基因，作为生物体遗传信息的核心载体，通过基因检测，我们能够洞察身体潜在的疾病风险，并及早采取预防措施或进行干预。基因，这一遗传的基本单位，是生成一条多肽链或功能性RNA所不可或缺的DNA片段，可简单理解为DNA长链中的特殊段落。
而基因研究的首要步骤便是核酸的获取。核酸提取，往往是生物学研究的起点，其质量的高低直接关乎下游实验的成败。无论是克隆、PCR、QPCR，还是建库测序等，都离不开核酸的支撑。今日，我们就来一同探索核酸提取的基本原理与多种方法。
一、什么是核酸？
核酸，主要分为脱氧核糖核酸（DNA）与核糖核酸（RNA）两大类。DNA主要栖息于细胞核内，以及线粒体和叶绿体中，而RNA则主要分布于细胞质内。
核酸，作为基因表达的物质基础，是分子生物学研究的核心对象。无论是探究核酸的结构，还是其功能，首要任务都是对核酸进行提取与纯化。核酸的提取与纯化，为广泛的研究与应用奠定了坚实的基础。
二、核酸提取的基本流程
1. 细胞裂解，释放核酸：利用裂解液破坏样品细胞结构，使DNA游离于裂解体系中。
2. 核酸分离与纯化：去除与核酸结合的蛋白质、多糖、脂类等生物大分子，以及不需要的核酸分子。
3. 核酸浓缩与沉淀：通过特定方法使核酸浓缩并沉淀下来。
4. 核酸纯化：将DNA与裂解体系中的其他成分，如蛋白质、盐等杂质彻底分离。
三、核酸提取纯化的原则与要求
1. 确保核酸一级结构的完整性，为下游实验奠定坚实基础。
2. 排除其他核酸分子的干扰（如提取DNA时避免RNA的混入，反之亦然）。
3. 核酸样品中不得含有对酶有抑制作用的有机溶剂或高浓度金属离子。
4. 将核酸样品中的其他生物大分子污染（如蛋白质、多糖、脂类等）降至最低水平。
四、核酸提取纯化的8大绝技
（一）核酸提取方式可分为手工提取与高效的自动化提取两大类。
（二）按提取原理，核酸提取方法主要包括：
1. 煮沸裂解法
此法常用于DNA的手工提取。由于染色体DNA分子远大于质粒DNA，且为线状，而质粒DNA为共价闭合环状。加热处理时，线状染色体DNA易变性，而质粒DNA在冷却时能恢复天然构象。变性染色体DNA与变性蛋白质及细胞碎片结合形成沉淀，复性的质粒DNA则溶解于液相中，通过离心即可分离。
煮沸裂解法提取的DNA量较少，杂质多，且可能断裂，适用于粗略实验。
2. 酚氯仿抽提法
作为DNA提取的经典方法，通过两种有机溶剂交替抽提去除蛋白质。苯酚处理时，蛋白与DNA的连接键断裂，蛋白质溶于酚相，而DNA溶于水相。多次重复操作后，利用核酸不溶于醇的性质，用乙醇沉淀DNA并离心取出。
酚氯仿抽提法成本低，对实验条件要求低，能提取到天然状态的DNA，纯度高、片段大，但操作繁琐。
3. 浓盐法
作为酚氯仿抽提法的变种，利用RNP和DNP在电解溶液中的溶解度差异进行分离。此法省略了酚氯仿抽提的繁琐步骤，几乎克服了其所有缺点，但所得DNA纯度可能不够稳定。
4. 阴离子去污剂法
利用SDS或二甲苯酸钠等去污剂使蛋白质变性，直接从生物材料中提取DNA。由于DNA与蛋白质常通过静电引力或配位键结合，阴离子去污剂能破坏这种键，从而提取DNA。
SDS法操作简单、温和，能提取到较高分子量的DNA，但产物中糖类杂质较多。
5. 异硫氰酸胍/苯酚法（Trizol法）
Trizol法是提取RNA的经典方法。在匀质化或溶解样品时，Trizol能保持RNA的完整性，同时破坏细胞并溶解细胞成分。加入氯仿离心后，裂解液分层为水相和有机相，RNA存在于水相中。通过异丙醇沉淀回收RNA，同时可从中间相和有机相中分别沉淀得到DNA和蛋白质。
Trizol法适用于植物组织、动物组织、真菌和细菌等RNA的提取。
6. CTAB法（植物DNA提取经典方法）
CTAB（十六烷基三甲基溴化铵）是一种阳离子去污剂，能在低离子强度溶液中沉淀核酸与酸性多聚糖。在高离子强度溶液中，CTAB与蛋白质和多聚糖形成复合物，但不沉淀核酸。通过有机溶剂抽提去除杂质后，加入乙醇沉淀即可分离出核酸。
7. 离心柱纯化法
利用特殊硅基质吸附材料特定吸附DNA，而RNA和蛋白质则顺利通过。通过高盐低pH值结合核酸，低盐高pH值洗脱来分离纯化核酸。此法在试剂盒提取中广泛应用，价格较低，操作相对简单，但样本需求量大，损失较多，不适用于珍稀样本，且不便于高通量、自动化操作。
8. 磁珠法提取
磁珠法利用磁性颗粒活性基团在一定条件下与核酸结合和解离的原理。先裂解细胞，使带有活性基团的磁性颗粒特异性吸附游离的核酸分子，去除其他干扰物。在磁场作用下，磁性颗粒与液体分离，回收颗粒后用洗脱液洗脱即可得到纯净的DNA。
磁珠法无需离心，无需加入多种试剂，操作简单，符合核酸自动化提取要求。但成本较高，科研端普及难度较大。
而基因研究的首要步骤便是核酸的获取。核酸提取，往往是生物学研究的起点，其质量的高低直接关乎下游实验的成败。无论是克隆、PCR、QPCR，还是建库测序等，都离不开核酸的支撑。今日，我们就来一同探索核酸提取的基本原理与多种方法。
一、什么是核酸？
核酸，主要分为脱氧核糖核酸（DNA）与核糖核酸（RNA）两大类。DNA主要栖息于细胞核内，以及线粒体和叶绿体中，而RNA则主要分布于细胞质内。
核酸，作为基因表达的物质基础，是分子生物学研究的核心对象。无论是探究核酸的结构，还是其功能，首要任务都是对核酸进行提取与纯化。核酸的提取与纯化，为广泛的研究与应用奠定了坚实的基础。
二、核酸提取的基本流程
1. 细胞裂解，释放核酸：利用裂解液破坏样品细胞结构，使DNA游离于裂解体系中。
2. 核酸分离与纯化：去除与核酸结合的蛋白质、多糖、脂类等生物大分子，以及不需要的核酸分子。
3. 核酸浓缩与沉淀：通过特定方法使核酸浓缩并沉淀下来。
4. 核酸纯化：将DNA与裂解体系中的其他成分，如蛋白质、盐等杂质彻底分离。
三、核酸提取纯化的原则与要求
1. 确保核酸一级结构的完整性，为下游实验奠定坚实基础。
2. 排除其他核酸分子的干扰（如提取DNA时避免RNA的混入，反之亦然）。
3. 核酸样品中不得含有对酶有抑制作用的有机溶剂或高浓度金属离子。
4. 将核酸样品中的其他生物大分子污染（如蛋白质、多糖、脂类等）降至最低水平。
四、核酸提取纯化的8大绝技
（一）核酸提取方式可分为手工提取与高效的自动化提取两大类。
（二）按提取原理，核酸提取方法主要包括：
1. 煮沸裂解法
此法常用于DNA的手工提取。由于染色体DNA分子远大于质粒DNA，且为线状，而质粒DNA为共价闭合环状。加热处理时，线状染色体DNA易变性，而质粒DNA在冷却时能恢复天然构象。变性染色体DNA与变性蛋白质及细胞碎片结合形成沉淀，复性的质粒DNA则溶解于液相中，通过离心即可分离。
煮沸裂解法提取的DNA量较少，杂质多，且可能断裂，适用于粗略实验。
2. 酚氯仿抽提法
作为DNA提取的经典方法，通过两种有机溶剂交替抽提去除蛋白质。苯酚处理时，蛋白与DNA的连接键断裂，蛋白质溶于酚相，而DNA溶于水相。多次重复操作后，利用核酸不溶于醇的性质，用乙醇沉淀DNA并离心取出。
酚氯仿抽提法成本低，对实验条件要求低，能提取到天然状态的DNA，纯度高、片段大，但操作繁琐。
3. 浓盐法
作为酚氯仿抽提法的变种，利用RNP和DNP在电解溶液中的溶解度差异进行分离。此法省略了酚氯仿抽提的繁琐步骤，几乎克服了其所有缺点，但所得DNA纯度可能不够稳定。
4. 阴离子去污剂法
利用SDS或二甲苯酸钠等去污剂使蛋白质变性，直接从生物材料中提取DNA。由于DNA与蛋白质常通过静电引力或配位键结合，阴离子去污剂能破坏这种键，从而提取DNA。
SDS法操作简单、温和，能提取到较高分子量的DNA，但产物中糖类杂质较多。
5. 异硫氰酸胍/苯酚法（Trizol法）
Trizol法是提取RNA的经典方法。在匀质化或溶解样品时，Trizol能保持RNA的完整性，同时破坏细胞并溶解细胞成分。加入氯仿离心后，裂解液分层为水相和有机相，RNA存在于水相中。通过异丙醇沉淀回收RNA，同时可从中间相和有机相中分别沉淀得到DNA和蛋白质。
Trizol法适用于植物组织、动物组织、真菌和细菌等RNA的提取。
6. CTAB法（植物DNA提取经典方法）
CTAB（十六烷基三甲基溴化铵）是一种阳离子去污剂，能在低离子强度溶液中沉淀核酸与酸性多聚糖。在高离子强度溶液中，CTAB与蛋白质和多聚糖形成复合物，但不沉淀核酸。通过有机溶剂抽提去除杂质后，加入乙醇沉淀即可分离出核酸。
7. 离心柱纯化法
利用特殊硅基质吸附材料特定吸附DNA，而RNA和蛋白质则顺利通过。通过高盐低pH值结合核酸，低盐高pH值洗脱来分离纯化核酸。此法在试剂盒提取中广泛应用，价格较低，操作相对简单，但样本需求量大，损失较多，不适用于珍稀样本，且不便于高通量、自动化操作。
8. 磁珠法提取
磁珠法利用磁性颗粒活性基团在一定条件下与核酸结合和解离的原理。先裂解细胞，使带有活性基团的磁性颗粒特异性吸附游离的核酸分子，去除其他干扰物。在磁场作用下，磁性颗粒与液体分离，回收颗粒后用洗脱液洗脱即可得到纯净的DNA。
磁珠法无需离心，无需加入多种试剂，操作简单，符合核酸自动化提取要求。但成本较高，科研端普及难度较大。
