基因的克隆与分离.ppt
《基因的克隆与分离.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基因的克隆与分离.ppt(96页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、第三章 基因的克隆与分离,Company name,目 录,基因工程概论,1,基因工程的工具酶和载体,2,基因的克隆和分离,3,基因的转移与重组体的筛选和鉴定,4,克隆基因的表达,5,植物基因工程,6,结构基因的组成,转录启动区,核糖体识别区,编码区,转录终止区,起始密码ATG,开放读码框,终止码TAG、TAA、TGA,Company name,目的基因的定义,准备要分离、改造、扩增或表达的基因。,Company name,第四章 目的基因获取,1.直接分离法,Company name,第一节 直接分离法,2,3,限制性内切酶法,随机片断化,物理化学法,Company name,用限制性内切酶
2、把基因组DNA切成不同大小的片断。,酶切,1.限制性内切酶法,Company name,适合于从简单的基因组中分离目的基因,如质粒或病毒的大小只有几千碱基,大的也超不过几十万碱基,编码基因比较少,获得也比较简单.,应用对象,1、对已知序列的DNA分子,只需要用已知识别序列的限制性内切酶进行一次或几次切割,分离纯化所需要的DNA片断,与适当载体连接。2、对已知定位的目的基因,只要根据目的基因两侧的已知的酶切识别位点,一次就可以获得。3、即使含目的基因的DNA分子未定序或定位,也只须通过酶切分析,随后再通过部分酶切,构建一个简单的基因文库,从钩出目的基因。,Company name,由于带有粘性末
3、端,产物可以直接与载体连接。,目的基因内部也可能有该内切酶的切点。目的基因也被切成碎片!,BamH I,BamH I,BamH I,gene,优点,缺点,Company name,控制内切酶的用量和消化时间,使基因组中的酶切位点只有一部分被随机切开。,影响所切出的产物的长度和随机程度。,2、随机片断化,2.1 限制性内切酶局部消化法,限制性内切酶的选用原则,内切酶识别位点的碱基数,内切酶粘性末端,能与常用克隆位点相连。,Company name,(1)超声波,超声波强烈作用于DNA,可使其断裂成约300bp的随机片断。,(2)高速搅拌,1500转/分下搅拌30min,可产生约8kb的随机片断。
4、,2.2 机械切割法,Company name,基本原理:DNA分子的两条链存在着GC、AT碱基配对,其中GC间存在3个氢键、AT间存在2个氢键,如果不同基因片段的碱基组成差异较大,其理化性质,如浮力密度和解链温度等也明显不同,采用相应的方法即可达到从生物基因组中分离目的基因的目的。,密度梯度离心法,非洲爪瞻5SDNA,单链酶解法,根据其热稳定,海胆DNA,3 物理化学法,Company name,第四章 目的基因获取,1.直接分离法,Company name,将某种生物细胞的整个基因组DNA切割成大小合适的片断,并将所有这些片断都与适当的载体连接,引入相应的宿主细胞中保存和扩增。理论上讲,这
5、些重组载体上带有了该生物体的全部基因,称为基因文库。,第二节 构建基因组文库分离法,1.基因文库(gene library),Company name,一、基因文库,某一生物部分基因的集合叫该生物的亚基因组文库。,某一生物全部基因的集合叫该生物的基因文库。,Company name,载体的制备;高纯度大分子量基因组 DNA(High molecular weight DNA,HMW DNA)的提取;HMW DNA 的部分酶切与脉冲电泳分级分离;载体与外源片段的连接与转化或侵染宿主细胞;重组克隆的挑取和保存。,基因组 DNA 文库的构建程序包含 5 个部分:,Company name,断点完全随
6、机,片断长度合适于载体连接。,超声波(300bp)或机械搅拌(8kb)。,物理切割法:,内切酶Sau3A进行局部消化。可得到10-30kb的随机片断。,酶切法:,2.基因文库构建的一般步骤,(1)染色体DNA片段的制备,Company name,(2)目前常用的载体,载体能够容载的DNA片断大小直接影响到构建完整的基因文库所需要的重组子的数目。,载体容量越大,所要求的DNA片断数目越少,所需的重组子越少。,(1)对载体的要求,载体系列:容量为 约20 kp cosmid载体:容量为 45 kb YAC:容量为 230kb-1700kbBAC:容量为 300 kb,(2)载体与基因组DNA大片段
7、的连接,构建基因文库的载体选用,Company name,粘性末端直接连接,载体与外源DNA大片段的两个末端都有相同的粘性末端。,如:Sau3A与BamHI的酶切末端。,直接连接、人工接头或同聚物加尾。,人工接头法(adapter),人工合成的限制性内切酶粘性末端片断。,载体与基因组DNA大片段的连接方式,Company name,各种酶的接头可以向公司定做或购买,接上人工接头,粘性末端,CCC,CCC,末端转移酶,粘性末端,同聚物加尾,文库的代表性和随机性,文库的代表性:指文库中所有克隆所携带的DNA片段可以覆盖整个基因组,也就是说,可以从该文库中分离任何一段基因组DNA。,Company
8、name,一个文库要包含99%的基因组DNA时所需要的克隆数目。,N=,ln(1-p),ln(1-f),p:文库包含了整个基因组DNA的概率(99%),f:插入载体的DNA片断的平均长度占整个基因 组DNA的百分数,N:所需的重组载体数(克隆数),3.基因组文库的大小,例如:人的基因组是 3109 bp,插入DNA片断的平均长度如果是1.7104 bp,N=,ln(1-p),ln(1-f),=,ln(1-99%),ln(1-f),=,4.61,G,f,N=,4.61,G,f,G:Genome大小;f:fragment大小,N=,4.61,G,f,=,4.61,3109,1.7104,=8.11
9、05,文库的质量检测,克隆数越多,平均插入片段越长,插入效率和基因组覆盖度越高,文库质量就越好。一般覆盖倍数达到4-6倍覆盖率。,指文库的对象不是全基因组范围,而是基因组的某一区段,如基因组某一特定大小酶切片段的组合,一条染色体或更小的区段(如一个YAC或BAC克隆等)。,亚基因组文库,例如:将基因组DNA用多种限制性内切酶切割,Southern杂交显示目标基因在8.3kb的Spel片段上则可将Spel酶切的基因组DNA中的8.3kb片断回收,用于构建DNA文库。,cDNA文库的构建,1、cDNA文库的特征1)基因表达的时空性决定cDNA文库的取材,构建cDNA文库时最好选取目的基因表达量最高
10、的 发育时期或这一时期的特殊组织。,根 叶 花 花药 茎 穗下节 幼胚,2)表达量的差异决定构建cDNA文库要具有合适的容量。3)mRNA的丰度高丰度mRNA:5000多个拷贝,占总mRNA的22%中等丰度mRNA:200-300个拷贝,占总mRNA的49%低丰度mRNA:1-15个拷贝,占总mRNA的29%,2、均一化cDNA文库 通过一定的策略和方法,将构建好的独立cDNA文库进行一定处理,降低高丰度和中等丰度基因在cDNA文库中的比例,从而使高丰度、中等丰度和低丰度基因在文库中出现的频率相对一致,这种cDNA文库称均一化cDNA文库。,Company name,1.cDNA,以mRNA为
11、模板逆转录出的DNA称cDNA。,2.cDNA library,mRNA,cDNA,3,3,5,5,反转录酶,引物,利用某种生物的总mRNA合成cDNA,再将这些cDNA与载体连接,转入细菌细胞中进行保存和扩增,称cDNA文库。,二、cDNA文库的构建,Company name,3.cDNA文库的特点,(1)不含内含子序列。,(2)可以在细菌中直接表达。,(3)包含了所有编码蛋白质的基因。,(4)比DNA文库小的多,容易构建。,Company name,(1)总RNA(total RNA)提取,提取总RNA有商业化的试剂盒(kit)。,4.构建cDNA文库的一般步骤,(2)mRNA的分离纯化,
12、利用真核mRNA都含有一段polyA尾巴,将mRNA从总RNA(rRNA、tRNA等)中分离纯化。mRNA只占总RNA的1%-2%。,Company name,Company name,反转录酶,cDNA第一链合成,逆转录酶能以RNA为模板合成cDNA。用Oligo dT(或随机引物)作引物,合成cDNA的第一链。,mRNA,cDNA,3,5,5,AAAAAAA,TTTTTTT,Oligo dT引物,(3)cDNA的合成,Company name,用碱处理或用RNaseH降解mRNA-DNA杂交分子中的mRNA。,mRNA,cDNA,3,3,5,5,反转录酶,引物,mRNA,cDNA第一链,3
13、,3,5,5,引物,cDNA第一链,3,5,引物,或RNaseH,碱,降解mRNA模板,Company name,剩下的cDNA单链的3末端一般形成一个弯回来的双链发卡结构,可成为合成第二条cDNA链的引物。用DNA聚合酶合成第二链DNA.。,cDNA第一链,5,cDNA第二链合成,DNA聚合酶,cDNA第一链,cDNA第二链,5,3,cDNA第二链合成,Company name,核酸酶S1,用核酸酶S1可以切掉发卡结构(但这会导致cDNA中有用的序列被切掉!),cDNA第一链,cDNA第二链,5,3,cDNA第一链,cDNA第二链,5,3,5,3,去掉发卡结构,Company name,在双
14、链cDNA末端接上人工接头,即可与载体连接,转入受体菌。或借助末端转移酶给载体和双链cDNA的3端分别加上几个C或G,成为粘性末端。,接上人工接头,粘性末端,CCC,CCC,末端转移酶,cDNA与载体连接,Company name,Company name,一个cDNA文库要包含99%的mRNA时所需要的克隆数目。,N=,ln(1-p),ln(1-),p:文库包含了完整mRNA的概率(99%),:某一种低丰度(不足14份拷贝)mRNA占细胞整个mRNA的比例,N:所需的重组载体数(克隆数),1,n,1,n,cDNA文库的大小,Company name,获得目的基因的其他方法,构建差示文库筛选特
15、殊基因 差示文库(differential library)又称扣除文库(subtracted library),是反映不同组织细胞或同一种细胞在不同生理状态下,基因表达差异的cDNA文库。mRNA差异显示法获得目的基因 mRNA差异显示(mRNA differential display DD)PCR法全称为DD-PCR法其用途和应用目的与构建差示文库大体一致。基因改造可获得新型目的基因 采用基因拼接、基因缺失或点突变等方法,使表达产物量提高或降低毒性,有助于研究基因间的相互作用(如协同抑制效应)。,Company name,应用差别杂交或扣除杂交法 分离克隆的目的基因,Company na
16、me,差别杂交(differential hybridization)又称差别筛选(differential screening)适用于分离经特殊处理而被诱发表达的mRNA的cDNA。扣除杂交(subtractive hybridization)又叫扣除cDNA克隆(subtractive cDNA cloning)通过构建扣除文库得以实现。,Company name,差别杂交:需要两种不同的细胞群体(目的基因正常表达、目的基因不表达),分别制备两种不同mRNA提取物,以两种总mRNA探针平行杂交,对有表达目的基因的细胞总mRNA构建的克隆文库进行筛选。,Company name,Compan
17、y name,差别杂交的局限性:1.杂交灵敏度低,对于低峰度的mRNA尤为明显 2.工作量大,重复性差,两套平行滤膜之间的DNA保有量有差别,导致杂交信号不一致。,Company name,其它方法(用于基因分离和鉴定的辅助方法)1)抑制消减杂交法(SSH,Suppression Substraction Hybridiazation)该法是一种用于分离和鉴定差异表达基因的革命性方法,特别适宜于那些差异表达量很低的基因,其富集效率在1000倍以上。需要2g poly(A)RNA和化3-4天时间。主要步骤:i.利用SMART或常规方法制备待测ts-cDNA(tester cDNA)和驱动ds-c
18、DNA(driver cDNA)ii.用限制酶RsaI酶切2种cDNA,获得具有平端结构的ds-cDNA片段 iii.将待测cDNA样品分为两份,分别与2种不同的匹配接头相连接。两接头的5端序列是相同的,而其3端则是不同的,Company name,iv.每份待测cDNA样品中加入过量的驱动cDNA,加热变性后再复性,形成a、b、c、d 4种分子,a类分子包括等量的高丰度和低丰度序列。由于非目的DNA已与驱动cDNA形成了c类分子而使差异表达的基因序列大大地富集了第1轮PCR v.将第1轮杂交的样品进行第2轮杂交:将2种样品混合后再加入驱动cDNA,被富集的a类分子可形成b、c、e等3类杂交分
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基因 克隆 分离

链接地址:https://www.31ppt.com/p-6262991.html