分子生物学常用技术上.ppt
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1、分子生物学常用技术,PCR产物,A-T克隆,测序,重组表达载体,重 组 蛋 白,制备抗体,转 染 细 胞,(1)PCR(2)核酸的纯化:凝胶回收Kit(3)连接反应:16过夜/22 2h(4)CaCl2法制备感受态细胞:Kit(5)宿主菌的转化及蓝白筛选(6)挑克隆:2ml 含抗生素的LB(7)提质粒:Kit(8)重组质粒的鉴定:双酶切反应、菌落PCR(9)测序:生物技术服务公司(10)菌种保存:2030%甘油-LB,-20/-70,步骤:,(11)外源基因在哺乳动物细胞中的表达:质粒转染、电转染(12)目的基因表达的鉴定:RT-PCR、Northern Blot、原位杂交、Southern
2、Blot(13)目的蛋白表达的检测:原核表达:SDS-PAGE(重组蛋白诱导表达的诱导剂浓度、诱导时间和温度、重组蛋白表达的形式)、WB 真核表达:Western Blot、ELISA、免疫组化,(14)重组蛋白的纯化:亲和层析,His-tag/GST-tag(15)制备抗体:多抗和单抗(16)基因功能检测:提高/降低表达水平 细胞周期检测:流式细胞仪 细胞增殖检测:MTT 细胞凋亡检测:流式细胞仪、TUNEL、DNA Ladder 抑瘤活性检测:体外、体内 对血管化的影响。(17)作用机制,实验 XXX设备:加样器耗材试剂和配制方法:详细步骤:详细,1.核酸的分离纯化和鉴定:基因组DNA、总
3、RNA、质粒2.基因的克隆与鉴定方法3.外源基因转移技术和表达体系4.检测方法:电泳技术:agarose、SDS-PAGE 分子杂交:SB、NB、WB、基因芯片技术 DNA序列测定 生物信息学分析技术5.基因功能研究的方法6.组学研究技术:基因组学、蛋白质组学,内容,核酸的基本组成,Albrecht Kossel,1910年诺贝尔生理或医学奖,揭示核酸的化学成分,“其对蛋白质,包括核物质的研究工作为我们了解细胞化学作出了贡献”,Lord(Alexander R.)Todd,核苷酸的基本结构,1957年诺贝尔化学奖,“核苷和核苷辅酶”,1962年诺贝尔生理或医学奖,“发现核酸的分子结构及其对于生
4、命物质信息传递的重要意义”,DNA分子的二级结构,数量庞大dNTP(dATP,dCTP,dGTP,dTTP)3,5-磷酸二酯键(共价键)直线形多聚体方向:5-3,5 CAG.3,特点,DNA半保留复制,变性与复性,变性:指核酸双螺旋区的氢键断裂,变成单链,不涉及共价键断裂,不引起分子量降低。,一、核酸的分离、纯化和鉴定基因组DNA的分离、纯化:PCR、Southern-blot、构建基因组文库实验材料:哺乳动物组织(50100mg)哺乳动物细胞(5x105107)六孔板/T25,实验步骤:RT 匀浆:TE pH8.0 组织(液氮冻存、研磨)消化:EDTA、SDS、蛋白酶K、RNase、37/5
5、5 抽提:酚、氯仿、异戊醇 沉淀:异丙醇/NaAc+无水乙醇 洗涤:75乙醇 干燥:风干 溶解:TE/H2O,注意事项:(1)试剂:pH值准确(2)蛋白酶K:20mg/ml,分装,-20,避免反复冻融(3)抽提:完全,不要触及蛋白层(4)干燥:避免过分(5)操作:小心,机械剪切作用,80100kb,2.总RNA的分离纯化:略,3.质粒:细菌等微生物细胞染色体以外,能独立进行 复制和遗传,赋予宿主细胞一定生物学性状 的共价闭环双链DNA分子。,合格质粒的组成要素,复制起始位点:原核1个,真核多个抗性基因多克隆位点启动子增强子终止信号加polyA信号,第二步:筛选标记:如抗性,决定使用什么筛选标记
6、:(1)Ampr:水解-内酰胺环,解除氨苄的毒性。(2)tetr:可以阻止四环素进入细胞。(3)camr:生成氯霉素羟乙酰基衍生物,使之失去毒性。(4)neor:氨基糖苷磷酸转移酶 使G418(长那霉素衍生物)失活。(5)hygr:使潮霉素失活。,如何阅读质粒?,第一步:质粒类型:Ori位置,原核/真核/穿梭质粒;,第三步:多克隆位点,内切酶位点,第四步:外源基因插入片段大小,10kb,大选大小找小,第五步:表达系统元件:启动子-核糖体结合位点-克隆位点-转录终止信号。克隆载体/表达载体,碱裂解法,Omega:Plasmid Mini KitI D6943-01?,4、核酸纯度的鉴定,OD26
7、0和OD280应大于0.05,OD260:DNA,RNA;OD280:蛋白质,浓度:1OD260:50g/ml 双链 DNA 40g/ml 单链 DNA,总RNA 35g/ml 单链RNA 20g/ml 单链寡核苷酸,纯度:OD260/OD280:蛋白质污染程度,DNA 1.8,RNA 1.72.1 OD260/OD230:碳水化合物污染程度,2.0,二、基因的克隆与鉴定方法,基因的化学合成目的基因的克隆策略(1)根据已知碱基或氨基酸序列克隆基因(2)根据表型变异克隆基因(3)基于图谱的基因克隆方法3.文库的构建与目的基因的克隆 4.PCR反应与目的基因的克隆5.目的基因克隆的鉴别与分析,基因
8、的化学合成前提条件:已知基因的核苷酸序列或蛋白质的氨基酸序列适用:分子量较小、价值极高的目的基因历史:1979年,Khorana等首次合成E coli酪氨酸tRNA基因方法:磷酸二酯法、磷酸三酯法、亚磷酸三酯法方式:固相合成法和自动合成法,2.目的基因的克隆策略,(1)根据已知碱基或氨基酸序列克隆基因 a.一个基因的序列已知:PCR技术,目的DNA片段,b.一个基因的一段碱基序列已知:反向PCR/RACE,cDNA全长;探针:筛选cDNA文库,cDNA全长,c.一个或多个物种的某种基因序列已知:同源性比较,保守序列,探针/引物,文库筛选/PCR,从新物种中 分离功能相似的基因,d.已知蛋白质的
9、氨基酸序列:密码子的兼并性,可能的 核苷酸序列,探针,筛选基因组/cDNA文库,基因序列,(2)根据表型变异克隆基因:未知序列基因的克隆,转座子示踪技术:又称转座子标签法,酵母和植物,a.提总RNA:具有对比意义的两组,注意痕量DNA的污染 b.反转录:得到细胞内所有基因的cDNA库 下游引物:12组,T12MN(M:A、C、G;N:A、C、G、T)c.PCR扩增:32P,35S 上游引物:2426组,10mer 下游引物:同反转录 共计288312种PCR反应,mRNA 差异显示:DD-PCR,1992,只能分离与某种 处理或特征有关的基因,步骤:,d.电泳:测序胶或非变性聚丙烯酰胺凝胶,放
10、射自显影e.克隆:PCR差异带的回收、扩增和克隆 f.Northern blotting鉴定:排除假阳性g.序列分析:Blast,递交新序列h.全长基因:RACE或筛选cDNA文库i.基因功能研究:生物信息学,扩增条件:前14个循环采用不严格扩增条件(降低退火温度,增加引物与Mg2+浓度),促使引物与模板的错配;后续PCR循环则采用严格的扩增条件。,基因片段的开放读框,氨基酸序列的功能结构域分析,注意:a.与常规PCR不同,该方法可以保持样品中不同模板的相对比例;b.由于某一刺激因素常常影响数十、甚至数百基因的表达变化,但并不是每个基因的表达变化在此过程都起着重要的作用;c.电泳显示的单一扩增
11、带并不表明它只含有单一的基因。,优点:操作简单、敏感、快速、重复性好、要求的起始RNA量 少、可同时检测某因素作用下表达升高与降低的基因。缺点:大规模地筛选,假阳性率高,得到的多为短片段,且都靠近3端,发展:EDD、ODD、GDD、LDD、FDD(增强、有序、基因组、长程、荧光),消减杂交:又称扣除杂交,克隆差异表达的基因,(3)基于图谱的基因克隆方法:依赖于遗传图谱和物理图谱,可以用来分离与已知分子标记紧密连锁的基因。,方法:染色体跳查:速度快,200kb片段 染色体步查:40kb片段,举例:囊性纤维化跨膜传导调节蛋白(CFTR)-囊性纤维化(常隐)亨廷顿病基因(HD)-亨廷顿病(常显)肌营
12、养不良基因(MD)-肌营养不良症(X隐),3.文库的构建与目的基因的克隆,分类:按组成基因文库的重组DNA片段的供体来源分为两类 cDNA文库:重组DNA片段来源于细胞表达出的mRNA,用于某类特定细胞中基因组的表达状态以及 表达基因的功能鉴定的研究。基因组文库:重组片段供体是某种特定生物个体的基因组DNA,主要用于基因组物理图谱构建、基因组序列分析、基因在染色体上的定位、基因组中基因的结构和 组织形式分析等方面的研究。,基因文库:指采用体外克隆技术得到的一个重组DNA分子群体。,(1)cDNA文库,步骤:cDNA合成,连接到质粒/噬菌体载体上,转化或感染大肠杆菌,产生cDNA文库。,cDNA
13、=copy DNA,cDNA文库的筛选:,(2)基因组文库,概念:是由大量独立克隆形成的群体,指能够代表某种 有机体整个基因组的一套克隆。,步骤:DNA样品的制备用限制性内切酶酶切基因组DNA 电泳分离回收约20kb的大片段与限制性内切酶处理 的载体连接在体外包装成噬菌体颗粒,侵染大肠杆 菌文库的扩增,4.PCR反应与目的基因的克隆,发展历史基本原理反应体系常见类型建立PCR实验室,Kary B.Mullis,Michael Smith,PCR和定点突变突变,1993年诺贝尔化学奖,“发明了聚合酶链反应(PCR)的方法”,“开创了基于寡聚核苷酸的定点突变 方法及其在蛋白质研究中的发展”,(1)
14、PCR发展史,1.1983年春,Mullis提出PCR的概念;2.1983年9月,Mullis用大肠杆菌DNA聚合酶做第一个PCR实验,只一个循环;3.1983年12月,同位素标记的10个循环后的49 bp长度的第一个PCR片断;4.1985年12月20日,Mullis的同事Saiki在Science上发了一篇论文,方法中用了PCR技术,导致Mullis的文章到处被拒;5.1985年10月25日申请PCR专利,1987年7月28日批准(专利号 4,683,202),这次Mullis是第一发明人。6.1986年5月,Mullis在冷泉港实验室做专题报告,全世界开始学习PCR方法;7.1986年6
15、月,Cetus公司纯化了第一种高温菌DNA聚合酶,Taq DNA polymerase,这是1985年春天Mullis建议做的;8.1988年,第一台PCR仪问世;9.1991年,Hoffman LaRoche以3亿美元代价从Cetus公司获得全权开发权。10.1993年,Mullis获得诺贝尔化学奖,PCR和DNA重组技术一样意义深远。,PCR仪的变迁,1.三个水浴锅,用手移动(Mullis等人当时用的)2.电加热块 自来水冷却(PE,1988)3.电加热块 内置循环液冷却(PE,1989)4.三个加热块 机械手(Stratagene,1994)5.半导体制冷和加热(MJ,PE,BioMet
16、ra,Eppendrof)6.温度梯度,荧光检测(如 Roche的Lightcycler)7.风加热8.Lab-on-chip式的PCR仪(所谓的芯片PCR)中国的状况 1.1991年出现三个水浴锅+机械手原始PCR仪(华美,复日等);2.现在以半导体(Peltier板)制冷式为主(杭州博日,上海天呈,厦门安普利等)。,PCR相关的术语和产品,T-vectorHotStart TaqRT-PCRRAPD-PCRDDRT-PCRLM-PCRInverse PCRNested PCRReal-time PCRRACEFlow chip PCR,TASMultiplex PCRImmuno PCRA
17、symmetric PCRLP-PCRNASBA Recombinant PCR AFLPSSCPIn situ PCRTaqMan/SYBR green,(2)原理:模板变性、引物退火、DNA 聚合酶进行DNA链延伸,PCR产物呈指数方式增加,2530个循环,理论109 分子,实际105107,PCR产物生成曲线,logDNA,Cycles,PCR,3-4 小时,特点:特异性、有效性、忠实性,1.操作简便省时;2.灵敏度高;3.特异性较强,但有一定的假阳性率。提高退火温度可以提高特异性;4.对原始材料的质量要求较低;5.有一定程度的单核苷酸错误掺入。因为Taq DNA聚合酶缺乏35核酸外切酶
18、活性,不能纠正反应中发生的错误核苷酸掺入。,a.模板DNA:单链或双链DNA,避免DNA聚合酶抑制剂和能结合 DNA的蛋白质污染。,b.引物:人工合成的两段与待扩增靶DNA侧翼片段互补的寡核苷酸。0.10.5 mol/L,c.Mg2+的浓度:反应产物的特异性和产量,1.5mmol/L。,d.dNTP:50200mol/L,四种dNTP浓度相同。,e.Taq 酶:Klenow/Taq酶/高保真Taq酶,2.5U/100l。,f.参数:94 5min-30(94 30sec-55 30sec-721 min)-72 7min,(3)组成,10Taq Buffer 2.5l引物(10mol/L)21
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