be omitted, and the precursor DNA fragment can be ligated by ligation by ligation by treatment with DNA ligase following the annealing of the single-stranded overhang region. Can be obtained.
得られた前駆DNA断片は、pUC19を改良したクローニングベクター(lac promoterからlacZの領域を削除し、配列内に含まれるEarIの認識サイトCTCTTCをCTCCTCに置換した配列を有する)にクローニングした。NEB(登録商標) Turbo Competent E. coliコンピテントセル(New England Biolabs社製(品番:C2984I))100μLに当該クローニングベクター4μLを添加し、穏やかに混和した。氷上に15分間静置後、42℃で30秒間ヒートショックを行った。再び氷上に戻して2分間静置後、SOC培地(塩化ナトリウム10g/L,トリプトン10g/L,酵母エキス5g/L,グルコース40mM,硫酸マグネシウム20mM,塩化マグネシウム20mM)を900μL添加し、37℃で約30分間インキュベートした。インキュベート後、5000rpm、3分間の条件で遠心分離した。上清900μLを除去し、残液で沈澱画分を再懸濁し、LB+ampプレートに塗布した。37℃で12時間培養し、形成されたコロニーについて、下記の方法でコロニーPCRを行った。 The obtained precursor DNA fragment was cloned into a cloning vector obtained by improving pUC19 (having a sequence in which the region of lacZ was deleted from lac promoter and the EarI recognition site CTCTTC contained in the sequence was replaced with CTCCTC). NEB (R) Turbo Competent E.I. 4 μL of the cloning vector was added to 100 μL of E. coli competent cells (manufactured by New England Biolabs (product number: C2984I)) and mixed gently. After standing for 15 minutes on ice, a heat shock was performed at 42 ° C. for 30 seconds. Return to ice again and let stand for 2 minutes, then add 900 μL of SOC medium (sodium chloride 10 g / L, tryptone 10 g / L, yeast extract 5 g / L, glucose 40 mM, magnesium sulfate 20 mM, magnesium chloride 20 mM) at 37 ° C. Incubated for about 30 minutes. After incubation, the mixture was centrifuged at 5000 rpm for 3 minutes. 900 μL of the supernatant was removed, and the precipitated fraction was resuspended with the remaining liquid and applied to an LB + amp plate. After culturing at 37 ° C. for 12 hours, colony PCR was performed on the formed colonies by the following method.
形成されたコロニーを爪楊枝でピックアップし、9.2μLの滅菌水、Primer F(配列番号12)0.4μL、Primer R(配列番号13)0.4μL、PrimeSTAR(登録商標) Max DNA Polymerase(タカラバイオ株式会社製)10μLの入った1.5mlチューブに無菌的に添加した。サーマルサイクラー(Applied Biosystems社 Veriti)にチューブをセットして下記の条件でPCRを行った。
(i)98℃で1分間
(ii)98℃で10秒間、50℃で5秒間、72℃で20秒間を30回繰り返す
(iii)72℃で2分間The formed colonies were picked up with a toothpick, 9.2 μL of sterile water, Primer F (SEQ ID NO: 12) 0.4 μL, Primer R (SEQ ID NO: 13) 0.4 μL, PrimeSTAR (registered trademark) Max DNA Polymerase (Takara Bio) Aseptically added to a 1.5 ml tube containing 10 μL. A tube was set in a thermal cycler (Applied Biosystems Veriti), and PCR was performed under the following conditions.
(I) 1 minute at 98 ° C (ii) 10 times at 98 ° C, 5 seconds at 50 ° C, and 20 seconds at 72 ° C 30 times (iii) 2 minutes at 72 ° C
PCR後、当該増幅されたDNA断片を用い、下記の方法でシークエンス反応を行うまで、4℃で保存した。
上記増幅DNA断片(200〜600ng/μL)3μLに、滅菌水11μL、5×Sequence Buffer 4μL、Primer R(10pmol)1μL(配列番号13)及びBigDye(登録商標) Terminator v3.1 Ready Reaction Mix(Thermo Fisher Scientific Inc.社製)1μLを添加し、(1)96℃で1分間、(2)96℃で10秒間、50℃で5秒間、60℃で4分間を25回繰り返し、15℃で保存した。After PCR, the amplified DNA fragment was used and stored at 4 ° C. until a sequencing reaction was performed by the following method.
To 3 μL of the amplified DNA fragment (200 to 600 ng / μL), sterilized water 11 μL, 5 ×
15℃で保存していたシークエンス反応終了液20μLに、125mM EDTA 5μL、100%エタノール 60μLを添加、混合し、暗所で15分間静置した。静置後、10,000×gで20分間遠心分離し、上清をピペットで除去した。沈殿画分に70%エタノールを60μL添加し、10,000×gで10分間遠心分離し上清をピペットで除去した。65℃インキュベーター中に10分間静置して乾燥させた。乾燥後、Hidi ホルムアミドを20μL添加し、十分に攪拌した。当該攪拌液をシークエンス用96 wellプレートに全量添加し、シークエンサー(Applied Biosystems社製,3730 DNA Analyzer)にセットし、塩基配列を確認した。また、増幅DNA断片のサイズをアガロースゲル電気泳動により確認した。その結果、理論サイズ(1948bp)付近にバンドが確認でき、塩基配列も理論配列と一致することが確認できた。 To 20 μL of the sequencing reaction completed solution stored at 15 ° C., 5 μL of 125 mM EDTA and 60 μL of 100% ethanol were added, mixed, and allowed to stand in the dark for 15 minutes. After standing, it was centrifuged at 10,000 × g for 20 minutes, and the supernatant was removed with a pipette. 60 μL of 70% ethanol was added to the precipitate fraction, centrifuged at 10,000 × g for 10 minutes, and the supernatant was removed with a pipette. It was left to stand in a 65 ° C. incubator for 10 minutes to dry. After drying, 20 μL of Hidi formamide was added and stirred thoroughly. The entire amount of the stirring solution was added to a 96-well plate for sequencing, and set in a sequencer (Applied Biosystems, 3730 DNA Analyzer) to confirm the base sequence. The size of the amplified DNA fragment was confirmed by agarose gel electrophoresis. As a result, a band was confirmed in the vicinity of the theoretical size (1948 bp), and it was confirmed that the base sequence also coincided with the theoretical sequence.
(3)制限酵素処理による不要配列(連結用塩基配列)の除去
上記(2)で得た前駆DNA断片を含むプラスミドDNAより、不要配列(連結用塩基配列)を以下の方法で除去した。(3) Removal of unnecessary sequence (base sequence for ligation) by restriction enzyme treatment The unnecessary sequence (base sequence for ligation) was removed from the plasmid DNA containing the precursor DNA fragment obtained in (2) above by the following method.
[BbsI処理]
上記(2)で得た前駆DNA断片を含むプラスミドDNA50μgに、滅菌水890μL、Cutsmart Buffer(New England Biolabs Japan Inc.社製,品番:B7204S)100μL、IIs型制限酵素BbsI(5U/μL)を10μL添加し、37℃で60分間反応後、65℃で20分間処理した。反応液を15℃に冷却した後、当該反応液1000μLに対して100mM ATPを10μL、T4 DNAリガーゼ(2000U/μL)を1μLとなるように添加し、16℃で60分間反応後、65℃で10分間処理した。[BbsI processing]
50 μg of the plasmid DNA containing the precursor DNA fragment obtained in the above (2), sterilized water 890 μL, Cutsmart Buffer (New England Biolabs Japan Inc., product number: B7204S) 100 μL, type IIs restriction enzyme BbsI (5 U / μL) The mixture was added and reacted at 37 ° C for 60 minutes, and then treated at 65 ° C for 20 minutes. After the reaction solution is cooled to 15 ° C., 10 μL of 100 mM ATP and 1 μL of T4 DNA ligase (2000 U / μL) are added to 1000 μL of the reaction solution, reacted at 16 ° C. for 60 minutes, and then at 65 ° C. Treated for 10 minutes.
[BsgI処理]
BbsI処理後の処理液を15℃に冷却した後、当該処理液にBsgI(5U/μL)10μL、SAM(80mM)2.5μLを添加し、37℃で60分間反応後、65℃で20分間処理した。反応液を15℃に冷却した後、当該反応液1000μLに対して100mM ATPを10μL、T4 DNAリガーゼ(2000U/μL)を1μLとなるように添加し、16℃で60分間反応後、65℃で10分間処理した。[BsgI processing]
After cooling the treatment solution after the treatment with BbsI to 15 ° C., 10 μL of BsgI (5 U / μL) and 2.5 μL of SAM (80 mM) are added to the treatment solution, reacted at 37 ° C. for 60 minutes, and then at 65 ° C. for 20 minutes. Processed. After the reaction solution is cooled to 15 ° C., 10 μL of 100 mM ATP and 1 μL of T4 DNA ligase (2000 U / μL) are added to 1000 μL of the reaction solution, reacted at 16 ° C. for 60 minutes, and then at 65 ° C. Treated for 10 minutes.
[EarI処理]
BbsI及びBsgI処理後の処理液を15℃に冷却した後、当該処理液にEarI(20U/μL)を2.5μL添加し、37℃で60分間反応後、65℃で20分間処理した。反応液を15℃に冷却した後、当該反応液1000μLに対して100mM ATPを10μL、T4 DNAリガーゼ(2000U/μL)を1μLとなるように添加し、16℃で60分間反応後、65℃で10分間処理した。[EarI processing]
After the treatment solution after the treatment with BbsI and BsgI was cooled to 15 ° C., 2.5 μL of EarI (20 U / μL) was added to the treatment solution, reacted at 37 ° C. for 60 minutes, and then treated at 65 ° C. for 20 minutes. After the reaction solution is cooled to 15 ° C., 10 μL of 100 mM ATP and 1 μL of T4 DNA ligase (2000 U / μL) are added to 1000 μL of the reaction solution, reacted at 16 ° C. for 60 minutes, and then at 65 ° C. Treated for 10 minutes.
[SapI処理]
BbsI、BsgI及びEarI処理後の処理液を15℃に冷却した後、当該処理液にSapI(10U/μL)を5μL添加し、37℃で60分間反応後、65℃で20分間処理した。反応液を15℃に冷却した後、当該反応液1000μLに対して100mM ATPを10μL、T4 DNAリガーゼ(2000U/μL)を1μLとなるように添加し、16℃で60分間反応後、65℃で10分間処理した。[SapI processing]
The treatment solution after the treatment with BbsI, BsgI and EarI was cooled to 15 ° C., 5 μL of SapI (10 U / μL) was added to the treatment solution, reacted at 37 ° C. for 60 minutes, and then treated at 65 ° C. for 20 minutes. After the reaction solution is cooled to 15 ° C., 10 μL of 100 mM ATP and 1 μL of T4 DNA ligase (2000 U / μL) are added to 1000 μL of the reaction solution, reacted at 16 ° C. for 60 minutes, and then at 65 ° C. Treated for 10 minutes.
[精製]
BbsI、BsgI、EarI及びSapI処理後の処理液から、Wizard(登録商標) SV Gel and PCR Clean−Up System(Promega社製,製品番号A9280)を用い、添付のカタログに従って処理し、プラスミドDNAを精製した。[Purification]
Plasmid DNA is purified from the treated solution after treatment with BbsI, BsgI, EarI and SapI using Wizard (registered trademark) SV Gel and PCR Clean-Up System (Promega, product number A9280) according to the attached catalog. did.
[形質転換]
NEB(登録商標) Turbo Competent E. coliコンピテントセル(New England Biolabs社製(品番:C2984I))100μLに上記回収プラスミドDNAを4μL添加し、穏やかに混和した。氷上に15分間静置後、42℃で30秒間ヒートショックを行った。再び氷上に戻して2分間静置後、SOC培地を900μL添加し、37℃で約30分間インキュベートした。インキュベート後、5000rpm、3分間の条件で遠心分離した。上清900μLを除去し、残液で沈澱画分を再懸濁し、LB+ampプレートに塗布した。[Transformation]
NEB (R) Turbo Competent E.I. 4 μL of the recovered plasmid DNA was added to 100 μL of E. coli competent cells (manufactured by New England Biolabs (product number: C2984I)) and mixed gently. After standing for 15 minutes on ice, a heat shock was performed at 42 ° C. for 30 seconds. After returning to ice again and allowing to stand for 2 minutes, 900 μL of SOC medium was added and incubated at 37 ° C. for about 30 minutes. After incubation, the mixture was centrifuged at 5000 rpm for 3 minutes. 900 μL of the supernatant was removed, and the precipitated fraction was resuspended with the remaining liquid and applied to an LB + amp plate.
[プラスミドDNA抽出]
37℃で12時間培養し、形成されたコロニーを爪楊枝でピックアップし、1.5mlのLB+amp液の入ったカルチャーチューブに無菌的に添加した。蓋をして、37℃、200rpmの条件で一晩培養した。培養液を1.5mlチューブに移し、14,000rpmで5分間遠心分離した。上清を捨て、AccuPrep(登録商標) Plasmid Extraction Kit(Bioneer社製,(品番:K3030))を用いて、キットに添付のマニュルアルに従ってプラスミドを抽出した。[Plasmid DNA extraction]
After culturing at 37 ° C. for 12 hours, the formed colony was picked up with a toothpick and aseptically added to a culture tube containing 1.5 ml of LB + amp solution. The lid was capped and cultured overnight at 37 ° C. and 200 rpm. The culture was transferred to a 1.5 ml tube and centrifuged at 14,000 rpm for 5 minutes. The supernatant was discarded, and the plasmid was extracted using AccuPrep (registered trademark) Plasmid Extraction Kit (manufactured by Bioneer, (product number: K3030)) according to the manual attached to the kit.
[シークエンス解析]
抽出したプラスミドDNA(200〜600ng/μL)1μLに、滅菌水11μL、5×Sequence Buffer 4μL、Primer R(10pmol)1μL(配列番号13)及びBigDye(登録商標) Terminator v3.1 Ready Reaction Mix(Thermo Fisher Scientific Inc.社製)1μLを添加し、(1)96℃で1分間、(2)96℃で10秒間、50℃で5秒間、60℃で4分間を25回繰り返し、15℃で保存した。[Sequence analysis]
To 1 μL of the extracted plasmid DNA (200 to 600 ng / μL), sterilized water 11 μL, 5 ×
15℃で保存していたシークエンス反応終了液20μLに、125mM EDTA 5μL、100%エタノール 60μLを添加、混合し、暗所で15分間静置した。静置後、10,000×gで20分間遠心分離し、上清をピペットで除去した。沈殿画分に70%エタノールを60μL添加し、上清をピペットで除去した。65℃インキュベーター中に10分間静置して乾燥させた。乾燥後、Hi−di ホルムアミドを20μL添加し、十分に攪拌した。当該攪拌液をシークエンス用96wellプレートに全量添加し、シークエンサー(Applied Biosystems社製,3730 DNA Analyzer)にセットし、配列を確認した。 To 20 μL of the sequencing reaction completed solution stored at 15 ° C., 5 μL of 125 mM EDTA and 60 μL of 100% ethanol were added, mixed, and allowed to stand in the dark for 15 minutes. After standing, it was centrifuged at 10,000 × g for 20 minutes, and the supernatant was removed with a pipette. 60 μL of 70% ethanol was added to the precipitate fraction, and the supernatant was removed with a pipette. It was left to stand in a 65 ° C. incubator for 10 minutes to dry. After drying, 20 μL of Hi-di formamide was added and sufficiently stirred. The whole amount of the stirring solution was added to a 96-well plate for sequencing, and set in a sequencer (Applied Biosystems, 3730 DNA Analyzer) to confirm the sequence.
その結果、制限酵素により認識される塩基配列等を含む連結用塩基配列(不要配列)が除去された理論配列(配列番号11)と一致する塩基配列(所望の塩基配列)を有するDNA断片が得られたことが確認できた。 As a result, a DNA fragment having a base sequence (desired base sequence) that matches the theoretical sequence (SEQ ID NO: 11) from which the linking base sequence (unnecessary sequence) including the base sequence recognized by the restriction enzyme has been removed is obtained. I was able to confirm.
Claims (16)
(1)2つ以上のDNA材料を連結して、所望の塩基配列の一部と、連結用塩基配列とが交互に並んだ前駆DNA断片を得る工程と、
(2)前駆DNA断片を制限酵素で処理し、連結用塩基配列を除去して所望の塩基配列を有するDNA断片を得る工程と、を備え、
前駆DNA断片には、制限酵素により認識される塩基配列が、制限酵素により処理して前駆DNA断片を切断したときに、連結用塩基配列が除去され、かつ連結用塩基配列を介して隣接する所望の塩基配列の一部が、切断された部位同士で連結可能なように配置されている、方法。A method of assembling two or more DNA materials to produce a DNA fragment having a desired base sequence,
(1) linking two or more DNA materials to obtain a precursor DNA fragment in which a part of a desired base sequence and a base sequence for linking are alternately arranged;
(2) treating the precursor DNA fragment with a restriction enzyme and removing the linking base sequence to obtain a DNA fragment having a desired base sequence,
The precursor DNA fragment has a nucleotide sequence that is recognized by a restriction enzyme. When the precursor DNA fragment is cleaved by treatment with the restriction enzyme, the nucleotide sequence for ligation is removed and the desired DNA sequence is adjacent via the nucleotide sequence for ligation. A part of the base sequence is arranged so that the cleaved sites can be linked to each other.
(1−1)以下の(a)〜(e)を満たす、2つ以上のDNA材料を準備するステップと、
(a)DNA材料は、それぞれ3’末端又は5’末端が突出した一本鎖オーバーハング領域を有する、
(b)DNA材料の一本鎖オーバーハング領域は、隣接して連結する他のDNA材料の一本鎖オーバーハング領域とハイブリダイズ可能な塩基配列を含む、
(c)DNA材料は、それぞれ所望の塩基配列の連続した一部の塩基配列と、連結用塩基配列とを含み、隣接して連結する2つのDNA材料に含まれる連結用塩基配列は、少なくとも一方の連結用塩基配列が、他方の連結用塩基配列の全ての塩基配列と重複している、
(d)DNA材料は、それぞれ連結用塩基配列に隣接した位置に制限酵素により切断される切断部位を有し、かつ当該制限酵素が認識する塩基配列を含む、
(e)隣接して連結する2つのDNA材料は、切断部位が互いにハイブリダイズ可能な塩基配列を含む、
(1−2)DNA材料の一本鎖オーバーハング領域と、隣接して連結する他のDNA材料の一本鎖オーバーハング領域とをハイブリダイズさせるステップと、を含む、請求項1に記載の方法。Obtaining a precursor DNA fragment comprises:
(1-1) preparing two or more DNA materials satisfying the following (a) to (e):
(A) The DNA material has a single-stranded overhang region with a protruding 3 ′ end or 5 ′ end, respectively.
(B) the single-stranded overhang region of the DNA material includes a base sequence capable of hybridizing with the single-stranded overhang region of another DNA material linked adjacently;
(C) Each of the DNA materials includes a part of a base sequence continuous with a desired base sequence and a base sequence for linking, and at least one of the base sequences for linking included in two DNA materials that are adjacently linked , The linking base sequence overlaps with all the base sequences of the other linking base sequence,
(D) each of the DNA materials has a cleavage site cleaved by a restriction enzyme at a position adjacent to the linking base sequence, and includes a base sequence recognized by the restriction enzyme;
(E) The two DNA materials that are adjacently linked contain base sequences whose cleavage sites can hybridize to each other,
(1-2) Hybridizing a single-stranded overhang region of a DNA material with a single-stranded overhang region of another DNA material that is adjacently linked to the DNA material. .
制限酵素で処理した後、DNAリガーゼで処理することを含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。Obtaining a DNA fragment having a desired base sequence,
The method according to any one of claims 1 to 3, comprising treating with a restriction enzyme and then treating with a DNA ligase.
(1)以下の(a)〜(c)を満たす二本鎖(ds)DNA材料を準備する工程と、
(a)隣接して連結する2つのdsDNA材料は、それぞれ同一の連結用塩基配列を有する、
(b)連結用塩基配列はいずれも、同一のIIs型制限酵素により認識される塩基配列が回文構造となるように2つ配置された塩基配列を有する、
(c)IIs型制限酵素により認識される塩基配列は、dsDNA材料の連結後にIIs型制限酵素で切断することにより、連結用塩基配列が除去される位置にある、
(2)dsDNA材料を5’エキソヌクレアーゼ処理することにより、3’末端が突出した一本鎖オーバーハング領域を形成する工程と、
(3)dsDNA材料の一本鎖オーバーハング領域と、他のdsDNA材料の一本鎖オーバーハング領域とをハイブリダイズする工程と、
(4)DNAポリメラーゼで処理し、ハイブリダイズにより生じたギャップを埋める工程と、
(5)DNAリガーゼで処理し、ニックを繋ぎ合わせて前駆DNA断片を得る工程と、
(6)前駆DNA断片を、連結用塩基配列中に存在するIIs型制限酵素により認識される塩基配列を認識する1種又は2種以上のIIs型制限酵素で処理する工程と、
(7)IIs型制限酵素による切断で生じた相補的な粘着末端をハイブリダイズし、DNAリガーゼで処理し、ニックを繋ぎ合わせる工程と、を備える、方法。A method of assembling two or more DNA materials to produce a DNA fragment having a desired base sequence,
(1) preparing a double-stranded (ds) DNA material satisfying the following (a) to (c):
(A) The two dsDNA materials to be linked adjacently have the same linking base sequence,
(B) Each of the linking base sequences has a base sequence arranged so that two base sequences recognized by the same type IIs restriction enzyme have a palindromic structure.
(C) The base sequence recognized by the type IIs restriction enzyme is at a position where the base sequence for ligation is removed by cleaving with the type IIs restriction enzyme after ligation of the dsDNA material.
(2) treating the dsDNA material with a 5 ′ exonuclease to form a single-stranded overhang region with a protruding 3 ′ end;
(3) hybridizing a single-stranded overhang region of a dsDNA material with a single-stranded overhang region of another dsDNA material;
(4) a step of treating with DNA polymerase and filling a gap generated by hybridization;
(5) treating with DNA ligase and joining the nicks to obtain a precursor DNA fragment;
(6) treating the precursor DNA fragment with one or more type IIs restriction enzymes that recognize a base sequence recognized by a type IIs restriction enzyme present in the linking base sequence;
(7) a step of hybridizing complementary sticky ends generated by cleavage with a type IIs restriction enzyme, treating with a DNA ligase, and joining nicks.
オリゴDNAは、それぞれ、所望の塩基配列の連続した一部の塩基配列と、他のDNA材料との連結に使用する連結用塩基配列とを含み、
オリゴDNAには、制限酵素により認識される塩基配列が、オリゴDNAの連結後に当該制限酵素で処理することにより、連結用塩基配列が除去され、かつ連結用塩基配列を介して隣接する所望の塩基配列の連続した一部の塩基配列が、制限酵素で切断された部位同士で連結可能なように配置されており、
オリゴDNAは、全て連結したときに所望の塩基配列を網羅するものである、キット。A kit for producing a DNA fragment having a desired base sequence, comprising two or more oligo DNAs,
Each of the oligo DNAs includes a partial base sequence of a desired base sequence and a base sequence for linking used for linking with other DNA materials,
In the oligo DNA, the base sequence recognized by the restriction enzyme is treated with the restriction enzyme after ligation of the oligo DNA, so that the base sequence for ligation is removed, and the desired base adjacent through the base sequence for ligation is removed. A part of the base sequence of the sequence is arranged so that it can be linked at the sites cleaved with restriction enzymes,
The oligo DNA covers the desired base sequence when all are linked.
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