《外源基因的表达检测及遗传特性优秀PPT.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《外源基因的表达检测及遗传特性优秀PPT.ppt（53页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第一章第一章 转化外源基因在植物细胞中的表达调控转化外源基因在植物细胞中的表达调控第一节第一节 转化外源基因的瞬时表达和稳定表达转化外源基因的瞬时表达和稳定表达其次节其次节 DNA序列对转化外源基因表达的调控序列对转化外源基因表达的调控第三节第三节 DNA甲基化对转化外源基因表达的调控甲基化对转化外源基因表达的调控第四节第四节 提高转化外源基因表达的策略提高转化外源基因表达的策略第一节第一节 转化外源基因的瞬时表达和稳定表达转化外源基因的瞬时表达和稳定表达一、转化外源基因的瞬时表达一、转化外源基因的瞬时表达 在合适的条件下，转化的外源基因通常在合适的条件下，转化的外源基因通常在数小时后就能检测
2、到其表达的产物，并在在数小时后就能检测到其表达的产物，并在1-2天内达到最高值，随后又渐渐降低，至天内达到最高值，随后又渐渐降低，至十多天后完全消逝。这种短时间内的外源基十多天后完全消逝。这种短时间内的外源基因表达称之为瞬时表达。因表达称之为瞬时表达。1.外源基因瞬时表达的机制外源基因瞬时表达的机制（1）瞬时表达是未整合的外源基因的表达）瞬时表达是未整合的外源基因的表达（2）瞬时表达是一种正常的表达方式）瞬时表达是一种正常的表达方式 基因扩增是指细胞内某些特定基因的基因扩增是指细胞内某些特定基因的拷贝数专一性地大量增加的现象。扩增的拷贝数专一性地大量增加的现象。扩增的基因片断游离在细胞核内。基
3、因片断游离在细胞核内。2.外源基因瞬时表达的影响因素外源基因瞬时表达的影响因素（1）质粒）质粒DNA的基因结构；的基因结构；（2）细胞内源核酸酶的影响；）细胞内源核酸酶的影响；（3）受体细胞生理状态及其内源）受体细胞生理状态及其内源Gus酶抑酶抑 制剂的影响；制剂的影响；3.外源基因瞬时表达的应用外源基因瞬时表达的应用（1）在基因转化探讨中的应用）在基因转化探讨中的应用农杆菌转化实力的检测；农杆菌转化实力的检测；优化基因转化条件，选择导入优化基因转化条件，选择导入DNA的方法，确定的方法，确定农杆菌共培育的时间等。农杆菌共培育的时间等。（2）植物基因表达调控的探讨）植物基因表达调控的探讨启动子
4、、增加子、内含子、终止子的功能探讨；启动子、增加子、内含子、终止子的功能探讨；外界因素对基因表达调控的影响；外界因素对基因表达调控的影响；植物激素的调控机理。植物激素的调控机理。二、转化外源基因的稳定表达二、转化外源基因的稳定表达 所谓稳定表达是指外源基因整合到和基因组DNA分子上，并能稳定地遗传的外源基因的表达。需符合以下条件：（1）表达时间长，无快速衰退现象；（2）DNA已整合到植物基因组中；（3）能够传递给后代，并符合分别规律。其次节其次节 DNA序列对转化外源基因表达的调控序列对转化外源基因表达的调控一、植物基因工程中常用的启动子一、植物基因工程中常用的启动子按作用方式及功能不同可将启
5、动子分为三类：按作用方式及功能不同可将启动子分为三类：1.组成型启动子组成型启动子2.组织特异性启动子组织特异性启动子3.诱导型启动子诱导型启动子1.组成型启动子组成型启动子 在该类型启动子限制下，结构基因的表达大体恒定在确定水平上，在不同组织部为表达水平也没有明显差异，为此称之为非特异性表达组成型启动子。其特点是：表达具持续性；表达量相对稳定；不表现时空特异性；不受外界因素诱导；在结构上存在六聚体花纹序列（TGACTG），往往以重复形式出现并被6-8个核苷酸隔开。（1）CaMV35S启动子启动子 该启动子来自花椰菜花叶病毒（该启动子来自花椰菜花叶病毒（CaMV），其转），其转录产物的沉降系数
6、为录产物的沉降系数为35S，故名。，故名。最近发觉最近发觉35S启动子可以划分为两个区域：从启动子可以划分为两个区域：从-90 +8为为A区域，主要负责在胚根、胚乳的根及根区域，主要负责在胚根、胚乳的根及根组织内表达；从组织内表达；从-343 -90为为B区域，主要负责在胚区域，主要负责在胚的子叶及成熟植株的叶组织及维管组织内表达，在的子叶及成熟植株的叶组织及维管组织内表达，在B区域内的增加子序列可以提高表达水平。区域内的增加子序列可以提高表达水平。（2）Nos和和Oct启动子启动子 来自与根癌农杆菌Ti质粒的胭脂碱合成酶基因和章鱼碱合成酶基因，具有与植物基因相像的序列。2.组织特异性启动子组
7、织特异性启动子 也称为器官特异性启动子，在这类启动子的调控下，基因的表达往往只发生在某些特定的器官或组织部位，并往往表现动身育调整的特性。这种特异性通常以特定的组织细胞结构和化学物理信号为存在的基础。典型的组织特异性启动子有：马铃薯块茎蛋白基因启动子；小麦胚乳特异表达的ADP-葡萄糖焦磷酸化酶基因启动子；番茄果实成熟特异性表达的多聚半乳糖醛酸酶基因启动子；花粉特异表达基因（lat52）启动子和木质部特异表达的苯丙氨酸脂肪酶基因（pal）启动子等。3.诱导型启动子诱导型启动子 所谓诱导型启动子就是在某些特定的所谓诱导型启动子就是在某些特定的物理或化学信号的刺激下，可以大幅度地物理或化学信号的刺激
8、下，可以大幅度地提高基因转录水平的启动子。该类启动子提高基因转录水平的启动子。该类启动子常以诱导信号命名，如光诱导表达基因启常以诱导信号命名，如光诱导表达基因启动子；热诱导表达基因启动子；创伤诱导动子；热诱导表达基因启动子；创伤诱导表达基因启动子；真菌诱导表达基因启动表达基因启动子；真菌诱导表达基因启动子等。子等。二、终止子的转录调控作用二、终止子的转录调控作用 不同来源的有着很大影响。运用35S启动子与NPTII结构基因形成共整合体，并于不同来源的终止子构建成融合基因，转化烟草。发觉不同的终止子使NPTII基因的表达水平可相差60倍。植物基因的终止密码子多用UGA，而在双子叶植物中，UAA的
9、运用频率高于UGA。三、三、5，3端序列对外源基因转录后的调控作用端序列对外源基因转录后的调控作用 基因的整体表达过程包括：转录、初级转录产物的加工、运输、mRNA的翻译以及蛋白产物的后加工这一系列步骤，每个步骤上都存在着困难而精细的调整，只提高外源基因的转录活性并不能有效地提高细胞中相应的mRNA 水水平和蛋白含量。分析和改造转录产物的结构、提高mRNA 的稳定性和翻译活性是转录后调控探讨的重点。1.5 端帽序列的调控端帽序列的调控 帽子结构不仅能提高翻译起始频率，还能爱护mRNA 免遭外且核酸酶的破坏，提高mRNA的稳定性。2.5 端先导序列的调控端先导序列的调控 从真核基因从真核基因mR
10、NA 5 端帽子到起始密码端帽子到起始密码子之间的不翻译核苷酸序列称为先导序列。子之间的不翻译核苷酸序列称为先导序列。先导序列的结构、组成和长度对翻译效率的先导序列的结构、组成和长度对翻译效率的影响是存在的，但不是确定的。影响是存在的，但不是确定的。TMV基因组基因组RNA68碱基的先导序列和碱基的先导序列和AMV RNA436碱基碱基的先导序列具有提高外源基因的先导序列具有提高外源基因mRNA 翻译活翻译活性的功能。性的功能。3.poly(A)及其信号序列的调控及其信号序列的调控 poly(A)和某些蛋白因子的结合能爱护和某些蛋白因子的结合能爱护mRNA 免免遭外切核酸酶的降解。遭外切核酸酶
11、的降解。3端聚腺苷酸信号旁边的一些核苷酸序列能够促进端聚腺苷酸信号旁边的一些核苷酸序列能够促进提高植物基因表达水平，很可能是通过促进提高植物基因表达水平，很可能是通过促进mRNA加工加工和增加其稳定性而发挥作用。和增加其稳定性而发挥作用。四、内含子对转化外源基因的表达调控作用四、内含子对转化外源基因的表达调控作用1.内含子有利于基因的变异进化（1）有利于在内含子序列之间发生重组，从而产生新的基因；（2）内含子切割点的变异导致外显子延长。2.内含子具有提高外源基因表达水平的作用 由于内含子的有效拼接提高了细胞中成熟mRNA 的水平，从而有利于基因表达。五、信号肽序列对转化外源基五、信号肽序列对转
12、化外源基 因翻译产物的调控作用因翻译产物的调控作用 翻译的完成不是基因表达的结束，初级翻译产物并不具有生物活性，称之为前体蛋白。它通常还须要加工、修饰和正确折叠才能成为有活性的蛋白。前体蛋白的信号肽与活性蛋白的成熟有关、也与蛋白质的运输和分泌有关。第三节第三节 甲基化对转化外源基因的表达调控甲基化对转化外源基因的表达调控 DNA甲基化现象广泛地存在于动植物细胞中，有很多重要的生物学功能，包括DNA复制起始、突变、修饰限制系统等。通过变更DNA的甲基化状态可以调控基因的表达。1.DNA甲基化的作用机制甲基化的作用机制（1）甲基化影响DNA与蛋白质的相互识别与作用；（2）甲基化影响DNA的构象，从
13、而调整DNA的基因活性。如以5-氮胞嘧啶核苷取代胞苷，诱导消退甲基化修饰，可使基因激活。2.DNA甲基化在转基因植物中的作用甲基化在转基因植物中的作用 众多试验表明，DNA甲基化严峻影响外源基因在转基因植物中的表达水平。第四节第四节 提高转化外源基因表达的策略提高转化外源基因表达的策略一、克服转化外源基因失活的策略1.筛选单拷贝转基因株系；2.核基质附着区的运用；3.诱导型表达启动子的运用；4.基因DNA序列的改造。二、启动子、增加子、终止子、内含子、5和3 端调控序列的运用三、优化先导序列，提高翻译效率其次章其次章 外源基因整合的鉴定外源基因整合的鉴定 为获得真正的转基因植株，进行基因转化后
14、要进行以下工作：第一步：筛选转化细胞；其次步：对转化植株进行分子生物学鉴定，Southern、Northern、Western。第三步：性状鉴定；第四步：遗传学分析，获得转基因品种。第一节第一节 Southern杂交杂交 Southern杂交用于检测和分析外源基因杂交用于检测和分析外源基因的整合状况。用标记的外源基因（或片断的整合状况。用标记的外源基因（或片断）做探针，与植物细胞染色体做探针，与植物细胞染色体DNA进行杂交。进行杂交。具体的检测方法有具体的检测方法有Southern斑点杂交和斑点杂交和Southern印迹杂交两种。下面以印迹杂交两种。下面以Southern印迹杂交为例加以介绍。
15、印迹杂交为例加以介绍。一、植物总一、植物总DNA提取提取1.植物总植物总DNA提取提取原理及方法概述提取提取原理及方法概述2.植物总植物总DNA提取的试验设计提取的试验设计3.植物植物DNA样品纯度及浓度的检测样品纯度及浓度的检测4.植物植物DNA样品的保存样品的保存1.植物总植物总DNA提取原理及方法概述提取原理及方法概述（1）CTAB法法原理：原理：CTAB（十六烷基三乙基溴化铵）是一种去污（十六烷基三乙基溴化铵）是一种去污剂，可溶解细胞膜，它能与核酸形成复合物，在高盐剂，可溶解细胞膜，它能与核酸形成复合物，在高盐溶液中（溶液中（0.7mol/L NaCl）是可溶的，当降低溶液盐）是可溶的
16、，当降低溶液盐浓度到确定程度（浓度到确定程度（0.3mol/L NaCl）时，从溶液中沉）时，从溶液中沉淀，通过离心就可将淀，通过离心就可将CTAB与核酸的复合物同蛋白质、与核酸的复合物同蛋白质、多糖类物质分开。然后将多糖类物质分开。然后将CTAB与核酸的复合物沉淀与核酸的复合物沉淀溶解于高盐溶液，再加入乙醇使核酸沉淀，溶解于高盐溶液，再加入乙醇使核酸沉淀，CTAB能能溶于乙醇。溶于乙醇。方法：1.取1-50克簇新植物材料，于液氮中研磨成粉。2.将冻粉转入预冷的离心管中，马上加入等体积（w/v）65 预热的2 x CTAB提取缓冲液，充分混匀，65 保温10-20分钟，其间时常摇动。3.加入等
17、体积的氯仿/异戊醇，轻缓颠倒离心管混匀，室温下12000rpm离心10-20分钟。4.将上清转入另一离心管中，假如1/10体积的10%CTAB，混匀，加入等体积的氯仿/异戊醇，颠倒离心管混匀，室温下12000rpm离心10-20分钟。5.取上相，重复4操作一次。6.将上相转入新的离心管，加入将上相转入新的离心管，加入1-1.5倍体积的倍体积的1x CTAB沉淀缓冲液，混匀，室温下放置沉淀缓冲液，混匀，室温下放置30分钟，沉淀。分钟，沉淀。7.3500-4000rpm离心离心5-10分钟，去上清分钟，去上清，沉淀吹干。，沉淀吹干。8.按按0.5ml/g材料的比例加入材料的比例加入1mol/L乙酸
18、铵溶液，使乙酸铵溶液，使沉淀溶解完全，再加入沉淀溶解完全，再加入7.5mol/L乙酸铵至终浓度为乙酸铵至终浓度为2.5mol/L.9.加入加入2倍体积的异戊醇，混匀，室温下放置倍体积的异戊醇，混匀，室温下放置10分钟。分钟。10.10000rpm离心离心5分钟，去上清。分钟，去上清。11.用用70%乙醇漂洗沉淀，吹干，沉淀溶于适量乙醇漂洗沉淀，吹干，沉淀溶于适量TE。优点：优点：能很好的去除糖类杂质，对于含糖较高的材能很好的去除糖类杂质，对于含糖较高的材料可优先接受。料可优先接受。（2）SDS法法原理：原理：利用高浓度的利用高浓度的SDS，在较高温度（，在较高温度（55-65 ）条）条件下裂解
19、细胞，使染色体离析，蛋白质变性，件下裂解细胞，使染色体离析，蛋白质变性，释放出释放出核酸，然后接受提高盐浓度及降低温度的方法核酸，然后接受提高盐浓度及降低温度的方法使蛋白使蛋白质及多糖杂质沉淀（最常用的是加入质及多糖杂质沉淀（最常用的是加入5mol/L 的的KAC于于冰上保温，低温条件下冰上保温，低温条件下KAC 与蛋白质及多糖结与蛋白质及多糖结合成不合成不溶物），离心除去沉淀后，上清中的溶物），离心除去沉淀后，上清中的DNA反复反复用酚用酚/氯氯仿抽提，用乙醇沉淀水相中的仿抽提，用乙醇沉淀水相中的DNA。（3）植物总）植物总DNA提取时常遇到的问题提取时常遇到的问题1.植物材料中含有较多的多
20、酚类物质，使植物材料中含有较多的多酚类物质，使DNA呈褐色。呈褐色。解决方法：提高解决方法：提高CTAB提取缓冲液中巯基乙醇的含量提取缓冲液中巯基乙醇的含量或在或在SDS提取液中加入提取液中加入6%的的PVP（聚乙烯吡咯烷酮）。（聚乙烯吡咯烷酮）。2.植物细胞壁难以裂开。植物细胞壁难以裂开。解决方法：在解决方法：在SDS提取液中加入蛋白酶提取液中加入蛋白酶K，在液氮冷，在液氮冷冻条件下研磨。冻条件下研磨。2.植物植物DNA样品纯度及浓度的鉴定样品纯度及浓度的鉴定 用于Southern杂交的植物DNA样品在纯度、长度及浓度上均有较高的要求。纯度上应无蛋白质、RNA、多糖及抑制限制性内切酶活性的物
21、质；在长度上不应低于50kb；浓度应在0.5-1 g/l之间。目前主要接受琼脂糖凝胶电泳及紫外分光光度法进行检测。（1）琼脂糖凝胶电泳）琼脂糖凝胶电泳 1.所提植物所提植物DNA应呈现出一条分子量较大的清晰应呈现出一条分子量较大的清晰条带。如样品呈弥散状，说明条带。如样品呈弥散状，说明DNA已严峻降解，已严峻降解，可能缘由是：所用的器皿及试剂是否灭菌；材料收可能缘由是：所用的器皿及试剂是否灭菌；材料收集后是否马上冷冻，研碎过程中或研碎后进入提取集后是否马上冷冻，研碎过程中或研碎后进入提取液前是否溶化；是否有猛烈振动、吸管口过窄、产液前是否溶化；是否有猛烈振动、吸管口过窄、产生起泡、反复吹打等操
22、作。生起泡、反复吹打等操作。2.如在溴酚兰处出现光明的荧光区，说明如在溴酚兰处出现光明的荧光区，说明RNA过过多，可用多，可用RNA酶消化。酶消化。3.如在样品槽内有荧光出现，说明如在样品槽内有荧光出现，说明DNA为完全溶为完全溶解或浓度过高，或样品不纯。解或浓度过高，或样品不纯。4.估算样品的浓度。估算样品的浓度。（）紫外分光光度法测定（）紫外分光光度法测定1.纯度：纯度：纯净的纯净的DNA溶液其溶液其OD260OD280应为应为1.8，OD260OD230应大于应大于2.0。假如假如OD260OD280大于大于1.8，表明，表明应中含有较多的应中含有较多的RNA；假如；假如OD260OD2
23、80小于小于1.6，则，则说明样品中蛋白质较多；说明样品中蛋白质较多；OD260OD230小于小于2.0时，表时，表明溶液中有残存的小分子及盐类杂质，可增加明溶液中有残存的小分子及盐类杂质，可增加70%乙醇洗乙醇洗涤沉淀的次数。涤沉淀的次数。2.浓度：浓度：DNA样品浓度（样品浓度（g/l）=OD260稀释倍数稀释倍数0.05二、杂交探针的制备二、杂交探针的制备 探针是指经特殊化和物标记的特定的核苷酸序列。用于检测植物基因组中外源基因整合的探针应为同源探针，一般长度在300bp以上。杂交探针的制备包括探针核苷酸序列的获得和标记两部分内容。1.探针核苷酸序列的获得探针核苷酸序列的获得（1）人工合
24、成；）人工合成；（2）从质粒上切取（质粒）从质粒上切取（质粒DNA的制备的制备 质质粒粒DNA 样品纯度及浓度的检测样品纯度及浓度的检测 质粒质粒DNA的酶切的酶切 探针片断的回收）。探针片断的回收）。2.探针标记探针标记（1）标记物）标记物志向的标记物应满足以下条件：志向的标记物应满足以下条件：1.标记前后探针的基本结构和性质相同；标记前后探针的基本结构和性质相同；2.检测灵敏度高、特异性强、本底低、重检测灵敏度高、特异性强、本底低、重复性好且操作简便、节时；复性好且操作简便、节时；3.稳定、平安、无环境污染；稳定、平安、无环境污染；4.经济。经济。表一、标记物类别表一、标记物类别（2）标记
25、方法）标记方法1.切口平移法切口平移法2.随机引物法随机引物法3.末端标记法末端标记法4.化学标记法化学标记法1.切口平移法切口平移法 利用微量的利用微量的DNA酶酶I使待标记的双链使待标记的双链DNA分子产生若干单链缺口，然后分子产生若干单链缺口，然后E.coliDNA聚合酶聚合酶I的的5 3外切作用在切外切作用在切口的口的5端将脱氧核苷酸逐个切下，同时该端将脱氧核苷酸逐个切下，同时该酶的酶的3 5聚合或性诱使反应体系中的核苷聚合或性诱使反应体系中的核苷酸底物按模板要求依次连接到切口的酸底物按模板要求依次连接到切口的3羟羟基处。基处。2.随机引物法随机引物法 随机引物法是近几年来兴起的一种有
26、效的标记方法，在反应体系中加入寡核苷酸引物，模板DNA变性成单链后与寡核苷酸引物杂交，形成局部的双链区，DNA聚合酶以引物的3-OH为起始点，依据模板的依次形成互补的探针。该方法有如下优点：要求模板纯度不是很高；反应比较稳定；标记的探针比活性高；可在低溶点琼脂糖中反应。3.末端标记法末端标记法 5末端标记常用末端标记常用T4多聚核苷酸激酶，多聚核苷酸激酶，标记物常用标记物常用-32PATP。3末端标记常用末端转移酶，该酶末端标记常用末端转移酶，该酶催化催化-32PdNTP加到加到3末端。末端。4.化学标记法化学标记法 酶法是先将标记物标记在核苷酸上，然后再通过酶促聚合反应使带标记的核苷酸掺入到
27、核酸序列中。化学法是通过标记物的活性基团与核酸分子中的某个基团发生化学反应而进行标记。酶法目前运用较多，但标记程序困难，费用高；化学法的主要问题是试剂及操作因标记物不同而不同，没有一个常规的方法。三、三、Southern印迹杂交印迹杂交1.Southern印迹杂交原理印迹杂交原理2.Southern印迹杂交的试验样品印迹杂交的试验样品3.Southern印迹杂交的试验程序印迹杂交的试验程序1.Southern印迹杂交原理印迹杂交原理 将被检植株的基因组将被检植株的基因组DNA提取出来，用限制性内提取出来，用限制性内切酶酶切，用琼脂糖凝胶电泳分别，各片断按分子大切酶酶切，用琼脂糖凝胶电泳分别，各
28、片断按分子大小依次排布在凝胶上。用碱处理凝胶，使个酶切片端小依次排布在凝胶上。用碱处理凝胶，使个酶切片端在凝胶上原位变性，利用印迹技术将变性的各酶切片在凝胶上原位变性，利用印迹技术将变性的各酶切片端由凝胶转移到固相膜上，经烘干或紫外照射处理，端由凝胶转移到固相膜上，经烘干或紫外照射处理，使印迹的各片断与固相膜坚固结合。经预杂交处理，使印迹的各片断与固相膜坚固结合。经预杂交处理，掩盖膜上的非特异杂交位点后，将膜放入含有单链探掩盖膜上的非特异杂交位点后，将膜放入含有单链探针的杂交液中，在适宜的条件下进行杂交。膜上与探针的杂交液中，在适宜的条件下进行杂交。膜上与探针同源的单链序列可以通过碱基互补作用
29、与探针杂交针同源的单链序列可以通过碱基互补作用与探针杂交成双链，从而使探针固定在相应位置上。最终依据探成双链，从而使探针固定在相应位置上。最终依据探针的标记性质进行检出。针的标记性质进行检出。2.Southern印迹杂交的试验样品印迹杂交的试验样品 Southern印迹杂交鉴定外源基因整合要印迹杂交鉴定外源基因整合要准备以下样品：准备以下样品：（1）阳性比照样品：含外源基因的质粒。）阳性比照样品：含外源基因的质粒。（2）阴性比照样品：非转化植株总）阴性比照样品：非转化植株总DNA。（3）分子量标准：）分子量标准：（4）被检样品：待检转化植株总）被检样品：待检转化植株总DNA。3.Souther
30、n印迹杂交的试验程序印迹杂交的试验程序（1）植物总）植物总DNA的限制性酶切；的限制性酶切；（2）凝胶电泳分别各酶切片段；）凝胶电泳分别各酶切片段；（3）各酶切片段于凝胶中原位变性；）各酶切片段于凝胶中原位变性；（4）将凝胶中变性的）将凝胶中变性的DNA片段转移到固相膜片段转移到固相膜上；上；（5）预杂交，掩盖非特异性位点；）预杂交，掩盖非特异性位点；（6）杂交；）杂交；（7）漂洗去除未结合的及非特异结合的探针；）漂洗去除未结合的及非特异结合的探针；（8）杂交体检出。）杂交体检出。其次节其次节 其他检测技术其他检测技术1.PCR2.PCR-Southern3.RFLP和RAPD第三章第三章 外源基因表达的检测外源基因表达的检测