基因工程第三章优秀课件.ppt
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1、基因工程第三章第1页,本讲稿共67页3.1.1分子杂交与印渍技术的原理分子杂交与印渍技术的原理分分子子杂杂交交:不不同同来来源源的的单单链链核核酸酸(DNA或或RNA),只只要要它它们们具具有有大大致致相相同同的的碱碱基基序序列列,经经过过退退火火处处理理,就就能能重重新新形形成成杂杂种种双双螺螺旋旋,这这一一现现象象称称为为分分子子杂杂交交(molecular hybridization)。)。3.1分子杂交与印渍技术分子杂交与印渍技术第2页,本讲稿共67页v0复性复性RNADNA第3页,本讲稿共67页v利利用用这这一一原原理理,就就可可以以使使用用已已知知序序列列的的单单链链核核酸酸片片段
2、段作作为为探探针针,去去查查找找各各种种不不同同来来源源的的基基因因组组DNA分分子子中中的同源基因或同源序列。的同源基因或同源序列。第4页,本讲稿共67页印渍技术:印渍技术:Blottingv印印渍渍技技术术的的原原理理首首先先由由Edwen Southern在在1975年提出。年提出。第5页,本讲稿共67页v其基本操作过程是:其基本操作过程是:v将将DNA片段在琼脂糖凝胶中电泳分离后,置片段在琼脂糖凝胶中电泳分离后,置NaOH液液中浸泡,从而将凝胶中的中浸泡,从而将凝胶中的DNA变性为单链;变性为单链;v然后将一张硝酸纤维素膜铺在凝胶上,上面放上大量吸水然后将一张硝酸纤维素膜铺在凝胶上,上
3、面放上大量吸水纸巾,利用吸水纸巾的毛细作用,将单链纸巾,利用吸水纸巾的毛细作用,将单链DNA从凝胶中从凝胶中转移到硝酸纤维素膜上,再将膜置转移到硝酸纤维素膜上,再将膜置80烘干并使单链烘干并使单链DNA分子固定在膜上,再用于分子杂交分析。分子固定在膜上,再用于分子杂交分析。第6页,本讲稿共67页分子杂交实验分子杂交实验第7页,本讲稿共67页SouthernBlotting第8页,本讲稿共67页印迹技术的类别及应用印迹技术的类别及应用1、DNA印迹技术印迹技术(Southern blotting)用于基因组用于基因组DNA、重组质粒和噬菌体的、重组质粒和噬菌体的分析。分析。2、RNA印迹技术印迹
4、技术(Northern blotting)用于用于RNA的定性定量分析。的定性定量分析。3、蛋白质的印迹分析、蛋白质的印迹分析(Western blotting)用于蛋白质定性定量及相互作用研究。用于蛋白质定性定量及相互作用研究。第9页,本讲稿共67页三三种种印印迹迹技技术术的的比比较较第10页,本讲稿共67页探针技术:探针技术:v将将已已知知序序列列的的核核酸酸片片段段用用放放射射性性同同位位素素、生生物物素素或或荧荧光光染染料料进进行行标标记记,然然后后用用于于分分子子杂杂交交,杂杂交交后后通通过过放放射射自自显显影影、荧荧光光检检测测或或显显色色技技术术,使使杂杂交交区区带带显显现现出出
5、来。来。第11页,本讲稿共67页3.2PCR技术PCR:聚合酶链式反应:聚合酶链式反应(PolymeraseChainReaction),),是指利用耐热是指利用耐热DNA聚合酶的反复作用,聚合酶的反复作用,通过变性通过变性-复性复性-延伸的循环操作,在体外迅速将延伸的循环操作,在体外迅速将DNA模板扩增数百万倍的一种操作技术。模板扩增数百万倍的一种操作技术。第12页,本讲稿共67页PCR基本原理:变性基本原理:变性-复性复性-延伸延伸1变性:通常采用加热变性,即将模板变性:通常采用加热变性,即将模板DNA或延伸后的或延伸后的双链双链DNA加热到加热到940C,使双螺旋,使双螺旋DNA解开成为
6、单链。解开成为单链。2复复性性:通通过过降降低低反反应应温温度度至至500C-650C,使使两两种种引引物物能能与与两两条条解解开开的的DNA互互补补链链的的3端端粘粘合合,以以提提供供DNA聚聚合合酶酶催催化化聚合所需的聚合所需的3-OH。3延延伸伸:将将反反应应温温度度提提高高到到约约720C,在在耐耐热热DNA聚聚合合酶酶的的催催化化下下,根根据据模模板板DNA提提供供的的碱碱基基顺顺序序,合合成成两两条条互补链,从而使模板互补链,从而使模板DNA扩增一倍。扩增一倍。第13页,本讲稿共67页PCR技术特点技术特点1、高度的敏感性。、高度的敏感性。2、高度的特异性。、高度的特异性。3、操作
7、简便快速。、操作简便快速。4、样品适用广泛。、样品适用广泛。5、有一定程度的单核苷酸错误掺入。、有一定程度的单核苷酸错误掺入。第14页,本讲稿共67页引物引物 要扩增模板要扩增模板DNA,首先要设计两条寡核苷酸引物,首先要设计两条寡核苷酸引物,所谓引物,实际上就是两段与待扩增靶所谓引物,实际上就是两段与待扩增靶DNA序列互补的寡核序列互补的寡核苷酸片段苷酸片段,两引物间距离决定扩增片段的长度;两引物的,两引物间距离决定扩增片段的长度;两引物的5端决定扩增产物的两个端决定扩增产物的两个5末端位置。由此可见,引物是决定末端位置。由此可见,引物是决定PCR扩增片段长度、位置和结果的关键,引物设计也就
8、更为扩增片段长度、位置和结果的关键,引物设计也就更为重要。重要。第15页,本讲稿共67页引物的设计:引物的设计:引物设计的必要条件是与引引物设计的必要条件是与引物互补的靶物互补的靶DNA序列必须是已知的,两引序列必须是已知的,两引物之间的序列未必清楚,这两段已知序列物之间的序列未必清楚,这两段已知序列一般为一般为1821个碱基,可以用个碱基,可以用DNA合成仪合合成仪合成与其对应互补的二条引物。成与其对应互补的二条引物。第16页,本讲稿共67页(1)引物长度:)引物长度:18-21bp 18-21bp (2)(G+C)%含含量量:引引物物的的组组成成应应均均匀匀,尽尽量量避避免免含含有有相相同
9、同的的碱碱基基多多聚聚体体。两两个个引引物物中中(G+C)%含含量量一一般般以以40%60%为佳。为佳。(3)引物的结构:无明显的次级结构)引物的结构:无明显的次级结构(4)引物之间:不应发生互补)引物之间:不应发生互补(5(5)引物)引物3端配对精确和严格端配对精确和严格第17页,本讲稿共67页引物引物3555基因组基因组基因组基因组引物第18页,本讲稿共67页PCR的的反反应应原原理理第19页,本讲稿共67页PCR技术的基本过程TaqDNATaqDNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶模板模板模板模板DNA DNA dNTP dNTP 引物引物引物引物BufferBuffer预变性预变性模板模板模板
10、模板DNA DNA dNTP dNTP 引物引物引物引物BufferBuffer循循环环仪仪9494o oC5949455 55 72 72 第20页,本讲稿共67页1 1、dNTP:PCR常常用用的的浓浓度度为为50200mol/L,不不能能低低于于1015mol/L。四四种种dNTP的的浓浓度度应应相相同。同。2 2、缓缓冲冲液液:10 mM Tris.HCl pH 8.3,50 mM KCl,1.5 mM MgCl2。3 3、模板、模板DNA:纯纯度与含量。度与含量。4、反、反应应参数。参数。PCR的影响因素的影响因素第21页,本讲稿共67页(1)变性变性-考虑酶的失活问题。一般为反应开
11、始时用考虑酶的失活问题。一般为反应开始时用95oC2-5 min,在后续循环中设为,在后续循环中设为94oC 30 s-1 min;(2)退火退火-退火温度取决于引物的碱基组成、长度及退火温度取决于引物的碱基组成、长度及引物与模板的匹配程度,一般在引物与模板的匹配程度,一般在Tm 20-25oC左右;时左右;时间一般为间一般为30 s-2 min;(3)延伸延伸温度一般为温度一般为72oC;时间取决于待扩增片段的长;时间取决于待扩增片段的长度。在通常情况下,度。在通常情况下,Taq酶的延伸速率约为酶的延伸速率约为2 kb/min,而,而pfu为为1 kb/min。(4)在最后一个循环结束后,需
12、再在在最后一个循环结束后,需再在72oC下延伸下延伸10 min,以产物完整。以产物完整。第22页,本讲稿共67页 单单、双双链链DNA或或RNA都都可可以以作作为为PCR的的样样品品。若若起起始材料是始材料是RNA,须先通过逆转录得到第一条,须先通过逆转录得到第一条cDNA。为了保证反应的特异性,还应用为了保证反应的特异性,还应用ng级的克隆级的克隆DNA,g水平的单拷贝染色体水平的单拷贝染色体DNA或或102-105拷贝的待扩增片段拷贝的待扩增片段作为起始材料。作为起始材料。模板可以是粗品,但不能混有任何蛋白酶、核酸酶、模板可以是粗品,但不能混有任何蛋白酶、核酸酶、Taq DNA聚合酶抑制
13、剂以及结合在聚合酶抑制剂以及结合在DNA上上的蛋白。的蛋白。第23页,本讲稿共67页模板的纯度、含量测定模板的纯度、含量测定260nm1OD 双链双链DNA 50g/ml 单链单链DNA 40g/ml OD 260nm/OD280nm1.8第24页,本讲稿共67页ddH2O37.60L10Buffer5LdNTPmixture(2.5mM)4L引物上引物上(20pmol/L)1L引物下引物下(20pmol/L)1LMgCl2(25mM)4L模板模板(102-105拷贝拷贝)0.5LDNAPolymerase0.4L总体积总体积50L第25页,本讲稿共67页95变性处理变性处理3min9430S
14、5630S721min30个循环个循环72延伸延伸7min第26页,本讲稿共67页第27页,本讲稿共67页PCR产物纯化 从从凝凝胶胶上上尽尽量量小小的的切切下下目目的的片片段段,放放在在一一个个干干净净的的EP管管中中,称称取取凝凝胶胶的的重重量量,并并加加入入3倍倍体体积积的的BufferS1(即即100mg胶胶加加300LBufferS1);盛盛胶胶EP管管于于50水水浴浴10min,每每2-3min摇摇动动一一次次,至至胶胶彻彻底底融融化化;溶溶液液加加入入到到吸吸附附柱柱内内,13000rpm离离心心1min,弃弃去去收收集集管管中中的的液液体;体;第28页,本讲稿共67页加加入入0
15、.5mL的的BufferW1洗洗涤涤DNA,13000rpm离离心心15sec;弃弃去去收收集集管管中中的的液液体体,再再加加入入0.5mL的的W1Buffer,静静置置1min,13000rpm离离心心15sec;弃弃去去收收集集管管中中的的液液体体,13000rpm离离心心1min;把把吸吸附附柱柱放放在在一一个个干干净净的的EP管管内内,在在柱柱子子膜膜中中央央加加入入30LBufferT1,室室温放置温放置1min,13000rpm离心离心1min。凝凝胶胶回回收收后后的的目目的的基基因因,各各取取5L电电泳泳检检测测,并并测测定定浓度以确定连接体系(此步必做)浓度以确定连接体系(此步
16、必做)。第29页,本讲稿共67页第30页,本讲稿共67页第31页,本讲稿共67页第32页,本讲稿共67页PCR的主要用途的主要用途(一)目的基因的克隆:(一)目的基因的克隆:vPCR技技术术是是迅迅速速获获得得一一定定量量的的目目的的基基因因以以用用于于基基因因克克隆隆的的有有效方法之一。效方法之一。v主主要要采采用用的的方方法法有有:利利用用特特异异性性引引物物以以cDNA或或基基因因组组DNA为模板,获得已知的目的基因;为模板,获得已知的目的基因;第33页,本讲稿共67页v利利用用简简并并引引物物从从cDNA文文库库或或基基因因组组文文库库中获得具有同源性的中获得具有同源性的DNA片段;片
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