目的基因的获得

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为了解决这个难题,一种可行的方法就是将这个基因扩增, 增加成功分离目的基因的可能性。但是由于要分离的目的基因
往往是未知基因,因此无法对它进行特异性扩增,而只能对所
有的基因进行扩增,也就是构建该生物材料的基因文库,然后 再根据不同的方法将所需的克隆筛选出来,最后分离得到目的
基因。
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第五章 目的基因的获得
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一、 基因组DNA文库的构建
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一、 基因组DNA文库的构建
(二)基因组DNA文库的质量标准 一个理想的基因组DNA文库应具备下列条件: 重组克隆的总数不宜过大,以减轻筛选工作的压力。 载体的装载量最好大于基因的长度,避免基因被分隔 克隆。 克隆与克隆之间必须存在足够长度的重叠区域,以利 克隆排序。
3’ 5’ mRNA
5’
引物
cDNA
反转录酶
3’
cDNA library 利用某种生物的总mRNA合成cDNA,再将这些cDNA与 载体连接,转入细菌细胞中进行保存和扩增,称cDNA文库。
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二、 cDNA文库构建
cDNA文库的特点
(1)不含内含子序列。
(2)可以在细菌中直接表达(一般选用的载体都是表达 型的)。 (3)包含了所有编码蛋白质的基因。 (4)比DNA文库小的多,容易构建。 cDNA文库既有种属特异性,也有组织特异性。
接上人工接头 粘性末端
各种酶的接头可以向公司定做或购买。
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一、 基因组DNA文库的构建
(三)基因组DNA文库构建的程序 3.载体与基因组DNA大片段的连接 (3)同聚物加尾
末端转移酶 CCC CCC
粘性末端
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一、基因组DNA文库的构建
(三)基因组DNA文库构建的程序 4.重组DNA转化受体细胞
=1.1 ×103
= 6.9 ×105
这个例子说明用质粒载体(插入片断5-10kb )就可以建立 很好的原核生物基因文库,只需要几千个克隆;而真核生物 则需要更大承载能力的载体。
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一、基因组DNA文库的构建
基因组文库应具有的克隆子数
基因组大小/bp
克隆片段 平均大小 (bp)
2×106(细菌)
克隆片段易于从载体分子上完整卸下。
重组克隆能稳定保存、扩增、筛选。
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一、 基因组DNA文库的构建
( 三)基因组DNA文库构建的程序 1.载体Байду номын сангаасNA的制备; 2. 高纯度大相对分子质量基因组 DNA 的提取和大片段 的制备;
3. 高纯度大相对分子质量基因组 DNA 的部分酶切与脉
冲电泳分级分离; 4.载体与外源片段的连接与转化或侵染宿主细胞; 5.重组克隆的挑选和保存。
5×103 10×103 20×103 40×103
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一、基因组DNA文库的构建
(五)DNA文库的保存 1、影印膜滤保存法
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一、基因组DNA文库的构建
(五)DNA文库的保存 2.液体培养基中扩增保存 方法:从平板上挑取已长出的克隆子转入含适当的抗生 素培养基中,混 合的细菌生长数代后,其培养物
mRNA 反转录酶 cDNA 基因重组
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二、 cDNA文库构建
(一)cDNA基因文库构建的步骤
1.总RNA(total RNA)提取和mRNA的分离纯化 提取总RNA有商业化的试剂盒(kit)。 mRNA的分离纯化 (1)原理 利用mRNA都含有一段polyA尾巴,将mRNA从总 RNA(rRNA、tRNA等)中分离纯化。 mRNA只占总RNA的1%-2%。 (2)mRNA的分离纯化 Column(柱) 分离mRNA用商业化的Oligo dT纤维柱。
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一、 基因组DNA文库的构建
(三)基因组DNA文库构建的程序 1.载体DNA片段的制备 DNA分离纯化→限制酶切 → 脱磷酸化反应 2.供体DNA片段的制备 总DNA分离纯化→物理切割法[超声波(300bp)或 机械搅拌(8kb)]或酶切法(内切酶Sau3A进行局部消 化。可得到10-30kb的随机片断。 )→分离特定大小 DNA片段 超声波~300bp,剧烈搅拌:~8Kb 部分酶切 酶法 分离特定大小DNA片段 完全酶切
第五章 目的基因的获得
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第五章 目的基因的获得
对于高等真核生物而言,基因组DNA十分庞大,基因可达
数万个,且基因组成结构复杂,除编码序列,还有非编码序列
及调控序列,基因间还存在大量的间隔序列和重复序列,因此, 单个目的基因在整个基因组中所占的比例极其微小,除少数例
外,绝大多数基因难以直接分离得到。
ScaI
Amp R
pBR322
(4.36 kb) Ori
SalI
Tc R
总DNA
MboI
BamHI
P 脱磷酸化 HO OH OH
T4 连接酶
该法简单、快 速、易于操作,但 仅适合一些低等真 核生物和原核生物。
EcoRI HindIII
PstI ScaI
Amp R
重组DNA
Ori
SalI
转化E.coli 基因组文库
反转录酶
5’
Oligo dT引物
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二、 cDNA文库构建
降解mRNA模板 用碱处理或用RNaseH降解mRNA-DNA杂交分子中的 mRNA。
mRNA 5’
3’
5’ 引物
cDNA
反转录酶 5’
3’
3’ 5’ 引物
mRNA cDNA第一链 碱 或RNaseH
5’ 引物
cDNA第一链
3’
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二、 cDNA文库构建
mRNA的分离纯化
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二、 cDNA文库构建
(一) cDNA基因文库构建的步骤 1.cDNA第一链合成 逆转录酶能以RNA为模板合成DNA。 用Oligo dT(或随机引物)作引物,合成cDNA的第一 链。
3’ AAAAAAA TTTTTTT cDNA
mRNA
终浓度为25%的甘油,于-70 oC或-25 oC下保
存。 缺点:需保存的克隆子数过多,工作量大
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二、 cDNA文库构建
真核生物基因组DNA十分庞大,其复杂程度是蛋白质
和mRNA的100倍左右,而且含有大量的重复序列。 采用 电泳分离和杂交的方法,都难以直接分离到目的基因。这 是从染色体DNA为出发材料直接克隆目的基因的一个主要 困难。
基因特异性、 器官特异性、 代谢或发育特异性
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二、 cDNA文库构建
(一) cDNA基因文库构建的步骤
1. 细胞总RNA的提取和mRNA的分离
2. 第一条cDNA合成 3. 第二条cDNA合成 4. 双链cDNA克隆进质粒或噬菌体载体并导入宿主中 繁殖
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二、 cDNA文库构建
理论克 隆数 400 200 100 50 实际克隆 数 1831 919 458 278
2×107 (真菌)
理论克隆 数 4000 2000 1000 500 实际克隆数 18418 9208 4603 2300
2×109(动物)
理论克隆数 600000 300000 150000 75000 实际克隆数 2763110 1381550 690774 345 386
(1)根据克隆载体的性质选择合适的受体细胞 常见的宿主细胞: DH5:用于铺制与培养质粒平板和粘粒平板的重组缺陷型的抑制 型菌株,可与pUC编码的-半乳糖苷酶氨基端实现互 补。 HB101: 用于大规模制备质粒的抑制型菌株,转化效率高 JM101: 可支持带有琥珀突变载体生长的宿主菌 JM109: 支持带有琥珀突变载体生长的重组缺陷的抑制型菌 MZ-1: 温度敏感的溶源性菌株,用于含有噬菌体PL启动子质粒载体 的宿主菌
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一、基因组DNA文库的构建
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一、基因组DNA文库的构建
(四)基因组文库的大小 理论值: 基因组文库的克隆数目=基因组DNA总长/DNA插入 片段的平均长度。
例如:
细菌基因组DNA总长度=3 × 106kb 酶切后的DNA片段平均长度= 15kb 基因组文库的克隆数= 3 × 106kb/ 15kb= 2 × 105个 克隆
于-70oC储存(加终浓度为25%的甘油)。
缺点:因文库菌落生长的不均匀性而导致文库中某些特 定的序列过多或过少。
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一、基因组DNA文库的构建
(五)DNA文库的保存 3.保存单个克隆子于含有甘油的培养基中 方法:从平板上挑选单个克隆子接种于合 适的含抗生 素的培养基中,菌体生长到一定浓度后,加入
基因文库由外源DNA片段、载体和宿主组成。
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第五章 目的基因的获得
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一、 基因组DNA文库的构建
(一)基因组DNA文库的类型
根据所选用的载体可以分为:
质粒文库 噬菌体文库 粘粒文库 人工染色体文库 载体能够容载的DNA片断大小 直接影响到构建完整的基因文库所 需要的重组子的数目。
二、 cDNA文库构建
(一) cDNA基因文库构建的步骤 3. cDNA第二链合成(自身引导法和臵换合成法) 剩下的cDNA单链的3’末端一般形成一个弯回来的双链 发卡结构(机理不明),可成为合成第二条cDNA链的引 物。用DNA聚合酶合成第二链DNA。
5’ cDNA第一链 cDNA第二链合成 DNA聚合酶
一、基因组DNA文库的构建
For example : 期望值为0.99,插入片断为20kb的 E.coli (4.6×106 bp) 和 human (3×109 bp) 基因组的克隆数的计算 ln( 1-0.99)
N E.coli=
ln[1-(2×104/4.6×106)]
Nhuman= ln(1-0.99) ln[1-(2 ×104/3 ×109)]
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一、 基因组DNA文库的构建
用λ噬菌体载体构建基因组文库的流程
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一、 基因组DNA文库的构建
用黏粒载体构建基因组文库的流程
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一、 基因组DNA文库的构建
用酵母人工染色体构建基因组文库的流程
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一、 基因组DNA文库的构建
用酵母人工染色体构建基因组文库的流程
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二、 cDNA文库构建
(细菌人工染色体文库、酵母人工染色体文库等)
载体系列: 容量为 24 kp cosmid载体: 容量为 50 kb YAC: 容量为 1 Mb BAC: 容量为 300 kb
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一、 基因组DNA文库的构建
EcoRI HindIII BamHI PstI
用质粒载体 构建基因组文库 的流程
基因文库(gene library)概念
又称DNA文库,是指某个生物的基因组DNA或cDNA片段与适当 的载体在体外重组后,转化宿主细胞,并通过一定的选择机制筛选后 得到大量的阳性菌落(或噬菌体),所有菌落或噬菌体的集合即为该生 物的基因文库。
按外源DNA片段的来源分基因文库分为:
基因组DNA文库 从特定组织提取的染色体基因组DNA cDNA文库 mRNA反转录成的cDNA拷贝
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一、基因组DNA文库的构建
(四)基因组文库的大小 (必须包括一定数量的重组子才可能克隆基因组中的任 何碱基序列。) 经验值: Ln(1 – P) N = Ln(1 – f) N—基因组文库克隆总数 P—在基因组文库中目的基因DNA片段的出现概率 f—插入片段大小与基因组DNA大小比值
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高等生物一般具有105种左右不同的基因,但在一定 时间阶段的单个细胞或个体中,都尽有15%左右的基因得
以表达,产生约15000种不同的mRNA分子。可见,由 mRNA出发的cDNA克隆,其复杂程度要比直接从基因组 克隆简单得多。
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二、 cDNA文库构建
cDNA 以mRNA为模板逆转录出的DNA称cDNA。
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一、 基因组DNA文库的构建
DNA的不完全酶切 目的片段低熔点琼脂糖回收
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一、 基因组DNA文库的构建
(三)基因组DNA文库构建的程序 3.载体与基因组DNA大片段的连接
直接连接、人工接头或同聚物加尾。 (1) 粘性末端直接连接:载体与外源DNA大片段的两个末端都有 相同的粘性末端。 如:Sau3A与BamHI的酶切末端。 (2)人工接头法(adapter) 人工合成的限制性内切酶粘性末端片断。
5’
cDNA第一链
cDNA第二链
3’
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二、 cDNA文库构建
去掉发卡结构 用核酸酶S1可以切掉发卡结构(但这会导致cDNA中有 用的序列被切掉!)。
5’ 3’ cDNA第一链 cDNA第二链
核酸酶S1 5’ 3’
cDNA第一链
cDNA第二链
3’
5’
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二、 cDNA文库构建
1.自身引导法
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