动物基因工程

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理想的质粒
1.拷贝数多; 2.两三个抗药性基因 terr ampr
筛选标志
3.合适的限制性内切酶酶切位点(单一)
Eco RⅠ Hind Ⅲ
氨苄青霉素 抗性基因
Pst Ⅰ
pBR322
Bam HⅠ
Sal Ⅰ 四环素 抗性基因
Ori
Ava Ⅰ Pvu Ⅱ
(二)噬菌体载体( Phage
vector)
重组体的筛选 screening/selection 1. 直接选择法
抗药性标志选择 标志补救 表达产物与营养缺陷互补
α—互补 蓝白斑筛选 分子杂交 探针
原位杂交 /Southern印迹法 限制性酶切图谱/PCR
2.非直接选择法 免疫学方法
七 克隆基因的表达 载体有转录、翻译的元件 密码子通用 1 、 原核表达体系 原核表达载体的标准 • 合适的筛选标志 • 强启动子 • 翻译控制序列 • 多克隆位点
五、核酸酶
(一)核酸酶S1 (Nuclease S1) mR核NA酸与酶放S射1主性要标用记于基:因(1组)分、析DDNNAA的:杂R交N体A杂确交定体内结含构子。部通位过。降(2解)切成除熟 DNA片段上的单链末端,形成平末端。(3)切开cDNA合成过程中形成的 发夹环。 (4)在限制酶位点上产生小缺失。 (二)核酸外切酶III
目 前 常 用 的 基 因 转 移 载 体 有 : (1) 猴 空 泡 病 毒 (Simian virus 40简称SV40);(2)腺病毒(Adenovirus); (3) 乳 头 状 病 毒 (Papilloma virus) ; (4) 逆 转 录 病 毒 (Retrovirus); (5) 牛痘(Vaccinia)病毒; (6) 牛疣病毒 (Bovine papilloma virus)等。
1. 化学合成法 2. 逆转录法(Reverse transcription)
逆转录法也叫cDNA法,它是一种酶促合 成法,即以mRNA为模板,在反转录酶的 作用下,以四种脱氧核苷三磷酸为材料 合成DNA(cDNA),再经复制后即成双链 DNA。 3. 聚合酶链式反应 (PCR)
四、Leabharlann Baidu组DNA分子
三、获得目的基因的方法
(一)利用理化方法分离基因 理化方法分离基因是依据DNA双链结构
的特点和四种碱基互补的氢键差异,其 方法有以下四种:
1.密度梯度超速离心法 2.单链酶法 3.多聚赖氨酸法 4.分子杂交法
(二)利用生物学方法分离基因
利用噬菌体转染或质粒转化等微生物学技 术分离基因的方法,我们把它叫做生物学方法。 这种方法应用于原核基因的分离提取。
(三)柯斯质粒载体(Cosmid
vector)
柯斯质粒载体又叫粘粒载体,这是 一种由人工构建的含有DNA的cos序列和 质粒复制子的特殊类型的质粒载体。柯 斯质粒在结构组成上具有噬菌体的特性、 也具有质粒载体的特性和高容量的克隆 能力,一般可插入35~40kb的外源基因, 这是构建真核生物基因文库的主要载体。 柯斯质粒适用于作基因簇和大基因的克 隆。
作为基因工程的载体它们都具备以下一些 共同的基本特点:
作为基因工程的载体它们都具备以下一些共同 的基本特点:
① 在宿主细胞中能独立自主地复制。
② 表达载体含有强启动于,能驱动靶基因在宿
主细胞中表达。
③ 容易从宿主细胞中分离纯化。
④ 载体DNA基因组中有一段不影响它们复制 的非必需区域,插在其中的靶片段能被动地 跟着载体DNA一起复制,就像载体的正常成 分一样。
三、DNA连接酶
在大肠杆菌和动物细胞中都发现了DNA连接酶,这种酶能够催 化DNA中相邻的 3’一OH和5’一磷酸基末端之间形成磷酸二酯键。 连接反应的最适温度是37℃,但在此温度下粘性末端之间氢键结 合很不稳定。实验表明,15℃对于连接反应和粘性末端氢键结合 的稳定性都是合适的。
四、甲基化酶
细胞的限制一修饰系统中的修饰作用是由甲基化酶(methylase) 米完成的。甲基化酶同限制性内切酶具有完全相同的识别顺序。 甲基化酶使识别顺序中的某个碱基发生甲基化,保护DNA不被限 制性内切酶切开。真核生物中目前只发现5甲基胞嘧啶(M5C)。
融合蛋白 包涵体
大肠杆菌表达体系的不足
1. 缺乏转录后加工机制,只能表达 cDNA
2. 缺乏翻译后加工机制,不能折叠和糖 基化
3. 融合蛋白形成包涵体,复性后才有活 性
4. 很难表达大量的可容性蛋白
2 真核表达体系 筛选标志 Neor G418 转染方法
磷酸钙沉淀 DEAE葡聚糖介导转染 电穿孔 脂质体转染 显微注射
瞬时转染 目的基因不整合进宿主基因组 稳定转染 目的基因整合进宿主基因组
第三节 转基因动物技术
一、转基因动物的概念
转基因技术是将外源DNA导入细胞的一种技 术。它是在DNA重组技术的基础上发展起来的。 1981 年 Gordon 和 Ruddle 首 次 用 显 微 注 射 法 (Microinjection)把外源基因导入小鼠受精卵的 雄核,并将注射后的受精卵植入假孕母鼠子宫, 产生了的78只小鼠,其中有2只的所有细胞中 (包括生殖细胞)都含有外源基因,但因缺乏启 动子而不能表达,他们把出生后带外源基因的 小鼠叫做转基因小鼠(Transgenic Mice),自此 以后,凡带有外源基因的动物都叫做转基因动 物(Transgenic animal)。
基因工程的基本操作程序包括:(1) 目的基因的分离或合 成;(2)用工具酶对目的基因和载体(Vector)进行加 工处理,把目的基因与载体结合成重组DNA分子;(3) 把重组DNA分子引入受体细胞,并使目的基因和载体 上其他基因得以表达;(4)转化体细胞的扩增;(5) 重组体细胞的鉴定与筛选。
• 基因克隆示意图
载体DNA (限制性内切酶切开)
宿主细胞
目的基因
重组体
已转化的宿主细胞
繁殖 阳性克隆株
表达
第二节 工具酶
常用的工具酶
限制性核酸内切酶 DNA连接酶
DNA聚合酶Ⅰ 反转录酶
多聚核苷酸激酶 末端转移酶 碱性磷酸酶
切割DNA 生成3′- 5′磷酸二酯键 探针标记、补平3′末端
cDNA合成 5′磷酸化、探针标记
噬菌体是一种温和噬菌体,由于它的遗 传结构和宿主大肠杆菌的遗传结构研究得比较 清楚,并能在细菌中大量繁殖,所以成为广泛 采用的载体。噬菌体还有一大优点,即使它 的DNA丢失25%仍不失活,这部分丢失的空档 正好可以装载外源DNA。
• 与质粒载体相比,λ 噬菌体作为载体可以克隆 更大一些的DNA片段,欲构件一个基因文库, 往往可以减少文库中克隆的数量。
实验结果证明,每个YAC都可以装进100万碱基以上 的DNA片段,这种大小比柯斯质粒的装载能力要大数倍, 所以可以保证基因结构的完整性。
(五) 动物病毒
动物病毒作为载体可用于外源基因向真核细胞的 转入。作为基因介导的动物DNA载体,必须具备以下 条件:(1)具有动物病毒的复制起始部位及启动子,以 便外源基因能有效的转染动物细胞,以及提供必要的 转录信号:(2)具有可供选择的标志基因,因为重建的 病毒转染力很低,一般仅为105~107,只有利用标志 基因才能选出转化细胞株;(3)具有适当的多种单一内 切酶位点供外源基因插入。
(三)核酸外切酶VII (四)DNA酶I (五)RNA酶A (牛胰) (六)RNA酶TI (七)RNA酶H
第三节基因工程的载体 (Vector)
• 到目前为止,用于基因工程的载体有8类:
• ① 细菌质粒载体;包括大肠杆菌和枯草杆菌质粒载体。
• ② λ噬菌体衍生载体。
• ③ 柯斯质粒(Cosmid)载体:一种由质粒和A噬菌体cos尾巴构建
用 适 当 的 限 制 性 内 切 酶 (Restriction endonuclease )将整个染色体或DNA分子切成 许多相当于一个或略大于一个基因的片段,然 后把全部DNA片段与质粒组成重组DNA分子,并 转化到某特定基因营养缺陷型受体菌内,进行 纯系繁殖,再经分离鉴定,选出所需基因。
(三)基因的人工合成
• 对细菌细胞进行转化或转染的关键是细胞处在 感受态,所谓感受态细胞,就是受体细胞处于 摄入外源DNA的状态。一般用0.01~0.05 M/L 氯化钙处理受体细胞,可以引起细胞膨胀,增 大细胞的通透性,使重组DNA进入细胞,提高 转化效率。
转导作用 transduction 病毒、噬菌体介导
溶菌途径 溶原菌途径
溶原
裂解
(二)、外源目的基因向真核细 胞转入
向真核细胞中转移基因的方法可分为 两大类,—类需借助于载体,另—类不 需借助于载体。
1. 借助于载体的基因转移 2.不需载体的基因转移 ① 磷酸钙沉淀法
② 脂质体介导法
③ 血影细胞(Blood shadow cell)介导法
六、转化细胞的筛选与鉴定
• 转化或转染的效率是很低的(一般为105~ 106),也就是说,只有极少数细胞接受到 重组DNA分子,能实现基因的转移。所 以必须从大量的培养细胞中筛选出已被 外源DNA转化了的细胞,然后建立无性 繁殖系,使所需基因大量扩增和表达。
动物基因工程
第一节 基因工程概述
基因工程(Genetic engineering)是一种DNA重组技术,它 是在分子水平上进行的遗传操作,即把供体细胞中的 基因或基因组提取出来,按照预先设计的蓝图,经过 体外加工重组,或者把人工合成的基因转移到受体细 胞并获得新的遗传特性的技术。由于被转移的基因必 须与载体DNA重组后才能实现转移,所以基因工程也 叫做重组DNA技术。
1. 粘性末端连接 连接效率高
相同酶切末端 配伍末端
2.平端连接 连接效率低 3.同聚物接尾法 4.人工接头法
载体DNA
3′ PolyG
+dGTP 3′ 3′
目的基因
+dCTP 3′
PolyC
五、基因的转移(Gene transfer)
• (一)、重组DNA向细菌细胞转入
• 把以质粒为载体的重组DNA分子引入受体细胞 的 过 程 叫 做 转 化 (Transformation) ; 把 以 噬 菌 体或病毒为载体的重组DNA分子引入受体细胞 的过程叫做转染(Transfetion)。
二、转基因动物技术的一般步骤
(1)选择能有效表达的蛋白质; (2)克隆与分离编码这些蛋白质的基因; (3)选择能与所需组织特异性表达方式相适应的基 因调节序列; (4)把调节序列与结构基因重组拼接,并在培养细 胞或小鼠中预先检验其表达情况; (5)把拼接的基因注射到受精卵的细胞核中; (6)把注射后的受精卵移植到子宫,完成胚胎发 (7) 检测幼畜是否整合外源基因、外源基因的表达 情况以及外源基因在其后代中的传递情况。
一、质粒载体(plasmid vector)
(1)质粒的一般性质 1.质粒的概念 质粒是细菌细胞染色体外存在 于细胞质中能进行自我复制的一类小型DNA分 子,大部分质粒为双链环状。 2.质粒的大小 3.质粒的拷贝数 4.质粒的不亲和性 5.质粒的宿主范围
质粒—存在于细菌染色体外的小型环状双 链DNA分子

的复合载体。
• ④ 噬菌体M13衍生载体一类专门用于Sanger法测序的载体。
• ⑤ Phag9m5d载体:一类由噬菌体功能片段和质粒构建的复合

载体。
• ⑥ 酵母质粒载体:由酵母2u质粒构建的酵母基因工程载体。
• ⑦ 真核病毒载体:包括动物病毒、植物病毒衍生载体。
• ⑧ 杆状病毒和Bacmid载体;
3′末端多聚尾 切除末端磷酸基
限制性核酸内切酶
细菌限制修饰体系
限制性核酸内切酶 甲基化酶
识别特异的位点—酶切位点
回文结构 4~6 bp 出现两种末端
粘性末端 粘端
Eco RⅠ
GAATTC CTTAAG
平头末端 平端 配伍末端
Smal Ⅰ
CCCGGG GGGCCC
二、DNA聚合酶
(一)DNA聚合酶I (全酶) (E. coli DNA Polymease) (二)K1enow片段(E.co1i) (三)T4 DNA聚合酶 (T4噬茵体感染的E.co1i) (四)Taq DNA聚合酶(Thermusaqraticus) (五)逆转录酶(reverse transcriptase) (六)末端转移酶
(四)YAC载体
YAC 是 酵 母 人 工 染 色 体 ( Yeast artificial chromosome)的缩写,是目前能容纳最大外源DNA片段 的载体。简单地说,酵母人工染色体载体有两个臂, 之间有着丝粒,每个臂的末端有一个端粒,另外,染 色体上还有供选择的标记基因;当外源DNA片段连接进 两个臂中以后,通过选择标记人们可以从酵母宿主细 胞中筛选出重组的人工染色体。
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