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TA克隆原理及方法

閱讀:14025        發(fā)布時(shí)間:2018/3/9
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一、PCR產(chǎn)物的T載體克隆 

 

(一)重組T質(zhì)粒的構(gòu)建

一.原理 
   
外源DNA與載體分子的連接就是DNA重組,這樣重新組合的DNA叫做重組體或重組子。重組的DNA分子是在DNA連接酶的作用下,有Mg2+ATP存在的連接緩沖系統(tǒng)中,將分別經(jīng)酶切的載體分子與外源DNA分子進(jìn)行連接。 
DNA
連接酶有兩種:T4噬菌體DNA連接酶和大腸桿菌DNA連接酶。兩種DNA連接酶都有將兩個(gè)帶有相同粘性末端的DNA分子連在一起的功能,而且T4噬菌體DNA連接酶還有一種大腸桿菌DNA連接酶沒(méi)有的特性,即能使兩個(gè)平末端的雙鏈DNA分子連接起來(lái)。但這種連接的效率比粘性末端的連接率低,一般可通過(guò)提高T4噬菌體DNA連接酶濃度或增加DNA濃度來(lái)提高平末端的連接效率。T4噬菌體DNA 連接酶催化DNA 連接反應(yīng)分為3 步:首先,T4 DNA 連接酶與輔因子ATP形成酶-ATP復(fù)合物;然后,酶-ATP復(fù)合物再結(jié)合到具有5’磷酸基和3’羥基切口的DNA上,使DNA腺苷化;zui后產(chǎn)生一個(gè)新的磷酸二酯鍵,把切口封起來(lái)。連接反應(yīng)通常將兩個(gè)不同大小的片斷相連。因?yàn)?/span>DNA  pian斷有兩個(gè)端點(diǎn),所以切割時(shí)出現(xiàn)兩種可能,一種是單酶切,另一種是雙酶切,這兩種酶切方法在基因工程操作中都經(jīng)常用到。對(duì)于單酶切來(lái)說(shuō),載體與供體的末端都相同,連接可以在任何末端之間進(jìn)行,這樣就導(dǎo)致了大量的自連接產(chǎn)物。為了減少自環(huán)的高本底,可對(duì)載體進(jìn)行5’除磷酸處理,原理是連接酶只能連接DNA  pian斷的3’OH末端與5’端,所以除磷后載體不會(huì)自環(huán)。一旦有外源片斷插入時(shí),由外源片斷提供5’端就能與載體進(jìn)行連接。通過(guò)這種方法可大大減少由載體的自環(huán)造成的高本底。對(duì)于雙酶切來(lái)說(shuō),無(wú)論載體與供體同一片段上都有不同的末端,這樣就避免了載體與供體的自環(huán),能使有效連接產(chǎn)物大大增加。雙酶切的另一個(gè)特點(diǎn)是能將供體分子定向連接到載體上。 
   
連接反應(yīng)的溫度在37時(shí)有利于連接酶的活性。但是在這個(gè)溫度下粘末端的氫鍵結(jié)合是不穩(wěn)定的。因此采取折中的溫度,即12-16,連接12-16h(過(guò)夜),這樣既可zui大限度地發(fā)揮連接酶的活性,又兼顧到短暫配對(duì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。Taq DNA酶擴(kuò)增的PCR產(chǎn)物,其DNA雙鏈前后末端都有一個(gè)游離的A堿基,可以與pGEM-T Easy Vector 末端游離的T堿基互補(bǔ)形成環(huán)狀重組T質(zhì)粒。  

 

二.材料與方法 

1 材料 
外源DNA pian 

2 儀器、用具 移液槍、碎冰 

3 試劑 
pMD 18-T Vector
Ligation buffer;T4 ligateaserATP 

4 方法 
連接體系如下:16連接過(guò)夜。  

(二)重組質(zhì)粒的轉(zhuǎn)化及陽(yáng)性克隆的鑒定 

1 材料 
E.coli JM109
菌株

2 儀器、用具 
超凈工作臺(tái)、離心機(jī)、恒溫?fù)u床、恒溫培養(yǎng)箱、培養(yǎng)皿、試管、1.5ml 離心管、電泳儀、電泳槽、凝膠樣品梳、移液器 

3 試劑 
(1) CaCl2
LB平板(見(jiàn)附錄);SOC培養(yǎng)基(見(jiàn)附錄);SOB培養(yǎng)基 
(2) RNase A1
;Buffer S1;Buffer S2;Buffer S3Buffer W1;無(wú)水乙醇的Buffer W2a (3) 1×電泳緩沖液(TAE);溴化乙錠溶液(EB[有毒,小心];瓊脂糖;加樣緩沖液 (4) 酚;氯fang

;異戊醇 
(5) ddH2O
;10×PCR Buffer (Mg2+ plus);dNTPM13+;M13-;TaKaRa rTaq  

4 方法 

1. 大腸桿菌感受態(tài)細(xì)胞的制備 

(1) 取大腸桿菌JM109保存液50μl,接種于4ml LB(或SOB)液體培養(yǎng)基中,37,300rpm振蕩培養(yǎng)過(guò)夜,第二天取50μl 轉(zhuǎn)接到新的4ml LB(或SOB)液體培養(yǎng)基中擴(kuò)大培養(yǎng)3hOD600=0.350.4,在無(wú)菌操作臺(tái)上取1ml菌液于1.5ml離心管中,冰浴10min。

(2) 45000rpm離心2min,去上清液。 
(3)
加入750μl預(yù)冷的0.1M CaCl2重懸菌體,冰浴30min。 (4) 4,5000rpm離心2min,棄上清液。 
(5)
加入100μl 冰冷的0.1M CaCl2輕輕重懸菌體,冰浴2h后,4保存?zhèn)溆谩?/span>  

2. 重組DNA的轉(zhuǎn)化 
(1)
將含Amp、X-Gal、IPTGLB平板37預(yù)熱。 
(2)
100μl感受態(tài)細(xì)胞中加入10μl連接產(chǎn)物,冰浴30min。

(3) 將離心管轉(zhuǎn)入42水浴,熱沖擊90秒,然后不要搖動(dòng)離心管,迅速將其放在冰上2min。

(4) 在離心管中加入SOC培養(yǎng)基300μl,槍頭混勻,37、150rpm溫和搖振60min。

(5) 200μl 轉(zhuǎn)化菌液均勻地涂布于含50mg/ml Amp、20mg/ml X-gal、200mg/ml IPTG LB平板上,37倒置培養(yǎng)過(guò)夜,挑選白色菌落進(jìn)行鑒定。

注意事項(xiàng): 
制備感受態(tài)細(xì)胞的全部操作均須于冰浴操作,同時(shí)注意近火無(wú)菌操作,防止感受態(tài)細(xì)胞受雜菌污染。 
42熱處理時(shí)很關(guān)鍵,轉(zhuǎn)移速度要快,且溫度要準(zhǔn)確。 
菌液涂皿操作時(shí),應(yīng)避免反復(fù)來(lái)回涂布,因?yàn)楦惺軕B(tài)細(xì)菌的細(xì)胞壁有了變化,過(guò)多的機(jī)械擠壓涂布會(huì)使細(xì)胞破裂,影響轉(zhuǎn)化率。  
3
重組質(zhì)粒的鑒定 

方案一 菌落PCR 

(1) 制備PCR混合液: 
(2)
用經(jīng)滅菌的10μl槍頭(不用牙簽)挑去白色菌落,迅速地使挑取物溶在上述混合液中3) 蓋上離心管得蓋子,在沸水上溫育10 min 
(4)
將步驟 的樣品冷卻至室溫,離心數(shù)秒,然后于管中加入TaKaRa rTaq0.25ul。 (5) 按以下條件進(jìn)行PCR反應(yīng):94預(yù)變性3min;然后進(jìn)行30個(gè)循環(huán)反應(yīng),其溫度循環(huán)條 件為:94變性1min57退火1min,72 延伸1min;循環(huán)結(jié)束后72再延伸5min。 (6) 5μl PCR產(chǎn)物在1%瓊脂糖凝膠上進(jìn)行電泳檢測(cè)。  

方案二 質(zhì)粒PCR 

1. 堿裂解法少量制備質(zhì)粒DNA 
(1)
用離心管收集4mlLB培養(yǎng)基(含Amp)中培養(yǎng)過(guò)夜的菌液,14000rpm離心30秒,棄盡上清。 
(2)
250μl已加入RNase A1Buffer S1充分懸浮細(xì)菌沉淀。 
(3)
加入250μl Buffer S2,溫和但充分地上下翻轉(zhuǎn)混合4-6次,此步驟不宜超過(guò)5min。 *Buffer S2使用后應(yīng)立即蓋緊瓶蓋,以免空氣中的CO2中和Buffer S2中的NaOH,降低溶菌效率。 
(4)
加入400μl Buffer S3,溫和地上下翻轉(zhuǎn)8-10次,室溫靜置2min,14000rpm離心10min *若離心后凝結(jié)塊未沉淀到離心管底部,應(yīng)再上下翻轉(zhuǎn)數(shù)次,12000g離心3min

(5) DNA-prep Tube置于2-ml Microfuge Tube中,將步中的混合液移入DNA-prep Tube中,5500rpm離心1min。

(6) 棄濾液,將DNA-prep Tube置回到原2-ml Microfuge Tube中,加入500μl Buffer W15500rpm離心1min。 
(7)
棄濾液,將DNA-prep Tube置回到原2-ml Microfuge Tube中,加入700μl已加無(wú)水乙醇的Buffer W2,5500rpm離心1min,以同樣的方法再用700μl已加無(wú)水乙醇的Buffer W2洗滌一次。 
(8)
棄濾液,將DNA-prep Tube置回到原2-ml Microfuge Tube中,14000rpm離心1min。 (9) 連濾液一并棄掉收集管,將DNA-prep Tube 置于一新的1.5ml 離心管中,在silica 中央加入25-30μl Eluent或去離子水。 
(10)
室溫靜置2 min,14000rpm離心1min洗脫DNA 
(11)
5μL樣品,1%瓊脂糖凝膠電泳初步篩選重組轉(zhuǎn)化子。  

2. 抽提純化質(zhì)粒DNA酚、氯fang抽提可以去除堿裂解法制備的質(zhì)粒DNA中殘留的蛋白質(zhì)。

(1) TE稀釋質(zhì)粒DNA溶液至300μL。 
(2)
加等體積的酚:fang:異戊醇(25:24:1),震蕩混勻,靜置3min 
(3) 14000rpm
離心5min,吸上清液,加等體積的酚:fang:異戊醇(25:24:1),混勻,靜置3min。 (4) 14000rpm離心5min,吸上清液,加等體積的氯fang:異戊醇(24:1),混勻,靜置3min。

(5) 14000rpm離心5min,吸上清液,加2.5倍體積預(yù)冷的無(wú)水乙醇,混勻后-20放置15min,沉淀質(zhì)粒DNA。 
(6) 14000rpm
離心13min,棄上清液,沉淀加入200μL 70%乙醇洗滌一次,室溫干燥,用20μL去離子雙蒸水溶解質(zhì)粒DNA沉淀,-20保存待用。 (7) 5μl樣品,1%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)純化結(jié)果。 

3. 質(zhì)粒PCR 
(1) PCR
反應(yīng)體系如下:(2) PCR 擴(kuò)增反應(yīng)條件:94預(yù)變性3min;然后進(jìn)行30 個(gè)循環(huán)反應(yīng),其溫度循環(huán)條件為: 94變性1min,57退火1min72 延伸1min;循環(huán)結(jié)束后72再延伸5min。 (3) 5μl PCR產(chǎn)物于1%瓊脂糖凝膠進(jìn)行電泳檢測(cè),方法與試驗(yàn)二相同。   

 

二、PCR產(chǎn)物的克隆  
 
    PCR
產(chǎn)物克隆大致分為兩類(lèi),即平頭連接和粘頭連接。 
   
平頭連接是將制備好的平頭載體和補(bǔ)平或削平的PCR產(chǎn)物直接進(jìn)行連接。載體可用EcoR VSma I切成平頭;PCR產(chǎn)物純化后,可以在22DNA聚合酶I作用30min(利用該酶所具有的3’→5’外切酶活性和5’→3’的聚合酶活性)。如果要求不高,PCR產(chǎn)物也可不加處理。如果使用Stratagene公司的pfu DNA聚合酶或New England Biolabs公司的Vent DNA聚合酶,這兩種酶有5’→3’校對(duì)能力,擴(kuò)增出來(lái)的PCR產(chǎn)物已經(jīng)是平頭,可以不作平端處理。平端連接的一個(gè)顯而易見(jiàn)的缺陷是連接效率低下,即使使用很高單位的連接酶,或在反應(yīng)體系中加入PEG 8000,也只能很有限地提率。  
   
粘頭連接也可以大致分為兩類(lèi),一類(lèi)粘頭連接是用某種方法,在載體和PCR產(chǎn)物上產(chǎn)生長(zhǎng)的可互補(bǔ)的粘性末端。zui普遍的方法是在引物的5’端加入一段某種限制酶的識(shí)別序列。如果兩個(gè)引物選用不同的限制性?xún)?nèi)切酶識(shí)別序列,就可以做到定向連接。另一類(lèi)利用部分PCR產(chǎn)物3’端帶有一個(gè)凸出的dAMP的特性,構(gòu)建3’端帶有凸出的dTMP的載體。一般采用的方法是先把載體用某種限制性?xún)?nèi)切酶消化成平頭,在7072下在只加入一種dNTP、即dTTP的反應(yīng)體系中用Taq DNA聚合酶處理半小時(shí)(也有人報(bào)道處理12小時(shí)能提高克隆效率,這樣加T反應(yīng)會(huì)更*)。也可以用末端轉(zhuǎn)移酶來(lái)完成加T反應(yīng)。載體自連、PCR產(chǎn)物串連可以忽略。如果使用ddTTP,效果會(huì)更好。這種方法一般稱(chēng)為加T/A法克隆,比平頭連接效率高50100倍。

(一)、PCR產(chǎn)物的TA克隆 

 1. TA克隆構(gòu)建原理:TA克隆系統(tǒng)由Invitrogen公司(San Diego,CA)發(fā)展而來(lái)的商業(yè)性試劑盒,它用于PCR產(chǎn)物的克隆和測(cè)序。其原理是利用Taq酶能夠在PCR產(chǎn)物的3’末端加上一個(gè)非模板依賴(lài)的A,而T載體是一種帶有3’T突出端的載體,在連接酶作用下,可以快速地、一步到位地把PCR產(chǎn)物直接插入到質(zhì)粒載體的多克隆位點(diǎn)(MCS)中。

2.操作步驟 
連接反應(yīng)一般在滅菌的0.5ml離心管中進(jìn)行。

10μl體積反應(yīng)體系如下: 
 
T載體1μl (50ng),加入等摩爾數(shù)PCR產(chǎn)物  
加入含ATP10×Buffer 1μl,T4 DNA連接酶合適單位,用ddH2O 補(bǔ)足至10μl 。 

稍加離心,通常為14-16水浴連接8-14hr,或4過(guò)夜。 轉(zhuǎn)染,藍(lán)白斑篩選同前。  

 

(二)、注意事項(xiàng) 
1.
要獲得目的基因的TA克隆,PCR產(chǎn)物的特異性要好。 2.PCR產(chǎn)物在TA克隆前要通過(guò)純化。 
3.
PCR產(chǎn)物回收、純化過(guò)程中防止外來(lái)DNA污染。

 
PCR
產(chǎn)物的TA克隆  
   
通過(guò)PCR的方法擴(kuò)增目的基因片斷的過(guò)程中,由于往往不清楚目的基因的DNA序列,獲得的目的片斷通常需要通過(guò)TA克隆的方法,重組到T-載體中,通過(guò)序列測(cè)定清楚DNA序列。由于在PCR過(guò)程中,使用的DNA聚合酶不同,往往分為2種情況:

1)使用不同的Taq酶,在PCR擴(kuò)增循環(huán)結(jié)束后,加上7210分鐘一個(gè)過(guò)程,Taq酶可以在擴(kuò)增產(chǎn)物的3末端加上A,因此PCR產(chǎn)物回收純化后可以和T載體直接連接。

2)使用高保真的DNA聚合酶,如pfu酶,由于其不能在擴(kuò)增產(chǎn)物的3末端加上A,得到的DNA序列為鈍端,因此,需要在回收純化后進(jìn)行加A的過(guò)程,通常是以PCR回收產(chǎn)物為模板,加上一定量的普通Taq酶和反應(yīng)液,加入dATP(或dNTP), 72 10分鐘,然后將加A產(chǎn)物直接用于TA連接。 
    pMD 18-T Vector
是一種克隆PCR產(chǎn)物 (TA Cloning)的載體。它是TaKaRa獨(dú)自研究開(kāi)發(fā),由pUC18載體改建而成的。在pUC18載體的多克隆位點(diǎn)處的Xba I Sal I識(shí)別位點(diǎn)之間插入了EcoR V 識(shí)別位點(diǎn),用EcoR V進(jìn)行酶切反應(yīng)后,再在兩側(cè)的3'端添加“T”而成。因大部分耐熱性DNA聚合酶反應(yīng)時(shí)都有在PCR產(chǎn)物的3'末端添加一個(gè)“A”的特性,所以使用本制品可大大提高PCR產(chǎn)物的連接、克隆效率。本制品是以zui為常用的pUC18載體為基礎(chǔ)研制而成,所以它具有同pUC18載體*相同的功能。此外,本制品中的連接液Ligation Solution I 可以在極短的時(shí)間內(nèi) (30分鐘-1小時(shí))完成連接反應(yīng),大大地方便了實(shí)驗(yàn)操作。另外,本制品中還含有Control Insert (500 bp),可用于Control反應(yīng)。 用途:克隆PCR產(chǎn)物。對(duì)克隆后的PCR產(chǎn)物用M13 Primers進(jìn)行DNA測(cè)序。  
    α
互補(bǔ)和藍(lán)白篩選的原理:許多載體(包括pMD18-T)都具有一段大腸桿菌β半乳糖苷酶的啟動(dòng)子和編碼其N端氨基酸(α肽鏈)的片斷基因。宿主具有編碼β半乳糖苷酶的C端基因。當(dāng)二者產(chǎn)物組合在一起,就具有活性酶的產(chǎn)生,此現(xiàn)象稱(chēng)為α互補(bǔ)。由α互補(bǔ)形成的具有功能活性的β半乳糖苷酶,可以用X-gal顯色測(cè)定出來(lái),它能將無(wú)色的化合物Xgal切割成半乳糖和藍(lán)色底物。當(dāng)外源DNA  pian斷插入到多克隆位點(diǎn)后,就會(huì)破壞α肽鏈的閱讀框,從而不能合成與受體菌內(nèi)的β半乳糖苷酶相互補(bǔ)的活性α肽鏈,而導(dǎo)致不能形成功能活性的β半乳糖苷酶,因此含有重組質(zhì)粒載體的克隆往往是白色的,而沒(méi)有插入外源片斷的則是藍(lán)色的。 

 

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容: 

試劑 
pMD 18-T Vector
試劑盒,或自己PCR擴(kuò)增回收純化的片段,T4DNA鏈接酶。IPTG,X-galLB培養(yǎng)基等。 
200mg/ml
IPTG 過(guò)濾除菌 
20mg/ml
X—gal 溶于二甲基甲酰胺,避光保存。

操作步驟 
1.
在微型離心管中制備下述連接反應(yīng)液,全量為10 ml    

 pMD 18-T Vector 1ml* 

 control insert DNA 1ml* 
  H20    3ml       

 ligation solution I    5ul  

l進(jìn)行實(shí)驗(yàn)也可得到滿(mǎn)意的結(jié)果。實(shí)際操作時(shí),可按實(shí)驗(yàn)需要使用適量的T載體。m* 0.5 

2. 16反應(yīng)30分鐘 (過(guò)夜反應(yīng)也不影響連接效率)。 l)中。m

3. 全量 (10ml) 轉(zhuǎn)化至JM109感受態(tài)細(xì)胞 (100  

4. 在含有40ml 20mg/mlX-Gal、4ml 200mg/ml IPTG50-100mg/ml AmpL-瓊脂平板培養(yǎng)基上培養(yǎng),形成單菌落。計(jì)數(shù)白色、藍(lán)色菌落。 
5.
挑選白色菌落,使用PCR法確認(rèn)T載體中插入片段的長(zhǎng)度大小。  

注意事項(xiàng): 
1. Ligation Solution I
請(qǐng)于冰中融解。 
2.
在進(jìn)行克隆時(shí),Vector DNAInsert DNA的摩爾比一般為:1: 2 ~ 10。在本制品中, pMD18-T Vector1 ml (50 ng) 的摩爾數(shù)約為0.03 pmol,Control Insert DNA 1ml (50 ng) 的摩爾數(shù)約為0.15pmol。 
3.
克隆時(shí)使用的Insert DNA piam (PCR 產(chǎn)物) 盡量進(jìn)行切膠回收純化,PCR產(chǎn)物中的短片段DNA(甚至是電泳也無(wú)法確認(rèn)的非特異性小片段)、殘存引物等雜質(zhì)都會(huì)影響TA克隆的效率。 
4.
按照本實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行連接后,直接進(jìn)行轉(zhuǎn)化時(shí)的連接液不要超過(guò)20 ml。當(dāng)進(jìn)行轉(zhuǎn)化的DNA用量較大或準(zhǔn)備進(jìn)行電轉(zhuǎn)化時(shí),需對(duì)連接液進(jìn)行乙醇沉淀,純化DNA后再進(jìn)行轉(zhuǎn)化。 

5. 連接反應(yīng)請(qǐng)?jiān)?/span>16下進(jìn)行,溫度升高 (>26) 較難形成環(huán)狀DNA。

6. 連接效率偏低時(shí),可適當(dāng)延長(zhǎng)連接時(shí)間至數(shù)小時(shí)。 
7.
感受態(tài)細(xì)胞可使用適合于pUC系列載體的感受態(tài)細(xì)胞,如:JM109,DH等。  
相關(guān)問(wèn)題 
怎樣提高pMD18-T Vector的克隆效率
1.
純化PCR產(chǎn)物。切膠回收的PCR片段

2. 除去殘存的引物等雜質(zhì)。

 3. DNA  pian段的立體結(jié)構(gòu)、DNA  Pian段的長(zhǎng)短都會(huì)影響克隆效率。一般情況下,大片段DNA的克隆效率(連接效率與轉(zhuǎn)化效率)小于短片段DNA,在使用大片段DNA的連接液進(jìn)行轉(zhuǎn)化時(shí),建議采用電轉(zhuǎn)化方法。  
PCR
產(chǎn)物難以插入載體,為什么
1.
確認(rèn)PCR反應(yīng)使用的DNA聚合酶在PCR產(chǎn)物的3'端是否附加了"A"。有些DNA聚合酶擴(kuò)增的PCR產(chǎn)物是平端,如使用本公司的Pyrobest DNA聚合酶 (TaKaRa Code: DR005)等擴(kuò)增得到的PCR產(chǎn)物不能直接用于TA克??;PCR產(chǎn)物保存時(shí)間不要過(guò)長(zhǎng), 長(zhǎng)時(shí)間保存的PCR產(chǎn)物會(huì)脫去末端的"A"堿基。 
2. PCR
產(chǎn)物中短片段雜質(zhì)DNA太多,這時(shí)應(yīng)切膠回收純化DNA  pian段,回收時(shí)PCR產(chǎn)物不要在紫外線下暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。 
3.
確認(rèn)感受態(tài)細(xì)胞的轉(zhuǎn)化效率,使用的感受態(tài)細(xì)胞的轉(zhuǎn)化效率大于108 cfu/mg pUC118 DNA。 
4.
確認(rèn)Ligation Solution I 的連接效率是否降低,多次反復(fù)凍融會(huì)降低的Ligation Solution I 連接效率。 
5.
確認(rèn)抗生素的濃度是否過(guò)大。

6. 使用新配制的平板培養(yǎng)基。  

轉(zhuǎn)化后的菌落全為藍(lán)色 (或淡藍(lán)色),為什么

插入的PCR片段較短(小于500 bp),且插入片段沒(méi)有影響lacZ基因的讀框時(shí),平板培養(yǎng)基上出現(xiàn)的菌落有可能呈現(xiàn)藍(lán)色。  
插入的PCR產(chǎn)物進(jìn)行測(cè)序時(shí),可使用何種引物
本制品的載體來(lái)源于pUC18載體。因此,用于pUC18載體測(cè)序的引物都可以使用。

 

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