生物化学与分子生物学/目的基因序列克隆的筛选与鉴定

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生物化学与分子生物学

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目的序列与载体DNA正确连接的效率、重组导入细胞的效率都不是百分之百的,因而最后生长繁殖出来的细胞并不同都带有目的序列。一般一个载体只携带某一段外源DNA,一个细胞只接受一个重组DNA分子。最后培养出来的细胞群中只有一部分、甚至只有很小一部分是含有目的序列的重组体(recombinant)。将目的重组体筛选出来就等于获得了目的序列的克隆,所以筛选(dcreening)是基因克隆的重要步骤。在构建载体,选择宿主细胞、设计分子克隆方案时都必须仔细考虑筛选的问题。以下就常用技术的基本原理加以介绍。

目录

一、根据重组载体的标志作筛选

最常见的载体携带的标志是抗药性标志,如抗氨芐青霉素(anpr)、抗四环素(terr)、抗卡那霉素(kanr)等。当培养基中含有抗生素时,只有携带相应抗药性基因载体的细胞才能生存繁殖,这就把凡未能接受载体DNA的细胞全部筛除掉了。如果外源目的序列是插入在载体的抗药性基因中间使这抗药性基因失活,这个抗药性标志就会消失。例如质粒pBR322含有anpr、和terr两个抗药基因,若将目的序列插入terr基因序列中,转化大肠杆菌,让细菌放在含氨芐青霉素或四环素培养基中,凡未接受质粒DNA的细胞都不能生长;凡在含氨芐青霉素和四环素中都能生长的细菌是含有质粒pBR322的,但其pBR322未插入目的序列,凡在氨芐青霉素中能生长、而在四环素中不能生长的细菌就很可能是含有目的序列的重组质粒

载体含有lacZ’的蓝白筛选法,近年更被广泛应用。例如将目的序列插入前面述及的质粒pUC19的多克隆位点,转化大肠杆菌,放入含氨芐青霉素、IPTG、X-gal的培养基中培养,凡能生长并呈白色的菌落,其细菌中就很可能含有插入目的序列的重组质粒,这样就很容易获得目的序列的克隆。

根据重组载体的标志来筛选,可以筛选去大量的非目的重组体,但还只是粗筛,例如细菌可能发生变异而引起抗药性的改变,却并不代表目的序列的插入,所以需要做进一步细致的筛选。

二、核酸杂交法

利用标记的核酸做探针与转化细胞的DNA进行分子杂交,可以直接筛选和鉴定目的序列克隆。常用的方法是将转化后生长的菌落复印到硝酸纤维膜上,用碱裂菌,菌落释放的DNA就吸附在膜上,再与标记的核酸探针温育杂交,核酸探针就结合在含有目的序列的菌落DNA上而不被洗脱。核酸探针可以用放射性核素标记,结合了放射性核酸探针的菌落集团可用放射性自显影(auroradiography)法指示出来,核酸探针也可以用非放射性物质标记,通常是经颜色呈现指示位置,这样就可以将含有目的序列的菌落挑选出来。

三、PCR法

PCR技术的出现给克隆的筛选增加了一个手段。如果已知目的序列的长度和两端的序列,则可以设计合成一对引物,以转化细胞所得的DNA为模板进行扩增,若能得到预期长度的PCR产物,则该转化细胞就可能含有目的的序列。

四、免疫学

利用特定抗体与目的基因表达产物特异性结合的作用进行筛选。此法不是直接筛选目的基因,而是通过与基因表达产物的反应指示含有目的基因的转化细胞,因而要求实验设计要使目的基因进入受体细胞后能够表达出其编码产物。抗体可用特定的酶常用过氧化物酶碱性磷酸酶等标记,结合酶标抗体处,酶可催化特定的底物分解而呈现颜色,从而指示出含有目的的基因的细胞集落位置。免疫学方法特异性强、灵敏度高,适用于从大量转化细胞集合体中筛选很少几个含目的基因的细胞克隆。

五、DNA限制性内切酶图谱分析

这是在上述筛选后的进一步分析。目的序列插入载体会使载体DNA限制性酶图谱(restriction map)发生变化,例如一个长600bp的目的序列利用它两端的EooR I和SalI切后的粘末端连接插入pUC19的多克隆点,则重组质粒就增大为3.3kb,用Eoor I和SalI双酶切后会出现600bp和-2.7kb两个DNA片段,提取转化细菌的质粒DNA作酶切后做电泳观察其酶切图谱,就能分析得结果;如插入的目的序列中有其它限制性内切酶位点,也能在酶切电泳图谱上观察到。这就可以进一步鉴定重组体是不是所要的目的克隆。

六、核苷酸序列测定

所得到的目的序列或基因的克隆,都要用其核酸序列测定来最后鉴定。已知序列的核酸克隆要经序列测定确证所获得的克隆准确无误;未知序列的核酸克隆要测定序列才能确知其结构、推测其功能,用进一步的研究。因此核酸序列测定是分子克隆中必不可少的鉴定步骤。核酸序列测定的原理和方法在实验教材中有详细的叙述。

32 基因序列导入细胞 | 克隆基因的表达 32
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