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1、第六章 基因克隆的技术路线1基因工程（上游）大体步骤获取目的基因目的基因与载体连接连接产物导入细胞目的基因表达逆转录PCR法PCR法直接调用法各种质粒各种病毒皆经改造原核细胞真核细胞哺乳动物细胞植物细胞2第一节获得目的基因31.直接分离目的DNA经限制酶切割，电泳分离DNA片断。适用于获得细菌、质粒、病毒等低等生物的基因片段。真核生物的染色体DNA中含有内含子序列，不适合于基因工程的需要。42.cDNA文库ThecDNA library:containsonlycomplementaryDNAmoleculessynthesizedfrommRNAmoleculesinacell.以mRNA为
2、模板，逆转录合成的互补DNA。以此得到的某种细胞内所有mRNA的cDNA，称为cDNA文库。53 3.RT-PCR基本原理：基本原理：将细胞中将细胞中mRNA逆转录为逆转录为cDNA，以，以cDNA为模板，进行为模板，进行PCR反应。反应。mRNAcDNAPCR产物产物6第二节 重组DNA分子的构建7 Link of cohesive end粘末端连接一一.目的基因与载体的连接8Link of blunt end平末端连接9平末端连接平末端连接Recombinant DNAT4 DNA ligasevector110平末端连接的缺点*moredifficultligation连接困难*2-di
3、rectioninsertion双向插入*self-reconnection自身环化*noeasywayofretrieving theinsert重新筛选插入的片断困难11vector12vector12AABAB 平齐末端连接时，插入的方向是随机的，称为双向插入。会给后续的工作造成很多麻烦。12EcoRIEcoRI单酶切粘末端连接单酶切粘末端连接13单酶切粘末端连接的特点优点*Usingthesameoneenzymetocut用同一种酶切*Ligatedeasilyandcoveniently连接容易方便缺点*Self-reconnectionofvector载体自身环化*Inserte
4、dintwodirections 双向插入双向插入14单酶切粘末端的双向插入GCTTAAAATTC GAATTC GGCTTAAGCTTAAAATTC GGCTTAAAATTC G1516AATTCxxxxxxA GxxxxxxTTCGAG AGCTTCTTAA AGAATTCxxxxxxAAGCTTCTTAAGxxxxxxTTCGAAligase双双酶酶切切粘粘末末端端连连接接EcoRI HindIIIEcoRI HindIII17双酶切粘末端连接的特点*Usingthesametwoenzymestocut*Ligatedeasilyandconveniently*noself-recon
5、nectionofvector*Insertedinonedirection定向插入缺点操作比较麻烦。如果两种酶要求的条件不同，需要进行两个阶段的反应。18几种实验方法利用相应的技术方法，使实验顺利进行。19Link of homopolymeric tails 添加同聚尾避免质粒的自身环化末端转移酶20添加接头，引入限制酶的切割添加接头，引入限制酶的切割位点，然后用相应的酶切割。位点，然后用相应的酶切割。21野生型细菌具有针对外源野生型细菌具有针对外源DNA的限制和的限制和修饰系统，会切割外源修饰系统，会切割外源DNA分子。因此用于分子。因此用于基因工程的受体菌，需经筛选和人工改造。基因工程
6、的受体菌，需经筛选和人工改造。第三节第三节 重组子导入细胞重组子导入细胞22外源外源DNA转入细胞的过程叫做转化。转入细胞的过程叫做转化。但但不包括由病毒介导的不包括由病毒介导的DNA转入转入。常用的。常用的方法有两种：方法有两种：23Thefirstisachemical method utilizing CaCl2andheatshocktopromoteDNAentryintocells.氯化钙法氯化钙法：利用氯化钙和热休克使受体菌：利用氯化钙和热休克使受体菌成为感受态细胞，促进外源成为感受态细胞，促进外源 DNADNA的进入。的进入。24 宿主细胞与重组宿主细胞与重组DNA在在00C的
7、氯化钙溶液的氯化钙溶液中孵育，快速转入中孵育，快速转入420C造成热休克。经此处造成热休克。经此处理后的细胞理后的细胞“容易容易”接受外源的接受外源的DNA，一般，一般叫做感受态细胞。叫做感受态细胞。25处理宿主细胞处理宿主细胞1.低渗溶液热休克低渗溶液热休克2.E.coli+0.1MCaCpetent(E.coli)cells5.被转化的宿主细胞被转化的宿主细胞Low-osmosis makes cell expanding0-4Recombinant DNA+42Heat makes cell more expanding and membrane more permeable26 处于感
8、受态的细菌表面正电荷增加，处于感受态的细菌表面正电荷增加，细胞膜的结构有改变，细胞膜的结构有改变，通透性增强，转通透性增强，转化子易于进入细胞。化子易于进入细胞。27其他处理受体细胞的方法利用二甲基亚砜（DMSO）处理细胞二巯基苏糖醇（DTT）处理细胞。利用聚乙二醇（PEG）处理细胞。28WhencompetentcellsaremixedwithDNA，somecells(actually,veryfew)becometransformed:theyacquirerecombinantvectorDNA.Pseudo-positivepositive29 第四节 重组子的筛选与鉴定30Aft
9、er transformation，only a few cells take up the plasmid DNA，and there only has one recombinant molecule in one recipient cell(受受体细胞体细胞)，so a method is needed for selecting those 转化步骤后，转进重组质粒的细胞是较转化步骤后，转进重组质粒的细胞是较少的。因此需要挑选出含有重组子的细胞。少的。因此需要挑选出含有重组子的细胞。311.Direct selection 直接筛选直接筛选Antibotic resistance 抗
10、菌素抗性抗菌素抗性Marker rescue selection 借助颜色筛选借助颜色筛选In situ hybridization 原位杂交原位杂交2.Immunology selection 免疫筛选免疫筛选Immunochemistry method 免疫化学免疫化学Enzyme immunodetection assay 酶免疫分析酶免疫分析32 质粒载体带有氨苄青霉素抗性基因，质粒载体带有氨苄青霉素抗性基因，在宿主细胞内该抗性基因表达出可水解氨在宿主细胞内该抗性基因表达出可水解氨苄青霉素的酶，因而宿主细胞可在含氨苄苄青霉素的酶，因而宿主细胞可在含氨苄青霉素的琼脂糖平板上生长。青霉素的
11、琼脂糖平板上生长。利用抗生素抗性筛选利用抗生素抗性筛选33复制起点氨苄青霉素抗性基因3435362.利用颜色筛选 插入失活现象X-gal：5-溴溴-4-氯氯-3-吲哚吲哚-B-D-半乳糖苷半乳糖苷37多克隆位点半乳糖苷酶的基因内有多克隆位点，酶切插入外源DNA后，该基因无法表达.3839完整的LacZ基因内，经过改造加入了多克隆位点，但并不影响LacZ基因的表达。当质粒转化细胞后，完整的LacZ基因表达产物与细菌的有关基因表达产物共同组成有功能的半乳糖苷酶，半乳糖苷酶，该酶把无色的X-gal切割成半乳糖和蓝色的5溴4氯靛蓝，使得菌落呈现蓝色。40表示外源基因插入编码半乳糖苷酶的基因区段41Ta
12、rget gene4243蓝色菌落蓝色菌落无插入序列无插入序列白色菌落含插入序列转化菌具有氨苄青霉素抗性，可在 加有氨苄青霉素的平板上生长。44使用含Amp+X-Gal的琼脂糖平板筛选克隆，可能出现三种情况。1.载体自身环化，产生蓝色菌落；2带有正确插入目的基因序列的菌落，白色菌落。3未转化的细胞，不能生长。4546Blue coloniesrepresentAmpicillin-resistantbacteriathatcontainpVectorandexpressafunctionalalpha fragmentfromanintactLacZalphacodingsequence.Wh
13、ite coloniesrepresentAmpicillin-resistantbacteriathatcontainpInsertanddonot produceLacZalphafragment.47483.In situ hybridization 原位杂交原位杂交 生长在琼脂糖平板上的菌落，可定点转移到生长在琼脂糖平板上的菌落，可定点转移到硝酸纤维素膜上，加入放射性的探针（即带有硝酸纤维素膜上，加入放射性的探针（即带有 放放射性的与目的片断互补的核酸片断），与菌落杂射性的与目的片断互补的核酸片断），与菌落杂交。经洗涤后的膜与交。经洗涤后的膜与X光胶片作用，挑选出阳性光胶片作用，挑选出
14、阳性克隆。克隆。4950DNA hybridization5152535455免疫法筛选外源基因在细胞内表达出的蛋白质，可与特异性的抗体结合。56利用抗体筛选利用抗体筛选原原理理 目目的的基基因因编编码码的的蛋蛋白白质质作作为为抗抗原原，用用特特异异性性抗抗体体与与之之反反应应，再再根根据据颜颜色色等等变变化化，筛筛选选出出菌菌落落。方法方法 在琼脂平板上的菌落，转移到尼龙滤膜上，在琼脂平板上的菌落，转移到尼龙滤膜上，若某菌落带有目的基因，并可表达该目的基因所若某菌落带有目的基因，并可表达该目的基因所编码的蛋白质，则加入该蛋白质的特异抗体，可编码的蛋白质，则加入该蛋白质的特异抗体，可与该菌落结
15、合，附着在滤膜上，不会被洗掉。该与该菌落结合，附着在滤膜上，不会被洗掉。该抗体可携带酶或荧光，易于检测。抗体可携带酶或荧光，易于检测。57Screeningwithantibodiesisusedwhenclonedgeneisexpressedandantibodiesrecognizingtheencodedproteinareavailable.58第五节 基因表达产物的鉴定59基因表达基因表达 基因表达指某基因在细胞中基因表达指某基因在细胞中转录为转录为mRNA继而翻译成蛋白质的过程。继而翻译成蛋白质的过程。DNARNAProtein转录转录翻译翻译60研究基因表达的手段研究基因表达的
16、手段1、RT-PCR(RNA)2、Northern blot(RNA)3、Western blot(蛋白质）蛋白质）4、免疫组化免疫组化（蛋白质）（蛋白质）611、RT-PCR基本原理：基本原理：将细胞中将细胞中mRNA逆转录为逆转录为cDNA，以，以cDNA为模板，进行为模板，进行PCR反应。根据反应。根据PCR产物的产物的量，判断基因表达的强度。量，判断基因表达的强度。mRNAcDNAPCR产物产物622、Northern blot标记探针与膜固相标记探针与膜固相RNA杂交。杂交。根据杂交信号强弱判断表达量，根据杂交信号强弱判断表达量，根据杂交信号位置判断分子长度。根据杂交信号位置判断分子
17、长度。杂交信号杂交信号63实验操作：实验操作：1）RNA提取提取2）RNA电泳（分离不同长度电泳（分离不同长度RNA)3）转膜转膜(形成固相形成固相RNA)4）探针标记（同位素探针标记（同位素/非同位素）非同位素）5）杂交）杂交6）洗膜）洗膜7）显影（放射性）显影（放射性/酶促反应）酶促反应）64Northern blot 特点：特点：因为没有扩增过程，因为没有扩增过程，Northern blot 的的结果可靠性高。可以确定未知基因的结果可靠性高。可以确定未知基因的转录产物（转录产物（mRNA）长度。长度。优点：优点：缺点：缺点：1、操作烦琐、操作烦琐2、使用同位素可能污染环境、使用同位素可能
18、污染环境3、灵敏度低、灵敏度低4、对、对RNA质量要求高质量要求高 653、Western blot标记抗体与固定在膜上的蛋白作用。标记抗体与固定在膜上的蛋白作用。根据信号强弱判断蛋白表达强度。根据信号强弱判断蛋白表达强度。根据信号位置判断蛋白分子量。根据信号位置判断蛋白分子量。标准分子量标准分子量蛋白蛋白特异性反应带特异性反应带661）蛋白提取）蛋白提取2）蛋白电泳（分离不同分子量蛋白）蛋白电泳（分离不同分子量蛋白）3）转移）转移4）封闭）封闭5）一抗作用）一抗作用6）标记二抗（）标记二抗（HRP/AP标记）作用标记）作用7）显色）显色实验操作：实验操作：67Western blot 特点：特点：优点：优点：直接检测蛋白质的表达量。直接检测蛋白质的表达量。缺点：缺点：灵敏度低灵敏度低一抗制备难度大，购买价格高一抗制备难度大，购买价格高68氨基酸序列测定测定N端的1015个氨基酸测定C端的5个氨基酸样品需精制价格较高69