Tan第五章目的基因的导入和重组子的筛选9041.pptx
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1、本课程内容本课程内容第一章第一章 绪论绪论第二章第二章 基因克隆的工具酶基因克隆的工具酶第三章第三章 基因工程的载体基因工程的载体第四章第四章 目的基因的制备目的基因的制备第五章第五章 目的基因导入和重组子的筛选目的基因导入和重组子的筛选第六章第六章 外源基因的表达外源基因的表达第七章第七章 基因操作的基本技术基因操作的基本技术第八章第八章 植物基因工程及应用植物基因工程及应用第九章第九章 动物基因工程及应用动物基因工程及应用第十章第十章 医学基因工程及应用医学基因工程及应用3/28/20231欢迎同学们听课!第五章第五章 目的基因导入和重组子的筛选目的基因导入和重组子的筛选5.1 DNA片段
2、的连接重组片段的连接重组5.2 受体细胞选择的基本原则受体细胞选择的基本原则5.3 基因转移基因转移5.4 重组子的筛选重组子的筛选3/28/20232欢迎同学们听课!5.1 DNA片段的连接重组片段的连接重组5.1.1 DNA连接类型连接类型5.1.2 DNA片段之间连接的方式片段之间连接的方式5.1.3 DNA重组中需注意的问题重组中需注意的问题3/28/20233欢迎同学们听课!DNA分子连接分子连接 不同的不同的DNA片段(目的基因和载体)经适片段(目的基因和载体)经适当酶切后,在当酶切后,在连接酶连接酶的作用下,连接在一起构的作用下,连接在一起构建成重组建成重组DNA分子分子。3/2
3、8/20234欢迎同学们听课!5.1.1 DNA重组(连接)的类型重组(连接)的类型插入重组插入重组:载体上只有唯一的酶识别位点载体上只有唯一的酶识别位点 随机(非定向)插入随机(非定向)插入置换重组置换重组 (1)载体上有两个同样的酶识别位点载体上有两个同样的酶识别位点 随机(非定向)置换随机(非定向)置换 (2)载体上有两个不同的酶识别位点载体上有两个不同的酶识别位点 定向置换定向置换3/28/20235欢迎同学们听课!5.1.2 DNA片段之间连接的方式片段之间连接的方式具互补黏性末端片段之间的连接具互补黏性末端片段之间的连接具平末端具平末端DNA片段之间的连接片段之间的连接DNA片段末
4、端修饰后进行的连接片段末端修饰后进行的连接DNA片段加片段加linker or adaptor后的连接后的连接3/28/20236欢迎同学们听课!5.1.3 DNA重组中需注意的问题重组中需注意的问题两两端端具具相相同同粘粘性性末末端端的的DNA分分子子会会发发生生自自身环化。身环化。对对于于置置换换重重组组,需需将将切切割割的的DNA分分子子经经过过凝胶电泳分离,回收目的片段。凝胶电泳分离,回收目的片段。无无论论单单酶酶切切还还是是双双酶酶切切,目目的的DNA分分子子均均可可能能发发生生串串联联,必必需需检检测测重重组组DNA插插入入片片段的分子大小。段的分子大小。3/28/20237欢迎同
5、学们听课!5.2 受体细胞及其选择的基本原则受体细胞及其选择的基本原则5.2.1 受体细胞受体细胞5.2.2 受体细胞选择的基本原则受体细胞选择的基本原则3/28/20238欢迎同学们听课!5.2.1 受体细胞受体细胞受体细胞受体细胞(receptor cell):):又称为宿又称为宿主细胞或寄主细胞(主细胞或寄主细胞(host cell)从实验技术上讲从实验技术上讲:是能摄取外源:是能摄取外源DNA并使其稳定维持的细胞。并使其稳定维持的细胞。从实验目的上讲从实验目的上讲:是有应用价值和理论:是有应用价值和理论研究价值的细胞。研究价值的细胞。3/28/20239欢迎同学们听课!5.2.2 受体
6、细胞选择的原则受体细胞选择的原则外源外源DNA分子能稳定存在,限制酶缺陷型;分子能稳定存在,限制酶缺陷型;重组基因缺陷型;重组基因缺陷型;易于转化易于转化/转导;转导;易筛选易筛选遗传稳定性高,易于扩大培养;遗传稳定性高,易于扩大培养;安全性高;安全性高;内源蛋白酶基因缺失或缺陷;内源蛋白酶基因缺失或缺陷;遗传密码无明显偏好性;遗传密码无明显偏好性;具有较好的转译加工机制;具有较好的转译加工机制;较高的理论和实践应用价值。较高的理论和实践应用价值。3/28/202310欢迎同学们听课!5.3 基因转移(基因转移(gene transfer)载体与目的基因连接后,体系中可能存在下列分载体与目的基
7、因连接后,体系中可能存在下列分子:子:a.a.未连接的载体分子未连接的载体分子b.b.未连接的未连接的DNADNA片段片段c.c.载体的自连载体的自连d.d.含有错误插入片段的重组含有错误插入片段的重组DNADNA分子分子e.e.重组重组DNADNA分子分子转化过程中,这些分子同时被转移到宿主细转化过程中,这些分子同时被转移到宿主细胞内。未连接的分子即使被细菌摄取,只有在特胞内。未连接的分子即使被细菌摄取,只有在特殊的条件下才能复制,寄主的酶可降解这些殊的条件下才能复制,寄主的酶可降解这些DNADNA片片段。自连的载体和错误插入的重组质粒可以进入段。自连的载体和错误插入的重组质粒可以进入3/2
8、8/202311欢迎同学们听课!宿主细胞进行正常的复制。因此,需要将宿主细胞进行正常的复制。因此,需要将重组克隆鉴定出来。重组克隆鉴定出来。把重组把重组DNA导入受体细胞进行扩增导入受体细胞进行扩增根据所用载体的特性选择适宜的受体细胞根据所用载体的特性选择适宜的受体细胞及选择适宜的重组及选择适宜的重组DNA导入的方式:转化、导入的方式:转化、转染和转导。转染和转导。3/28/202312欢迎同学们听课!5.3 基因转移(基因转移(gene transfer)5.3.1 重组质粒重组质粒DNA分子转化大肠杆菌分子转化大肠杆菌5.3.2 重组重组 噬菌体噬菌体DNA分子转导大肠杆菌分子转导大肠杆菌
9、5.3.3 重组重组DNA分子转入真核细胞分子转入真核细胞3/28/202313欢迎同学们听课!5.3.1 重组质粒重组质粒DNA分子转化大肠杆菌分子转化大肠杆菌5.3.1.1 细菌转化的机制细菌转化的机制5.3.1.2 化学转化法化学转化法(CaCl2诱导大肠杆菌转化法)诱导大肠杆菌转化法)5.3.1.3 电激法(电穿孔转化法)电激法(电穿孔转化法)5.3.1.4 转化率的计算及其影响因素转化率的计算及其影响因素3/28/202314欢迎同学们听课!5.3.1.1 细菌转化的机制细菌转化的机制转化转化(transformation):重重组组质质粒粒DNA分分子子通通过过与与膜膜蛋蛋白白结结
10、合合进进入入受受体体细细胞胞,并并在在受受体体细细胞胞内内稳稳定定维维持持和和表表达达的的过过程程称称为为转转化化。自自然然界界中中,转转化化并并不不是是细细菌菌或或的的遗遗传传信信息息的的主主要要方方式式,实实验验室室中中只只有有小小部部分分的的细细菌菌可可以以很很容容易易的的转转化化,进进一一步步的的研研究究发发现现,这这类类细细菌菌含含有有DNADNA结结合合和和吸吸收收的的代代谢谢机机制制。正正常常条条件件下下,大大部部分分细细菌菌包包括括大大肠肠杆杆菌菌,只只能能吸吸收收有有限限的的DNADNA,为为了了提提高高转转化化效效率率,建立了一系列的转化方法:建立了一系列的转化方法:a.a
11、.热激法转化感受态细胞热激法转化感受态细胞 b.PEGb.PEG介导的原生质体转化介导的原生质体转化 3/28/202315欢迎同学们听课!c.c.高压电穿孔法转化高压电穿孔法转化 d.d.显微注射法转化显微注射法转化 e.e.接合转化接合转化 f.f.噬菌体转染噬菌体转染3/28/202316欢迎同学们听课!表表41 41 大肠杆菌常用转化方法的比较大肠杆菌常用转化方法的比较转转 化化 方方 法法转转 化化 效效 率率Ca Ca 诱诱 导导10107-87-8原生质体转化原生质体转化10105-65-6噬菌体转化噬菌体转化10107-87-8电电 穿穿 孔孔 法法10106-96-9(100
12、Kb100Kb)结结 合合 转转 化化10104-54-53/28/202317欢迎同学们听课!5.3.1.2 化学转化法(化学转化法(CaCl2诱导大肠杆菌转化诱导大肠杆菌转化法)法)原原理理:0C、低低浓浓度度(50100 mM)CaCl2,Ca2+改改变变细细胞胞膜膜的的磷磷脂脂层层结结构构,提提高高膜膜的的通通透透性性,而而且且增增强强进入细胞的进入细胞的DNA分子抗分子抗DNase的能力。的能力。特特点点:操操作作简简便便,不不需需特特殊殊仪仪器器,一一般般实实验验室室均均可可进进行行。转转化化率率在在5 1062 107个个转转化化子子/g质质粒粒DNA范范围内,完全可满足常规克隆
13、的需要。围内,完全可满足常规克隆的需要。3/28/202318欢迎同学们听课!5.3.1.2 化学转化法(化学转化法(CaCl2诱导大肠杆菌转化法)诱导大肠杆菌转化法)感受态细胞制备:感受态细胞制备:感受态细胞感受态细胞:指处于能吸收周围环境:指处于能吸收周围环境中中DNA分子的生理状态的细胞。分子的生理状态的细胞。菌种活化、培养、收菌和进行菌种活化、培养、收菌和进行CaCl2处理。处理。DNA分子转化感受态细胞:分子转化感受态细胞:冰浴、冰浴、42C热激、热激、37 C恢复、涂板培恢复、涂板培养。养。3/28/202319欢迎同学们听课!5.3.1.3 电激法(电穿孔转化法)电激法(电穿孔转
14、化法)原理原理:利用高压电脉冲作用,在细菌细胞膜上进行电穿孔利用高压电脉冲作用,在细菌细胞膜上进行电穿孔(electroporation),形形成成可可逆逆的的瞬瞬间间通通道道,促促进进外外源源DNA的有效吸收。的有效吸收。特点特点:1.感受态细胞制备简单;感受态细胞制备简单;2.转化率高达转化率高达1091010个转化子个转化子/g质粒质粒DNA;3.用途广泛,但需特殊仪器电激仪。用途广泛,但需特殊仪器电激仪。除除感感受受态态细细胞胞制制备备及及转转化化与与化化学学法法不不同同之之外外,其其余余步步骤骤包包括所设转化对照与化学法相均相同。括所设转化对照与化学法相均相同。3/28/202320
15、欢迎同学们听课!5.3.1.4 转化率的计算及其影响因素转化率的计算及其影响因素转化率:转化率:是指是指DNA分子转化受体菌获得转化子的效率。分子转化受体菌获得转化子的效率。转化率计算:转化率计算:转化子总数转化子总数/DNA分子总数或质量分子总数或质量 或或 转化子总数转化子总数/受体细胞数受体细胞数实际中按转化子总数实际中按转化子总数/DNA分子质量分子质量(g)计算计算3/28/202321欢迎同学们听课!影响转化效率的因素影响转化效率的因素受体细胞的感受态,它决定转化因子能否被吸收进入受体细胞;受体细胞的限制酶系统和其他核酸酶,它们决定转化因子在整合前是否被分解;受体和供体染色体的同源
16、性,它决定转化因子的整合;重组DNA 分子大小重组DNA纯度、浓度3/28/202322欢迎同学们听课!5.3.2 重组重组 噬菌体噬菌体DNA分子转导大肠杆菌分子转导大肠杆菌转染转染(transfection):采采用用与与质质粒粒DNA转转化化受受体体细细胞胞相相似似的的方方法法,将将重重组组 噬噬菌菌体体DNA分分子子直直接接导导入入受受体体细细胞胞中中的的过过程程,称为转染。称为转染。效效率率较较低低,103104个个噬噬菌菌斑斑/g DNA,较较难难满足一般实验要求,实践中少用。满足一般实验要求,实践中少用。转导转导(transduction):是是指指通通过过 噬噬菌菌体体(病病毒
17、毒)颗颗粒粒感感染染宿宿主主细细胞胞的途径把外源的途径把外源DNA分子转移到受体细胞内的过程。分子转移到受体细胞内的过程。效效率率高高,可可达达103104个个噬噬菌菌斑斑/g DNA,需需进行体外包装。进行体外包装。3/28/202323欢迎同学们听课!体外装配(体外装配(in vitro packaging):DNA的转染的转染效率不高,如果将重组的效率不高,如果将重组的分子装配成头分子装配成头-尾结尾结构的病毒粒子,将极大的提高效率。构的病毒粒子,将极大的提高效率。3/28/202324欢迎同学们听课!噬菌体转化大肠杆菌的方法3/28/202325欢迎同学们听课!噬菌体转化大肠杆菌的方法
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