转化子的筛选与重组子的鉴定.ppt

转化子的筛选与重组子的鉴定为什么要进行转化子的筛选和重组子的鉴定？在DNA体外重组实验中，外源DNA片段与载体DNA的连接反应物一般不经分离直接用于转化，再加上重组率和转化率的不理想，因此必须通过筛选和鉴定来区分转化子与非转化子、重组子与非重组子、期望重组子与非期望重组子。转化子：接纳载体或重组分子的转化细胞。非转化子：为接纳载体或重组分子的非转化细胞。重组子：含有重组DNA分子的转化子。非重组子：仅含有空载载体分子的转化子。期望重组子：含有目的基因的重组子。非期望重组子：不含目的基因的重组子。转化子重组子期望重组子三者的关系转化子的筛选与重组子的鉴定方法基于载体遗传标记的筛选与鉴定 利用载体DNA分子上所携带的选择性遗传标记基因筛选转化子或重组子基于克隆片段序列的筛选与鉴定 由于基于载体遗传的筛选与鉴定程序不能区分期望重组子与非期望重组子。在大多数情况下，待克隆的目的基因或DNA片段的序列至少部分是已知的，因此根据克隆片段序列设计的筛选与鉴定程序具有广泛的实用性基于外源基因表达产物的筛选与鉴定 如果克隆在受体细胞中的外源基因编码产物是蛋白质，则可通过检测这种蛋白质的生物功能或结构来筛选和鉴定期望重组子基于载体遗传标记的筛选与鉴定基于载体遗传标记的筛选与鉴定抗药性筛选法抗药性筛选法营养缺陷性筛选法营养缺陷性筛选法显色模板筛选法显色模板筛选法噬菌斑筛选法噬菌斑筛选法ROPROISal IBamH ITcrPvu IPst IPst IEcoR ICla IHind IIIHind IIBal IAprpBR3224363 bpori可区分转化子与非转化子、重组子与非重组子。可区分转化子与非转化子、重组子与非重组子。非重组子：非重组子：Apr、Tcr 重组子：重组子：Aps、Tcs 抗药性筛选法抗药性筛选法将外源将外源DNA片段片段插入插入BamH I、Sal I位点位点将转化液涂布含将转化液涂布含Ap的平板的平板Ap再将再将再将再将ApAp平板上的转化子影印平板上的转化子影印平板上的转化子影印平板上的转化子影印至含有至含有至含有至含有ApAp和和和和TcTc的平板上的平板上的平板上的平板上 Ap+Tc影影影影印印印印挑挑选选在在 Ap平平 板板 上上 生生 长长、但但 在在Ap+Tc平平板板上上不不长长的的转转化化子子为重组子为重组子基本操作：基本操作：营养缺陷性筛选法营养缺陷性筛选法基本原理：营养缺陷型筛选法可以区分转化子与非转化子，一般不能区分重组子与非重组子。其原理是：载体分子上携带某种营养组份的合成基因，而受体细胞本身不能合成这一营养组份，将转化细胞涂布在不含此营养组份的培养基上，长出的便是转化子。LysLys+LysLys+基本原理图示：基本原理图示：常见的营养缺陷型筛选标记：哺乳动物细胞中存在两条dTTP的合成途径：用于大肠杆菌的营养标记基因常选用色氨酸生物合成基因trp+用于高等哺乳动物细胞的营养标记基因常使用胸腺嘧啶核苷激酶基因tk，相应的受体细胞则选择tk-缺陷型dCDPdTDPdTTPTRdTMPdTDPdTTPAPTKAP 氨基喋呤TK 胸腺嘧啶核苷激酶显色模型筛选法显色模型筛选法基本原理：显色筛选法可以区分转化子与非转化子，也可区分重组子与非重组子。其原理是：载体分子上携带某种显色酶基因，其表达产物能使细胞产生颜色反应，从而易于辨认和挑选，如大肠杆菌质粒pUC18携带的lacZ基因（蓝色反应）、链霉菌质粒pIJ702携带的melC基因（黑色反应）等。显色筛选法的基本操作：pUC18AprlacZoriAp+X-gal重组子（Apr+lacZ-）将外源基因克隆在pUC18的lacZ标记基因内部，使之灭活，此时重组子呈Apr、lacZ-，淡黄色菌落；而非重组子则呈Apr、lacZ+，蓝色菌落 噬菌斑筛选法重组子重组子非重组子非重组子1.1.取代型载体取代型载体 噬菌斑中的噬菌斑中的噬菌体即为重组子。噬菌体即为重组子。2.2.插入型载体插入型载体 根据载体上的标记基因筛选。（如：根据载体上的标记基因筛选。（如：lacZ）基于克隆片段序列的筛选与鉴定基于克隆片段序列的筛选与鉴定PCR鉴定法鉴定法菌落原位杂交法菌落原位杂交法限制性酶切图谱法限制性酶切图谱法亚克隆法亚克隆法DNA序列测定法序列测定法PCR鉴定法 PCR技术的两大主要用途为目的基因的获得和DNA特定序列的检测。根据引物互补区域的不同，PCR技术即可用于区分重组子与非重组子，也能鉴定期望重组子与非期望重组子，甚至还能探测目的基因或DNA片段是否整合在受体细胞的基因组上。上述PCR鉴定程序一般需要将筛选平板上的单菌落分别挑出进一步培养，因此不太适用于成千上万个转化子的鉴定。转化子转化子 重组子重组子非期望非期望重组子重组子转化子转化子 期望重组子期望重组子期望重期望重组子组子受体基因组非整合子非整合子 整合子整合子工作原理：菌落原位杂交法 菌落原位杂交法（又称探针原位杂交法）能从成千上万个转化子中迅速检测出期望重组子，其前提条件是必须拥有与目的基因某一区域同源的探针序列。根据核酸杂交原理，探针序列特异性的杂交目的基因，并通过放射性同位素或荧光基团进行定位检测。原位杂交的操作程序探针的制备探针的长度以及与目的基因之间的序列同源性是杂交实验成败的关键最佳的探针长度范围为1001000bp探针内部不能含有大面积的互补序列，会直接影响探针与DNA靶序列的杂交。探针的获取方法：1、目的基因的同源序列、目的基因的同源序列2、cDNA3、人工合成、人工合成探针的标记探针在杂交后是通过其分子中的放射性同位素或荧光基团进行定位示踪的，放射性的强弱直接关系到杂交反应的灵敏度。单位长度探针标记的同位素越多，杂交反应灵敏度就越高。探针标记方法：1 1、5 5端标记法。端标记法。2 2、反转录标记法。、反转录标记法。3 3、缺刻前移标记。、缺刻前移标记。4 4、ABCABC标记法。标记法。5端标记法PPDTT、Mg2+、-32PdATP、过量、过量ADPT4-PNP酶酶PP方法方法1PP碱性磷酸酶碱性磷酸酶PP方法方法2T4-PNP酶酶变性制备单链探针变性制备单链探针缺刻前移标记法5555555555DNase IDNA聚合酶聚合酶IdNTP、-32PdATP变性变性限制性酶切图谱法限制性酶切图谱法 所谓的限制性酶切图谱法就是对载体上插入的外源DNA片段进行酶切图谱分析，并以此与目的基因的已知图谱对比，因此利用这种方法不仅能区分重组子与非重组子，而且还能鉴定目的重组子。但这种方法在用于数千规模的转化子筛选时，工作量极大，实验成本也高。全酶解图谱法全酶解图谱法pUC18 2.7 kbHindIII SphI PstI SalI BamHI SmaI KpnI EcoRIAprlacZoriBBEP4.0 kb1.0 kb0.8 kb区分重组子与非重组子电泳观察酶解产物片段重组子：2.7 kb+4.0 kb非重组子：2.7 kb如果外源DNA片段也是2.7 kb，最好选用单一切口的酶将质粒线型化，然后通过其长度来鉴定其是否为重组子pUC18 2.7 kbHindIII SphI PstI SalI BamHI SmaI KpnI EcoRIAprlacZoriSSBP4.0 kb1.0 kb0.8 kb区分重组子与非重组子如果外源DNA片段插pUC18的SphI位点处，原则上也可用SphI酶解鉴定，但这样做很不经济，因为SphI非常昂贵（每100单位50美元）。用HindIII和EcoRI联合酶解同样可以达到目的，但这两种酶的价格只及SphI的1/50 pUC18 2.7 kbHindIII SphI PstI SalI BamHI SmaI KpnI EcoRIAprlacZoriBBEP4.0 kb1.0 kb0.8 kb区分目的重组子与非目的重组子用EcoRI酶切转化子质粒DNA目的重组子：3.0 kb+3.7 kb 或者：1.0 kb+5.7 kb用PstI酶切转化子质粒DNA目的重组子：3.2 kb+3.5 kb 或者：0.8 kb+5.9 kbpUC18 2.7 kbHindIII SphI PstI SalI BamHI SmaI KpnI EcoRIAprlacZoriBBE4.0 kb2.0 kb2.0 kb区分目的重组子与非目的重组子对图示的克隆片段，转化子质粒DNA用EcoRI酶切开后，只出现2.0 kb和2.7 kb两条带子，实际上2.0 kb的条带中含有两种不同的分子2.7 kb2.0 kbE部分酶解图谱法部分酶解图谱法2.2 kbPstI EcoRI BamHIBBE4.4 kb1.2 1.8 kbEB0.6 0.8 该重组质粒经酶解后，分别得到下列几组数据：BamHI全酶解：0.6 0.8 1.8 3.4 kbBamHI+EcoRI全酶解：0.6 0.8 1.8 1.2 2.2 kb其中，1.2 kb片段的存在表明该片段位于一端BamHI部分酶解：1.4 2.6 4.0 kb其中，1.4 kb的片段必为0.6 kb和0.8 kb两片段，表明两者是连在一起的；同理，2.6 kb的片段必为0.8 kb和1.8 kb两片段，表明两者是连在一起的；最后，4.0 kb的片段必为0.6 kb和3.4 kb两片段，表明两者是连在一起的DNADNA序列测定法序列测定法 DNA序列测定是精确鉴定目的基因的重要手段，目前国际上流行采用Sanger发明的双脱氧末端终止法测定DNA序列，其工作原理是在DNA聚合反应的进程中，通过位点特异性终止测定。DNA序列其关键技术有：DNA链聚合反应时的定点随机中断（ddNTP）聚丙烯酰胺凝胶电泳的高分辨率（600 bp/601 bp）电脑自动检测、记录、编辑程序用于DNA测序的专一性试剂盒（Kit）双脱氧末端终止测序法的基本操作：ACGT ssDNA ssDNA ssDNA ssDNA Primer Primer Primer Primer KlenowKlenowKlenowKlenowdNTPsdNTPsdNTPsdNTPsddATPddCTPddGTPddTTPA G T C DNA聚合反应聚丙烯酰胺凝胶电泳双脱氧末端终止测序法的基本反应：KlenowOH 35 PTdNTP+ddATP TTTTTOH 35 PA G T C GGCATTGCGTTACTAGTCCAGTACA基于外源基因表达产物的筛选与基于外源基因表达产物的筛选与鉴定鉴定蛋白质生物功能检测法蛋白质生物功能检测法放射免疫原位检测法放射免疫原位检测法蛋白凝胶电泳检测法蛋白凝胶电泳检测法蛋白质生物功能检测法某些外源基因编码具有特殊生物功能的酶类或活性蛋某些外源基因编码具有特殊生物功能的酶类或活性蛋白（如白（如-淀粉酶、葡聚糖内切酶、淀粉酶、葡聚糖内切酶、-葡萄糖苷酶、蛋白葡萄糖苷酶、蛋白酶、抗生素抗性蛋白等），设计简单灵敏的平板模型，可酶、抗生素抗性蛋白等），设计简单灵敏的平板模型，可以迅速筛选出克隆了上述蛋白编码基因的期望重组子。以迅速筛选出克隆了上述蛋白编码基因的期望重组子。重组子重组子利用淀粉酶基因表达产物检测重组子利用淀粉酶基因表达产物检测重组子放射免疫原位检测法 基本原理及操作程序与菌落原位杂交基本原理及操作程序与菌落原位杂交法非常相似，只不过后者是用核酸探针通法非常相似，只不过后者是用核酸探针通过碱基互补的形式特异性杂交目的过碱基互补的形式特异性杂交目的DNA序序列，而前者利用抗体通过特异性免疫反应列，而前者利用抗体通过特异性免疫反应搜寻目标蛋白质。因此使用放射免疫原位搜寻目标蛋白质。因此使用放射免疫原位检测法筛选鉴定期望重组子的前提条件是检测法筛选鉴定期望重组子的前提条件是外源基因在受体细胞中必须表达出具有正外源基因在受体细胞中必须表达出具有正确空间构象的蛋白产物，同时具备与之对确空间构象的蛋白产物，同时具备与之对应的特异性抗体。应的特异性抗体。蛋白凝胶电泳检测法对于那些生物功能难以检测的外源基因编码对于那些生物功能难以检测的外源基因编码产物，手头又没有现成的抗体做蛋白免疫原位分产物，手头又没有现成的抗体做蛋白免疫原位分析实验，可以通过聚丙烯酰胺凝胶电泳对重组克析实验，可以通过聚丙烯酰胺凝胶电泳对重组克隆进行筛选鉴定。隆进行筛选鉴定。表达产物表达产物非重组子非重组子 重组子重组子