扬州大学《现代分子生物学》5分子生物学研究方法

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从DNA链的5’末端逐个切除单核苷酸
切除位于DNA链5’或3’末端的磷酸基团
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扬州大学《现代分子生物学》5分子 生物学研究方法
•5.1、 重组DNA技术发展史
•限制性核酸内切酶
•限制性核酸内切酶(restriction endonuclease, RE)
•一类能识别和切割双链DNA分子中特定碱基顺序的核 酸水解酶
•Bam HⅠ
•GGATC
C •GCCTAG
••GCCTAG•+••GATCGC
•分类:
•Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ
•(基因工程技术中常用Ⅱ型)
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•5.1 重组DNA技术发展史
•命名
•Hin dⅢ •Haemophilus influenzae d株
•流感嗜血杆菌d株的第三种酶
•λ噬菌体
▪ 黏粒、YAC、BAC :高容量载体
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•5.1 重组DNA技术发展史
个克隆载体所容纳的外原DNA片段的大小
§ 质粒:10kb § λ噬菌体:23kb § 黏粒:45kb § BAC:350kb § YAC:1000kb
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•将异源DNA分子引入一细胞株系,使受体细胞 获得新的遗传性状
•转导? 转染?
•感受态细胞(Competent cells) : •受体细胞经过一些特殊方法(如:CaCl2等化 学试剂法)的处理后,细胞膜的通透性发生变 化,能容许有外源DNA的载体分子通过,处于 这种状态下的细胞称~
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•5.1 重组DNA技术发展史
•重组DNA技术操作的主要步骤
•载体
•目的基因(外源基因)
•质粒 •噬菌体 •病毒 •基因组DNA • cDNA •人工合成 •PCR产物
•限制酶消化
•开环载体DNA
•目的基因
•连接酶
•重组体
•转化 •体外包装,转染
•带重组体的宿主
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•5.2 常见的DNA操作技术
蓝白斑
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•5.2 常见的DNA操作技术
转化率的计算:
§ 转化体总数=菌落数×(转化反应原液总体积/涂 板菌液体积)
§ 插入频率=白色菌落数/蓝色菌落数+白色菌落数 § 转化频率=转化体总数/加入质粒DNA的量(计算
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•5.1 重组DNA技术发展史
•以 •质 •粒 •为 •载 •体 •的 •DNA •克 •隆 •过 •程
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•5.2 常见的DNA操作技术
5.2.1 细菌转化
•转化(transformation) :P151
•即反相重复结构,是 DNA分子中以某一处为轴,其两侧核苷酸排 列呈回文对称的序列。
•GGATC C •GCCTAG
•切口 :平端切口、粘端切口
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•5.1 重组DNA技术发展史
•HindⅡ
•GTCGAC •CAGCTG
•Bam HⅠ
•GGATCC •CCTAGG
•筛选
•表型筛选
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•酶切电泳鉴定
•菌落原位杂交
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•5.1 重组DNA技术发展史
•5.1.5重组DNA技术的意义
▪ 重组DNA技术填平了生物种属间不可逾越的鸿沟 ▪ 重组DNA技术缩短了进化时间 ▪ 重组DNA技术使人能对生物进行定向改造 ▪ 体外大量扩增、研究其结构、功能及调控机制,
•属 系 株 序


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第一个字母取自产生该酶的细菌属名, 用大写; 第二、第三个字母是该细菌的种名,用 小写; 第四个字母代表株; 用罗马数字表示发现的先后次序。 扬州大学《现代分子生物学》5分子
生物学研究方法
•5.1 重组DNA技术发展史
•Ⅱ类酶识别序列特点—— 回文结构(palindrome)
功能 识别并在特定位点切开DNA
通过磷酸二酯键把两个或多个DNA片段连接成一个 DNA分子 按5‘到3’方向加入新的核苷酸,补平DNA双链中 的缺口 按照RNA分子中的碱基序列,根据碱基互补原则合 成DNA链 把磷酸基团加到多聚核苷酸链的5’-OH末端
在双链核酸的3‘末端加上多聚单核苷酸
从DNA链的3’末端逐个切除单核苷酸
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•5.1 重组DNA技术发展史
目的基因的来源
§ 原核细胞 § 真核细胞:cDNA或gDNA文库
§ 人工合成及PCR扩增目的基因
•天然DNA
•(染色体DNA、病 毒DNA(噬菌体DNA)、 质粒DNA、线粒体 DNA和叶绿体DNA)
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••GCATGC•+••GCTAGC •平端切口
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••GCCTA•+••GATCGC G •粘端切口
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•5.1 重组DNA技术发展史
▪ DNA连接酶: 通过磷酸二酯键把两个或多个DNA片 断连接成一个整体DNA分子。
▪ T4¯DNA连接酶 ▪ EcoR I 连接酶 ▪ T7¯DNA连接酶
出每微克的转化菌落数)
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•5.2 常见的DNA操作技术
5.2.2 聚合酶链式反应(PCR)技术
§ 1985年,K.Mullis等研究成功的一种在体外快 速扩增特定基因DNA序列的方法
§ 原理:类似于天然的DNA复制过程。将待扩 增的DNA片段和两侧互补的两段寡核苷酸引 物,经过变性,退火和延伸若干个循环后, DNA扩增倍数可达2n 倍
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•5.1 重组DNA技术发展史
•5.1.3重组DNA技术的概念
▪ 重组DNA技术(recombinant DNA technique): 是 按照人们意愿,在体外对DNA分子进行重组,再将 重组分子导入受体细胞,使其在细胞中扩增和繁 殖,以获得该DNA的大量拷贝。
▪ 基因克隆(gene cloning) ▪ 分子克隆(molecular cloning)
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•5.1 重组DNA技术发展史
•5.1.4 重组DNA技术的基本步骤
1、四大要素 ①外源基因 ②载体 ③工具酶 ④受体细胞
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宿主细胞 § IPTG/X-gal的培养基上筛选蓝白斑
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•5.2 常见的DNA操作技术
蓝白斑筛选
Lac Z , IPTG
X-gal
X + gal
(白色)
(蓝色)
Lac Z(失活) , IPTG
X-gal
X-gal
(白色)
(白色)
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•5.2 常见的DNA操作技术
常用的转化方法:
§ 化学转化(CaCl2)法 § 电击法
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•5.2 常见的DNA操作技术
化学转化原理:
在0℃冷冻处理时,处于CaCl 2低渗溶液中的大肠杆 菌细胞膨胀成球形。DNA可吸附于其表面。在短暂的 热冲击下,细胞吸收外源DNA ,然后在丰富培养基内 复原并增殖,表达外源基因。
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•5.2 常见的DNA操作技术
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•5.2 常见的DNA操作技术
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•P153
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•5.2 常见的DNA操作技术
电击转化:
从而拓宽了分子生物学的研究领域,这对医学上 各种疾病等病因的查明、诊断及治疗具有重大意 义。
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•5.1 重组DNA技术发展史
•5.1.6重组DNA实验中常见的主要工具酶
酶类 限制性核酸内切酶 DNA连接酶
DNA聚合酶Ⅰ
反转录酶
多核苷酸激酶 末端转移酶 DNA外切酶Ⅲ λ噬菌体DNA外切酶 碱性磷酸酯酶
扬州大学《现代分子生 物学》5-分子生物学研
究方法
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2020/11/19
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•5.1 重组DNA技术发展史
•5.1.1重组DNA技术诞生的理论基础
▪ 40年代明确了遗传的物质基础是DNA ▪ 50年代揭示了DNA 分子的双螺旋结构模型和半
保留复制,解决了基因的自我复制和遗传信息 传递问题 。 ▪ 50年代末和60年代提出了“中心法则”和操纵 子学说,并成功地破译了遗传密码,从而阐明 了遗传信息的流向和表达问题。
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•5.1 重组DNA技术发展史
•(八)重组实验中的主要载体 •定义:为携带目的基因,实现其无性繁殖 或表达有意义的蛋白质所采用的一些DNA分 子。
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•5.1 重组DNA技术发展史
•克隆载体(cloning vector) • 为使插入的外源DNA序列被扩增而特意设 计的载体称为克隆载体。
和鉴定; ▪ 有克隆位点(外源DNA插入点),常具有多个单一
酶切位点,称为多克隆位点; ▪ 分子量小,以容纳较大的外源DNA。
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•5.1 重组DNA技术发展史
§ 噬菌体载体:双链DNA病毒,约50kb,两端有一个12 个核苷酸5′端突出粘性末端
使用低盐缓冲液或水洗制备的感受态细胞,通过 高压脉冲的作用将载体DNA分子导入受体细胞。
•菌液:生长对数期 •场强(最大转化效率):12.5-15kV/cm
• 温度:0-4℃
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•5.2 常见的DNA操作技术
克隆的筛选:
§ 抗生素基因。 § 常用的抗生素有:氨苄青霉素、卡那霉素、氯霉素、
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•5.2 常见的DNA操作技术
反应体系
§ 模板DNA:待扩增的目的片段 § 特异性引物:人工合成的与待扩增的靶DNA两端序
列互补的寡核苷酸片段,15-30bp § DNA聚合酶 § dNTP § 含有Mg2+的缓冲液
四环素、链霉素等 § -互补蓝白斑筛选 § 营养条件(自养、异养)
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•5.2 常见的DNA操作技术
-互补筛选
§ β-半乳糖苷酶基因(LacZ)的调控序列和氨基
端(N端)146个氨基酸编码序列的质粒 § 编码β-半乳糖苷酶羧基端(C端)部分序列的
▪ 1970年M.Mandel和A.Hige发现,大肠杆菌的细胞经过氯化 钙适当处理之后,便能吸收λ噬菌体的DNA。1972年美国 斯坦福大学S.Cohen报道,经氯化钙处理的大肠杆菌细胞 也能摄取质粒DNA。大肠杆菌转化体系的建立,对重组DNA 技术的创立具有特别重要的意义。
▪ 3、Southern杂交、DNA序列分析和聚合酶链反应
•表达载体(expression vector) • 为使插入的外源DNA序列可转录翻译成多 肽链而特意设计的载体称为表达载体。
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•5.1 重组DNA技术发展史
•载体的选择标准
▪ 能自主复制; ▪ 具有两个以上的遗传标记物,便于重组体的筛选
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•5.1 重组DNA技术发展史
•2、重组DNA技术的基本步骤
▪ ①目的基因的获得与载体的制备 ▪ ②目的基因与载体DNA的连接 ▪ ③重组DNA分子导入受体细胞 ▪ ④重组体的筛选与重组DNA的鉴定 ▪ ⑤克隆基因的表达及表达产物的检测与分离纯化
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•5.1 重组DNA技术发展史
•5.1.2关键性实验技术问世为重组DNA技术奠基
▪ 1、DNA分子的切割与连接技术
▪ 限制性核酸内切酶和连接酶的陆续发现,才使分子生物学 家有了进行DNA操作的基本工具。
▪ 2、载体构建和大肠杆菌转化体系的建立
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