1、基因工程知识点总结 代课老师尹俊 10 级生计 2 左俊整理 1 基因工程 复习参考知识点总结 代课教师：尹俊 整理：左俊 说明： 1 内容来源：网络，笔记，教材和个人理解。个人整理错误或者理解有误的地方，请自行改正，本人整理 内容仅 供参考。 2 时间有限，整理仓促，资料有限，导致内容详略不一，请参考老师给的重点，添加缺少的内容，较详细啰嗦的内容可选择性参考。 3 内容前后安排大致和老师所讲的顺序以及教材保持顺序一致。 绪论 （内容略） 基因工程基本技术 分子杂交 分子杂交（ hybridization) :有一定同源性的两条核酸单链，在适宜的温度和离子浓度等条件下，通过碱基互补退火形成稳定
2、的双链分子的过程 。 Southern 杂交： DNA 片段经电泳分离后，从凝胶中转移到硝酸纤维素滤膜或尼龙膜上，然后与探针杂交进行检测。被检对象为 DNA，探针为 DNA 或 RNA。 Northern 杂交： RNA 片段经电泳后，从凝胶中转移到硝酸纤维素滤膜上或尼龙膜，然后用探针杂交进行检测。被检对象为 RNA,探针为 DNA 或 RNA。 Western 印迹法： 检测蛋白质，即将电泳分离的非标记蛋白质转移到固相载体上，用特异的 抗血清对蛋白质进行鉴定及定量的方法 Southern 杂交可用来检测经限制性内切酶切割后的 DNA 片段中是否存在与探针同源的序列，它包括下列步骤 : (1)
3、 DNA 提取 (2) 酶切 DNA (3) 凝胶电泳分离各酶切片段 (4) 使 DNA 原位变性 (5) 转膜 (6) 预杂交滤膜 ,掩盖滤膜上非特异性位点 (7) 探针与 DNA 杂交 (8) 通过放射自显影检查目的 DNANorthern 杂交步骤 ： (1) 取表达目的基因的组织样品 (2) 总 RNA 提取 (3) 分离 mRNA (4) RNA 电泳 (5) 转 膜 (6) 预杂交 (7) 探针杂交 (8) 放射自显影原位杂交 基因工程知识点总结 代课老师尹俊 10 级生计 2 左俊整理 2 原位杂交 是指将特定标记的已知顺序核酸为探针与细胞或组织切片中核酸进行杂交，从而对特定核酸
4、顺序进行精确定量定位的过程 菌落原位杂交 是将细菌从培养平板转移到硝酸纤维素滤膜上，然后将滤膜上的菌落裂菌以释出DNA，再 将 DNA 烘干固定于膜上 ， 与标记的探针杂交，检测菌落杂交信号，并与平板上的菌落对位。 组织原位杂交 是经适当处理后，使细胞通透性增加，让探针进入细胞内与 DNA 或 RNA 杂交 ，从而对特定核酸顺序进行精确定量定位的过程 。 PCR PCR 原理： 变 性温度下， DNA 双链变性双螺旋解开成单链 DNA，在退火温度中人工合成的特异引物根据碱基互补配对原则与单链 DNA 特异结合，然后在 DNA 聚合酶的作用下，在延伸温度下不同的脱氧核苷酸按照碱基互补配对原则在引
5、物的引导下合成与模板 DNA 互补的新链，实现 DNA 的扩增。 影响 PCR 扩增的影响因素： (1)聚合酶（ TaqDNA 聚合酶，易在 3 末端加 A； Pfu 聚合酶，高保真性，合成长片段和平末端） (2)dNTPs 的浓度； (3)模板：主要考虑纯度及使用量，对纯度要求不高，但含有酚、氯仿等杂质则难以成功。 (4)引物浓度： 0.1-0.5mol/L 之间，过多则非特异扩增增加，形成引物二聚体； (5)Mg2+浓度：常用 0.5-2.5mmol/L，影响酶的活性、引物 -模板退火、特异性； (6)PCR 反应程序设定：变性温度和时间、引物退火温度 Tm 与时间、引物延伸温度与时间和循
6、环数 引物设计原则： （ 1）引物长度以 18-25 bp 为宜。 （ 2）碱基尽可能随机分布 ,G+C 占 20-80%。 （ 3）引物内部避免形成二级结构。 （ 4）两引物间避免有互补序列。 （ 5）引物 3端为关键碱基，必须完全互补； 5端无严格限制，可加入酶切位点。 （ 6）上下游引物退火温度相差 5以内。 （ 7）内部避免重复序列。 PCR 特点： 1 特异性强 2 敏感性高 3 快速 4 简便 5 可扩增 RNA 或 cDNA 6 对起始材料质量要求低 7 单核苷酸错误掺入 PCR 分类 1)不对称 PCR 目的：扩增产生特异长度的单链 DNA。 方法：采用两种不同浓度的引物。分别
7、称为限制性引物和非限制 性引物 ,其最佳比例一般是 0.01 0.5 M,关键是限制性引物的绝对量。 用途：制备核酸序列测定的模板 . 制备杂交探针 . 基因组 DNA 结构功能的研究 2)反向 PCR (reverse PCR)： 用反向的互补引物来扩增两引物以外的 DNA 片段对某个已知 DNA 片段两侧的未知序列进行扩增。 可对未知序列扩增后进行分析 ,如探索邻接已知 DNA 片段的序列；用于仅知部分序列的全长cDNA 的克隆 ,扩增基因文库的插入 DNA；建立基因组步移文库。 3）定量 PCR 定量 PCR 技术是指以外参或内参为标准，通过对 PCR 终 产物的分析或 PCR 过程的监
8、测，进行 PCR起始模板量的定量 。目前主要有两种方法：荧光探针技术和双链 DNA 特异结合染料。 PCR 的应用： 基因组克隆；基因合成；遗传病的诊断和研究；性别鉴定等。 基因工程知识点总结 代课老师尹俊 10 级生计 2 左俊整理 3 TA 克隆： 利用 PCR 反应中所 使用 的聚合酶具有在 3 加上 A 的 末端转移的活性， 使 PCR 产物 与一个具有 3 -T 突出的载体 DNA 连接起来的方法 DNA 测序方法 Sanger 双脱氧链终止法原理 ： 在模板指导下，聚合酶不断将 dNTP 加到引物的 3-OH 末端，使引物延长，合成出新的互补的 DNA 链，如果加入双脱氧三磷酸核苷
9、 (ddNTP） ,由于双脱氧核糖的 3位置上缺少一个羟基，故不能同后续的 dNTP 形成磷酸二酯键，即形成一种全部具有相同 5-引物端和以ddNMP 残基为 3端结尾的一系列长短不一片段的混合物。采用聚丙烯酰胺凝胶电泳区分长度差一个核苷酸的单链 DNA，从而读取 DNA 的核苷酸序列。 基因工程工具酶 DNA 聚合酶 （ 1）大肠杆菌 DNA 聚合酶 I 基本性质： 5 3的 DNA 聚合酶活性 ;5 3的核酸外切酶活性； 3 5的核酸外切酶活性。 基本用途：缺口前移： Nick translation （切口平移）；制备 P 标记的 探针。 （ 2） Klenow fragment Kle
10、now fragment 的性质：具有 5 3的 DNA 聚合酶活性和 3 5的核酸外切酶活性。（失去了 5 3外切酶活性）。 基本用途 末端补齐（补平 5突出末端，切除 3 突出末端） DNA 3末端标记（在 3隐蔽端加上放射性标记的 dNTP） 在 cDNA 克隆中，用于 cDNA 第二链的合成。 双脱氧末端终止法测定 DNA 序列 （ 3） T4 DNA 聚合酶 基本特性： a.具有 5 3的 DNA 聚合酶活性和 3 5的核酸外切酶活性。 b.在无 dNTP 时，可以从任何 3 -OH 端外切 c.在只有一种 dNTP 时，外切至互补核苷酸暴露时停止 d.在有四种 dNTP 均存在时，
11、聚合活性占主导地位。 基本用途 a.补平隐蔽末端； b.DNA 3末端标记 （ 4） T7 DNA 聚合酶 T7 DNA 聚合酶的特点： 持续合成能力强：一旦与模板结合就会不间断地合成互补链。 3 5外切酶活性高：单链和双链都能降解。 不受 DNA 二级结构的影响 T7 DNA 聚合酶的用途 以大分子量 DNA 为模板的合成：如 M13 进行末端标记：与 T4 DNA 聚合酶相同 补平隐蔽末端：合成补平 3隐蔽末端； 水解修平 3突出末端。 （ 5） 修饰后的 T7 DNA 聚合酶 T7DNA 聚合酶的化学修饰 去除 3 5外切酶活性，使 DNA 聚合能力和聚合速率提高了 3 倍。 修饰后的
12、T7 DNA 聚合酶的用途 基因工程知识点总结 代课老师尹俊 10 级生计 2 左俊整理 4 Sanger 双脱氧链终止法对长片段 DNA 进行测序的理想用酶 标记 DNA 3隐蔽末端 更有效地补平末端 （ 6） Taq-DNA 聚合酶 具有耐 95左右高温达 30min 以上的特性； 催化 5 3的 DNA 新链合成，最适温度 68 72，合成速度 1200bases/min； 在合成的 DNA 链的 3端常多一个“ A”； 不具 3 5的外切酶活性 ,即无校正功能，大约每合成 500 个碱基要错配一个； 具微弱的 5 3的 DNA 外切酶活性。 （ 7） pfu 聚合酶 具有耐 95左右高
13、温达 30min 以上的特性； 催化 5 3的 DNA 新链合成，最适温度 68 72，合成速度 600bases/min； 合成的 DNA 为平端 ,TA 克隆时要用 Taq 酶加 A； 合成的 DNA 片段长度在 2kb 以内； 具 3 5的外切酶活性 ,即有校正 功能； 无 5 3的 DNA 外切酶活性。 （ 10）依赖于 RNA 的 DNA 聚合酶 反转录酶的基本特性：以 RNA 为模板聚合 cDNA 链 M-MuLV:鼠源 RT, 来源于鼠白血病病毒 (Moloney Murine Leukemia Virus) 最适温度 42 , 以 RNA、 DNA 或 RNA DNA 杂分子为
14、模板，需引物，需 Mg2+或 Mn2+为辅助因子，具有 RNase H 活性，特异性地对 RNA DNA 杂分子中的 RNA 降解 禽源 RT, 来源于鸡成髓细胞增多症病毒 (Avian Myeloblastosis virus) （特点同上） CLONETECH 公司的专利产品，源于 M-MuLV 的一个点突变。无 RNase H 活性，故合成的 cDNA 不会因此变短。具有末端转移酶活性，倾向加 3 个“ C”。用于合成全长 cDNA。 核酸 酶 核酸酶 ，切割双链 DNA，不能降解突出 3 末端，可降解平末端。 绿豆核酸酶 ，降解单链 DNA， 3 和 5 都能降解，产生平末端。 Bal
15、31 核酸酶 ，单链内切双链外切的核酸酶， 3 和 5 末端切割速度不同，可产生粘性末端。 S1 核酸酶 ，切割单 链 RNA 和单链 DNA，降解由限制性内切酶切割形成的 3 或 5 突出末端，切割双链中未配对的单链区域，低浓度切割单链，高浓度可切割双链。 限制性内切酶 命名 限制性酶采用三字母的命名原则，即属名 + 种名 + 株名的个一个首字母，再加上序号， A、 第一个字母大写，表示该酶来源的细菌属名的第一个字母 B、 第二、三个字母小写，表示该酶来源的细菌的种名的前 2 个字母 C、第四个字母 大写 代表不同的变种 /品系 小写 代表不同的菌株和型 D、最后罗马字母，代表同一菌株中不同
16、的限制性内 切酶 注意限制性内切酶的正确写法： 1、前 3 个字母一定斜体 2、字母与罗马数字间空格 如： EcoR I Pst I 影响限制性核酸内切酶活性的因素 DNA 样品的纯度 蛋白质、酚、氯仿、乙醇、 EDTA、 SDS 等 解决方法：加大酶的用量， 1 mg DNA 用 10U 酶 ； 加大反应总体积，延长反应时间。 基因工程知识点总结 代课老师尹俊 10 级生计 2 左俊整理 5 DNA 甲基化程度 反应条件 高浓度的酶、高浓度的甘油、低离子强度、极端 pH 值等，会使一些核酸内切酶的识别和切割序列发生低特异性，即 Star activity 现象。 EcoR I 在正常条件 下
17、识别并切割 5 GAATTC3序列，但在甘油浓度超过 5%，可切割 5 PuPuATPyPy3 酶的纯度 酶切反应的温度和时间 大多数的内切酶，最适反应温度为 37 度，但也有例外，如 Sma I 为 25 度。酶解时间可以通过加大酶量而缩短。 星号 活性 : 在极端非标准条件下，限制酶能切割与识别序列相似的序列，这个改变的特殊性称为 同裂酶 : 识别相同序列的限制性内切酶称为。它们的切割位点可能不同 同序同切酶 : 识别序列和切割位置都相同 同序异切酶（ Isoschizomer): 识别序列相同，但切割位点不同 同功 多位 酶 ： 许多识别简并序列的限制酶包含了另一种限制酶的功能 同尾酶（
18、 Isocaudarner） :不同的限制性内切酶切割 DNA 产生的末端是相同的，切是对称的，即相同的粘性末端 DNA 连接酶 （ 1）大肠杆菌连接酶 需要 NAD 作物辅助因子只能连接粘性末端。 （ 2） T4 噬菌体 DNA 连接酶 以 ATP 作为辅助因子；不但能连接粘性末端；还能连接齐平末端； RNA:DNA 杂交分子中 RNA 上的缺口。 连接条件 必须是两条双链 DNA。 DNA3端有游离的 -OH， 5端有一个磷酸基团（ P）。 需要能量动物或噬菌体中： ATP ；大肠杆菌中： NAD+ 只能连接相邻核苷酸之间的缺口，不能连接 gap，可以连接 nick。 核酸修饰酶 1.末端
19、脱氧核苷酸转移酶 5 3 DNA 聚合酶活性 末端转移酶的特性： 需要 3OH、二甲胂酸缓冲液。不需要模板。 底物可以是单链 DNA 是 3OH 突出的双，随机添加的 dNTPs，如果只有一种 dNTP，就添加上同聚物。 末端转移酶的用途： 同聚物加尾：给外源 DNA 片断和载体分子分别加上互补的同聚物尾巴，以使它们有效地连接。 再生酶切位点：便于回收克隆片断。 非放射性标记 DNA 片断的 3端：催化非放射性标记物参入 DNA 片断的 3端。（生物素 -11-dUTP 等） 2.T4 多核苷酸激酶 功能：催化磷酸从 ATP 转给双链或单链 DNA 或 RNA 的 5 -OH 端。（不论 5
20、-OH 端突出与否）。如果 ATP 的磷酸带有 32P 标记，就会被转移到 DNA 的 5端。 多核苷酸激酶的用途：正向反应（ forward reaction） 和 交换反应标记法 反应混合物中具有超量 ( -32P)ATP 和 ADP 时，多核苷酸激酶能催化 ( -32P)ATP 的 32P 与 DNA5端的磷酸交换。 3. 碱性磷酸酶 基因工程知识点总结 代课老师尹俊 10 级生计 2 左俊整理 6 可催化核酸分子的脱磷作 用，使 DNA 或 RNA 的 5磷酸变为 5 -OH 末端。可防止载体自链。 基因克隆载体 载体 载体（ vector） 是由在细胞中能够自主复制的分子构成的一种遗
21、传成分，通过实验手段可使其它的片段连接在它的上面，而进行复制 。 理想载体条件 ： （ 1）具有较小的分子质量和较高的拷贝数 （ 2）具有若干限制性内切酶的单一酶切位点，以满足基因克隆的需要 （ 3） 具有合适的筛选标记 （ 4）容易在宿主细胞中分离纯化 （ 5）插入外源基因的重组质粒较易导入宿主细胞并复制和表达 （ 6）能在宿主细胞中独立复制 克隆型载体： 复制 和扩充重组 DNA 为目的，以获得更多重组 DNA,也称扩增型载体。 表达型载体： 在宿主细胞中表达外源基因为目的，获得足够的表达产物蛋白质或 RNA。 质粒 质粒（ plasmid） 是存在于细胞中的一类独立于染色体的自主复制的遗
22、传成分。 质粒的特点 ： A: 质粒是能独立于寄主染色体而自主复制、并被稳定遗传的一类核酸分子； B: 质粒常见于原核细菌和真菌中； C: 绝大多数的质粒是 DNA 型的 (酵母的杀伤质粒 是一种 RNA 质粒 )； D: 绝大多数的天然 DNA 质粒具有共价、封闭、环状的分子结构，即 cccDNA； E: 质粒 DNA 的分子量范围： 1 - 300 kb。编码 23 个蛋白质； F：编码一些非染色体控制的遗传性状，对宿主非必须，但可赋予宿主额外遗传特征。 G：对抗生素的抗性是质粒最重要的编码特性之一。 质粒具有三种构型： 共价闭合环形 DNA（ cccDNA），通常呈超螺旋的 SC 构型，
23、其两条多核苷酸链均保持着完整的环形结构，电泳速度最快。 开环 DNA（ ocDNA），即 OC 构型，两条多核苷酸链中只有一条保持着完整的环形结构，另一条链出现有一至数个缺口，电泳速度居中。 线性 DNA，即 L 构型。质粒 DNA 经适当的核 酸内切酶切割之后，发生双链断裂而形成线性分子，电泳速度最慢。 质粒不亲和性（ plasmid incompatibility） ，也称不相容性，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，不能够在同一个寄主细胞系中稳定共存的现象。 典型质粒： F 因子， Col 质粒， R 质粒， Ri 质粒， Ti 质粒等。 1)F 质粒 :又叫 F 因
24、子或性质粒 (sex plasmid)。它们能够使寄主染色体上的基因和 F 质粒一道转移到原先不存在该质粒的受体细胞中去。 F 质粒，又称 F 因子，即致育因子 ,在寄主细胞中以三中不同的形式存在：以染色体 外环形双链质粒 DNA 形式存在，其上不带有任何来自寄主染色体的基因或 DNA片段，这样的细胞称为 F+细胞 ;.以染色体外环形双链质粒 DNA 形式存在，同时在其上携带有细菌的染色体基因或 DNA 片段，这样的细胞称为 F细胞 :以线性 DNA 形式从不同位点整合到寄主染色体上，这样的细胞称为 Hfr 细胞（高频重组细胞） 2).R 质粒 :通称抗药性因子。它们编码有一种或数种抗菌素抗性
25、基因，并且通常能够将此种抗性转移到缺管该质粒的适宜的受体细胞，使后者也获得同样的抗菌素抗性能力 3) .Col 质粒 :即所谓产生大肠杆菌素因子。它们编码有 控制大肠杆菌素合成的基因。大肠杆菌是基因工程知识点总结 代课老师尹俊 10 级生计 2 左俊整理 7 一类可以使不带有 Col 质粒的亲缘关系密切的细菌菌株致死的蛋白质。 重要的大肠杆菌质粒载体 （图谱的元件组成自己动手画一下） （ 1） pBR322: 松弛型复制；氯霉素可扩增；拷贝数 50 - 100 / cell；用于基因克隆。 a.元件来源： 复制起点 ori： pMB1 系列（来源于 ColE1）的高拷贝型复制起点； Ampr
26、基因： pSP2124 质粒的 Ampr 基因； Tetr 基因： pSC101 的 Tetr 基因。 b.选择标记 :氨苄青霉素和四环素抗性 c.pBR322 的优点 : 双抗菌素抗性选择标记：插入失活，分两次先后选择： 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。 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。 高拷贝数：氯霉素扩增之后，每个细胞可达 10003000copy 安全：失去了转移蛋白基因 mob（ mobilization）。不能通过接合转移。 （ 2） pUC18
27、/ 19(P43)： 拷贝数 2000 - 3000 / cell；装有多克隆位点（ MCS）；正选择颜色标记 lacZ；用于基因克隆和测序。 a.元件来源 : 复制起点 :pBR322 的 ori Ampr 基因 :pBR322 的 Ampr 基因，但其上失去了克隆位点。 lacZ 的启动子 :大肠杆菌 lacZ基因 :大肠杆菌 lacZ 的 -肽链序列， 是 LacZ 的氨基端片断。 b.正选择标记 ： lacZ 的显色原理 : -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。 -肽（ lacZ ）： -半乳糖苷酶 N 端的一段氨基酸片断（ 1
28、1-41 氨基酸） 。 lacZ 只有在 4 聚体的状态下才有功能 .; 受体菌 lacZ 突变（ lacZM15） ： 受体菌基因组的 -半乳糖苷酶基因的氨基端有缺失（缺失肽），不能形成 4 聚体的活性酶，不能分解 Xgal 载体 lacZ与互补 ： pUC 质粒载体上的 lacZ编码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。 互补的插入失活 ： pUC 载体上 LacZ的 5端有一段多克隆位点 (MCS)区，本身虽不干扰 LacZ的合成，但插入外源基因就会阻止 LacZ的合成。不能互补。 c.IPTG 的诱导作用 ： IPTG 是乳糖
29、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 肽都表达。从而互补。 d.pUC 系列载体的优点 ： 更小的分子量 ； 选择方便 :Xgal 显色、抗菌素双重直接选择； 克隆便利 :具有多克隆位点（ MCS） ； 测序方便 -互补： LacZ基因编码的 -肽链是 -半乳糖苷酶的氨基末端的短片段，它同失去了正常氨基末端的 -半乳糖苷酶突变体互补时，便会产生有功能活性的 -半乳糖苷酶分子。于是便可以应用 X-gal和 IPTG 显色技术检 测转化子。重组子为白斑，非重组子为蓝斑 （ 3） pGEM-3Z 由 pUC 派生而来 ,与 pUC 的主要区
30、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 pGEM-3Z 的特点： 基因工程知识点总结 代课老师尹俊 10 级生计 2 左俊整理 8 1 如果加入纯化的 T7 或 SP6 RNA 聚合酶，在试管里就可以转录 mRNA； 外源基因正接反接都可以转录； MCS 与 pUC18 的完全一样 噬菌体载体 M13 噬菌体 M13 噬菌体是一种丝状噬菌体，内有一个环状单链 DNA 分子，长 6407 个核苷酸，含 DNA 复制和噬菌体增 殖所需的遗传信息。 M13DNA 的复制起始位点定位在基因间隔区内。但是基因间隔区的有些核苷
31、酸序列即使发生突变、缺失或插入外源 DNA 片段，也不会影响 M13DNA 的复制。 其中 M13mp 系列对野生型 M13 加以改造，插入了多克隆位点和 LacZ 基因，可容纳外源DNA300-400bp，可用于制备 DNA 测序时用的单链模板和核酸探针，也可以进行盒式定点诱变。 M13 噬菌体颗粒是丝状的，只感染雄性大肠杆菌。感染宿主后不裂解宿主细胞，而是从感染的细胞中分泌出噬菌体颗粒（一出芽方式），宿主细胞仍能继续生长和分裂。获取单链，离心 去上清即可，获取双链，离心，取菌体提取质粒即可。 M13 系列载体的优点 （ 1）有 MCS，便于克隆不同的酶切片段。（ 2） X-gal 显色反应
32、，可供直接选择。（ 3）无包装限制，克隆能力大。（ 4）可以克隆双链 DNA 分子中的每一条链（子代 M13 噬菌体中包含的是单连 +DNA）。 M13 载体的缺点 插入外源 DNA 后，遗传稳定性显著下降。 实际克隆能力小于 1500bp（虽无包装限制，并非无限包装）。 噬菌 噬菌体由头和尾构成，其基因组是长约 49kb 的线性双链 DNA 分子，组装在头部蛋白质外壳内部，其序列已被全部测出。噬菌体感染时，通过尾管将基因组 DNA 注入大肠杆菌，而将其蛋白质外壳留在菌外。 DNA 进入大肠杆菌后以其两端 12bp 的互补单链粘末端环化成环状双链，能 以两种不同的方式繁殖：溶菌性方式和溶原性方
33、式。 DNA 的整合是可逆的，原噬菌体可从宿主 DNA 中切出，进入溶菌性方式的繁殖。 噬菌体整个基因组可分为三个部分，左臂：从 A 到 J 长约 20kb，其中的基因编码构成头部、尾部、尾丝对组装完整噬菌体所需要的蛋 白质。中段：长约 20kb，是 DNA 整合和切出，溶原生长所需的序列。右臂：长约 10kb，是调控区，控制溶菌和溶原生长最重要的调控基因和序列、以及 DNA 复制起始均在这区域内。左右臂包含 DNA 复制、噬菌体结构蛋白合成、组装成熟噬菌体、溶菌生长所需全部序列；对溶菌生长来说，中段是非必需的。 噬菌载体 利用噬菌体作载体，主要是将外来目的 DNA 替代或插入中段序列，使其随
34、左右臂一起包装成噬菌体，去感染大肠杆菌，并随噬菌体的溶菌繁殖而繁殖。现在广泛使用的噬菌体载体也是已作过许多人工改造的，主要的改造是：设 计去除 DNA 上的一些限制性酶切点。在中段非必需区，替换插入某些标志基因如上述的可供蓝白筛选 lacI-lacZ序列，和多克隆位点等。由此可构建出两类噬菌体作载体： 一类是插入型载体 ，可将外来序列插中段，常用的 gt 系列载体，一般容许插入5-7kb 外来 DNA； 另一类是转换型载体 ，即可用外来 DNA 替代中段，如 IMBL 系列载体。插入或置换中段外来的 DNA 长度是有一定限制的，当噬菌体 DNA 长度大于野生型噬菌体基因组 105%或小于 75
35、%时，包装而成的噬菌体存活力显著下降。所以噬菌体载体可插入长 9-23kb 的外 来 DNA，这比质粒载体能插入的 DNA 长得多；而且包装的噬菌体感染大肠杆菌要比质粒转化细菌的效率高得多，所以噬菌体载体常用于构建 cDNA 文库或基因组文库。 包装限制： 噬菌的多连体 DNA 进行切割包装时，两个相邻 cos 位点之间的 DNA 长度是野生型噬菌基因组的 75%105%时，才能够包装成有活性的噬菌体颗粒的现象称为包装限制。 如果将左右臂和中段都去除，仅留下 DNA 两端端包装噬菌体所必需的 cos 序列，再加上质粒的复制序列、标志基因、多克隆位点等，就可构成 cos 质粒 或称为 粘粒 载体
36、 。粘粒可插入 45kb 长的外 源 DNA，然后用噬菌体外壳蛋白包装成噬菌体，感染大肠杆菌后，粘粒的 DNA 能以质粒的形式在细菌中繁殖而被克隆。所以粘粒主要用于 DNA 文库的构建。 基因工程知识点总结 代课老师尹俊 10 级生计 2 左俊整理 9 噬菌粒载体 噬菌粒是一类人工构建的含有单链噬菌体包装序列、复制子以及质粒复制子、克隆位点、标记基因的特殊类型的载体。它是包含了丝状噬菌体大间隔区域的质粒，是一种双链质粒，含噬菌体来源的复制子，在细菌的细胞中出现有辅助噬菌体的情况下，可被诱导成单链 DNA 噬菌粒，同时具有噬菌体和质粒的特征，可以像噬菌体或质粒一样复制。它兼具丝状噬菌体与质粒载体
37、的优点。 噬菌粒载体的特 点 a.能像 M13-DNA 那样体外包装，并高效转染受体细胞 ； b.能像质粒那样在受体细胞中自主复制；c.装载量比常规的 M13mp 系列要大很多（ 10 kb）； d.通过克隆双链 DNA 能获得同等长度的单一单链DNA； e.重组操作简便，筛选容易； f.双链 DNA 既稳定又高产，具有常规质粒的特征； g.免除了将外缘 DNA 片段从质粒亚克隆于噬菌体载体这一繁琐又费时的步骤 克隆的策略 克隆的一般步骤 1）目的基因的分离； 2） 表达 载体构建； 3） 重组 DNA 导入宿主； 4）转化子的筛选； 5）转基因的鉴定（是否整合以及整合位点，是否 转录及转录水
38、平，是否表达及表达水平，是否有表型，蛋白是否有活性）。 基因组文库 基因组文库 是指将某种生物体的全部基因组 DNA 用限制性内切酶或机械力量切割成一定长度范围的 DNA 片段，再与合适的载体在体外重组并转化相应的宿主细胞获得的所有阳性菌落，这个群体就称为该生物基因组文库。 基因组文库的构建过程： 1）从生物体提取大片断的基因组 DNA； 2）用适当的限制性内切酶（常为 4 碱基识别位点）进行部分酶切或超声波打断基因组 DNA ； 3）在琼脂凝胶电泳上或蔗糖梯度离心筛选适当长度的 DNA 片断（根据载体的要求）； 4）载体的酶切、回收； 5）将处理好的基因组 DNA 片断与载体连接； 6）将重
39、组子导入宿主细胞 7）文库的鉴定、收集、保存； 确定文库大小的方法： 以在构建的基因组文库中任一基因存在的概率来衡量文库的质量或完备性，它与基因文库最低所含克隆数 N（即文库大小）之间的关系可用下式表示： N = ln ( 1 P ) / ln ( 1 f ) 其中， N：文库所需的总克隆数； P：任一基因被克隆（或存在于基因文库中）的概率； f：克隆片段的平均大小 / 生物基因组的大小。 cDNA 文库 cDNA 文库： 利用某种生物的总 mRNA 合成 cDNA，再将这些 cDNA 与载体连接，转入受体菌 细胞中进行保存和扩增， 由此得到的含有重组子的全部菌落集合 。 cDNA 文库构建的
40、一般步骤： （ 1）总 RNA（ total RNA）提取 （ 2） mRNA 的分离纯化 （ 3） cDNA 的合成 ： cDNA 第一链合成 和 cDNA 第二链合成 （ 4） cDNA 与载体连接：在双链 cDNA 末端接上人工接头，即可与载体连接，或借助末端转移酶给载体和双链 cDNA 的 3端分别加上几个 C 或 G，成为粘性末端，再与载体连接。 （ 5）转化受体菌 ，并挑选阳性克隆 基因工程知识点总结 代课老师尹俊 10 级生计 2 左俊整理 10 SMARTTM cDNA 文库构建方法的特点： 1） 两个接头引物； 2）依赖末端转移酶活性在 cDNA 第一链 3 末端加多聚胞嘧啶
41、核苷酸 C； 3）引物上含有稀有酶切位点； 4）用长链 PCR 扩增产物，初始的总 RNA 含量要求低。 基因组文库与 cDNA 文库的区别： 1） 来源不同： 基因组文库是由基因组 DNA 构建的，而 cDNA 文库是由生物体表达的基因的 mRNA逆转录合成的 DNA 构建的； 2） 代表性不同： 基因组文库包含生物体所有基因， cDNA 文库只包含生物体部分基因（表达的基因）；3） 含有信息不同： 基因组文库包含 生物体 基因的 全部信息（包 括 编码序列和调控序列 ，重复序列以及“垃圾 DNA”等所有序列），而 cDNA 文库只包括基因的 ORF，以及上下游非编码序列； 4） 均一性文库
42、不同： 基因组文库大小较均一，而 cDNA 文库大小不均一 ； 5）载体不同：基因组文库用 YAC,BAC,PAC,cosmid 等，而 cDNA 文库用质粒和噬菌粒载体等； 6）构建方式不同：基因组文库直接酶切即可， cDNA 文库需要逆转录合成 DNA。 YAC 酵母人工染色体（ yeast artificial chromosome,YAC) 酵母人工染色体包含 3 个关键序列： 1 自主复制 DNA 序列（ autonomously replicating sequence，ARS） ARS 的功能是确保染色体在细胞周期中能够自我复制 2 着丝粒 DNA 序列（ centromere
43、DNA sequence, CEN） 确保复制的染色体能够平均分配到子细胞中 3 端粒 DNA 序列（ telomere DNA sequence， TEL） 与端粒酶结合，完成染色体的末端复制。 pYACs 的一般元件： ARS， CEN， TEL， Ori，抗生素标记，营 养缺陷标记， sup4， MCS（多克隆位点），适宜的酶切位点。 sup4 标记插入失活筛选原理 ： 载体携带有 sup4，即 赭 (zhe,三声 )石突变抑制基因，受体菌是带有一个赭石突变 ade2-1。当这种酵母菌在基本培养基上生长时，没有插入外源基因的空载体上的 sup4 可抑制 ade2-1 基因的突变效应，形成
44、正常的白色菌落；而有外源基因插入时， sup4 失活， ade2-1 突变效应出现，使菌落呈现红色。 YAC 优缺点： 优点：克隆容量大 缺点：片段大，稳定性差，不便操作；文库中的嵌合现象严重；有缺失和基因重排现象。 嵌合现象 （ chimaerism） 是指一个 YAC 克隆中的 DNA 片段来自两个或两个以上的染色体 。 BAC（略） PAC（略） 染色体步移： 利用已知基因或 DNA 分子标记来分离与其紧密连锁的未知基因的有效方法，其原理是重叠克隆可以相互杂交，使它们与邻近序列重叠。 SAGE 基因表达系列分析（ SAGE） 是通过快速和详细分析成千上万个 EST（ express sequenced tags）来寻找出表达丰富度不同的 SAGE 标签序列。 SAGE 的优点和应用 首先 SAGE 可应用于基因组研究。 其次， SAGE 可用于定量比较不同状态下的组 织细胞的特异基因表达。 第三，由于 SAGE 能够同时最大限度的收集一种基因组的基因表达信息，转录物的分析数据可用来构建染色体表达图谱 筛选策略 Spi 表型筛选
