全自动DNA脉冲场电泳回收仪用于5' 转录组测序及CUT&RUN《Nature》-蚂蚁嗅觉基因选择性表达机制新发现

2026-04-07 16:38:00, 环亚生物环亚生物科技有限公司

蚂蚁的生存与社交主要依赖嗅觉，嗅觉感觉神经元（Olfactory Sensory Neuron，OSN）必须遵循“一个神经元一种受体”的规则，这是蚂蚁识别同伴、导航与归巢的核心保障。这要求每个嗅觉感觉神经元必须从数百个嗅觉受体（Olfactory receptor，Or）基因中精准表达单个基因。然而蚂蚁的Or基因多以串联阵列形式存在，其数量远超果蝇，且调控机制又独立于哺乳动物。因此如何实现这种高度专一的基因表达，长期以来都是困扰科研界的谜题。

纽约大学、佛罗里达大学等团队以哈氏滑胸蚁（Harpegnathos saltator）为研究对象，首次揭示了蚂蚁通过独特的转录干扰机制调控Or基因选择性表达的分子路径，相关内容于2025年10月发表于《Nature》，题为“Transcriptional interferences ensure one olfactory receptor per ant neuron”。研究团队联合多组学分析，阐明蚂蚁将"有缺陷的转录终止"转化为精密的调控工具，实现了"激活一个，沉默全部"的表达模式。

为破解蚂蚁Or基因的表达调控机制，研究团队应用多组学联合测序（Multiome Sequencing）技术，构建了从基因转录到染色质状态的完整研究体系：通过单细胞核RNA-seq（snRNA-seq）与单细胞核ATAC-seq（snATAC-seq）明确基因表达模式与染色质可及性；利用长读长RNA-seq（Iso-seq）解析转录本结构；借助CUT&RUN技术分析组蛋白修饰状态。

为确保测序数据的有效性和针对性，文中多次使用Blue Pippin全自动DNA脉冲场电泳回收仪对测序样本进行精准的DNA片段筛选回收，具体实验步骤：

5''-capped/5''-phosphorylated RNA 转录组测序文库的片段选择

5''转录组测序更侧重“研究基因的结构和调控机制”，适合探究转录起始、可变剪接、免疫组库这些更细致的问题，能提供更深入的基因调控信息。在 “5'' 端 RNA 测序” 实验中，先通过 PCR 扩增获得目标片段，然后使用Blue Pippin 全自动DNA脉冲场电泳回收仪进行两次DNA片段分选（DNA size selection）：

首次分选：从 PCR 扩增产物中进行DNA特定片段筛选：200–400 bp ，精准去除过短（如引物二聚体）或过长（如非特异性扩增产物）的杂质，确保文库片段符合NGS测序平台（NextSeq500/NovaSeq X Plus）的要求；

二次分选：对首次分选后的产物进行二次 PCR 扩增后，再次使用 Blue Pippin 筛选 250–450 bp 的片段，通过DNA片段大小筛选进一步优化文库片段长度分布，提升测序数据的准确性，避免因片段长度不均导致的测序偏差。

CUT&RUN DNA-蛋白质相互作用测序文库的片段选择

CUT&RUN（染色质免疫沉淀靶向切割与释放），即核酸酶靶向切割和释放，是一种使用靶标特异性一抗和Protein A - Protein G - 微球菌核酸酶 (pAG-MNase) 分离特异性蛋白-DNA 复合体的体内方法，在CUT&RUN实验中，文库构建完成后，使用 Blue Pippin全自动核酸切胶仪及2%预制胶试剂盒，筛选 185–600 bp DNA 片段：

保留与组蛋白结合的短片段染色质（组蛋白修饰相关的 DNA 片段通常较短），去除过长的基因组 DNA 杂质，更加精准的进行靶向DNA回收/获取，确保测序数据主要来源于目标染色质区域，提高后续分析（如组蛋白修饰信号富集）的特异性。

研究团队最终揭示了蚂蚁Or基因选择性表达的独特机制：

1. 转录通读现象：单个Or基因启动子被激活后，RNA聚合酶II因转录终止缺陷（而非多聚腺苷酸化缺陷），会持续转录下游所有基因，形成“阶梯式”共转录模式，但转录水平随距离增加逐渐降低。

2. 双向转录干扰：下游基因的转录本因无5''帽结构无法翻译，上游基因则被激活启动子驱动的长链反义转录本沉默，最终仅首个激活基因表达功能性蛋白。

3. 染色质状态特征：Or基因阵列整体富集抑制性组蛋白修饰H3K27me3，且无共享增强子，每个Or启动子自身包含完整调控元件。

这一机制既区别于哺乳动物的“随机选择+负反馈”，也不同于果蝇的“转录因子确定性调控”，是蚂蚁为适应Or基因串联扩张而独立进化的解决方案。

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https://doi.org/10.1038/s41586-025-09664-x

厂家介绍

Sage Science 公司位于美国马萨诸塞州，2010年成立，专注于核酸领域的样品制备，2万篇文献中应用，包括众多Nature、 Science、 Cell系列的文章，是DNA片段筛选回收领域的行业金标准。

Blue Pippin全自动DNA脉冲场电泳回收仪：

采用双通道电泳回收专利技术，全自动运行；
高精度回收、微量样品回收、高得率回收；
全自动完成DNA片段分选, 软件中自由选择需要筛选的片段范围；
免去了切胶纯化的繁琐步骤，比核酸片段筛选磁珠更加精准可控；
用于小片段DNA筛选回收，如小RNA/small RNA文库回收、cfDNA／ctDNA回收（循环血游离DNA／循环血肿瘤DNA）；
用于大片段DNA（几kb、几十kb甚至几百kb）精准回收，如Pacbio HiFi文库构建、纳米孔测序建库、超长测序（Ultra Long Sequencing）文库构建等；