第三章__质粒载体
基因工程第三章分子克隆载体

2、可扩增性 质粒就其复制方式而言分为两类:松弛型复制及严谨型复
制。严谨型质粒每个细胞中拷贝数有限,大约 1 ~几个;松驰型
质粒拷贝数较多,可达几百。
严谨控制型 拷贝数少,一般<10个,分子量大;
松弛控制型 拷贝数多,10-200个,分子量小;
复制受限,受细菌宿主DNA复制系 统的控制;
复制不受细菌DNA复制系统限制, 当宿主蛋白质合成受抑制时(如培 养中加入抗生素时),其拷贝数可 猛增至1000-3000之多,该性质对 基因工程技术十分有利。
7、载体DNA的分子量适当,可容纳较大的外源DNA片段。
第一节 质粒载体
一、质粒的基本特性
质粒(plasmid):是 独立于许多细菌及某些 真核细胞染色体外共价 闭合环状的DNA分子, 能独立复制的最小遗传 单位,大小在1—200kb 之间。和病毒不同,它们 没有衣壳蛋白(裸DNA)。
绝大多数质粒DNA是双链环形,它具有3种不同的构型:
来自pSCl01的 四环素抗性基因 Tetr
来自RSF2124的 氨苄青霉素抗性基 因Ampr。
特点
1. 具有多个单一的限制性内切酶位点。
2. Tetr中有BamH1切点(G↓GATCC)和SalⅠ切点 (G↓AATTC),Ampr中有PstⅠ切点(CTGCA↓G)。
3. 利用ColEl的复制子,所以在细胞中是多拷贝的,可通过氯 霉素使质粒拷贝数进一步扩增。
基因工程
第三章 分子克隆载体
商丘师范学院 马原松
பைடு நூலகம்
第三章 分子克隆载体
教学目的和要求:本章主要阐明用于核酸操作的各种载体: 质粒载体、噬菌体载体和单链丝状噬菌体载体等。通过 本章的学习要求学生了解质粒的基本特性,λ噬菌体的 分子生物学,穿梭载体、整合载体、解离载体等其它载 体;理解大肠杆菌表达载体;掌握质粒载体的工作原理, 噬菌体载体种类及工作原理,粘粒载体、噬菌粒载体的 工作原理。 重点、难点:质粒载体、噬菌体载体的种类和工作原理。 教学方法:讲授、讨论、计算机辅助教学等
第三章 克隆载体的特征及类型
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质粒
质粒DNA的分离纯化
氯化铯密度梯度离心法: 用含有EDTA的缓冲液悬浮菌体 加溶菌酶裂解细菌细胞壁 加CsCl和溴乙锭 超速离心过夜 在紫外灯下吸取cccDNA 稀释沉淀cccDNA RNAs ocDNA L-DNA proteins
质粒
重要的大肠杆菌质粒载体
pGEM-3Z: 多拷贝 装有多克隆位点(MCS) 正选择颜色标记 lacZ’ 装有两个噬菌体的强启动子 用于外源基因的高效表达
ori Apr
pGEM-3E 2743 bp lacZ’
PT7
MCS
PSP6
注意:T7和SP6启动子特异性地由噬菌体DNA编码的RNA聚合 酶所识别,因此相应的受体菌必须表达噬菌体RNA聚合酶,如: E.coli BL21(DE3)等
质粒
质粒的基本特征
质粒的自主复制性:拷贝数的控制机制 – 质粒DNA复制启动控制 控制复制引物与模板的结合
RNA II
3’ 5’
复制方向
5’ 3’
ori
RNA I
rop
(+) Rop
E.coli ColE1 plasmid
RNAII是复制的正向调节分子,RNAI是复制的负调节物
质粒
质粒的基本特征
在重组的 pGEM3Z载体中 加入相应的RNA 聚合酶,可以 发生外源基因 转录。
质粒
质粒DNA的分离纯化
实验室一般使用下列三种方法制备质粒DNA: 氯化铯密度梯度离心法
质粒DNA纯度高、周期长、设备要求高、溴乙锭污染
沸水浴法
质粒DNA纯度底、快速、操作简便
碱溶法 质粒DNA纯度、操作周期介于氯化铯法和碱溶法之间
拷贝数控制系统的干扰,致使两种质粒的最终拷贝数不同,
基因工程-载体
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常用的质粒载体 pUC系列
University of California的J. Messing和J. Vieria于1978年,在pBR322的基础上改造 而成。属正选择载体。如pUC7、pUC8、pUC9、pUC10、pUC11、pUC18、pUC19。 1、元件来源 复制起点ori---pBR322的 ori Ampr 基因---pBR322的Ampr基因 大肠杆菌β-半乳糖基因(lacZ’基因) 多克隆位点(MCS)区段---位于lacZ’基因 中的靠近5`-端。 2、长度 约2.7kb
Apr转化子 Tcr转化子
影印到Tc平板上 影印到Ap平板上
Apr TcS为重组子 ApS Tcr为重组子
Apr Tcr为原载体
即为非重组子
Ampr
1)限 制 酶 切 2)DNA重 组
无 DNA插 入
Ampr Tcr
转化
Ampr Tcr
Tc
有 DNA插 入 外 源 DNA
Ampr Tcs Ampr Tcs
2、非接合型质粒(不能自我转移):虽然带有自我复制所必需的遗传信息, 但失去了控制细菌配对和质粒接合转移的基因,因此不能从一个细胞转移到另一
个细胞。如R质粒(抗生素抗性质粒)和Col质粒(大肠杆菌素colicin )。符合 基因工程的安全要求。
大肠杆菌素是大肠杆菌分泌的一类细菌素(bacteriocin),对于其他不能分泌特异性大肠 杆菌素免疫蛋白(Immunity protein)的细菌具有杀灭作用,现在一般认为有调节菌群数 量的作用。 大部分大肠杆菌素由质粒编码,其中最著名的没过于pColE1 。
第一节 质粒载体
质粒(plasmid):是独立于染色体以外的能自主复制的双链闭合环状DNA分子。 广泛存在于细菌、霉菌、蓝藻、酵母等细胞中。
第三章 基因克隆的载体
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没有获得载体的寄主细胞 在Amp或Tet中都死亡。
获得载体的寄主细胞 在Amp或Tet其中之一中死亡。
外源基因BamH I Amp中存活 但在Tet中死亡
外源基因Pst I Tet中存活 但在Amp中死亡
② 分子小,克隆能力大 载体越小越好。 >10kb的DNA在纯化过程中容易断裂。
③ 高拷贝数
2. 质粒载体相关知识介绍
(4)pBluescript SK
pBluescript SK is similar to the pGEM vectors except that it also carries an origin of replication for a filamentous phage, f1. f1 uses a single stranded DNA molecule as a genome and pBluescript KS
表达型质粒载体
装有强化外源基因表达的转录、翻译、纯 化的元件,主要用来使外源基因表达出 蛋白质产物。
注意启动子的性质,终止子、起始 密码、终止密码的阅读正确。 如果在大肠杆菌里表达,必须把所克隆 的真核生物的基因臵于大肠杆菌的转 录—翻译信号控制之下。
① 表达载体的结构
1)普通载体元件 复制起始点ORI、 选择标记、 多克隆位点MCS
1.质粒的生物学特性
(4)质粒的复制类型 一种质粒在宿主细胞中存
在的数目称为该质粒的拷贝数。据拷贝数将质粒分为 两种复制型:“严紧型”质粒(stigent plasmid), 拷贝数为1-3;“松弛型”质粒(relaxed plasmid), 拷贝数为10-60。不过,即使是同一质粒,其拷贝数在 不同的寄主细胞间也可能有很大的变化。
三四章分子克隆载体---答案_完_

三四章分⼦克隆载体---答案_完_第三章分⼦克隆载体(Molecular cloning vectors)⼀、名词解析1.质粒:质粒是染⾊体外的遗传因⼦,能进⾏⾃我复制(但依赖于宿主编码的酶和蛋⽩质);⼤多数为超螺旋的双链共价闭合环状DNA分⼦(covalently closed circle , cccDNA),少数为线性;⼤⼩⼀般为1~200Kb,有的更⼤。
2.质粒拷贝数:质粒拷贝数(plasmid copy numbers)是指细胞中单⼀质粒的份数同染⾊体数之⽐值,常⽤质粒数/每染⾊体来表⽰。
不同的质粒在宿主细胞中的拷贝数不同。
3.质粒的不相容性:两个质粒在同⼀宿主中不能共存的现象称质粒的不相容性,它是指在第⼆个质粒导⼊后,在不涉及DNA 限制系统时出现的现象。
不相容的质粒⼀般都利⽤同⼀复制系统,从⽽导致不能共存于同⼀宿主中。
4.质粒的转移性:质粒具转移性。
它是指在⾃然条件下,很多质粒可以通过称为细菌接合的作⽤转移到新宿主内。
它需要移动基因 mob ,转移基因 tra ,顺式因⼦ bom 及其内部的转移缺⼝位点 nic。
5.穿梭质粒:既能在真核细胞中繁殖⼜能在原核细胞中繁殖的载体。
这类载体必须既有细菌的复制原点或质粒的复制原点,⼜含有真核⽣物的复制原点,还具备酶切位点和合适的筛选指标。
它⽤来转化细菌,⼜可以⽤于转化真核细胞。
6.α-互补:α-互补是指 lacZ 基因上缺失近操纵基因区段的突变体与带有完整的近操纵基因区段的β-半乳糖苷酶(β -galactosidase ,由 1024 个氨基酸组成)阴性的突变体之间实现互补。
α-互补是基于在两个不同的缺陷β-半乳糖苷酶之间可实现功能互补⽽建⽴的7.温和噬菌体:既能进⼊溶菌⽣命周期⼜能进⼊溶源⽣命周期的噬菌体。
8.溶源性细菌:具有⼀套完整的噬菌体基因组的细菌叫溶源性细菌。
9.整合:如果噬菌体的DNA是被包容在寄主细菌染⾊体DNA中,便叫做已整合的噬菌体DNA。
现代微生物遗传学-第三章质粒课件
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质粒在生物能源开发中的应用
要点一
总结词
要点二
详细描述
质粒在生物能源开发中具有重要作用,可以用于构建高效 生物燃料生产菌株。
质粒可以携带与生物燃料生产相关的基因,将其转移至微 生物中,从而构建出能够高效生产生物燃料的菌株。例如 ,可以利用质粒将油脂合成酶基因转移至酵母菌中,构建 出能够高效生产生物柴油的菌株。此外,质粒还可以用于 提高微生物对光能的利用率,从而构建出能够高效生产太 阳能的微生物。因此,质粒在生物能源开发中具有重要作 用。
详细描述
20世纪60年代,科学家们开始对质粒进行更深入的研究,探索其复制机制和遗传特性。他们发现质粒可以在细菌 细胞内独立于染色体复制,并且可以在不同细菌之间转移和遗传。这些发现为后来的基因工程和分子生物学研究 奠定了基础。
质粒的遗传学研究
总结词
质粒的遗传学研究涉及到多个方面,包括质粒的复制、转录、表达以及质粒与宿主细胞 的相互关系等。
代谢能力
质粒携带的基因可以影响细菌的 代谢能力,帮助细菌在特定环境 下生存和繁殖。
质粒与细菌的进化
基因水平转移
质粒是细菌间基因水平转移的主要载体,有 助于细菌获得新的遗传物质和进化。
协同进化
质粒上的基因与其他细菌基因协同进化,形成复杂 的基因网络,影响细菌的进化方向。
适应性进化
质粒携带的基因可以促进细菌的适应性进化 ,使其更好地适应不断变化的环境。
终止子的作用
终止子是一个特殊的DNA序列,它能够终止复制子的复 制,确保质粒的复制不会无限进行下去。
质粒的复制
复制的起始
复制的调控
质粒的复制起始于复制起始位点,该 位点通常是一个特定的DNA序列,能 够被质粒编码的复制蛋白识别并与之 结合。
质粒的分子生物学与质粒载体
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质粒的分⼦⽣物学与质粒载体第三章质粒的分⼦⽣物学与质粒载体⼀、填空题1.基因⼯程中有3种主要类型的载体:——-------、------------⼀、-----------.2.由于不同构型的DNA插⼊EB的量不同,它们在琼脂糖凝胶电泳中的迁移率也不同,SC DNA的泳动速度—----------—,OC DNA泳动速度—---------—,L DNA居中,通过凝胶电泳和EB染⾊的⽅法可将不同构型的DNA分别开来。
3.质粒的复制像染⾊体的复制⼀样,是从特定的起始点区开始的。
然⽽,质粒的复制可以是—---—向的、或是—----—向的。
在杂种质粒中,每个复制⼦的起点都可以有效地加以使⽤。
但是在正常条件下只有⼀个起点可能居⽀配地位。
并认为:当某些具有低拷贝数的严紧型质粒与松弛性质粒融合后,在正常情况下—------—的复制起点可能被苯闭。
4.就克隆⼀个基因(DNA⽚段)来说,最简单的质粒载体也必需包括三个部分:—-----—、—---------—、—----------------—。
另外,⼀个理想的质粒载体必须具有低分⼦量。
5.如果两个质粒不能稳定地共存于同⼀个寄主细胞中,则属于—---------—群,这是因为它们的——————————所致。
6.质粒拷贝数是指细胞中—------------------------—。
7.复制⼦由三部分组成:(1)—-----------------—---(2)——-----------————(3)—--------------—。
8.酵母的2µm质粒有------------,可以配对形成哑铃结构。
9.⼀个带有质粒的细菌在有EB的培养液中培养⼀段时间后,⼀部分细胞中已测不出质粒,这种现象叫----------------。
10.pBR322是⼀种改造型的质粒,它的复制⼦来源于----——,它的四环素抗性基因来⾃于—-----------—,它的氨苄青霉素抗性基因来⾃于—---------—。
厦门大学基因工程课后思考题

第一章核酸的制备1.名词解释:脱氧核糖核酸:核糖核酸:ccc-DNA:当两条多核苷酸链均保持着完整的环形结构时,称为共价闭合环形DNA(cccDNA)oc-DNA:如果两条核苷酸链中只有一条保持着完整的环形结构,另一条链出现一至数个缺口时,称为开环DNA(ocDNA)l-DNA,:发生双链断裂而形成线性分子(L—DNA),L构型DNA变性:双联变成单链DNA复性:单链又变成双链PCR, 模板,引物2.分别阐述用CTAB裂解法,SDS裂解法,碘化钠裂解法以及蛋白酶K裂解法和溶菌酶裂解法裂解细胞的依据。
溶菌酶:破坏细胞的细胞壁肽聚糖骨架,在内部渗透压的作用下使得细胞胀破。
CTAB裂解法:CTAB作为离子型表面活性剂,能溶解细胞膜和核膜蛋白,使核蛋白解聚SDS裂解法:利用中性去污剂NP-40破坏全血的红细胞膜,离心弃去溶血液,收集白细胞沉淀,加入去污剂SDS以破坏白细胞核膜,并使核蛋白解离,再加入高浓度的NaCl使DNA溶解,同时使蛋白盐析。
通过离心收集水相,加2——2.5倍体积的无水乙醇,沉淀DNA碘化钠裂解法:低渗破坏细胞,碘化钠破坏核膜蛋白酶K裂解法:蛋白酶k是一种枯草蛋白酶类的高活性蛋白酶,用于生物样品中蛋白质的一般降解3.用于检测样品纯度和浓度的方法有哪些?简述个各方法的基本原理。
电泳、OD值、荧光定量法第二章基因工程工具酶1.名词解释:限制性内切核酸酶:在DNA上核苷酸的特定连接处以特定的方式把DNA双链切开DNA连接酶:催化DNA上裂口两侧(相邻)核苷酸裸露的3'羟基和5'磷酸之间形成共价结合的磷酸二酯键,使断开的DNA•裂口连接起来逆转录酶:依赖于RNA的DNA聚合酶DNA聚合酶:是一类催化DNA合成的酶类,酶的作用需要DNA或RNA作为模板,合成DNA链的序列与模板的序列互补Klenow片段(Klenow酶):大肠杆菌DNA聚合酶I经枯草杆菌蛋白酶处理,获得N端三分之二的大肽段,即Klenow 酶限制性图谱(物理图谱):描述染色体上限制性内切酶切割位点之间距离和顺序的图谱,通常以DNA的长度来代表距离,因此为遗传物质提供了物理图谱。
基因工程基因工程的载体

2020/4/4
苏州科技学院生物系
叶亚新
第三章 基因工程的载体
作为基因工程载体的基本功能
1. 运送外源基因高效转入受体细胞 2. 为外源基因提供复制能力或整合能力 3. 为外源基因的扩增或表达提供条件
2020/4/4
苏州科技学院生物系
叶亚新
第三章 基因工程的载体
作为基因工程载体必须具备的基本条件
1)标记基因与宿主细胞 2)标记基因产物的作用机制: Apr 3)标记基因的结构与适用范围: 基因启动子, 翻译起始
序列, 密码子偏爱性
4)标记基因的结构变化对功能的影响: LacZ, GUS
4. 常用的遗传标记基因
1) 四环素抗性基因(Tcr)
Tetracycline 可结合在核糖体30s亚基中的一种蛋白 质分子上,抑制核糖体的转位过程。四环素抗性基因编码 一种399 AAs蛋白质,与细菌细胞膜结合,阻止四环素分 子进入细菌细胞。
第三章 基因工程的载体
载体:携带外源基因进入受体细胞的工具 用于基因工程的载体
•细菌质粒载体 •噬菌体λ衍生载体 •Cosmid载体 •Phagemid载体
•酵母质粒载体 •真核病毒载体 •Bacmid载体 •YAC载体
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叶亚新
发展概况
1. 第一阶段(1977年前):天然质粒和重组质粒的利用,
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苏州科技学院生物系
叶亚新
2) 氨苄青霉素抗性基因(Apr)
Ampicillin可抑制细菌细胞膜上参与细胞壁合成酶类的活性。Apr 抗性基因编码一种分泌到细菌细胞周间质的酶,催化β—内酰胺环的 水解,使氨苄青霉素失活。
3) 氯霉素抗性基因(Cmr)
第三章质粒载体

质粒DNA拷贝数的控制
高拷贝质粒DNA复制的启动,是由质粒编码基因合成的 功能蛋白质调节的,与寄主细胞周期开始时合成的不稳 定的复制起始蛋白质无关。
低拷贝质粒的复制是受寄主细胞不稳定的蛋白质控制的, 并与寄主细胞染色体同步进行。
用蛋白质合成抑止剂氯霉素或壮观霉素处理寄主细胞, 使染色体DNA复制受阻的情况下,松弛的质粒仍可继续 扩增。而严紧型质粒则不行。
4、质粒DAN的复制类型
严紧型质粒:每个寄主细胞仅含有1-3份的拷贝,称 “严紧型”复制控制的质粒。
松驰型质粒:每个寄主细胞中可高达10-60份的拷贝, 称“松弛型”复制控制的质粒。
质粒拷贝数:每个细菌染色体平均具有的质粒DNA 分子的数目。 质粒究竟是属于严紧型还是松弛型并非绝对,它不仅受 自身的制约,还受寄主的控制。
6、质粒的其他特性
稳定性:维持一定的拷贝数 同源性:不同的质粒有相同的同源区 重组性:质粒间、质粒同染色体间重组 消除和恢复性等特性
第二节 质粒DNA的分离与纯化
➢ 氯化铯密度梯度离心法 ➢ 碱变性法 ➢ 微量碱变性法 ➢ 影响质粒DNA产量的因素
(1)寄主菌株的遗传背景 (2)质粒的拷贝数及分子大小
大肠杆菌质粒分子的结构示意图
2、质粒DNA分子的三种构型
SC构型: 是指两条多核苷酸链均保持着完整的环形 结构时,称为共价闭合环形DNA(cccDNA),即超螺 旋的 SC构型。 OC构型: 两条多核苷酸链中只有一天保持完整的环 形结构,另一条出现一至数个缺口时,称开环DNA
(ocDNA),即OC构型; L构型: 质粒DNA经酶切,发生双链断裂而形成线 性分子(LDNA),L构型。(见图)
分离纯化质粒DNA的程序
3、微量碱变性法提取质粒DNA步骤
基因工程载体

第三章基因工程载体体外获得的任一DNA片段,必须插入到可以自我复制的载体内,再转入宿主细胞,才能得到复制和进行表达。
基因工程载体(Vectors)就是携带外源基因进入受体细胞进行繁殖和表达的一种工具。
载体的功能运送外源基因高效转入受体细胞为外源基因提供复制能力或整合能力为外源基因的扩增或表达提供必要的条件基因工程中3种主要类型的载体:1.质粒载体2.噬菌体载体3.柯斯质粒(cosmid)载体基因工程对载体的要求(1)在宿主细胞内能独立复制。
(2)有选择性标记。
(3)有一段多克隆位点。
外源DNA插入其中不影响载体的复制。
(4)分子量小,拷贝数多。
(5)容易从宿主细胞中分离纯化。
第一节质粒(plasmid)载体质粒是一种独立于染色体外的双链闭环的DNA分子,具有自主复制和转录能力,能在子代细胞中保持恒定的拷贝数,并表达所携带的遗传信息。
质粒的复制和转录要依赖于宿主细胞编码的某些酶和蛋白质,如离开宿主细胞则不能存活,而宿主即使没有它们也可以正常存活。
(一)质粒的构形环形双链的质粒DNA在提取过程中通常出现三种不同的构型:①共价闭合环形DNA(cccDNA)②开环DNA(open circular,ocDNA)③线形DNA(linear,lDNA)(二)质粒的转移性指质粒从一个细胞转移到另一个细胞的特性。
接合型质粒:除了带有自我复制所必需的遗传信息外,还带有一套控制细菌配对和质粒接合转移的基因。
如:F质粒(性质粒或F因子)甚至能使寄主染色体上的基因随其一道转移到原先不存在该质粒的受体菌中。
不符合基因工程的安全要求。
非接合型质粒:带有自我复制所必需的遗传信息,但失去了控制细菌配对和质粒接合转移的基因,因而不能从一个细胞转移到另一个细胞。
如R质粒(抗性质粒)、Col质粒(细菌素质粒)。
符合基因工程的安全要求。
R质粒:带有一种或数种抗生素抗性基因,使寄主获得同样的抗生素抗性性状(resistance)。
Col质粒:细菌素通过与敏感细菌细胞壁的结合作用,抑制一种或数种细胞生命过程。
基因工程载体(质粒-3章)幻灯片(1)

非接合型质粒的寄主细胞中同时存在一 种接合型质粒,那么它们通常也是可以 被转移的。这种由共存的接合型质粒引 发的非接合型质粒的转移过程,叫质粒 的迁移作用(mobiligation)又叫质粒 的诱动。
带有大肠杆菌素基因的Col质粒和带有抗菌素抗性基因的R 质粒既有属于接合型的,也有属于非接合型的。
如果在非接合型质粒的寄主细胞中同时存在一种接合 型质粒,那么它们通常也是可以被转移的。这种由共存的 接合型质粒引发的非接合型质粒的转移过程,叫质粒的迁 移作用(mobilization)又叫质粒的诱动。ColE1是一种可以 迁移但属于非接合型质粒。
2)F 因子
F因子是最有代表性的接合型质粒,又称致育因子 (fertility factor)或性质粒(Sex plasmid)。它在寄主细胞中有 三种存在方式:①独立于染色体之外,闭环双链DNA形式 存在。这种细胞称F+细胞。②独立于染色体之外,闭环双 链DNA形式存在,但其DNA上还携带有寄主菌染色体基因 或DNA区段。这种细胞称之为F-细胞。③以线性DNA形式, 从不同位点整合到寄主菌染色体上,这种细胞称为Hfr细胞 (高频重组细胞)。
如加入不同启动子序列,用于生产单链 DNA或RNA,外源基因的大量表达。又加 入COS位点,使载体能容纳更大的DNA片 段等等。
质粒载体的选择标记:
外源DNA片段与质粒载体DNA连接,再转化入 宿主菌,经培养后需筛选鉴定转化子。这就需 要利用质粒载体的可选择标记。
质粒载体的选择标记
抗生素抗性基因选择标记
蓝-白斑实验
构建的质粒人工载体,应用最广的是 PBR322,分子量为2.6×106,含46332bp。 含有选择标记抗氨苄青霉素(Apr)基因来 自天然质粒RSF2124和抗四环素(Ter)基因 来自PSC101质粒。复制子部分来自PMB9 (一类Co1E1质粒)。多克隆限制性内节切 酶位点有9个
克隆载体与表达载体介绍

(二)质粒载体的构建
天然质粒载体不易直接作为克隆载体,需要改造:
(1)选择合适的复制起始位点,松散型质粒复制起始位点; (2)加入合适的选择标记基因,主要有LacZ基因和抗生素抗性基因; (3)增加或减少酶切位点,组装多个单一的限制酶切位点即多克隆位点
(MCS); (4)缩短长度,通常重组DNA分子越小,转化效率越高。
(三)常用的质粒载体
1. pBR322质粒载体
2. pUC18和pUC19质粒载体
3. TA载体
二、噬菌体载体
(一) λ 噬菌体载体 1 λ 噬菌体的性质
λ噬菌体Βιβλιοθήκη 外壳蛋白 线性,全长48502bp
λDNA 5’端含12bp的黏性末端
2 λ 噬菌体的构建 构建λ 噬菌体的依据:
a.λ 噬菌体能够包装原λDNA长度的75%-105%的DNA片段 (36.4~51kb) b.有20kb的区域对λ噬菌体生长非必需。
该λ 噬菌体载体的最大装载容量为: 4.9+5.5+2.6+(51-48.5)=15.5kb
2.6kb
3 代表性λ 噬菌体
(1) 插入型载体
装载容量为:0-10.18kb
(2) 置换型噬菌体载体载体 克隆外源DNA片段范围为:9-23kb
(二) M13 噬菌体载体
1.M13噬菌体的增值
M13噬菌体是单链丝状噬菌体; 长6407bp, 507bp基因间隔区,含复制起始位点,同时可用于改造; M13 DNA在宿主细胞中以双链或单链形式存在,但释放到细胞外的 M13 噬菌体颗粒以单链形式存在。
2.M13噬菌体载体 1) 插入选择标记基因; 2) 组装合适的多克隆位点。
三、噬菌体-质粒杂合载体
基因工程-3-载体
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完整的β-半乳糖苷酶 N端 C端
lacZ’
lacZ’
缺陷型大肠杆菌
2.pUC系统
蓝白斑筛选
X-gal也是β-半乳糖苷酶的 一种底物,经降解后可生成 溴氯吲哚,使大肠杆菌菌落 呈蓝色。
3.pGEM-T载体 经 Taq DNA 聚合 酶扩增后的 PCR 产物末端都带有单 个 A
六、枯草杆菌分泌表达系统
三、质粒的类型
1、抗性质粒(Resistance (R)plasmids) 2、致育因子(Fertility (F)plasmids) 3、Col质粒 4、降解质粒(degradative plasmids)
5、侵入性质粒(virulence plasmids)
四、质粒载体的改造 ①去掉不必要的DNA区域 ②减少限制性内切酶酶切位点 ③加入易于检出的选择性标记 ④关于质粒安全性的改造 ⑤改造或增加基因表达的调控序列
优点:
①非致病的土壤微生物,不像大肠杆菌那样具 有热源性脂多糖; ②遗传学特性先进,很多噬菌体和质粒适合于 用作克隆载体; ③分泌蛋白能力强,当分泌蛋白跨过细胞膜后, 就被加工和直接释放到培养基中,这使得回收 和纯化目的蛋白较为简单; ④良好的发酵基础和生产技术。枯草杆菌在 工业上长期被用于生产蛋白酶、α-淀粉酶等
常用抗生素的作用方式及抗性机理
抗生素名称
氨苄青霉素 (Amp)
作用方式
一种青霉素的衍生物,通过干扰细菌胞 壁合成之末端反应,而杀死生长细胞。
抗性机理
bla抗性基因编码的一种周质酶,即 β-内酰胺酶,可特异的切割amp的 β-内酰胺环,从而失去杀菌效力。
氯霉素(Cm) 一种抑菌剂,通过同核糖体50S亚基的结 cat抗性基因编码乙酰转移酶,特异 合作用,干扰细胞蛋白质的合成,并阻 地使氯霉素乙酰化而失活 止肽键的形成。 卡那霉素 (Kan) 一种杀菌剂,通过同70S核糖体的结合作 kan抗性基因编码氨基糖苷磷酸转移 用,导致mRNA发生错读。 酶,可对Kan进行修饰,从而阻止同 核糖体之间的相互作用。
质粒载体_精品文档
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质粒载体引言质粒载体在基因工程和分子生物学研究中被广泛应用。
它们是由人工合成的DNA片段构建而成,可用于在细胞中传递、复制和表达外源基因。
质粒载体的研究为基因治疗、基因工程和生物技术的发展提供了重要的支撑。
本文将介绍质粒载体的定义、特点、常见类型以及其在科研和应用领域中的应用。
一、质粒载体的定义和特点质粒载体是一种可自主复制的环状DNA分子,它具有许多特点使其成为优秀的基因工程工具。
首先,质粒载体具有较高的稳定性,可以在宿主细胞中长时间保存。
其次,质粒载体可以携带较大的外源DNA片段,为基因操纵提供了更大的灵活性。
此外,质粒载体还具有选择标记,方便筛选和鉴定已转化的细胞。
二、常见类型的质粒载体目前,有许多种类的质粒载体可供科研人员选择使用。
其中包括表达质粒、克隆质粒、慢病毒质粒等。
表达质粒是最常见的一种质粒载体,用于在宿主细胞中表达外源基因。
克隆质粒则是用于合成、扩增和克隆基因或DNA片段。
慢病毒质粒是一种特殊类型的质粒载体,可用于稳定地传递外源基因到宿主细胞中。
三、质粒载体在科研中的应用质粒载体在科学研究中起着重要的作用。
首先,通过将外源基因插入质粒载体中,科研人员可以进行基因的合成、修饰和复制。
其次,质粒载体也被广泛用于表达外源基因以进行蛋白质的表达和功能研究。
此外,质粒载体还可以用于构建基因库、进行基因的定向突变以及筛选重组细胞等。
四、质粒载体在应用领域中的应用除了在科研中的应用,质粒载体还在许多应用领域中发挥着重要的作用。
在农业领域,质粒载体被用于转基因作物的研发,以提高作物的产量和抗病能力。
在医学领域,质粒载体则广泛应用于基因治疗和基因疫苗的研究,用于治疗多种疾病和预防感染性疾病的发生。
此外,质粒载体还可以用于工业发酵和环境修复等领域。
结论质粒载体作为一种强大的基因工程工具,在科研和应用领域中发挥着重要的作用。
通过插入外源基因到质粒载体中,我们可以实现基因的合成、表达和修饰。
质粒载体在农业、医学、工业和环境等领域都有广泛的应用,为许多领域的研究和发展提供了重要的支持。
第三章载体ppt课件
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2. 质粒载体必须具备的基本条件
(1)具有复制起点(ORI) (2)具有抗菌素抗性基因:是筛选的标志。理想的
载体应该有两种抗菌素抗性基因。 (3)若干限制性内切酶的单一位点:用来插入外源
DNA片断。且插入后不影响复制功能。 (4)具有较小的分子量和较高的拷贝数。
3. 质粒的选择标记及其工作原理:
(2)长度: 约2.7kb (3)克隆位点: 10个连续的单一限制酶切位点,位于lacZ’基因的
5’端。
(4)选择标记:Ampicillin 抗性和 lacZ的肽 互补(蓝白斑)相结合。
蓝白斑选择原理: ① Xgal ② -半乳糖苷酶Xgal显色反应:-半乳糖苷
酶能把无色的化合物Xgal分解成半乳糖和一 个深蓝色的物质5-溴-4-氯靛蓝。 ③ lacZ的肽互补
加到1000个以上。
(4) 插入失活型质粒载体
载体的克隆位点位于其某一个选择性标记基因内 部。如pDF41、pDF42、pBR329。
(5) 表达型质粒载体
主要用来使外源基因表达出蛋白质产物。注意启动子的 性质,终止子、起始密码、终止密码的阅读正确。如果在大 肠杆菌里表达,必须把所克隆的真核生物的基因置于大肠杆 菌的转录—翻译信号控制之下。
六、其它质粒载体
1. pGEM-3Z
由pUC派生而来。与pUC的主要区别是 在MCS的两侧分别加了一个噬菌体启动子 T7和SP6。可被T7和SP6的RNA聚合酶识 别转录。
2. 穿梭质粒载体(shuttle plasmid vectors)
(1)穿梭质粒载体的结构
人工构建的具有两种不同复制起点和选 择标记、可以在两种不同的寄主细胞中存 活和复制的质粒载体。
1)-肽( lacZ’ ): -半乳糖苷酶N端的一段氨基酸片断(11-41氨
基因工程第3章 基因克隆载体(1质粒载体)
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诱导物:IPTG
• IPTG是乳糖的类似物。能诱导lac操纵 子的启动转录,使受体菌基因组中的 lacZ 的C端部分和载体的lacZ’肽都 表达。从而互补。 • 但载体MCS上插入外源DNA后,不能 产生肽!
lacZ的肽互补
• -肽( lacZ’ 基因编码):-半乳糖苷酶N端 的一段氨基酸片断(11-41氨基酸)。 • lacZ只有在4聚体的状态下才有功能。 • pUC质粒载体上的lacZ’ 编码的肽与这个缺 失突变的-半乳糖苷酶“互补”,使它能形 成4聚体,又能分解Xgal,产生蓝色物质。
• pBR322质粒是按照标准的质粒载体命 名法则命名的。
• “p”表示它是一种质粒; • “BR”则是分别取自该质粒的两位主 要构建者F.Bo1ivar和 R.L.Rodriguez姓氏的头一个字母, • “322'’系指实验室编号,以与其他质 粒载体如pBR325,pBR327, pBR328等相区别。
合适的启动子
• 真核生物基因在原核生物中表达,改 用原核生物或病毒(噬菌体)基因的 启动子。
• 原核生物基因在真核生物中表达,仍 用原核生物基因的启动子。 • 选用外界条件诱导的启动子。
(1) 质粒克隆载体pBR322
• pBR322是经人 工改造的一种较 为理想的大肠杆 菌质粒载体,应 用广泛。现在已 经被许多更优良 的新型克隆载体 所替代。 (P40)
• (1)分子量大,拷贝数低
• 第一个用于基因克隆的天然质粒pSC101,分子 长 9.1 kb。但只有一个EcoR I切点充当克隆位点, Tetr 作为筛选标志。
(2)筛选标志不理想
• ColE1质粒的筛选标志是大肠杆菌素E1 (colicin E1)。 • colicin E1能杀死不含ColE1 质粒的菌,形 成“噬菌斑”。 • 唯一的克隆位点 EcoR I 正好位于这个基因 的内部。因此可通过插入失活筛选。但细 菌群体容易自发突变出抗colicin E1的细 胞…….
基因工程复习笔记
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基因工程复习笔记第一章一、电泳电泳(eletrophorosis) :带电荷的分子在电场中以一定的速率向与其电荷性质相反的电极移动.移动速度称为电泳迁移率。
影响因素:1 电泳迁移率同电场的强度和分子本身所带的净电荷数目成正比。
2. 电泳迁移率同分子与介质的摩擦系数成反比。
3当电场强度一定,电泳介质相同,电荷相同的分子在电场中迁移的速度主要取决于分子本身的大小和形状(构型)。
4分子形状相似的分子的迁移速度主要与分子量相关: 分子量越大,移动越慢。
指示剂:溴酚蓝(Bb):常用指示剂。
分子量670,分子筛效应小,近似于自由电泳,呈蓝紫色。
二甲苯青(Xc):分子量554.6,呈蓝色,迁移速度比Bb慢。
染料:溴化乙锭(EB)1、聚丙烯酰胺凝胶电泳优点:比琼脂糖凝胶的分辨率高的多;回收DNA样品纯度高,无色透明,韧性好,银染的凝胶干燥后可长期保存;能装载的DNA量大,达每孔10μgDNA。
2 、SDS-PAGE 原理:SDS是蛋白质的变性剂,使煮沸变性的蛋白质维持线性状态,并与蛋白质结合,使蛋白质带上相同密度负电荷。
SDS与蛋白质结合使蛋白质构象改变,成为形状近似雪茄状的长椭圆棒,SDS-蛋白质复合物短轴相同,而长轴与蛋白质的分子量成正比。
蛋白质-SDS复合物电泳的迁移率不受蛋白质原有电荷和形状的影响,只与椭圆棒的长度,即蛋白质分子量有关。
二、PCR技术定义:聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction,PCR)技术,以DNA为模板,在引物、dNTPs、Taq酶的作用下,经变性-退货-延伸反复循环,使某个基因在体外特异性地扩增。
PCR法的原理也是利用人工合成带突变位点的诱变引物,通过PCR 扩增而获得定点突变的基因或DNA片段。
影响因素:(1)Taq DNA聚合酶(具有5’→3’聚合酶活性和5’→3’外切酶活性,但没有3’→5’外切酶活性因此不能修复错误的碱基配对)。
(2)引物(primer)一般引物设计为长15—30bp;位置与待扩增的模板DNA区段的两3’端序列互补(5‘端相同)的短DNA;引物的碱基组成:尽可能提高G+C含量,避免连续相同碱基排列或内部回文序列,避免形成引物二聚体。
三、质粒与载体

1. 质粒概述 质粒(plasmid):
一种独立于染色体外,能进行自主复制的细胞质遗传 因子,主要存在于各种微生物细胞中。
1.1 质粒的分子结构
通常以共价闭合环状的超螺旋双链DNA分子存在于细胞中;
也发现有线型双链DNA质粒和RNA质粒; 疏螺旋体、链霉菌和酵母菌
1.2 质粒的检测
其特点是依赖一小段反向转录的RNA作为抑制物, 通过它与目标RNA的互补结合以阻止质粒复制的起始。
目标RNA是质粒DNA复制的引物或是用于编码复
制所需的Rep蛋白的mRNA。
属于这一复制调控类型的质粒包括ColE1、pT181、 p15A、pMB1、RSF1010、loDF13 、R1等ColE1质粒
RNA I antisense
5’ 3’
copB
copA tap
repA
oriV
3’ 5’
RNA II
RepA initiates replication
Tap
Repressor
Shine-Delgarno repA
重复子-竞争结合调控(iteron-binding regulation)
最常见于质粒如:F、P1、R6k 、RK2、RP4和pSC101等,是
• 耐碱性
与染色体DNA相比,质粒有较高的耐碱性,调pH至 12.4 ,可使染色体DNA变性,通过离心将其与质粒 分离
2. 质粒的复制和调节 2.1 质粒的大小
常见质粒大小的范围为1~200kb,个别大质粒可达800~1000 kb 质粒的大小常用分子量MD或碱基对数kb来表示。1MD的双链
DNA≈1.65kb。 未知质粒的大小通常可以在相同条件下与已知其大小的几个 标准质粒比较并依其电泳距离作图来估算。 最精确的测定需要对质粒DNA作序列分析,然后从所含碱基 数目来直接推算出其大小和分子量。
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4、影响质粒DNA产量的因素
寄主菌株的遗传背景 质粒的拷贝数及分子大小 寄主菌株的生长条件 培养基的类型等
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26
1)寄主菌株的遗传背景
使用endA基因发生突变的(endAl)大肠杆菌寄主菌株, 例如DH5,JM109
endA基因突变,使大肠杆菌寄主细胞失去了合成具有 功能活性的核酸内切酶I的能力,增进了质粒DNA分子 的稳定性。所以从这类寄主细胞制备的质粒DNA质量 有所改进,产量也得到了提高。
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19
质粒作为基因克隆的载体分子,一个重要的条件是获 得批量的纯化的质粒DNA分子。因而寄主细胞的裂解作 用是分离质粒DNA的关键步骤。
通常的裂解是加入溶菌酶或SDS使大肠杆菌细胞裂解。
理想的状况是,使每个细胞都充分破裂到能使质粒DNA 顺利溢出,而又没有污染过多的染色体DNA。
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20
1、氯化铯密度梯度离心法
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23
分离纯化质粒DNA的程序
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24
3、微量碱变性法提取质粒DNA步骤
离心收集细胞沉淀; 细胞悬浮液重新悬浮细胞; 裂解液使细胞裂解,释放出DNA,同时使DNA变性; 中和液使线性质粒和染色体DAN复性; 离心除去染色体DAN、蛋白质及RNA等复活物; 含有质粒超螺旋DNA的上清液用酚臭提除去蛋 白质; 乙醇沉淀收集质粒DNA。
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17
6、质粒的其他特性
稳定性:维持一定的拷贝数 同源性:不同的质粒有相同的同源区 重组性:质粒间、质粒同染色体间重组 消除和恢复性等特性
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第二节 质粒DNA的分离与纯化
➢ 氯化铯密度梯度离心法 ➢ 碱变性法 ➢ 微量碱变性法 ➢ 影响质粒DNA产量的因素
(1)寄主菌株的遗传背景 (2)质粒的拷贝数及分子大小
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11
4、质粒DAN的复制类型
严紧型质粒:每个寄主细胞仅含有1-3份的拷贝,称 “严紧型”复制控制的质粒。
松驰型质粒:每个寄主细胞中可高达10-60份的拷贝, 称“松弛型”复制控制的质粒。
质粒拷贝数:每个细菌染色体平均具有的质粒DNA 分子的数目。 质粒究竟是属于严紧型还是松弛型并非绝对,它不仅受 自身的制约,还受寄主的控制。
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12
质粒DNA拷贝数的控制
高拷贝质粒DNA复制的启动,是由质粒编码基因合成的 功能蛋白质调节的,与寄主细胞周期开始时合成的不稳 定的复制起始蛋白质无关。
低拷贝质粒的复制是受寄主细胞不稳定的蛋白质控制的, 并与寄主细胞染色体同步进行。
用蛋白质合成抑止剂氯霉素或壮观霉素处理寄主细胞, 使染色体DNA复制受阻的情况下,松弛的质粒仍可继续 扩增。而严紧型质粒则不行。
素抗性基因。 3)Co1质粒 :产生大肠杆菌素因子。编码有控制大肠
杆菌素合成的基因。
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4
2、根据质粒的传递性 3、根据质粒的拷贝数 4、根据质粒和细菌的关系 5、质粒分布、大小和数目
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5
二、质粒的基本特性
➢ 寄生性 ➢ 质粒DNA构型 ➢ 质粒DNA编码的表型 ➢ 质粒DNA的复制类型 ➢ 质粒的不亲和性 ➢ 其他特性
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优点:可获得高纯度、高质量的质粒DNA。 缺点:操作复杂;
价格昂贵(氯化铯); 设备要求高(超速离心机); 易造成环境污染和人员伤害(溴化乙锭是一 种极强的诱变剂)
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2、碱裂解法
原理:是根据共价闭合环状质粒DNA与线性染色体DNA片断之间, 在拓扑学上的差异发展出来的。
加热或PH介于12.0-12.5的范围内,线性DNA会被变性,两条链会完 全分开。而超螺旋DNA由于双螺旋主链骨架的彼此盘绕作用,互补 的两条链仍会紧密结合在一起,不会被变性。
第三章 质粒载体
第一节 质粒载体概况 第二节 质粒DNA的复制与拷贝数的控制 第三节 质粒载体的构建 第四节 重要的质粒载体 第五节 质粒载体的稳定性问题
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1
第一节 质粒载体的概况
➢ 质粒的定义、命名、分类、分布 ➢ 质粒的基本生物学特性 ➢ 质粒的分离与纯化
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2
一、质粒的定义、命名、分类、分布
定义:质粒是一类寄宿于细胞内,独立于染色体外 的自我复制并稳定遗传的环状双链DNA分子。
命名:小写字母p代表质粒,两个大写字母代表发 明者,后接实验编号,
分类: 分布:
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3
质粒分类
1、根据质粒的性状特征分为:
1)F质粒:又叫F因子或性质粒(sexplasmid)。 2)R质粒:通称抗药性因子。编码有一种或数种抗菌
致冷或恢复中性PH值,变性处理的质粒和染色体DNA混合物便会迅 速复性。共价闭合环状的质粒DAN,由于两条链在形体上仍保持在 一起,复性迅速准确。随机断裂产生的线性的染色体DNA分子,互 补链彼此已分开,复性就不会那么迅速而准确,它们聚集形成网状 结构,通过离心会与变性的蛋白质及RNA沉淀下来。滞留在上清液 中的质粒DAN则可通过乙醇沉淀法收集。
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6
大肠杆菌质粒分子的结构示意图
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7
2、质粒DNA分子的三种构型
SC构型: 是指两条多核苷酸链均保持着完整的环形 结构时,称为共价闭合环形DNA(cccDNA),即超螺 旋的 SC构型。 OC构型: 两条多核苷酸链中只有一天保持完整的环 形结构,另一条出现一至数个缺口时,称开环DNA
(ocDNA),即OC构型; L构型: 质粒DNA经酶切,发生双链断裂而形成线 性分子(LDNA),L构型。(见图)
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8
环形双链DNA质粒分子的A分子量差异显著,最小的仅能编码2-3 种蛋白质,分子量约为106 ,最大的可达108。
基因克隆载体的质粒DNA分子,必定包括三种共同的 组成部分,即复制基因、选择性记号和克隆位点。
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10
3、质粒DNA编码的表型
质粒DNA仅占细胞染色体的1-3%,但却编 码着一些重要的非染色体控制的遗传性状, 包括抗性特征、代谢特征、修饰寄主生活方 式的因子及其它方面的特征,其中对抗菌素 的抗性时质粒的最重要的编码特性之一。
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13
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14
5、质粒的不亲和性
质粒的不亲和性又称不相容性,是指在没有选择压力 的情况下,两种亲缘关系密切的不同质粒,不能在同 一寄主细胞系中稳定共存的现象。
质粒彼此之间是互不相容的,这样的质粒属于同一个 不亲和群,如pMB1的派生质粒(或ColE1派生质粒)。 彼此能够共存的亲和的质粒则是属于不同的不亲和群。 属于同一不亲和群的质粒的亲缘关系上比较接近。