基因工程基本操作过程(目的基因与运载体结合)

载体DNA和目的基因DNA的连接,按DNA片
段末端性质不同，可有下述不同的连接方法：
① 粘性末端连接法
② 平端连接法 ③ 同聚物加尾连接法 ④ 人工接头连接法

1. 同一限制酶切位点连接: 由同一限制性核酸内切酶切割的不同DNA片段具有完 全相同的末端。只要酶切割产生单链突出的粘性末端 和酶切位点附近的DNA序列不影响连接 .在连接酶的 作用下即可形成重组DNA分子. 上述方法的缺点：由限制酶产生的具有粘性末端的载 体DNA分子，在连接反应中常发生自我环化作用，并 在连接酶的作用下重新变成稳定的共价闭合环状结构。 解决方法：用细菌的碱性磷酸酶预先处理线性的载体 DNA分子，去除其5‘末端的磷酸基。

依不同的研究目的而定，认真设计最终构建的重组体
分子。需要考虑下列2个方面。 如果研究目的是： (1) 表达有价值的蛋白质，要考虑选用适当的启动子、 增强子等调节序列和终止序列，要将目的基因置于启 动子的转录起始点的下游，并审视‚阅读框‛是否正 确，这些对表达融合蛋白至关重要。 (2) 对某一基因的上游序列进行调控机能分析，则需 考虑选择适当的报告基因，并将可能具有调控机能的 目的基因置于报告基因的上游适当位置。 若调控基因可能有增强子作用，还应在报告基因下游 适当部位插入一个功能基因，由此反映增强子的作用。
外源DNA只能以一个方向定向插入到重组质粒中， 以便目的基因的正确转录和表达。 载体与外源DNA结合处的限制酶切位点仍然保留， 可以随时从重组载体中通过相应的限制性内切酶 切割后分离获得目的基因。 不会自身环化，转化率高，转化后的细菌克隆大 多数携带有目的基因的重组质粒。
一些内切酶如HaeⅢ和HpaⅠ切割产生DNA的 片段没有粘性末端，而是平末端。 具有平末端的 酶切载体只能与平末端的目的基因连接。 T4DNA 连接酶可催化相同或不相同的限制性内切酶切割 的平端间的连接。 平端连接比粘性末端连接要困 难的多，其连接效率很低，约有粘性末端连接的 1%。 适用于限制性内切酶切割产生的平端 适用于粘端补齐或切平形成的平端
目的基因与运载体结合
基因工程（genetic engineering）又称基因
拼接技术和DNA重组技术，是以分子遗传 学为理论基础，以分子生物学和微生物学的 现代方法为手段，将不同来源的基因按预先 设计的蓝图，在体外构建杂种DNA分子， 然后导入活细胞，以改变生物原有的遗传特 性、获得新品种、生产新产品。基因工程技 术为基因的结构和功能的研究提供了有力的 手段。 基因工程要素：包括外源DNA，载体分子， 工具酶和受体细胞等

提高平头末端连接效率的方法包括：
①加大连接酶用量（10倍大于粘性末端的连接） ②加大平头末端底物的浓度，增加分子间碰撞
机会；
③加入10% PEG8ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ00，促进大分子之间的有效
作用；
④加入单价阳离子（NaCl）。
当载体和外源DNA片段两端的酶切位点之
间，不可能 找到恰当的匹配时，解决方法： ⑴人工接头连接法：通过依次加入、连接 合成DNA接 头，再用限制酶切加以解决。 ⑵同聚物加尾连接法：可以利用末端转移 酶分别在 载体酶切位点处和外源DNA片段 的3’端加上相互补 的同聚尾加以解决。 ⑶PCR法：通过PCR(聚合酶链反应)技术扩 增外源DNA 片段，从而加上合适的限制性 内切酶的单一识别序 列，再用限制酶切加 以解决。
2.不同限制酶切位点连接:
由两种不同的限制性核酸内切酶切割的DNA片段、
具有相同类型的粘性末端，彼此称为互补末端也 可以采用粘性末端连接。 外源DNA和载体DNA经过两个限制性内切酶切割 后一侧产生的黏性末端，另一侧产生平未端（可 先生成黏性末端再补平）。
双酶切片段的定向克隆的优点

基因工程在20世纪取得了很大的进展，至少有两
个有力的证明。一是转基因动植物，一是克隆技 术。 转基因动植物由于植入了新的基因，使得动 植物具有了原先没有的全新的性状，这引起了一 场农业革命。如今，转基因技术已经开始广泛应 用，如抗虫西红柿、生长迅速的鲫鱼等。 1997年世界十大科技突破之首是克隆羊的诞 生。这只叫‚多利‛母绵羊是第一只通过无性繁 殖产生的哺乳动物，它完全秉承了给予它细胞核 的那只母羊的遗传基因。‚克隆‛一时间成为人 们注目的焦点。尽管有着伦理和社会方面的忧虑， 但生物技术的巨大进步使人类对未来的想象有了 更广阔的空间。
为了将目的基因重组于载体分子之中，
需要将载体DNA和目的基因分别进行适 当处理，使其可以互相连接，形成新的 重组分子。
载体DNA通常有着许多酶切位点．但是并不是所
有的酶切位点都可用于重组切割，理想的酶切位 点应该符合下列几个条件: 1）位于载体上特定的酶切位点要尽可能少,最好是 单一酶切位点,这样才能保证目的基因和载体DNA 以最高的几率正确组合. 2） 在酶切位点之前要有一个较强的启动子，使 插入的目的基因可在该启动子的指导下高效表达。 3）选择的载体必须在连接后对基因转录和翻译过 程中的编码区读框不改变。
自从 1973 年 Jackson 等人在一次分子生物学学 会上首次提出基因可以人工重组，并能在细菌中复 制。从此以后，基因工程成为一项新兴的研究领域 得到了迅速的发展，无论是基础研究，还是应用研 究均取得了喜人的成果。这是生命科学发展的一次 飞跃，生命科学已经进入了一个定向、快速改造生 物性状的新时代，受到了国内外广泛的重视。 开展基因工程研究几十年来，建立了多种分别 适用于微生物、动植物转基因的载体受体系统，克 隆出了一批有用的目的基因，研制出了数十种昂贵 的基因工程药物，培育出了一批具有特殊性状的转 基因动植物。
人工接头（DNA寡核苷酸连杆）是人工合成
的具有一个或数个特定 限制性内切酶识别和 切割序列的双股平端DNA 短序列。 由平端加 上新的酶切位点，再用限制酶切除产 生粘性 末端，而进行粘端连接。
优点：是进行DNA重组的一种既有效又实用的手
段，兼具有同聚物加尾法和粘性末端连接法的优 点，而且它可以根据实验的不同要求，设计出具 有不同限制酶位点的人工接头。若在体外连接反 应中增加人工接头的浓度，还会大大提高平末端 DNA片段间的连接效率。 缺点：如果待克隆的DNA片段或基因的内部，也 含有与所加的人工接头相同的限制酶切位点，这 样在酶切消化人工接头产生粘性末端的同时，也 会把克隆的外源基因切成不同的片段，从而为后 继的操作造成麻烦。
当载体和外源DNA用同样的限制性内切酶切割时，所形成的
DNA末端就能够彼此相匹配，可以被T4连接酶共价地连接起 来，形成重组体分子。 但是,当靶片段的末端与载体不匹配时， 必须转换其中一个或两个片段的末端形式以便使之连接。这种 末端的转换通常用以下三种方式转换： ① 3’凹端补平：使用大肠杆菌DNA聚合酶I Klenow片段部分 补平3’凹端，将不匹配的3‘凹端转换为粘端；或者完全补平， 产生平端DNA分子，可与任何其他平端DNA相连接。 ② 3’突端切除：T4噬菌体DNA聚合酶具有强烈的3’- 5’外 切核酸酶活性，可将3’突端切除。 ③ 平端加上人工合成接头：合成接头是自相互补的两个化学 合成的寡核苷酸的等摩尔混合物，而两个寡聚体可形成带一个 或多个限制性酶切位点的平端双链体。因此在平端DNA加接 头可为其亚克隆操作增加一个或多个限制性酶切位点。
1.提取目的基因
2.目的基因与运载体结合
（基因表达载体的构建）是基因工程的核心。
3.将目的基因导入受体细胞 4.目的基因的检测和表达
切、接、转、增、检
外源DNA片段同载体分子连接的方法， 即DNA分子体外重组技术，主要是依赖于 限制性核酸内切酶和DNA连接酶的作用. 基因重组: 就是利用 限制性内切酶及其他 一些酶类，切割和修饰载体DNA和目的基 因．将两者连接起来，将目的基因插入于可 以自我复制的载体内，再转入受体细胞，以 这种外源性的目的基因在受体细胞内得到扩 增或正确表达。

当今，国际上一项合作性的基因组测序计划的完 成。随着功能性基因不断被开发出，分离及转基因技 术的不断完善，转基因获表达效率不断提高，21 世纪 基因工程研究将会有更大的发展。 人类将因为有了基因工程会使寿命大大延长；生 物的多样性将得到维护并发展……。科学家们纷纷发表 文章称‚基因工程，前景诱人‛，但出现的问题也是 极其复杂的，关系到人类自身的安全，包括我们生存 的环境，种族的延续，甚至伦理道德。所以，在实施 该工程时，必须把好审批关，从严掌握，避免失误。
移酶等协同作用 。
同聚物接尾法实际上是一种人工粘性末端连
接法。
优点：通过DNA加尾，既可以使两个具平末端
的DNA片段进行连接，也可以使具平末端的 DNA片段与粘性末端的DNA片段进行连接。
缺点：只对质粒载体有效；质粒和cDNA上的
同聚物长度难以控制相等，影响克隆效率；用 其转化宿主菌的效率依不同菌株而有较大差异。

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同聚物加尾连接：利用末端转移酶在载体及外源双
链DNA的3′端各加上一段寡聚核苷酸，制成人工粘 性末端，外源DNA和载体DNA分子要分别加上不同 的寡聚核苷酸。dA(dG)和dT(dC), 然后在DNA连接 酶的作用下, 连接成为重组的DNA。这种方法可适 用于任何来源的DNA片段。
但方法较繁，需要λ核酸外切酶、S1核酶、末端转