园艺植物基因分离和克隆.ppt

关于园艺植物基因的分离与克隆第一张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月第一节 文库筛选法一、园艺植物基因组文库的构建一、园艺植物基因组文库的构建二、园艺植物二、园艺植物cDNA文库的构建文库的构建三、目的基因的筛选三、目的基因的筛选 第二张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月第三张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月一、一、园艺植物基因组文库的构建园艺植物基因组文库的构建 基因文库的定义基因文库的定义l一组一组DNA或或cDNA序列克隆的集合体。序列克隆的集合体。基因文库的类型基因文库的类型l基因组文库：来自园艺植物基因组全部基因组文库：来自园艺植物基因组全部DNA片段组成的基因文片段组成的基因文库，反映基因组的全部遗传信息。库，反映基因组的全部遗传信息。lcDNA文库：将某一特定组织表达的文库：将某一特定组织表达的mRNA反转录成反转录成cDNA组成的基因文库，每个克隆只含组成的基因文库，每个克隆只含1种种mRNA信息，足够数信息，足够数目克隆则包含细胞全部目克隆则包含细胞全部mRNA信息。信息。lcDNA便于克隆和大量扩增，不像基因组便于克隆和大量扩增，不像基因组DNA含有内含有内含子很难表达。含子很难表达。第四张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月一、一、园艺植物基因组文库的构建园艺植物基因组文库的构建构建的植物基因组文库需满足的条件构建的植物基因组文库需满足的条件l文库能够覆盖整个基因组。文库能够覆盖整个基因组。l插入的插入的DNA片断比较大。片断比较大。l文库易于保存且较稳定。文库易于保存且较稳定。基因组文库构建流程示基因组文库构建流程示意图意图 第五张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月一、一、园艺植物基因组文库的构建园艺植物基因组文库的构建1.载体的制备载体的制备1.1完整的基因组文库所需要筛选的重组子数目完整的基因组文库所需要筛选的重组子数目lNln(1-P)/ln(1-f)。lN，重组子的数量；，重组子的数量；P，所要求的概率；，所要求的概率；f，某一插入片段与，某一插入片段与相应生物基因组大小的比值。相应生物基因组大小的比值。l要以要以0.99的概率获得番茄基因组（的概率获得番茄基因组（9.5108bp）20kb的插入片段，所需要筛选的重组子数目为：的插入片段，所需要筛选的重组子数目为：lNln(1-0.99)/ln1-(2104/9.5108)=2.2105 第六张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月 1.2载体的选择：载体的选择：a）质粒载体可承载）质粒载体可承载15kb DNA左右片段左右片段(有效的范围为有效的范围为10kb)b）载体可承载载体可承载25kb DNA左右片段左右片段(有效的范围为有效的范围为15 kb)c）Cosmid 载体可承载载体可承载45kb DNA左右片段左右片段(有效的范围为有效的范围为40 kb)第七张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月1.31.3载体制备载体制备要求：纯度高、去磷酸效果好。要求：纯度高、去磷酸效果好。去磷酸化是为了提高载体和目标片断的连接效率。去磷酸化是为了提高载体和目标片断的连接效率。纯度如果纯度如果不高不高则会在重组克隆中含有大量的细菌基因组则会在重组克隆中含有大量的细菌基因组DNA，影响文库的质量。，影响文库的质量。第八张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月一、园艺植物基因组文库的构建一、园艺植物基因组文库的构建要求：一般提取的要求：一般提取的DNA相对分子量至少应该是文库最终平相对分子量至少应该是文库最终平均插入片断长度的均插入片断长度的3-5倍。倍。如插入片断达到如插入片断达到100kb以上，则要求提取的基因组以上，则要求提取的基因组DNA分分子量要达到子量要达到500kb以上。以上。实践证明：提取的基因组实践证明：提取的基因组DNA分子量越大，得到的重组克隆分子量越大，得到的重组克隆的插入片断越大。的插入片断越大。2.大片段基因组大片段基因组DNA的制备的制备第九张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月基因组DNA的不完全酶切2.1根据实验需要根据实验需要选择合适的限制性内切酶选择合适的限制性内切酶 a)四个识别位点的限制酶出现的几率四个识别位点的限制酶出现的几率:1/256 b)六个识别位点的限制酶出现的几率六个识别位点的限制酶出现的几率:1/40962.2分离目的酶切片段大小的确定分离目的酶切片段大小的确定 a)克隆单个基因：克隆单个基因：20kb2.3DNA不完全酶切条件不完全酶切条件的确定的确定 a)确定限制酶用量，改变酶切时间确定限制酶用量，改变酶切时间 b)固定酶切时间，改变限制酶的用量固定酶切时间，改变限制酶的用量第十张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月DNA的不完全酶切相同时间相同时间不同量不同量第十一张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月3.大片段DNA与克隆载体连接3.1酶切片段的分离与纯化）低熔点琼脂糖回收目的片段）试剂盒回收目的片段10 kb第十二张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月3.2酶切片段与克隆载体连接连接体系中的四种连接方式连接体系中的四种连接方式：载体自连、载体和基因组：载体自连、载体和基因组DNA片断的连片断的连接、基因组接、基因组DNA片断的自连和基因组片断之间的连接。片断的自连和基因组片断之间的连接。只有只有基因组基因组DNA和载体之间的连接和载体之间的连接才是所需要的。如何提高它们才是所需要的。如何提高它们之间的连接效率是连接反应的关键。之间的连接效率是连接反应的关键。可以通过调整载体与基因组可以通过调整载体与基因组DNA的比例来达到较好的效果。一般的比例来达到较好的效果。一般比例为比例为1:51:15.第十三张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月 基因组基因组DNA片段片段3凹端的不完全补平的策略凹端的不完全补平的策略-GATC-CTAG-GATC-CTAG -Sau3AI-GA GATC-CTAG AG-KlenowdATP/dGTP-CTCGAG-GAGCTC-XhoIKlenowdCTP/dTTP-CTC TCGAG-GAGCT CTC-互补GEM-11基因组DNAVector 第十四张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月4.载体的遗传转化载体的遗传转化l电转化是转化大肠杆菌使用最普通的一种手段。电转化是转化大肠杆菌使用最普通的一种手段。l插入片段越大，转化效率越低。插入片段越大，转化效率越低。5.克隆的挑取、验证克隆的挑取、验证从文库中随机挑选一定量的克隆，摇菌，提取质粒从文库中随机挑选一定量的克隆，摇菌，提取质粒DNA，酶切后，脉冲电泳检查插入片段的大小，并根据数目，酶切后，脉冲电泳检查插入片段的大小，并根据数目计算空载率。计算空载率。细胞器细胞器DNA的污染会降低文库的实际容载量，一般用的污染会降低文库的实际容载量，一般用线粒体和叶绿体的探针对文库进行检测。线粒体和叶绿体的探针对文库进行检测。第十五张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月6.文库的扩增、分装及保存 1)影印滤膜保存法影印滤膜保存法第十六张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月2）文库在液体培养基中扩增保存方法：从琼脂糖平板上挑取已长出的克隆子转入含适方法：从琼脂糖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，当的抗生素培养基中，混合的细菌生长数代混合的细菌生长数代后，其后，其培养物于培养物于-70 oC储存（加终浓度为储存（加终浓度为25%的甘油）。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。特定的序列过多或过少。第十七张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月3)保存单个克隆子于含有甘油的培养基中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，含抗生素的培养基中，菌体生长到一定浓度后，加入终浓度为加入终浓度为25%的甘油，于的甘油，于-70 oC或或-25 oC下下保存。保存。缺点：需保存的克隆子数过多，工作量大缺点：需保存的克隆子数过多，工作量大第十八张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月 真核生物真核生物基因组基因组DNA十分庞大十分庞大，其复杂程度是，其复杂程度是mRNA的的100倍左右，倍左右，而且而且含有大量的重复序列含有大量的重复序列。采用电泳分离和杂交的方法，都采用电泳分离和杂交的方法，都难难以直接分离到目的基因以直接分离到目的基因。这是从染色体。这是从染色体DNA为出发材料直接克隆为出发材料直接克隆目的基因的一个主要困难。目的基因的一个主要困难。高等生物一般具有高等生物一般具有105种种左右不同的基因，但在一定时间阶段的单左右不同的基因，但在一定时间阶段的单个细胞或个体中，都只有个细胞或个体中，都只有15%左右的基因得以表达左右的基因得以表达，产生约，产生约15000种种不同的不同的mRNA分子。可见，由分子。可见，由mRNA出发的出发的cDNA克隆，其复杂克隆，其复杂程度要比直接从基因组克隆简单得多。程度要比直接从基因组克隆简单得多。二、园艺植物二、园艺植物cDNAcDNA文库的构建文库的构建 第十九张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月二、园艺植物二、园艺植物cDNAcDNA文库的构建文库的构建（一）普通（一）普通cDNA文库的构建文库的构建1.纯化纯化mRNA样品的制备样品的制备l选择特定发育阶段的特定组织为分离选择特定发育阶段的特定组织为分离mRNA的材料。的材料。lmRNA的纯化的纯化:利用利用mRNA的的3末端的末端的poly(A)尾巴与尾巴与oligo(dT)互补杂交，使互补杂交，使mRNA固定在固相介质上，再固定在固相介质上，再将将mRNA洗脱下来，制备出纯化的洗脱下来，制备出纯化的mRNA样品。样品。lmRNA样品完整性的检测：根据样品完整性的检测：根据28S和和18S rRNA电泳电泳条带的亮度判断条带的亮度判断RNA的完整性，从而间接地判断的完整性，从而间接地判断mRNA的完整性。的完整性。l如果如果28S rRNA条带的亮度是条带的亮度是18S 的两倍，的两倍，RNA样品完整；样品完整；l如果两条带的亮度反过来，说明如果两条带的亮度反过来，说明RNA样品部分降解；样品部分降解；l如果无清晰的条带，说明如果无清晰的条带，说明RNA样品已经严重降解。样品已经严重降解。第二十张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月第二十一张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月2.cDNA第一链的合成第一链的合成 l关键是获得大量完整的关键是获得大量完整的cDNA拷贝。拷贝。l影响因素：模板影响因素：模板mRNA的质量、反转录酶、引物。的质量、反转录酶、引物。l反转录酶：禽源反转录酶：禽源(AMV)和鼠源反转录酶和鼠源反转录酶(M-MuLV)。l AMV：除具有：除具有DNA聚合酶活性外，还有很强的聚合酶活性外，还有很强的RNase H酶活性。酶活性。lM-MuLV：RNase H活性比活性比AMV低，但反转录效率比低，但反转录效率比AMV低。低。lSuperscript反转录酶：除去了反转录酶：除去了MMLV的的RNase H活性，更能保证活性，更能保证cDNA第一链第一链的全长和高产。的全长和高产。l引物常用引物常用oligo(dT)和随机六聚体核苷酸。和随机六聚体核苷酸。第二十二张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月mRNAmRNAc c c cDNADNA第一链的合成第一链的合成第一链的合成第一链的合成 55pppppp55G G AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAOHOH 3355pppppp55G G AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAOHOH 33TTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTp p 5555pppppp55G G AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAOHOH 33TTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTpp 55cDNAcDNA第一链第一链第一链第一链引物引物引物引物退火退火退火退火逆转录酶逆转录酶逆转录酶逆转录酶dNTPsdNTPs第二十三张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月3.1自身引导法合成自身引导法合成cDNA第二链的技术流程第二链的技术流程 3.双链双链cDNA的合成的合成 第二十四张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月3.2置换合成法置换合成法l利用利用RNase H将杂交双链中的将杂交双链中的mRNA降解，形成多段仍与降解，形成多段仍与cDNA第一链保持杂交的第一链保持杂交的RNA片段。片段。l利用这些利用这些RNA片段作为引物，引导合成第二链片段作为引物，引导合成第二链cDNA。l随着合成产物的延伸，除随着合成产物的延伸，除5末端的末端的RNA引物外，所有作为引物引物外，所有作为引物的的RNA片段均被新合成的互补链所置换。片段均被新合成的互补链所置换。l通过通过DNA连接酶作用，将各段互补链连接成完整连接酶作用，将各段互补链连接成完整DNA链。链。l除去残存的除去残存的5末端末端RNA片段，并用片段，并用T4 DNA聚合酶削平聚合酶削平3端突出端突出的单链的单链cDNA，得到一个双链形式的，得到一个双链形式的cDNA片段。片段。l该方法直接利用第一链反应产物，避免了中间处理和纯化过程该方法直接利用第一链反应产物，避免了中间处理和纯化过程造成的造成的cDNA损失，是目前合成损失，是目前合成cDNA第二链的常用方法。第二链的常用方法。第二十五张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月置换合成法合成置换合成法合成cDNA第二链的技术流程第二链的技术流程 第二十六张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月3.3同聚物引导法同聚物引导法 l在第一链的在第一链的3端用末端转移酶加上一段同聚体端用末端转移酶加上一段同聚体dG。l以以oligo(dC)为引物合成第二链。为引物合成第二链。l该法最大的缺点是获得的该法最大的缺点是获得的cDNA 5端上游有一段端上游有一段dG:dC残基，可能会抑制表达过程中残基，可能会抑制表达过程中DNA的转录。但该法在最的转录。但该法在最佳条件下可高效克隆佳条件下可高效克隆mRNA的的5端序列。端序列。第二十七张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月c c c cDNADNA第二链的合成第二链的合成第二链的合成第二链的合成 dCTPdCTPTdTTdT引导合成法：引导合成法：引导合成法：引导合成法：获得的双链获得的双链获得的双链获得的双链cDNA cDNA 能保留完整的能保留完整的能保留完整的能保留完整的55端序列端序列端序列端序列5ppp55ppp5G G AAAAAAAAAAOHOH 33TTTTTTTTTTpp 5533 HOHO5ppp55ppp5G G AAAAACCCCCCCAAAAACCCCCCCOHOH 3333 HOHOCCCCCCCCCCCCCCTTTTTTTTTTpp 5533 HOHOCCCCCCCCCCCCCCTTTTTTTTTTpp 5533 HOHOCCCCCCCCCCCCCCTTTTTTTTTTpp 5555 ppGGGGGGGGGGGGGG33 HOHOCCCCCCCCCCCCCCTTTTTTTTTTpp 5555 p pGGGGGGGGGGGGGGAAAAAAAAAAOHOH 33NaOHNaOH退火退火退火退火KlenowKlenowdNTPsdNTPs第二十八张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月4.双链双链cDNA的克隆的克隆 cDNA的修饰的修饰 l为了提高双链为了提高双链cDNA片段与载体的连接效率，需要对片段与载体的连接效率，需要对cDNA进行修饰，即给平端的双链进行修饰，即给平端的双链cDNA片段添加衔接头。片段添加衔接头。l所谓衔接头是人工合成的含有限制酶酶切位点的短双链所谓衔接头是人工合成的含有限制酶酶切位点的短双链DNA片段，或者一端为限制酶粘性末端的双链片段，或者一端为限制酶粘性末端的双链DNA片段。片段。l用前一种衔接头连接后，为了避免限制酶对用前一种衔接头连接后，为了避免限制酶对cDNA片段内部片段内部可能出现的酶切位点的切割，在添加衔接头之前，文库可能出现的酶切位点的切割，在添加衔接头之前，文库cDNA需经甲基化酶处理。需经甲基化酶处理。l添加后一类型的衔接头时，不必对文库添加后一类型的衔接头时，不必对文库cDNA进行修饰。进行修饰。第二十九张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月合成接头和衔接头合成接头和衔接头cDNA合成接头合成接头(含酶切位点含酶切位点)酶切酶切NotI,SalI与载体连接与载体连接Optional:methylation 接头中含稀有位点，接头中含稀有位点，如如NotI,SalI(100kb一一次次)先甲基化先甲基化ds cDNA，再连接，再连接接头接头第三十张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月4.双链双链cDNA的克隆的克隆 cDNA的克隆的克隆 l将制备的将制备的cDNA成功克隆到载体中去的关键问题是成功克隆到载体中去的关键问题是cDNA和和载体的比例。载体的比例。l必须寻找一个适当的比例以避免单个重组体中含有多个串必须寻找一个适当的比例以避免单个重组体中含有多个串联联cDNA分子或产生过高的非重组背景。分子或产生过高的非重组背景。l为提高连接反应效率，可在连接混合物中加适量为提高连接反应效率，可在连接混合物中加适量PEG 8000。l建成的建成的cDNA文库一般应进行效价测定并扩增，以利多次筛文库一般应进行效价测定并扩增，以利多次筛选并长期保存。选并长期保存。第三十一张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月cDNA文库构建流程示意图文库构建流程示意图 第三十二张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月5.普通普通cDNA文库存在的主要不足文库存在的主要不足 l低丰度表达序列在文库中出现的几率很低，要想得低丰度表达序列在文库中出现的几率很低，要想得到低丰度表达基因，至少要筛选到低丰度表达基因，至少要筛选106个克隆。个克隆。l构建普通构建普通cDNA文库所需的文库所需的mRNA量比较大，达到数量比较大，达到数微克。微克。l筛选普通筛选普通 cDNA文库的工作复杂，需要很长时间，限文库的工作复杂，需要很长时间，限制了基因克隆的速度。制了基因克隆的速度。第三十三张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月二、园艺植物二、园艺植物cDNA文库的构建文库的构建（二）新型（二）新型cDNA文库的构建文库的构建1.PCR介导的介导的cDNA文库文库 l原理：以原理：以cDNA第一链为模板，设计一组引物，通过第一链为模板，设计一组引物，通过PCR扩增获得多拷贝双链扩增获得多拷贝双链cDNA。l优点：增加低丰度优点：增加低丰度mRNA的克隆机会；利用仅有的的克隆机会；利用仅有的几个细胞或微量的几个细胞或微量的mRNA建立较大的建立较大的cDNA文库。文库。l缺点：缺点：PCR合成的片段一般较短，大片段的全长扩合成的片段一般较短，大片段的全长扩增困难；扩增过程中错误掺入率甚高；由于增困难；扩增过程中错误掺入率甚高；由于PCR对对短片段的扩增效率高于长片段，故短片段的扩增效率高于长片段，故mRNA的原始丰的原始丰度难以在文库中体现。度难以在文库中体现。l应用：适合于克隆来源困难的组织或细胞的基因。应用：适合于克隆来源困难的组织或细胞的基因。第三十四张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月（二）新型（二）新型cDNA文库的构建文库的构建2.标准化标准化cDNA文库文库 l定义：某一特定组织或细胞的所有表达基因均包含定义：某一特定组织或细胞的所有表达基因均包含其中，且含量相等的其中，且含量相等的cDNA文库。文库。l优点：优点：l增加了克隆丰度极低的增加了克隆丰度极低的mRNA的机会。的机会。l能发现普通能发现普通cDNA探针所不能发现的稀有转录区。探针所不能发现的稀有转录区。l能估计大多数基因的表达水平，并发现组织特异性基因。能估计大多数基因的表达水平，并发现组织特异性基因。第三十五张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月（二）新型（二）新型cDNA文库的构建文库的构建3.染色体或区域特异性染色体或区域特异性cDNA文库文库 l用某一染色体或基因组区用某一染色体或基因组区DNA与合成的与合成的cDNA池或已池或已构建的构建的cDNA文库杂交，将捕获的文库杂交，将捕获的cDNA进行进行PCR扩扩增，便可构建染色体或区域特异性增，便可构建染色体或区域特异性cDNA文库。文库。l其中的其中的cDNA或定位于该染色体上或与之有同源性。或定位于该染色体上或与之有同源性。l染色体显微切割技术的发展使得构建的文库更狭窄，染色体显微切割技术的发展使得构建的文库更狭窄，更具特异性。更具特异性。第三十六张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月（二）新型（二）新型cDNA文库的构建文库的构建4.消减消减cDNA文库文库l又称差示文库，常用于克隆不同组织或同一组织在又称差示文库，常用于克隆不同组织或同一组织在不同的生理状态下表达有差异的基因。不同的生理状态下表达有差异的基因。l在一定条件下用过量不含目的基因的驱动方在一定条件下用过量不含目的基因的驱动方(driver)与含有目的基因的试验方与含有目的基因的试验方(tester)进行杂交，选择性进行杂交，选择性地去除相同基因杂交形成的复合物，将含有目的基地去除相同基因杂交形成的复合物，将含有目的基因的未杂交部分收集后构建相应的文库。因的未杂交部分收集后构建相应的文库。l由于消减由于消减cDNA文库的富集作用，使所需筛选的克隆文库的富集作用，使所需筛选的克隆数减少几十到上百倍。数减少几十到上百倍。第三十七张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月基因组基因组DNA文库文库cDNA文库文库基因组基因组DNA文库与文库与cDNA文库的比较文库的比较第三十八张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月三、目的基因的筛选三、目的基因的筛选 1.根据目的基因的核苷酸序列筛选根据目的基因的核苷酸序列筛选 l根据基因序列设计引物，以基因组根据基因序列设计引物，以基因组DNA或或mRNA反反转录的转录的cDNA为模板进行为模板进行PCR扩增。如果得到的只是扩增。如果得到的只是基因部分序列，可以将其克隆至载体，作为探针筛基因部分序列，可以将其克隆至载体，作为探针筛选选cDNA文库和基因组文库获得全长基因。文库和基因组文库获得全长基因。l用探针直接筛选库，若能得到其它植物已分离的相用探针直接筛选库，若能得到其它植物已分离的相关基因，则可以直接用作探针筛选关基因，则可以直接用作探针筛选cDNA文库和基因文库和基因组文库，获得研究植物的目的基因。组文库，获得研究植物的目的基因。第三十九张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月2.根据目的基因的表达特性筛选根据目的基因的表达特性筛选 l如果已知基因表达产物（蛋白质）的氨基酸序列，如果已知基因表达产物（蛋白质）的氨基酸序列，就可以反推出原来基因的核苷酸序列。就可以反推出原来基因的核苷酸序列。l从从N端对端对10多个连续的氨基酸进行序列测定，选择连多个连续的氨基酸进行序列测定，选择连续续6个以上简并程度最低的氨基酸，按各种可能的序个以上简并程度最低的氨基酸，按各种可能的序列结构合成寡核苷酸探针库，从列结构合成寡核苷酸探针库，从cDNA文库和基因组文库和基因组文库中筛选全长的基因。文库中筛选全长的基因。l缺点：在实验中得到纯度高、数量足够的目的基因缺点：在实验中得到纯度高、数量足够的目的基因表达产物（蛋白质）是很困难的，蛋白质测序也花表达产物（蛋白质）是很困难的，蛋白质测序也花费较高，难度较大。费较高，难度较大。第四十张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月3.PCR法筛选基因文库法筛选基因文库 l将基因文库分装将基因文库分装96孔培养板。孔培养板。l培养一段时间后，分别从同一行或同一列孔中吸取培养一段时间后，分别从同一行或同一列孔中吸取少量培养物合并。少量培养物合并。l以此混合物为模板进行以此混合物为模板进行PCR扩增，根据凝胶电泳的扩增，根据凝胶电泳的结果判定相应行或列混合孔中是否含有阳性克隆。结果判定相应行或列混合孔中是否含有阳性克隆。l对含有阳性克隆的行或列孔中的培养物再次分装，对含有阳性克隆的行或列孔中的培养物再次分装，经培养后进行第二轮经培养后进行第二轮PCR扩增。扩增。l如此反复操作，直至获得阳性克隆。如此反复操作，直至获得阳性克隆。第四十一张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月第二节第二节 图位克隆技术图位克隆技术一、分离基因的程序一、分离基因的程序 二、二、优缺点优缺点第四十二张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月一、分离基因的程序一、分离基因的程序（一）图位克隆技术的定义及原理（一）图位克隆技术的定义及原理l定义：根据目标基因在染色体上的位置进行基因克隆定义：根据目标基因在染色体上的位置进行基因克隆的一种方法。的一种方法。l原理：首先找到一个与目标基因相连的原理：首先找到一个与目标基因相连的DNA分子标记，分子标记，然后通过染色体步移技术克隆分离出目标基因。然后通过染色体步移技术克隆分离出目标基因。l当基因与标记之间的距离小于基因组文库中克隆的平均插入当基因与标记之间的距离小于基因组文库中克隆的平均插入片段大小时，就可直接筛选到含有目标基因的克隆，这种方片段大小时，就可直接筛选到含有目标基因的克隆，这种方法称为染色体登陆法称为染色体登陆(chromosome landing)。第四十三张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月（二）分离基因的程序（二）分离基因的程序1.目的基因的初步定位目的基因的初步定位l利用分子遗传图谱确定与目的基因连锁的分子标记。利用分子遗传图谱确定与目的基因连锁的分子标记。2.目的基因区域的物理作图目的基因区域的物理作图l将分子标记之间的遗传距离（将分子标记之间的遗传距离（cM）转化为物理距离）转化为物理距离（碱基数），构成该基因区域的物理图谱。（碱基数），构成该基因区域的物理图谱。3.构建并筛选含有大插入片段的基因组文库构建并筛选含有大插入片段的基因组文库l用与目标基因连锁的分子标记为探针筛选大片段基因用与目标基因连锁的分子标记为探针筛选大片段基因组文库，获阳性克隆。组文库，获阳性克隆。第四十四张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月（二）分离基因的程序（二）分离基因的程序4.构建目的基因区域跨叠克隆群构建目的基因区域跨叠克隆群l以阳性克隆的末端作为探针筛选基因组文库，获得含以阳性克隆的末端作为探针筛选基因组文库，获得含有目标基因两侧分子标记的大片段跨叠群。有目标基因两侧分子标记的大片段跨叠群。5.目的基因的精细定位和染色体登陆目的基因的精细定位和染色体登陆l以目标基因两侧的分子标记为探针，通过染色体登陆以目标基因两侧的分子标记为探针，通过染色体登陆获得含目标基因的阳性克隆。获得含目标基因的阳性克隆。6.外显子的分离和鉴定外显子的分离和鉴定l利用筛选利用筛选cDNA文库、外显子捕捉等技术获得候选基文库、外显子捕捉等技术获得候选基因，通过功能互补实验确定目标基因。因，通过功能互补实验确定目标基因。第四十五张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月第四十六张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月第四十七张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月二、优缺点二、优缺点 l主要应用于基因组较小、分子标记连锁图密度较高和转化系主要应用于基因组较小、分子标记连锁图密度较高和转化系统比较稳定成熟的植物。统比较稳定成熟的植物。l对于基因组较大、重复序列较多的园艺植物，图位克隆法对于基因组较大、重复序列较多的园艺植物，图位克隆法要步移大量的要步移大量的DNA片段，投资大，效率低；而且片段，投资大，效率低；而且DNA大片段插大片段插入文库含有许多嵌套克隆或克隆后的重排现象等原因，使得入文库含有许多嵌套克隆或克隆后的重排现象等原因，使得染色体步移十分困难。染色体步移十分困难。l对于这些植物，可以通过构建高密度的分子遗传图谱和寻找物理距离目的基因对于这些植物，可以通过构建高密度的分子遗传图谱和寻找物理距离目的基因很近的分子标记，使得染色体步移的距离大大缩小。很近的分子标记，使得染色体步移的距离大大缩小。第四十八张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月第三节第三节 转座子标签法转座子标签法一、转座子的分类一、转座子的分类二、分离基因的程序二、分离基因的程序三、优缺点三、优缺点四、四、T-DNA标签法标签法 第四十九张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月一、转座子的分类一、转座子的分类（一）转座子的定义与功能（一）转座子的定义与功能1.定义定义l染色体上一段可以移动的染色体上一段可以移动的DNA序列，可以从一个基因序列，可以从一个基因座位转移到另一个基因座位。座位转移到另一个基因座位。2.功能功能l当转座子插入到某个功能基因内部或邻近位点时，就当转座子插入到某个功能基因内部或邻近位点时，就会使插入位置的基因失活并诱导产生突变型；而当转会使插入位置的基因失活并诱导产生突变型；而当转座子切离时，又使目的基因恢复活性。座子切离时，又使目的基因恢复活性。第五十张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月（二）转座子的分类（二）转座子的分类1.DNA转座子转座子l通过通过DNA复制和直接切离两种方式获得可转移片段，复制和直接切离两种方式获得可转移片段，重新插入基因组重新插入基因组DNA中。中。2.反转录转座子反转录转座子 l由由RNA介导的转座子，即作为介导的转座子，即作为DNA的转座子首先被的转座子首先被转录为转录为RNA，再借助反转录酶反转录合成，再借助反转录酶反转录合成DNA，插，插入到新的染色体位点来实现转座过程的。入到新的染色体位点来实现转座过程的。第五十一张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月二、分离基因的程序二、分离基因的程序 l采取农杆菌介导等适当的转化方法把转座子导入目标采取农杆菌介导等适当的转化方法把转座子导入目标植物，设法将转座子插入到目标基因内部或邻近位点，植物，设法将转座子插入到目标基因内部或邻近位点，引起表型突变。引起表型突变。l通过表型筛选获得纯合突变株。通过表型筛选获得纯合突变株。l构建纯合突变株的核基因组文库。构建纯合突变株的核基因组文库。l以转座子片段作为探针，从该基因组文库中筛选含转以转座子片段作为探针，从该基因组文库中筛选含转座子片段的克隆。座子片段的克隆。l以该克隆作为探针，筛选另一正常植株的核基因组文以该克隆作为探针，筛选另一正常植株的核基因组文库，获得完整的正常目的基因。库，获得完整的正常目的基因。第五十二张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月转座子标签法克隆基因示意图转座子标签法克隆基因示意图 第五十三张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月三三、优缺点优缺点l优点：利用转座子标签法可在不了解基因产物的生化优点：利用转座子标签法可在不了解基因产物的生化性质和表达模式的情况下分离植物基因。性质和表达模式的情况下分离植物基因。l局限性局限性l该技术的前提条件是要筛选出转座子插入的突变体。在实际该技术的前提条件是要筛选出转座子插入的突变体。在实际操作中，由于转座频率往往很低，因此需要筛选的突变体群操作中，由于转座频率往往很低，因此需要筛选的突变体群体较大。体较大。l对于那些须在特定环境或特定发育阶段才有突变表型的基因，对于那些须在特定环境或特定发育阶段才有突变表型的基因，往往由于看不到明显的突变表型而被忽略。往往由于看不到明显的突变表型而被忽略。l由于基因的功能补偿等机制的作用，即使有些基因产生了插由于基因的功能补偿等机制的作用，即使有些基因产生了插入突变，也可能看不到突变表型，因而不能运用该方法。入突变，也可能看不到突变表型，因而不能运用该方法。第五十四张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月四四、T-DNA标签法标签法l原理：原理：T-DNA能够从农杆菌中转移并稳定地整合到植能够从农杆菌中转移并稳定地整合到植物宿主的基因组中，从而使整合位置上的基因失活或物宿主的基因组中，从而使整合位置上的基因失活或产生突变，通过产生突变，通过T-DNA上的标记基因上的标记基因(如如GUS等基因等基因)就可检测突变位置，得到与就可检测突变位置，得到与T-DNA相连的相连的DNA片段，片段，以此制备探针筛选野生型基因文库，就可得到与突变以此制备探针筛选野生型基因文库，就可得到与突变相应的完整基因。相应的完整基因。l缺点缺点l由于由于T-DNA的可移动性，不易获得较稳定的突变遗传系。的可移动性，不易获得较稳定的突变遗传系。l由于高等植物基因组中大量的重复序列存在，也降低了获得由于高等植物基因组中大量的重复序列存在，也降低了获得目标突变体的效率，实验周期较长。目标突变体的效率，实验周期较长。第五十五张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月第四节第四节 基因差异表达技术基因差异表达技术 一、一、mRNA差异显示技术差异显示技术二、二、抑制性消减杂交技术抑制性消减杂交技术三、三、代表性差异分析法代表性差异分析法四、基因表达系列分析四、基因表达系列分析五、五、cDNA-AFLP技术技术 第五十六张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月一、一、mRNA差异显示技术差异显示技术 1.原理原理l根据大多数真核细胞根据大多数真核细胞mRNA的的3端具有端具有Poly(A)结构，结构，利用含利用含Oligo(dT)的寡聚核苷酸作为引物，将总的寡聚核苷酸作为引物，将总mRNA反转录为反转录为cDNA，然后通过，然后通过PCR技术和变性聚技术和变性聚丙烯酰胺凝胶电泳分离差异丙烯酰胺凝胶电泳分离差异cDNA 片段，从而筛选出片段，从而筛选出目的基因。目的基因。第五十七张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月2.基本步骤基本步骤l从不同植物或组织中提取总从不同植物或组织中提取总mRNA。l用用Oligo(dT)12MN为引物为引物(其中，其中，MG/C/A，NG/C/T/A)，在反转录酶的作用下，将，在反转录酶的作用下，将mRNA反转录成反转录成cDNA。l用与反转录相同的锚定引物和由用与反转录相同的锚定引物和由10 个碱基组成的随个碱基组成的随机引物对生成的机引物对生成的cDNA进行进行PCR扩增。扩增。lPCR扩增产物通过变性聚丙烯酰胺凝胶电泳在相邻泳扩增产物通过变性聚丙烯酰胺凝胶电泳在相邻泳道上分析，找到差异表达的道上分析，找到差异表达的cDNA条带。条带。l回收差异表达的条带，将其作为探针进行回收差异表达的条带，将其作为探针进行Northern杂杂交或筛选交或筛选cDNA文库，获得差异表达的基因全长。文库，获得差异表达的基因全长。第五十八张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月mRNA差异显示技术示意图差异显示技术示意图 第五十九张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月5-AAAAAAAAAAAA mRNA NNTTTTTTTTTTTTanchor primer1st strand cDNANNTTTTTTTTTTTTNNNNNNN10-13bp arbitrary primerPCR(36-38C)anchor+arbitrary primersseparation onpolyacrylamide gelABDifferential Display第六十张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月第六十一张，PPT共一百零二页，创作于2022年6月Differential HybridizationcDNAlibrarylow density(1,000/150mm)Replica plaque liftingmRNA(sample A)mRNA(sample