分子生物學(xué)學(xué)習(xí)課件：第八部分重組DNA技術(shù)

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1、目目 錄錄 DNA的合成及重組的合成及重組 DNA Biosynthesis and Recombination第十六章第十六章目目 錄錄n接合作用接合作用(conjugation) 當(dāng)細(xì)胞與細(xì)胞、或細(xì)菌通過(guò)菌毛相互接觸時(shí)，當(dāng)細(xì)胞與細(xì)胞、或細(xì)菌通過(guò)菌毛相互接觸時(shí)，質(zhì)粒質(zhì)粒DNA從一個(gè)細(xì)胞（細(xì)菌）轉(zhuǎn)移到另一細(xì)胞（細(xì)菌）的從一個(gè)細(xì)胞（細(xì)菌）轉(zhuǎn)移到另一細(xì)胞（細(xì)菌）的DNA轉(zhuǎn)移作用。轉(zhuǎn)移作用。n轉(zhuǎn)化作用轉(zhuǎn)化作用(transformation) 通過(guò)自動(dòng)獲取通過(guò)自動(dòng)獲取/人為供給外源人為供給外源DNA，使細(xì)胞或培養(yǎng)的受，使細(xì)胞或培養(yǎng)的受體細(xì)胞獲得新遺傳表型的作用。體細(xì)胞獲得新遺傳表型的作用。n轉(zhuǎn)導(dǎo)作用轉(zhuǎn)

2、導(dǎo)作用(transduction) 當(dāng)當(dāng)病毒（如噬菌體）病毒（如噬菌體）從被感染的細(xì)胞（供體）釋放出從被感染的細(xì)胞（供體）釋放出來(lái)，再次感染另一細(xì)胞（受體）時(shí)，發(fā)生在供體細(xì)胞來(lái)，再次感染另一細(xì)胞（受體）時(shí)，發(fā)生在供體細(xì)胞和受體細(xì)胞之間的和受體細(xì)胞之間的DNA轉(zhuǎn)移和基因重組。轉(zhuǎn)移和基因重組。n轉(zhuǎn)座轉(zhuǎn)座(transposition)目目 錄錄n在轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)或轉(zhuǎn)座的過(guò)程中，整段在轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)或轉(zhuǎn)座的過(guò)程中，整段DNA在細(xì)胞在細(xì)胞內(nèi)、細(xì)胞間或不同物種間進(jìn)行轉(zhuǎn)移，并發(fā)生內(nèi)、細(xì)胞間或不同物種間進(jìn)行轉(zhuǎn)移，并發(fā)生DNA分子間的共價(jià)連接。分子間的共價(jià)連接。目目 錄錄n同源重組同源重組(homologous rec

3、ombination，HR) 是指發(fā)是指發(fā)生在生在同源序列間同源序列間的重組，它通過(guò)鏈的斷裂和再連接，的重組，它通過(guò)鏈的斷裂和再連接，在兩個(gè)在兩個(gè)DNA分子同源序列間進(jìn)行單鏈或雙鏈片段的分子同源序列間進(jìn)行單鏈或雙鏈片段的交換。又稱交換。又稱基本重組基本重組(general recombination)。n同源重組同源重組不需要特異不需要特異DNA序列，而是依賴兩分子之序列，而是依賴兩分子之間序列的相同或類似性間序列的相同或類似性。 如果通過(guò)轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)導(dǎo)獲如果通過(guò)轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)導(dǎo)獲得的外源得的外源DNA與宿主與宿主DNA充分同源，則可以整合充分同源，則可以整合進(jìn)宿主的染色體中。進(jìn)宿主的染色體中。n在真核

4、生物和原核生物中均有發(fā)生在真核生物和原核生物中均有發(fā)生目目 錄錄以以E.coli的同源重組為例的同源重組為例兩個(gè)同源染色體兩個(gè)同源染色體DNA排列整齊排列整齊一個(gè)一個(gè)DNA的一條鏈斷裂、并與另一個(gè)的一條鏈斷裂、并與另一個(gè)DNA對(duì)應(yīng)的鏈連接，形成對(duì)應(yīng)的鏈連接，形成Holliday中間體中間體通過(guò)通過(guò)分支移動(dòng)分支移動(dòng)產(chǎn)生異源雙鏈產(chǎn)生異源雙鏈DNAHolliday中間體切開(kāi)并修復(fù)，形成兩個(gè)雙鏈中間體切開(kāi)并修復(fù)，形成兩個(gè)雙鏈重組體重組體DNA目目 錄錄片段重組體片段重組體(patch recombinant)切開(kāi)的鏈與原來(lái)斷裂的是同一條鏈，重組體含切開(kāi)的鏈與原來(lái)斷裂的是同一條鏈，重組體含有異源雙鏈區(qū)，

5、其兩側(cè)來(lái)自同一親本有異源雙鏈區(qū)，其兩側(cè)來(lái)自同一親本DNA。拼接重組體拼接重組體(splice recombinant) 切開(kāi)的鏈并非原來(lái)斷裂的鏈，重組體含有異源切開(kāi)的鏈并非原來(lái)斷裂的鏈，重組體含有異源雙鏈區(qū)，其兩側(cè)來(lái)自不同親本雙鏈區(qū)，其兩側(cè)來(lái)自不同親本DNA。 目目 錄錄 內(nèi)切酶內(nèi)切酶 (recBCD)DNA侵?jǐn)_侵?jǐn)_(recA)分支遷移分支遷移 (recA) 內(nèi)切酶內(nèi)切酶(recBCD) DNA 連接酶連接酶5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 3 3 5 3 5 3 3 5 5 3 5 3 5 3 Holiday中間體

6、中間體5 3 5 3 5 3 5 3 目目 錄錄Holiday中間體中間體5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 5 5 3 3 3 5 5 5 5 3 3 3 3 5 5 5 5 3 3 3 3 5 5 5 5 3 3 3 3 5 5 5 5 3 3 3 3 內(nèi)切酶內(nèi)切酶(ruvC)內(nèi)切酶內(nèi)切酶(ruvC) DNA連接酶連接酶 DNA連接酶連接酶拼接重組體拼接重組體片段重組體片段重組體切開(kāi)的鏈與原來(lái)切開(kāi)的鏈與原來(lái)斷裂的是同一條斷裂的是同一條鏈鏈目目 錄錄n由由催化催化，在兩個(gè)，在兩個(gè)DNA序列的特異位點(diǎn)間發(fā)生的序列的特異位點(diǎn)間發(fā)生的整合稱整合稱位點(diǎn)特異重組位點(diǎn)特異重組(site spec

7、ific recombination)。n舉例：舉例： 噬菌體噬菌體DNA的整合的整合 細(xì)菌的特異位點(diǎn)重組細(xì)菌的特異位點(diǎn)重組如沙門氏菌如沙門氏菌H片段倒位決定鞭毛相片段倒位決定鞭毛相轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變 免疫球蛋白基因的重排以及轉(zhuǎn)座重組免疫球蛋白基因的重排以及轉(zhuǎn)座重組n作用：作用： 某些基因表達(dá)的調(diào)節(jié)某些基因表達(dá)的調(diào)節(jié) 發(fā)育過(guò)程中程序性發(fā)育過(guò)程中程序性DNA重排重排 有些病毒和質(zhì)粒有些病毒和質(zhì)粒DNA復(fù)制循環(huán)過(guò)程中發(fā)生的整合與切除復(fù)制循環(huán)過(guò)程中發(fā)生的整合與切除目目 錄錄n大多數(shù)基因在基因組內(nèi)的位置是固定的，但有些大多數(shù)基因在基因組內(nèi)的位置是固定的，但有些基因可以從一個(gè)位置移動(dòng)到另一位置。這些可移基因可以從

8、一個(gè)位置移動(dòng)到另一位置。這些可移動(dòng)的動(dòng)的DNA序列包括序列包括插入序列和轉(zhuǎn)座子插入序列和轉(zhuǎn)座子(transposon, Tn)。由插入序列和轉(zhuǎn)座子介導(dǎo)的基因移位或重排。由插入序列和轉(zhuǎn)座子介導(dǎo)的基因移位或重排稱為稱為轉(zhuǎn)座轉(zhuǎn)座(transposition)，又稱，又稱轉(zhuǎn)座重組轉(zhuǎn)座重組(transpositional recombination)。目目 錄錄1.插入序列插入序列(insertion sequences, IS)組成：組成： 二個(gè)分離的、反向重復(fù)二個(gè)分離的、反向重復(fù)(inverted repeats, IR)序列序列（但側(cè)翼連接（但側(cè)翼連接有短的、不同的插入序列有短的、不同的插入序列的

9、的正向重復(fù)序列正向重復(fù)序列） 一個(gè)轉(zhuǎn)座酶（一個(gè)轉(zhuǎn)座酶（transposase)編碼基因編碼基因 （表達(dá)產(chǎn)物可引起轉(zhuǎn)座）（表達(dá)產(chǎn)物可引起轉(zhuǎn)座） IRTransposase GeneIR2.插入序列引起的轉(zhuǎn)座的發(fā)生形式：插入序列引起的轉(zhuǎn)座的發(fā)生形式：保守性轉(zhuǎn)座保守性轉(zhuǎn)座(conservative transposition)： 插入序列從原位到新位。插入序列從原位到新位。復(fù)制性轉(zhuǎn)座復(fù)制性轉(zhuǎn)座(duplicative transposition)： 插入序列復(fù)制后，其中的一個(gè)復(fù)制本遷移到新位，另一個(gè)保留插入序列復(fù)制后，其中的一個(gè)復(fù)制本遷移到新位，另一個(gè)保留在原位。在原位。目目 錄錄轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)座子(tr

10、ansposons) 可從一個(gè)染色體位點(diǎn)轉(zhuǎn)移到另一位點(diǎn)的分散重復(fù)序列。可從一個(gè)染色體位點(diǎn)轉(zhuǎn)移到另一位點(diǎn)的分散重復(fù)序列。也就是一段可以發(fā)生轉(zhuǎn)座的也就是一段可以發(fā)生轉(zhuǎn)座的DNA。轉(zhuǎn)座子組成：轉(zhuǎn)座子組成： 反向重復(fù)序列反向重復(fù)序列 轉(zhuǎn)座酶編碼基因轉(zhuǎn)座酶編碼基因 抗生素抗性等有用的基因抗生素抗性等有用的基因（與插入序列不同）（與插入序列不同）IRIRTransposase Gene有用基有用基因因目目 錄錄 Recombinant DNA Technology第二十四章第二十四章目目 錄錄 克隆克隆(clone)來(lái)自同一始祖的相同副本或拷貝的集合。來(lái)自同一始祖的相同副本或拷貝的集合。克隆化克隆化(cl

11、oning)獲取同一拷貝的過(guò)程，即無(wú)性繁殖。獲取同一拷貝的過(guò)程，即無(wú)性繁殖。技術(shù)水平：技術(shù)水平： 分子克隆分子克隆(molecular clone)/DNA 克隆克隆(DNA cloning) 細(xì)胞克隆細(xì)胞克隆 器官（或組織）克隆器官（或組織）克隆 個(gè)體克?。▌?dòng)物或植物）個(gè)體克?。▌?dòng)物或植物）目目 錄錄 又稱分子克隆又稱分子克隆(molecular cloning)或或DNA克隆克隆(DNA cloning)或基因克隆或基因克隆(gene cloning) 技術(shù)，是指技術(shù)，是指在在體外體外利用利用酶學(xué)方法酶學(xué)方法將將目的目的DNA片段片段與能自主復(fù)制與能自主復(fù)制的遺傳元件（又叫的遺傳元件（又叫

12、載體載體）連接，形成）連接，形成重組重組DNA分子分子，進(jìn)而在進(jìn)而在受體細(xì)胞中復(fù)制、擴(kuò)增受體細(xì)胞中復(fù)制、擴(kuò)增，從而獲得，從而獲得單一單一DNA分子的大量拷貝分子的大量拷貝。 克隆目的基因后，針對(duì)該基因進(jìn)行特定蛋白質(zhì)或克隆目的基因后，針對(duì)該基因進(jìn)行特定蛋白質(zhì)或多肽制備以及定向改造基因結(jié)構(gòu)所用的方法及相關(guān)的多肽制備以及定向改造基因結(jié)構(gòu)所用的方法及相關(guān)的工作統(tǒng)稱為工作統(tǒng)稱為基因工程基因工程(genetic engineering)。目目 錄錄第第 一一 節(jié)節(jié)重組重組DNA技術(shù)中常用的技術(shù)中常用的工具酶工具酶 Frequently Used Enzymes in Recombinant DNA Tec

13、hnology目目 錄錄定義定義:限制性核酸內(nèi)切酶限制性核酸內(nèi)切酶(restriction endonuclease, RE)簡(jiǎn)稱限簡(jiǎn)稱限制性內(nèi)切酶或限制酶，是一類制性內(nèi)切酶或限制酶，是一類核酸內(nèi)切酶核酸內(nèi)切酶，能，能識(shí)別識(shí)別雙鏈雙鏈DNA分子分子內(nèi)部?jī)?nèi)部的特異位點(diǎn)并的特異位點(diǎn)并裂解磷酸二酯鍵裂解磷酸二酯鍵，大多數(shù)來(lái)自細(xì)菌。，大多數(shù)來(lái)自細(xì)菌。根據(jù)酶的識(shí)別切割特性、催化條件及是否具有修飾酶活根據(jù)酶的識(shí)別切割特性、催化條件及是否具有修飾酶活性可分為性可分為、型三大類。型三大類。其中其中、型為復(fù)合功能酶，同時(shí)具有限制和型為復(fù)合功能酶，同時(shí)具有限制和DNA修飾修飾2種作用，特異性不強(qiáng)。種作用，特異性不

14、強(qiáng)。通常所說(shuō)的限制酶指通常所說(shuō)的限制酶指型內(nèi)切酶型內(nèi)切酶。目目 錄錄第一個(gè)字母取自產(chǎn)生該酶的細(xì)菌屬名，用大寫斜體；第一個(gè)字母取自產(chǎn)生該酶的細(xì)菌屬名，用大寫斜體；第二、第三個(gè)字母是該細(xì)菌的種名，用小寫斜體；第二、第三個(gè)字母是該細(xì)菌的種名，用小寫斜體；第四個(gè)字母（有時(shí)無(wú)）代表株（可大寫或小寫）；第四個(gè)字母（有時(shí)無(wú)）代表株（可大寫或小寫）；用羅馬數(shù)字表示發(fā)現(xiàn)的先后次序。用羅馬數(shù)字表示發(fā)現(xiàn)的先后次序。命名命名Hin d 屬屬 種種 株株 序序Haemophilus influenzae d株株流感嗜血桿菌流感嗜血桿菌d株的第三種酶株的第三種酶目目 錄錄1. 具有具有特定的識(shí)別和切割位點(diǎn)特定的識(shí)別和切割

15、位點(diǎn)（通常為（通常為6/4堿基序列，也有堿基序列，也有8以上的）以上的） 限制性內(nèi)切酶限制性內(nèi)切酶識(shí)別位點(diǎn)識(shí)別位點(diǎn)限制性內(nèi)切酶限制性內(nèi)切酶識(shí)別位點(diǎn)識(shí)別位點(diǎn)Apa IGGGCCCCCCGGGSma ICCCGGGGGGCCCBamH IGGATCCCCTAGGSau 3A IGATCCTAGPst ICTGCAGGACGTCNot IGCGGCCGCCGCCGGCGEcoR IGAATTCCTTAAGSfi IGGCCNNNNNGGCCCCGGNNNNNCCGG II II型限制性內(nèi)切酶的識(shí)別位點(diǎn)舉例（型限制性內(nèi)切酶的識(shí)別位點(diǎn)舉例（示切割位點(diǎn)）示切割位點(diǎn)） 目目 錄錄2. 識(shí)別的核苷酸序列通常為

16、識(shí)別的核苷酸序列通常為回文結(jié)構(gòu)回文結(jié)構(gòu)(palindrome) 又稱又稱反向重復(fù)序列反向重復(fù)序列(inverted repeat)：是指在兩條：是指在兩條核苷酸鏈中，從核苷酸鏈中，從53方向的核苷酸序列完全一樣。方向的核苷酸序列完全一樣。目目 錄錄Bam HGTCCAGGCCTAGGATCC GGGATCCCCTAGGHindGTCGACCAGCTGGACCTG鈍性末端鈍性末端/平端平端黏性末端黏性末端/黏端黏端3. 切割雙鏈切割雙鏈DNA分子后產(chǎn)生分子后產(chǎn)生黏性或鈍性末端黏性或鈍性末端(sticky end) (blunt end) 錯(cuò)位切割錯(cuò)位切割（多數(shù)）（多數(shù)）目目 錄錄同尾酶同尾酶(i

17、socaudarner) 有些限制性內(nèi)切酶有些限制性內(nèi)切酶雖然識(shí)別序列不完全相同雖然識(shí)別序列不完全相同，但切，但切割割DNA后，產(chǎn)生相同的黏端，這樣的酶彼此互稱為同尾后，產(chǎn)生相同的黏端，這樣的酶彼此互稱為同尾酶。這兩個(gè)相同的黏端稱為酶。這兩個(gè)相同的黏端稱為配伍末端配伍末端(compatible end)。 GGATCC CCTAGG AGATCT TCTAGAGCCTAG GATCC GATCTAG GATCT A4. 不同的酶可以產(chǎn)生同樣的末端不同的酶可以產(chǎn)生同樣的末端 配伍末端可以共價(jià)連接，但連接后的序列有時(shí)就不配伍末端可以共價(jià)連接，但連接后的序列有時(shí)就不能被能被2個(gè)同尾酶中的任何一個(gè)識(shí)別

18、、切割了個(gè)同尾酶中的任何一個(gè)識(shí)別、切割了目目 錄錄GGATCCCCTAGGGCCTAGGATCC GBam HGGATCCCCTAGGGCCTAGGATCC GBstCCCGGGGGGCCCCCCCGGCCGGG GXmaCCCGGGGGGCCCCCCGGGGGGCCCSma能識(shí)別同一序列（切割位點(diǎn)可同或不同）但來(lái)源不同能識(shí)別同一序列（切割位點(diǎn)可同或不同）但來(lái)源不同的兩種酶互稱的兩種酶互稱同識(shí)異切酶同識(shí)異切酶(isoschizomer)或或同裂酶同裂酶。 5. 不同的酶可以識(shí)別同一個(gè)序列不同的酶可以識(shí)別同一個(gè)序列 為為DNA操作增加了酶的選擇余地操作增加了酶的選擇余地目目 錄錄6. 切割特性會(huì)

19、受其他因素的影響切割特性會(huì)受其他因素的影響限制性內(nèi)切酶通常不能切割在識(shí)別位點(diǎn)內(nèi)有特異堿限制性內(nèi)切酶通常不能切割在識(shí)別位點(diǎn)內(nèi)有特異堿基基甲基化甲基化的序列。的序列。緩沖液緩沖液或或環(huán)境溫度環(huán)境溫度也會(huì)影響一些酶的特異性。也會(huì)影響一些酶的特異性。例如，例如，EcoR I在正常情況下識(shí)別在正常情況下識(shí)別“-GAATTC-”序序列，但在甘油濃度大于列，但在甘油濃度大于5%（v/v）或反應(yīng)溫度較低）或反應(yīng)溫度較低時(shí)識(shí)別序列可變?yōu)闀r(shí)識(shí)別序列可變?yōu)椤?AATT-”或或“-嘌呤嘌呤嘌呤嘌呤AT嘧嘧啶嘧啶啶嘧啶-”，這種現(xiàn)象稱為，這種現(xiàn)象稱為星號(hào)活性星號(hào)活性(star activity)，以以EcoR I*表示

20、。表示。目目 錄錄 DNA連接酶連接酶(DNA ligase)：催化兩個(gè)相鄰的：催化兩個(gè)相鄰的3-OH和和5-磷酸基團(tuán)形成磷酸基團(tuán)形成3，5-磷酸二酯鍵，從而使磷酸二酯鍵，從而使DNA片段或單鏈片段或單鏈斷裂形成的缺口連接起來(lái)。斷裂形成的缺口連接起來(lái)。連接酶的作用機(jī)制連接酶的作用機(jī)制反應(yīng)中，反應(yīng)中，AMP加到加到5-磷酸基團(tuán)上，磷酸基團(tuán)上，AMP隨后受到隨后受到3-OH的攻擊而被替換。的攻擊而被替換。目目 錄錄 1. 大腸桿菌染色體編碼的大腸桿菌染色體編碼的 DNA連接酶連接酶 需需NAD+作為輔因子，連平端效率低作為輔因子，連平端效率低 2. T4噬菌體噬菌體DNA編碼的編碼的T4 DNA連

21、接酶（更常用）連接酶（更常用） 需需ATP作為輔因子，能連平端、黏端作為輔因子，能連平端、黏端 DNA連接酶的來(lái)源連接酶的來(lái)源目目 錄錄（一）（一） 堿性磷酸酶能去除核酸分子末端的磷酸基堿性磷酸酶能去除核酸分子末端的磷酸基團(tuán)團(tuán)（二）反轉(zhuǎn)錄酶以（二）反轉(zhuǎn)錄酶以RNA為模板合成為模板合成cDNA（三）末端脫氧核苷酰轉(zhuǎn)移酶用于給（三）末端脫氧核苷酰轉(zhuǎn)移酶用于給DNA末端加末端加尾以構(gòu)成尾以構(gòu)成黏黏性末端性末端 （四）（四）DNA聚合酶聚合酶I主要用于合成主要用于合成DNA（五）（五）DNA聚合酶聚合酶I大片段保留了有用的酶活性大片段保留了有用的酶活性（六）（六）Taq DNA聚合酶常用于聚合酶常用于

22、PCR（七）多核苷酸激酶可使寡核苷酸鏈（七）多核苷酸激酶可使寡核苷酸鏈5羥基末端磷羥基末端磷酸化酸化目目 錄錄 來(lái)自于大腸桿菌（來(lái)自于大腸桿菌（bacterial alkaline phosphatase，BAP）或小牛腸（或小牛腸（calf intestinal alkaline phosphatase，CIP）。用于）。用于脫去脫去DNA（RNA）5末端的磷酸基團(tuán)，使末端的磷酸基團(tuán)，使5 -P成為成為5 -OH，該，該過(guò)程稱核酸分子的脫磷酸作用。過(guò)程稱核酸分子的脫磷酸作用?？梢苑乐馆d體的自連接可以防止載體的自連接，提高，提高載體與載體與DNA片段的重組效率。片段的重組效率。P5OH3OH3

23、P5OH5OH3OH3OH5更常用更常用目目 錄錄反轉(zhuǎn)錄酶反轉(zhuǎn)錄酶（reverse transcriptase） 反轉(zhuǎn)錄酶催化的反轉(zhuǎn)錄酶催化的cDNA合成合成RNARNA53AAAAAAAAAAAATTTTTT53cDNAcDNA隨機(jī)引物隨機(jī)引物Oligo-dT合成方向合成方向53，無(wú)無(wú)35外切酶活性外切酶活性，常用，常用于于構(gòu)建構(gòu)建cDNA文庫(kù)文庫(kù)和和RT-PCR。目目 錄錄 5 35533 53OHGGG GGdGTP末端轉(zhuǎn)移酶末端轉(zhuǎn)移酶簡(jiǎn)稱末端轉(zhuǎn)移酶，將單獨(dú)的一種簡(jiǎn)稱末端轉(zhuǎn)移酶，將單獨(dú)的一種dNTP連續(xù)地加到連續(xù)地加到DNA分子分子的的3-OH上，產(chǎn)生同聚物尾上，產(chǎn)生同聚物尾(homop

24、olymer tail)。不需模板。不需模板。常用于常用于載體和插入片段之間的互補(bǔ)連接。目目 錄錄 大腸桿菌大腸桿菌DNA聚合酶聚合酶I(DNA polymerase I)是基因工是基因工程中常用的程中常用的DNA聚合酶。其除具有聚合酶。其除具有53聚合酶活性外，聚合酶活性外，還有還有35及及53核酸外切酶活性。因其核酸外切酶活性。因其具有具有53核核酸外切酶活性酸外切酶活性而而常用于常用于DNA探針的缺口平移法探針的缺口平移法(nick translation)標(biāo)記。標(biāo)記。 目目 錄錄 DNA聚合酶聚合酶I大片段大片段(large fragment of DNA polymerase I)為

25、為DNA聚合酶聚合酶I用枯草桿菌蛋白酶用枯草桿菌蛋白酶(subtilisin)裂解后產(chǎn)生的大片裂解后產(chǎn)生的大片段，這個(gè)片段也稱為段，這個(gè)片段也稱為Klenow片段片段(Klenow fragment)。其保留了其保留了53聚合酶活性及聚合酶活性及3 5外切酶活性，失去了外切酶活性，失去了5 3外切酶活外切酶活性。性。它具有的它具有的35外切酶活性能保證外切酶活性能保證DNA復(fù)制的準(zhǔn)確性，即復(fù)制的準(zhǔn)確性，即把把DNA合成過(guò)程中錯(cuò)配的核苷酸去除，再把正確的核苷酸接上合成過(guò)程中錯(cuò)配的核苷酸去除，再把正確的核苷酸接上去（該活性稱為校對(duì)活性）。去（該活性稱為校對(duì)活性）。 Klenow片段的主要用途有：片

26、段的主要用途有： 補(bǔ)齊雙鏈補(bǔ)齊雙鏈DNA的的3末端，末端，使其轉(zhuǎn)變成平端；或通過(guò)補(bǔ)齊使其轉(zhuǎn)變成平端；或通過(guò)補(bǔ)齊3端而使端而使3末端標(biāo)記；末端標(biāo)記； 在在cDNA克隆中，用于第二股鏈的合成；克隆中，用于第二股鏈的合成； 用于用于DNA序列分析。序列分析。目目 錄錄將黏端轉(zhuǎn)變成平端將黏端轉(zhuǎn)變成平端GC T T A A OH 35 35GA A T TC T T A A5335 對(duì)對(duì)5-黏端片段黏端片段，利用大腸桿菌，利用大腸桿菌DNA聚合酶聚合酶I的的Klenow片段，在片段，在3-OH端延伸，可填平末端的凹陷并端延伸，可填平末端的凹陷并將其轉(zhuǎn)變成平端將其轉(zhuǎn)變成平端。DNADNA聚合酶聚合酶 Ec

27、oR目目 錄錄將黏端轉(zhuǎn)變成平端將黏端轉(zhuǎn)變成平端C T G C AG 5 35CG533 對(duì)對(duì)3黏端的片段黏端的片段，應(yīng)用如，應(yīng)用如T4 DNA聚合酶的聚合酶的35的核酸的核酸外切酶外切酶活性可切去未配對(duì)的序列，將其轉(zhuǎn)變成平端?；钚钥汕腥ノ磁鋵?duì)的序列，將其轉(zhuǎn)變成平端。核酸外切酶核酸外切酶 PstPst 53目目 錄錄 Taq DNA聚合酶具有良好的聚合酶具有良好的聚合活性聚合活性和和熱穩(wěn)定熱穩(wěn)定性性，常用于常用于PCR。該酶具有。該酶具有53聚合酶活性聚合酶活性及及53外切酶活性外切酶活性，但，但沒(méi)有沒(méi)有35外切酶活性外切酶活性，因而，因而無(wú)無(wú)35校對(duì)活性校對(duì)活性，故在，故在PCR反應(yīng)中如果發(fā)生

28、堿基反應(yīng)中如果發(fā)生堿基錯(cuò)配，該酶沒(méi)有校正功能。針對(duì)此不足，目前研發(fā)錯(cuò)配，該酶沒(méi)有校正功能。針對(duì)此不足，目前研發(fā)出多種高保真耐高溫出多種高保真耐高溫DNA聚合酶，大大降低了聚合酶，大大降低了PCR過(guò)程中的堿基錯(cuò)配率。過(guò)程中的堿基錯(cuò)配率。 另外，另外，Taq DNA聚合酶具有聚合酶具有末端轉(zhuǎn)移酶末端轉(zhuǎn)移酶作用，作用，能在所合成能在所合成DNA鏈的鏈的3末端加上一個(gè)單獨(dú)的腺苷酸末端加上一個(gè)單獨(dú)的腺苷酸殘基（殘基（A）。這樣的）。這樣的PCR產(chǎn)物可直接與帶有產(chǎn)物可直接與帶有3-T的線的線性化載體（性化載體（T載體）連接（即載體）連接（即T-A克隆克?。＃?。目目 錄錄 常用的是常用的是T4多核苷酸激酶

29、多核苷酸激酶(T4 polynucleotide kinase)，該酶含，該酶含5多核苷酸激酶和多核苷酸激酶和3磷酸酶活性，能磷酸酶活性，能催化催化ATP的的-位磷酸向位磷酸向DNA和和RNA的的5-羥基轉(zhuǎn)移。羥基轉(zhuǎn)移。 該酶常用于：該酶常用于： DNA或或RNA的的5末端標(biāo)記；末端標(biāo)記； 使沒(méi)有使沒(méi)有5-末端磷酸的末端磷酸的DNA片段磷酸化，以供連接和片段磷酸化，以供連接和克隆之用?？寺≈?。目目 錄錄總結(jié)：重組總結(jié)：重組DNA技術(shù)中常用的工具酶技術(shù)中常用的工具酶工工 具具 酶酶功功 能能限制性核酸內(nèi)切酶限制性核酸內(nèi)切酶識(shí)別特異序列，切割識(shí)別特異序列，切割DNADNA連接酶連接酶催化催化DN

30、A中相鄰的中相鄰的5 磷酸基和磷酸基和3 羥基末端之間形成磷酸二羥基末端之間形成磷酸二酯鍵，使酯鍵，使DNA切口封合或使兩個(gè)切口封合或使兩個(gè)DNA分子或片段連接分子或片段連接堿性磷酸酶堿性磷酸酶切除末端磷酸基切除末端磷酸基反轉(zhuǎn)錄酶反轉(zhuǎn)錄酶合成合成cDNA；替代；替代DNA聚合酶聚合酶I進(jìn)行填補(bǔ)，標(biāo)記或進(jìn)行填補(bǔ)，標(biāo)記或DNA序列序列分析分析末端脫氧核苷酰轉(zhuǎn)移酶末端脫氧核苷酰轉(zhuǎn)移酶 在在3 羥基末端進(jìn)行同聚物加尾羥基末端進(jìn)行同聚物加尾DNA聚合酶聚合酶合成雙鏈合成雙鏈cDNA分子或片段連接；缺口平移制作高比活性探分子或片段連接；缺口平移制作高比活性探針；針；DNA序列分析；填補(bǔ)序列分析；填補(bǔ)3 末

31、端末端Klenow片段片段又名又名DNA聚合酶聚合酶I大片段，具有完整大片段，具有完整DNA聚合酶聚合酶I的的53 聚聚合、合、35 外切活性，而無(wú)外切活性，而無(wú)53 外切活性。常用于外切活性。常用于cDNA第第二鏈合成，雙鏈二鏈合成，雙鏈DNA 3 末端標(biāo)記等末端標(biāo)記等Taq DNA聚合酶聚合酶 常用于常用于PCR；產(chǎn)物的；產(chǎn)物的3末端帶有末端帶有A，可用于，可用于T-A克隆克隆多核苷酸激酶多核苷酸激酶催化多聚核苷酸催化多聚核苷酸5 羥基末端磷酸化，或標(biāo)記探針羥基末端磷酸化，或標(biāo)記探針目目 錄錄第二節(jié)第二節(jié) 目的目的DNA的獲取的獲取Preparation of Interested DNA

32、目目 錄錄要求：要求：已知目的基因的核苷酸序列或其產(chǎn)已知目的基因的核苷酸序列或其產(chǎn)物的氨基酸序列（加以推測(cè)）物的氨基酸序列（加以推測(cè)）應(yīng)用：一般用于應(yīng)用：一般用于小分子肽類基因小分子肽類基因的合成的合成方法：先合成互補(bǔ)單鏈，經(jīng)退火形成雙鏈，方法：先合成互補(bǔ)單鏈，經(jīng)退火形成雙鏈，然后克隆于載體然后克隆于載體DNA目目 錄錄 第一步：構(gòu)建第一步：構(gòu)建(genomic DNA library)，是指包含某一個(gè)生物細(xì)胞或組是指包含某一個(gè)生物細(xì)胞或組織全部基因組織全部基因組DNA序列的隨機(jī)克隆群體，以序列的隨機(jī)克隆群體，以DNA片段的形式貯存了所有的基因組片段的形式貯存了所有的基因組DNA信息信息。 第

33、二步：篩選含有目的基因的克隆。第二步：篩選含有目的基因的克隆。 目目 錄錄分離組織或細(xì)胞染色體分離組織或細(xì)胞染色體DNA大小不等基因片段大小不等基因片段克隆載體克隆載體重組重組DNA分子分子含重組分子（多個(gè)拷含重組分子（多個(gè)拷貝）的轉(zhuǎn)化菌貝）的轉(zhuǎn)化菌限制性內(nèi)切酶限制性內(nèi)切酶或機(jī)械剪切或機(jī)械剪切受體菌受體菌基因組基因組DNA文庫(kù)文庫(kù)這些這些菌稱為了基因組菌稱為了基因組DNA的載的載體，而不是單獨(dú)的存在體，而不是單獨(dú)的存在1個(gè)個(gè)個(gè)個(gè)DNA片段。從文庫(kù)中鑒片段。從文庫(kù)中鑒定帶有目的定帶有目的DNA的方法：的方法：菌落菌落/噬斑原位雜交噬斑原位雜交。* 構(gòu)建基因組構(gòu)建基因組DNA文庫(kù)的簡(jiǎn)要過(guò)程文庫(kù)的簡(jiǎn)

34、要過(guò)程目目 錄錄 第一步：構(gòu)建第一步：構(gòu)建，即包含，即包含在一定條件下所表達(dá)的在一定條件下所表達(dá)的全部全部mRNA經(jīng)反轉(zhuǎn)錄而合成的經(jīng)反轉(zhuǎn)錄而合成的cDNA序列的克隆群體，它以序列的克隆群體，它以cDNA片段的形式貯存片段的形式貯存了全部的基因表達(dá)信息。了全部的基因表達(dá)信息。 第二步：篩選含有目的第二步：篩選含有目的的克隆。的克隆。 目目 錄錄cDNA文庫(kù)中文庫(kù)中篩選目的基篩選目的基因的方法：因的方法：1.菌落菌落/噬斑噬斑原位雜交原位雜交2.親和篩選親和篩選法（針對(duì)法（針對(duì)cDNA表達(dá)表達(dá)文庫(kù)）文庫(kù)）目目 錄錄前提：前提：已知待擴(kuò)增目的基因已知待擴(kuò)增目的基因或或DNA片段兩端的序片段兩端的序列

35、，并根據(jù)該序列合成適當(dāng)引物。列，并根據(jù)該序列合成適當(dāng)引物。聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(polymerase chain reaction, PCR)是根據(jù)是根據(jù)DNA復(fù)制的原理，在體外利用酶促反應(yīng)獲復(fù)制的原理，在體外利用酶促反應(yīng)獲得特異性序列的基因組得特異性序列的基因組DNA或或cDNA的專門技術(shù)。的專門技術(shù)。PCR的反應(yīng)體系：的反應(yīng)體系：模板模板DNA、特異性引物、特異性引物、DNA聚合酶、聚合酶、dNTP、含鎂離子的緩沖液含鎂離子的緩沖液目目 錄錄PCR的過(guò)程的過(guò)程 變性變性(Denaturing)：經(jīng)加熱至經(jīng)加熱至95使模板使模板DNA 從從 dsDNA 變成變成ssDNA 退火退火(

36、Annealing)：將溫度下降到：將溫度下降到50左右，使引物與模板左右，使引物與模板DNA雜交雜交 延伸延伸(Extension)：將溫度升至：將溫度升至72，DNA 合成合成 上述上述3個(gè)步驟為一個(gè)循環(huán)，循環(huán)擴(kuò)增個(gè)步驟為一個(gè)循環(huán)，循環(huán)擴(kuò)增目目 錄錄利用酵母單雜交系統(tǒng)可克隆利用酵母單雜交系統(tǒng)可克隆DNA結(jié)合蛋結(jié)合蛋白的基因白的基因利用酵母雙雜交系統(tǒng)可克隆特異性相互利用酵母雙雜交系統(tǒng)可克隆特異性相互作用蛋白質(zhì)的基因作用蛋白質(zhì)的基因目目 錄錄p化學(xué)合成法可直接合成目的基因化學(xué)合成法可直接合成目的基因（最常用最常用）p從基因組從基因組DNA文庫(kù)中獲取目的基因文庫(kù)中獲取目的基因p從從cDNA文庫(kù)中

37、獲取目的基因文庫(kù)中獲取目的基因p經(jīng)經(jīng)PCR獲取目的基因獲取目的基因（已知序列的情況下，獲已知序列的情況下，獲得目的基因最簡(jiǎn)便的方法得目的基因最簡(jiǎn)便的方法）p通過(guò)特異性雜交系統(tǒng)獲取某些轉(zhuǎn)錄因子的通過(guò)特異性雜交系統(tǒng)獲取某些轉(zhuǎn)錄因子的編碼編碼DNA目目 錄錄第三節(jié)第三節(jié) 重組重組DNA技術(shù)中的技術(shù)中的DNA載體載體DNA Vectors in Recombinant DNA Technology 目目 錄錄載體載體(vector) 是攜帶目的外源是攜帶目的外源DNA，實(shí)現(xiàn)外源，實(shí)現(xiàn)外源DNA在受體細(xì)胞中在受體細(xì)胞中的無(wú)性繁殖或表達(dá)有意義的蛋白質(zhì)所采用的一些的無(wú)性繁殖或表達(dá)有意義的蛋白質(zhì)所采用的一些D

38、NA分子分子。按功能分按功能分克隆載體克隆載體(cloning vector)表達(dá)載體表達(dá)載體(expression vector)按基本元件的來(lái)源不同分按基本元件的來(lái)源不同分質(zhì)粒載體質(zhì)粒載體噬菌體載體噬菌體載體黏粒載體黏粒載體病毒載體病毒載體人工染色體載體等人工染色體載體等目目 錄錄克隆載體克隆載體(cloning vector)為使插入的外源為使插入的外源DNA序列克隆和擴(kuò)增而序列克隆和擴(kuò)增而特意設(shè)計(jì)的載體稱為特意設(shè)計(jì)的載體稱為克隆載體?？寺≥d體。表達(dá)載體表達(dá)載體(expression vector) 為使插入的外源為使插入的外源DNA序列表達(dá)而特意設(shè)序列表達(dá)而特意設(shè)計(jì)的載體稱為計(jì)的載體稱

39、為表達(dá)載體。表達(dá)載體。有的載體兼有有的載體兼有2種功能種功能。目目 錄錄p至少有一個(gè)至少有一個(gè)復(fù)制起點(diǎn)復(fù)制起點(diǎn)(origin of replication, ori)p至少有一個(gè)至少有一個(gè)選擇性標(biāo)志選擇性標(biāo)志(selection marker)區(qū)區(qū)分含載體的細(xì)胞和不含載體的細(xì)胞分含載體的細(xì)胞和不含載體的細(xì)胞p有適宜的限制性內(nèi)切酶的單一切點(diǎn)：稱為有適宜的限制性內(nèi)切酶的單一切點(diǎn)：稱為多克隆多克隆位點(diǎn)位點(diǎn)(multiple cloning sites，MCS)供外源基供外源基因插入時(shí)選擇因插入時(shí)選擇p應(yīng)有較高的應(yīng)有較高的拷貝數(shù)拷貝數(shù)單個(gè)細(xì)菌中某質(zhì)粒的分子單個(gè)細(xì)菌中某質(zhì)粒的分子數(shù)數(shù)目目 錄錄1. 質(zhì)粒

40、質(zhì)粒 (plasmid) 廣泛存在于細(xì)菌、酵廣泛存在于細(xì)菌、酵母在內(nèi)的多種微生物中的、母在內(nèi)的多種微生物中的、獨(dú)立于宿主染色體之外的、獨(dú)立于宿主染色體之外的、能自主復(fù)制和穩(wěn)定遺傳的能自主復(fù)制和穩(wěn)定遺傳的DNA分子，通常為雙鏈環(huán)分子，通常為雙鏈環(huán)狀的超螺旋結(jié)構(gòu)。常帶有狀的超螺旋結(jié)構(gòu)。常帶有抗性基因，利于篩選?？剐曰颍诤Y選。特點(diǎn)特點(diǎn)：能在宿主細(xì)胞內(nèi)獨(dú)立自主復(fù)制；帶有某些：能在宿主細(xì)胞內(nèi)獨(dú)立自主復(fù)制；帶有某些遺傳信息遺傳信息, , 會(huì)賦予宿主細(xì)胞一些遺傳性狀。會(huì)賦予宿主細(xì)胞一些遺傳性狀。 目目 錄錄嚴(yán)緊型質(zhì)粒嚴(yán)緊型質(zhì)粒：質(zhì)粒與細(xì)菌染色體同步復(fù)制，處于：質(zhì)粒與細(xì)菌染色體同步復(fù)制，處于嚴(yán)密控制之下

41、，其拷貝數(shù)較低。嚴(yán)密控制之下，其拷貝數(shù)較低。松弛型質(zhì)粒松弛型質(zhì)粒：質(zhì)粒的復(fù)制快于細(xì)菌染色體復(fù)制：質(zhì)粒的復(fù)制快于細(xì)菌染色體復(fù)制（即質(zhì)粒復(fù)制不受嚴(yán)格控制），其拷貝數(shù)很高。（即質(zhì)粒復(fù)制不受嚴(yán)格控制），其拷貝數(shù)很高。重組重組DNA技術(shù)中使用的質(zhì)粒通常是技術(shù)中使用的質(zhì)粒通常是松弛型松弛型。不同的質(zhì)粒必須兼容才能共存于同一細(xì)胞中（原不同的質(zhì)粒必須兼容才能共存于同一細(xì)胞中（原核細(xì)胞質(zhì)粒不兼容性）核細(xì)胞質(zhì)粒不兼容性），這對(duì)復(fù)合轉(zhuǎn)染（或轉(zhuǎn)化），這對(duì)復(fù)合轉(zhuǎn)染（或轉(zhuǎn)化）有參考價(jià)值。有參考價(jià)值。質(zhì)粒載體通常所能容納的外源質(zhì)粒載體通常所能容納的外源DNA長(zhǎng)度在長(zhǎng)度在10kb以以內(nèi)（內(nèi)（比噬菌體小比噬菌體?。庠矗?，外

42、源DNA片段越長(zhǎng)，質(zhì)粒越片段越長(zhǎng)，質(zhì)粒越不穩(wěn)定。不穩(wěn)定。 目目 錄錄（1）噬菌體噬菌體DNA改造系統(tǒng)改造系統(tǒng) gt系列（系列（插入型插入型，適用于，適用于cDNA克?。┛寺。〦MBL系列（系列（置換型置換型，適用于基因組，適用于基因組DNA克隆）克?。ヽos位點(diǎn)位點(diǎn)：噬菌體噬菌體DNA為為線性雙鏈分子線性雙鏈分子，兩端各有一條，兩端各有一條由由12個(gè)堿基組成、彼此完全互補(bǔ)且個(gè)堿基組成、彼此完全互補(bǔ)且5單鏈突出的序列單鏈突出的序列（即粘性末端）。感染時(shí)，憑借這一位點(diǎn)環(huán)化成環(huán)狀雙（即粘性末端）。感染時(shí)，憑借這一位點(diǎn)環(huán)化成環(huán)狀雙鏈結(jié)構(gòu)。鏈結(jié)構(gòu)。2. 噬菌體噬菌體(phage)DNA （2）M13噬菌

43、體噬菌體DNA改造系統(tǒng)（含改造系統(tǒng)（含lacZ基因）基因）單鏈閉環(huán)單鏈閉環(huán)狀分子狀分子目目 錄錄3. 穿梭載體穿梭載體(shuttle vector) 人工構(gòu)建，含有不止一個(gè)復(fù)制起點(diǎn)，能攜帶外人工構(gòu)建，含有不止一個(gè)復(fù)制起點(diǎn)，能攜帶外源源DNA序列在不同種類宿主細(xì)胞中復(fù)制、擴(kuò)增。序列在不同種類宿主細(xì)胞中復(fù)制、擴(kuò)增。目目 錄錄u 表達(dá)載體是指用來(lái)在宿主細(xì)胞中表達(dá)外源基表達(dá)載體是指用來(lái)在宿主細(xì)胞中表達(dá)外源基因的載體因的載體u 依據(jù)其宿主細(xì)胞的不同可分為依據(jù)其宿主細(xì)胞的不同可分為: 原核表達(dá)載體原核表達(dá)載體(prokaryotic expression vector) 真核表達(dá)載體真核表達(dá)載體(euk

44、aryotic expression vector) 目目 錄錄 從克隆載體發(fā)展而來(lái)，其從克隆載體發(fā)展而來(lái)，其除了具備克隆載體的一般特點(diǎn)外除了具備克隆載體的一般特點(diǎn)外，還需有調(diào)控外源基因有效轉(zhuǎn)錄和翻譯的序列，如還需有調(diào)控外源基因有效轉(zhuǎn)錄和翻譯的序列，如啟動(dòng)子、核糖啟動(dòng)子、核糖體結(jié)合位點(diǎn)、轉(zhuǎn)錄終止序列等體結(jié)合位點(diǎn)、轉(zhuǎn)錄終止序列等。目前應(yīng)用最廣泛的原核表達(dá)載。目前應(yīng)用最廣泛的原核表達(dá)載體是體是大腸桿菌表達(dá)載體大腸桿菌表達(dá)載體。原核表達(dá)載體的基本組成如下：。原核表達(dá)載體的基本組成如下：R：調(diào)節(jié)序列；：調(diào)節(jié)序列； P：?jiǎn)?dòng)子；：?jiǎn)?dòng)子； SD：SD序列；序列；TT：轉(zhuǎn)錄終止序列：轉(zhuǎn)錄終止序列大腸桿菌表

45、達(dá)載體大腸桿菌表達(dá)載體目目 錄錄lLac啟動(dòng)子（乳糖啟動(dòng)子）啟動(dòng)子（乳糖啟動(dòng)子） lTrp啟動(dòng)子（色氨酸啟動(dòng)子）啟動(dòng)子（色氨酸啟動(dòng)子）lTac啟動(dòng)子（乳糖和色氨酸的雜合啟動(dòng)子）啟動(dòng)子（乳糖和色氨酸的雜合啟動(dòng)子） lPL和和PR啟動(dòng)子（啟動(dòng)子（噬菌體的左向和右向啟動(dòng)子，噬菌體的左向和右向啟動(dòng)子，溫溫度誘導(dǎo)型度誘導(dǎo)型） lT7啟動(dòng)子啟動(dòng)子1. 啟動(dòng)子是啟動(dòng)外源基因表達(dá)的必需元件，其能被啟動(dòng)子是啟動(dòng)外源基因表達(dá)的必需元件，其能被RNA聚合酶所識(shí)別。聚合酶所識(shí)別。目前原核表達(dá)載體常使用的啟動(dòng)子有以下幾種目前原核表達(dá)載體常使用的啟動(dòng)子有以下幾種 ：目目 錄錄2. SD序列提供核糖體結(jié)合位點(diǎn)序列提供核糖體

46、結(jié)合位點(diǎn)3. 轉(zhuǎn)錄終止序列轉(zhuǎn)錄終止序列有助于使有助于使RNA聚合酶重點(diǎn)轉(zhuǎn)錄克隆的外源基因，聚合酶重點(diǎn)轉(zhuǎn)錄克隆的外源基因，控制所轉(zhuǎn)錄控制所轉(zhuǎn)錄RNA的長(zhǎng)度，提高的長(zhǎng)度，提高RNA穩(wěn)定性。穩(wěn)定性。 位于啟動(dòng)子上游的轉(zhuǎn)錄終止序列可阻止其他啟位于啟動(dòng)子上游的轉(zhuǎn)錄終止序列可阻止其他啟動(dòng)子的通讀，降低本底；位于多克隆位點(diǎn)下游的轉(zhuǎn)動(dòng)子的通讀，降低本底；位于多克隆位點(diǎn)下游的轉(zhuǎn)錄終止序列可防止因外源基因表達(dá)而干擾載體的穩(wěn)錄終止序列可防止因外源基因表達(dá)而干擾載體的穩(wěn)定性。定性。目目 錄錄4. 幾種常見(jiàn)的原核表達(dá)載體各有特點(diǎn)幾種常見(jiàn)的原核表達(dá)載體各有特點(diǎn) 依據(jù)表達(dá)目的蛋白的方式，可將原核表達(dá)載體依據(jù)表達(dá)目的蛋白的方

47、式，可將原核表達(dá)載體分為分為 （1）非融合型表達(dá)載體）非融合型表達(dá)載體 （2）融合型表達(dá)載體）融合型表達(dá)載體 （3）分泌型表達(dá)載體）分泌型表達(dá)載體 目目 錄錄（1）非融合型表達(dá)載體用于表達(dá)非融合蛋白）非融合型表達(dá)載體用于表達(dá)非融合蛋白 非融合蛋白是指不與細(xì)菌的任何蛋白或多肽融合在一起進(jìn)非融合蛋白是指不與細(xì)菌的任何蛋白或多肽融合在一起進(jìn)行表達(dá)的蛋白。表達(dá)該類蛋白的載體稱為非融合型表達(dá)載體。行表達(dá)的蛋白。表達(dá)該類蛋白的載體稱為非融合型表達(dá)載體。如如pKK223-3（使用使用tac啟動(dòng)子啟動(dòng)子）。（2）融合型表達(dá)載體用于表達(dá)融合蛋白）融合型表達(dá)載體用于表達(dá)融合蛋白 將一段特殊的蛋白質(zhì)（或短肽）的基因

48、構(gòu)建入載體，使之將一段特殊的蛋白質(zhì)（或短肽）的基因構(gòu)建入載體，使之與目的蛋白融合表達(dá)可形成與目的蛋白融合表達(dá)可形成融合蛋白融合蛋白(fusion protein)。表達(dá)該類。表達(dá)該類蛋白的載體稱為融合型表達(dá)載體，如蛋白的載體稱為融合型表達(dá)載體，如pGEX系統(tǒng)（系統(tǒng)（使用使用tac啟動(dòng)啟動(dòng)子子）。（3）分泌型表達(dá)載體用于外源基因的分泌表達(dá)）分泌型表達(dá)載體用于外源基因的分泌表達(dá) 優(yōu)點(diǎn)是能把在受體細(xì)菌內(nèi)表達(dá)的外源蛋白有效地分泌到周優(yōu)點(diǎn)是能把在受體細(xì)菌內(nèi)表達(dá)的外源蛋白有效地分泌到周質(zhì)腔，甚至穿過(guò)細(xì)胞外膜進(jìn)入培養(yǎng)基中。需含有質(zhì)腔，甚至穿過(guò)細(xì)胞外膜進(jìn)入培養(yǎng)基中。需含有編碼信號(hào)肽的編碼信號(hào)肽的序列序列（通常

49、置于（通常置于SD序列下游）。序列下游）。分泌型載體既可用于非融合蛋分泌型載體既可用于非融合蛋白的表達(dá)，也可用于融合蛋白的表達(dá)白的表達(dá)，也可用于融合蛋白的表達(dá)。pIN系列載體是較常用系列載體是較常用的分泌型表達(dá)載體的分泌型表達(dá)載體 目目 錄錄 真核表達(dá)載體也是從克隆載體發(fā)展而來(lái)，故包括必不真核表達(dá)載體也是從克隆載體發(fā)展而來(lái)，故包括必不可少的原核序列，如大腸桿菌中起作用的復(fù)制起始位點(diǎn)、可少的原核序列，如大腸桿菌中起作用的復(fù)制起始位點(diǎn)、抗生素抗性基因、多克隆位點(diǎn)等。抗生素抗性基因、多克隆位點(diǎn)等。真核表達(dá)載體中還具有自身的特點(diǎn)：真核表達(dá)載體中還具有自身的特點(diǎn)： 真核表達(dá)調(diào)控元件：包括啟動(dòng)子、增強(qiáng)子、

50、轉(zhuǎn)錄終真核表達(dá)調(diào)控元件：包括啟動(dòng)子、增強(qiáng)子、轉(zhuǎn)錄終止序列、止序列、poly A 加尾信號(hào)等加尾信號(hào)等 真核細(xì)胞復(fù)制起始序列真核細(xì)胞復(fù)制起始序列 真核細(xì)胞藥物抗性基因真核細(xì)胞藥物抗性基因用于轉(zhuǎn)入真核細(xì)胞后進(jìn)用于轉(zhuǎn)入真核細(xì)胞后進(jìn)行陽(yáng)性克隆的篩選行陽(yáng)性克隆的篩選目目 錄錄OriPro：原核復(fù)制起始序列；：原核復(fù)制起始序列；P：?jiǎn)?dòng)子；：?jiǎn)?dòng)子；MCS：多克?。憾嗫寺∥稽c(diǎn)；位點(diǎn)；TT：轉(zhuǎn)錄終止序列；：轉(zhuǎn)錄終止序列；orieuk：真核復(fù)制起始序列。：真核復(fù)制起始序列。注：不是所有真核表達(dá)載體都有整合序列注：不是所有真核表達(dá)載體都有整合序列 真核表達(dá)載體的基本組成真核表達(dá)載體的基本組成 目目 錄錄真核啟動(dòng)

51、子和增強(qiáng)子在不同類型細(xì)胞中的活性差別很大。真核啟動(dòng)子和增強(qiáng)子在不同類型細(xì)胞中的活性差別很大。Rous肉瘤病毒基因組長(zhǎng)末端重復(fù)序列肉瘤病毒基因組長(zhǎng)末端重復(fù)序列(long terminal repeats，LTR)、SV40病毒早期基因的啟動(dòng)子和增強(qiáng)子病毒早期基因的啟動(dòng)子和增強(qiáng)子、人類巨細(xì)胞病毒人類巨細(xì)胞病毒(CMV)啟動(dòng)子啟動(dòng)子等，可在廣泛的宿主細(xì)胞中起作用，故在真核表達(dá)等，可在廣泛的宿主細(xì)胞中起作用，故在真核表達(dá)載體中被普遍使用。載體中被普遍使用。 真核表達(dá)載體帶有的真核表達(dá)載體帶有的poly A 加尾信號(hào)可保證新轉(zhuǎn)錄的加尾信號(hào)可保證新轉(zhuǎn)錄的mRNA能有效地加上能有效地加上poly A。酵母表

52、達(dá)載體酵母表達(dá)載體昆蟲(chóng)表達(dá)載體昆蟲(chóng)表達(dá)載體哺乳類細(xì)胞表達(dá)載體哺乳類細(xì)胞表達(dá)載體根據(jù)真核宿主細(xì)胞的不同，真核表達(dá)載體可主要根據(jù)真核宿主細(xì)胞的不同，真核表達(dá)載體可主要分為分為 ：目目 錄錄p 黏粒黏粒(cosmid)：又稱粘性質(zhì)?；蜓b配型質(zhì)粒，是由：又稱粘性質(zhì)?；蜓b配型質(zhì)粒，是由DNA的的cos區(qū)區(qū)與與質(zhì)粒質(zhì)粒重新構(gòu)建而成的雜合雙鏈環(huán)狀重新構(gòu)建而成的雜合雙鏈環(huán)狀DNA載體。載體。p 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 含有質(zhì)粒的抗性標(biāo)記基因及復(fù)制起點(diǎn)和多克隆位含有質(zhì)粒的抗性標(biāo)記基因及復(fù)制起點(diǎn)和多克隆位點(diǎn)，點(diǎn)，可按質(zhì)粒的方式在宿主菌中進(jìn)行自主復(fù)制可按質(zhì)粒的方式在宿主菌中進(jìn)行自主復(fù)制； 帶有帶有噬菌體噬菌體DNA的的cos

53、序列，序列，可像可像噬菌體噬菌體DNA一樣進(jìn)行體外包一樣進(jìn)行體外包裝裝； 黏粒本身較小，通常只有幾黏粒本身較小，通常只有幾kb，但，但能容納高達(dá)能容納高達(dá)50 kb的外源的外源DNA片段片段； 非重組體黏粒很小，故不能在體外非重組體黏粒很小，故不能在體外進(jìn)行包裝，所以有利于后續(xù)陽(yáng)性克隆的篩選；進(jìn)行包裝，所以有利于后續(xù)陽(yáng)性克隆的篩選； 黏粒因缺黏粒因缺乏全部乏全部基因，不會(huì)產(chǎn)生噬斑，但在選擇培養(yǎng)基平板上形成基因，不會(huì)產(chǎn)生噬斑，但在選擇培養(yǎng)基平板上形成菌落，這一點(diǎn)也與質(zhì)粒載體一致。菌落，這一點(diǎn)也與質(zhì)粒載體一致。目目 錄錄p細(xì)菌人工染色體細(xì)菌人工染色體(bacterial artificial ch

54、romosome, BAC)基于基于F質(zhì)粒構(gòu)建而成。質(zhì)粒構(gòu)建而成。BAC能容納高達(dá)能容納高達(dá)400 kb(一般為一般為50 kb250 kb)的外源的外源DNA。p酵母人工染色體酵母人工染色體(yeast artificial chromosome, YAC)載體能攜帶更大的載體能攜帶更大的DNA片段，其由酵母線片段，其由酵母線性質(zhì)粒性質(zhì)粒(Ylp)發(fā)展而來(lái)，含有染色體的兩個(gè)端粒片發(fā)展而來(lái)，含有染色體的兩個(gè)端粒片段，能復(fù)制出線性段，能復(fù)制出線性DNA，其克隆容量可高達(dá)其克隆容量可高達(dá)3 Mb(一般為一般為500 kb2Mb)（最高?。ㄗ罡撸。?。利用重組。利用重組線性線性DNA轉(zhuǎn)化細(xì)胞，可建成

55、包含人全部基因組轉(zhuǎn)化細(xì)胞，可建成包含人全部基因組DNA的巨型的巨型YAC文庫(kù)。文庫(kù)。目目 錄錄p啟動(dòng)子探針型載體（即通常所說(shuō)的報(bào)告基因載體）是啟動(dòng)子探針型載體（即通常所說(shuō)的報(bào)告基因載體）是一種快速分離和鑒定基因啟動(dòng)子的工具型載體。一種快速分離和鑒定基因啟動(dòng)子的工具型載體。p把某種組織特異性的調(diào)控序列（如啟動(dòng)子）構(gòu)建于把某種組織特異性的調(diào)控序列（如啟動(dòng)子）構(gòu)建于表達(dá)載體，使外源基因的表達(dá)嚴(yán)格受控于該調(diào)控序表達(dá)載體，使外源基因的表達(dá)嚴(yán)格受控于該調(diào)控序列，就形成了組織特異性表達(dá)載體。列，就形成了組織特異性表達(dá)載體。目目 錄錄p一般的表達(dá)載體只有一個(gè)啟動(dòng)子，為了特殊一般的表達(dá)載體只有一個(gè)啟動(dòng)子，為了特

56、殊需要，可給表達(dá)載體組裝兩個(gè)啟動(dòng)子，構(gòu)成需要，可給表達(dá)載體組裝兩個(gè)啟動(dòng)子，構(gòu)成雙啟動(dòng)子表達(dá)載體，雙啟動(dòng)子表達(dá)載體，旨在方便地研究不同條旨在方便地研究不同條件下的基因表達(dá)情況或分別啟動(dòng)不同基因的件下的基因表達(dá)情況或分別啟動(dòng)不同基因的表達(dá)。表達(dá)。p有時(shí)為了提高目的基因的表達(dá)水平，可將兩有時(shí)為了提高目的基因的表達(dá)水平，可將兩個(gè)或兩個(gè)以上的相同啟動(dòng)子串聯(lián)在一起，個(gè)或兩個(gè)以上的相同啟動(dòng)子串聯(lián)在一起，構(gòu)構(gòu)成串聯(lián)啟動(dòng)子表達(dá)載體。成串聯(lián)啟動(dòng)子表達(dá)載體。目目 錄錄p有些表達(dá)載體不用于表達(dá)蛋白質(zhì)，而是用于表有些表達(dá)載體不用于表達(dá)蛋白質(zhì)，而是用于表達(dá)小分子干擾達(dá)小分子干擾RNA(small interfering

57、RNA, siRNA)或微小或微小RNA(micro RNA, miRNA)等。等。p例如，目前，用于表達(dá)例如，目前，用于表達(dá)siRNA的載體已有多種的載體已有多種（如（如pSilencer2.1-U6 neo，mU6pro等）。等）。 目目 錄錄p載體上的載體上的標(biāo)志標(biāo)志(marker)：通常用于重組子或陽(yáng)性克隆的：通常用于重組子或陽(yáng)性克隆的篩選、鑒定。篩選、鑒定。p常見(jiàn)的標(biāo)志有：常見(jiàn)的標(biāo)志有： 抗生素抗性基因抗生素抗性基因 a.用于細(xì)菌重組子篩選的抗生素抗性基因用于細(xì)菌重組子篩選的抗生素抗性基因 b.用于哺乳類細(xì)胞陽(yáng)性克隆篩選的抗生素抗性基因用于哺乳類細(xì)胞陽(yáng)性克隆篩選的抗生素抗性基因 酶的

58、編碼基因酶的編碼基因 營(yíng)養(yǎng)缺陷選擇標(biāo)志營(yíng)養(yǎng)缺陷選擇標(biāo)志p標(biāo)簽標(biāo)簽(tag)：其編碼序列通常構(gòu)建于表達(dá)載體，與目的：其編碼序列通常構(gòu)建于表達(dá)載體，與目的基因位于同一閱讀框內(nèi)，這樣就可使所表達(dá)的蛋白上基因位于同一閱讀框內(nèi)，這樣就可使所表達(dá)的蛋白上帶上標(biāo)簽肽。帶上標(biāo)簽肽。p標(biāo)簽肽常用于表達(dá)產(chǎn)物的分離、純化與鑒定。標(biāo)簽肽常用于表達(dá)產(chǎn)物的分離、純化與鑒定。目目 錄錄目目 錄錄 目的目的DNA的分離獲?。ǚ郑┑姆蛛x獲?。ǚ郑?載體的選擇與準(zhǔn)備（擇）載體的選擇與準(zhǔn)備（擇） 目的目的DNA與載體連接（接）與載體連接（接） 重組重組DNA轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞（轉(zhuǎn)）轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞（轉(zhuǎn)） 重組體的篩選與鑒定（篩）重組體的篩選

59、與鑒定（篩）目目 錄錄pDNA克隆的第一步是分離獲取目的克隆的第一步是分離獲取目的DNA。p目的目的DNA的來(lái)源有多種，包括基因組的來(lái)源有多種，包括基因組DNA、經(jīng)經(jīng)mRNA反轉(zhuǎn)錄的反轉(zhuǎn)錄的cDNA、PCR擴(kuò)增產(chǎn)物、化擴(kuò)增產(chǎn)物、化學(xué)合成法獲得的學(xué)合成法獲得的DNA等。等。目目 錄錄p進(jìn)行進(jìn)行DNA克隆的目的主要有二：克隆的目的主要有二： 獲得目的獲得目的DNA片段；片段； 獲得目的獲得目的DNA片段所編碼的蛋白質(zhì)片段所編碼的蛋白質(zhì)p針對(duì)第一種目的，通常選用克隆載體；針對(duì)第二針對(duì)第一種目的，通常選用克隆載體；針對(duì)第二種目的，需選用表達(dá)載體種目的，需選用表達(dá)載體p選擇載體時(shí)，還要考慮目的選擇載體時(shí)

60、，還要考慮目的DNA的大小、受體細(xì)的大小、受體細(xì)胞的種類和來(lái)源等因素胞的種類和來(lái)源等因素p選擇載體時(shí)還需注意載體內(nèi)應(yīng)有適宜的多克隆位選擇載體時(shí)還需注意載體內(nèi)應(yīng)有適宜的多克隆位點(diǎn)點(diǎn)目目 錄錄不同載體的克隆容量及適宜宿主細(xì)胞不同載體的克隆容量及適宜宿主細(xì)胞載體載體插入插入DNA片段片段宿主細(xì)胞宿主細(xì)胞質(zhì)粒質(zhì)粒510 kb（最（最小）?。┘?xì)菌，酵母細(xì)菌，酵母噬菌體載體噬菌體載體20 kb細(xì)菌細(xì)菌黏粒黏粒50 kb細(xì)菌細(xì)菌BAC400 kb細(xì)菌細(xì)菌YAC3Mb（最大）（最大） 酵母酵母目目 錄錄 1. 單一相同黏端連接會(huì)產(chǎn)生載體自連單一相同黏端連接會(huì)產(chǎn)生載體自連如果目的基因如果目的基因序列兩端和線序列

61、兩端和線性化載體兩端性化載體兩端為同一限制性為同一限制性內(nèi)切酶切割所內(nèi)切酶切割所致，則產(chǎn)生的致，則產(chǎn)生的黏端完全相同。黏端完全相同。目目 錄錄單一相同黏端連接存在如下缺點(diǎn)：?jiǎn)我幌嗤ざ诉B接存在如下缺點(diǎn)：l 容易出現(xiàn)載體自身環(huán)化容易出現(xiàn)載體自身環(huán)化l 目的目的DNA雙向插入載體（即正向和反向插入）雙向插入載體（即正向和反向插入）l 多拷貝現(xiàn)象多拷貝現(xiàn)象采用采用堿性磷酸酶堿性磷酸酶預(yù)處理線性化載體預(yù)處理線性化載體DNA，使之去，使之去磷酸化，可有效減少載體自身環(huán)化磷酸化，可有效減少載體自身環(huán)化目的目的DNA如果反向插入載體，雖不影響基因克隆，如果反向插入載體，雖不影響基因克隆，但卻影響外源基因的表

62、達(dá)但卻影響外源基因的表達(dá) 目目 錄錄GAATTCCTTAAGAGATCTTCTAGAEco R切割位點(diǎn)切割位點(diǎn)GCTTAAATCTAGAATTCGGATCTABg l切割位點(diǎn)切割位點(diǎn)AATTCGATCTAGAATTCGGATCTAAATTCGATCTAGEcoR+ Bg l雙酶切雙酶切Eco R+ Bg l雙酶切雙酶切GCTTAAATCTAGAATTCGGATCTAT4 DNA連接酶連接酶重組體重組體2. 定向克隆可有效避免載體自連和定向克隆可有效避免載體自連和DNA片段的反向插入片段的反向插入 定向克?。憾ㄏ蚩寺。簩⒋寺⒋寺NA分子和載體分子分子和載體分子采用采用2種限制性內(nèi)切種限制

63、性內(nèi)切酶切割，產(chǎn)生酶切割，產(chǎn)生2種不種不同的黏端（也可以是同的黏端（也可以是黏端黏端+平端），可實(shí)平端），可實(shí)現(xiàn)外源現(xiàn)外源DNA片段的定片段的定向插入。向插入。目目 錄錄3. 通過(guò)其他措施產(chǎn)生黏端進(jìn)行連接通過(guò)其他措施產(chǎn)生黏端進(jìn)行連接 人工接頭法人工接頭法同聚物加尾法同聚物加尾法PCR法法T-A克隆法克隆法 目目 錄錄目的基因目的基因載體載體限制性內(nèi)切酶限制性內(nèi)切酶限制性內(nèi)切酶限制性內(nèi)切酶T4 DNA連接酶連接酶重組體重組體載體自連載體自連目的基因目的基因 自連自連也有也有3種種結(jié)果結(jié)果目目 錄錄p為了提高連接效率，可采用提高連接酶為了提高連接效率，可采用提高連接酶用量、延長(zhǎng)連接時(shí)間、降低反應(yīng)溫

64、度、用量、延長(zhǎng)連接時(shí)間、降低反應(yīng)溫度、增加增加DNA片段與載體的摩爾比等措施片段與載體的摩爾比等措施p平端連接同樣存在載體自身環(huán)化、目的平端連接同樣存在載體自身環(huán)化、目的DNA雙向插入和多拷貝現(xiàn)象等缺點(diǎn)雙向插入和多拷貝現(xiàn)象等缺點(diǎn)目目 錄錄目目 錄錄導(dǎo)入方式導(dǎo)入方式 將將質(zhì)粒質(zhì)粒/黏粒黏粒DNA直接導(dǎo)入細(xì)菌直接導(dǎo)入細(xì)菌/酵母細(xì)胞稱酵母細(xì)胞稱轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化(transformation) 需要感受態(tài)細(xì)胞需要感受態(tài)細(xì)胞(competent cell)化學(xué)誘導(dǎo)、電穿孔化學(xué)誘導(dǎo)、電穿孔 將將外源外源DNA導(dǎo)入真核細(xì)胞（酵母除外）或?qū)?dǎo)入真核細(xì)胞（酵母除外）或?qū)⑹删w噬菌體DNA導(dǎo)入細(xì)導(dǎo)入細(xì)菌稱菌稱轉(zhuǎn)染轉(zhuǎn)染(t

65、ransfection) 借助噬菌體或病毒顆粒借助噬菌體或病毒顆粒將外源將外源DNA導(dǎo)入宿主細(xì)胞稱導(dǎo)入宿主細(xì)胞稱感染感染(infection) 工程細(xì)胞工程細(xì)胞：理想的宿主細(xì)胞通常是：理想的宿主細(xì)胞通常是DNA和（或）蛋白和（或）蛋白質(zhì)降解系統(tǒng)缺陷株，和（或）重組酶缺陷株。質(zhì)降解系統(tǒng)缺陷株，和（或）重組酶缺陷株。目目 錄錄篩選與鑒定程序主要包括：篩選與鑒定程序主要包括：先篩選出帶有先篩選出帶有載體的克??；然后篩選鑒定出帶有重組載載體的克?。蝗缓蠛Y選鑒定出帶有重組載體的克?。蛔詈蠛Y選鑒定出帶有目的體的克隆；最后篩選鑒定出帶有目的DNA的克隆。的克隆。主要篩選和鑒定方法有遺傳標(biāo)志篩選法、主要篩選和

66、鑒定方法有遺傳標(biāo)志篩選法、序列特異性篩選法、親和篩選法等。序列特異性篩選法、親和篩選法等。目目 錄錄1. 利用利用抗生素抗性標(biāo)志抗生素抗性標(biāo)志可篩選出帶有載體的重可篩選出帶有載體的重組子組子 將含有某種抗生素抗性基因的載體轉(zhuǎn)將含有某種抗生素抗性基因的載體轉(zhuǎn)入宿主細(xì)胞后，將細(xì)胞在含有相應(yīng)抗生素的入宿主細(xì)胞后，將細(xì)胞在含有相應(yīng)抗生素的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，無(wú)載體轉(zhuǎn)入的細(xì)胞將被殺死，培養(yǎng)基中培養(yǎng)，無(wú)載體轉(zhuǎn)入的細(xì)胞將被殺死，生長(zhǎng)的細(xì)胞即是含有載體的細(xì)胞。生長(zhǎng)的細(xì)胞即是含有載體的細(xì)胞。至于細(xì)胞至于細(xì)胞中的載體是否為含有目的中的載體是否為含有目的DNA的重組載體，的重組載體，尚需進(jìn)一步鑒定。尚需進(jìn)一步鑒定。目目 錄錄2. 利用利用標(biāo)志補(bǔ)救標(biāo)志補(bǔ)救篩選帶有載體的重組子篩選帶有載體的重組子 p標(biāo)志補(bǔ)救標(biāo)志補(bǔ)救(marker rescue)是指當(dāng)載體上的標(biāo)志基是指當(dāng)載體上的標(biāo)志基因在宿主細(xì)胞中表達(dá)時(shí)，通過(guò)互補(bǔ)宿主細(xì)胞的相因在宿主細(xì)胞中表達(dá)時(shí)，通過(guò)互補(bǔ)宿主細(xì)胞的相應(yīng)缺陷而使細(xì)胞在相應(yīng)選擇培養(yǎng)基中存活。利用應(yīng)缺陷而使細(xì)胞在相應(yīng)選擇培養(yǎng)基中存活。利用該策略可初步篩選帶有載體的重組子。該策略可初步篩選帶有載體的重組子。