基因克隆载体 (2)讲稿.ppt
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1、关于基因克隆载体(2)第一页,讲稿共九十九页哦基因克隆载体的特点具备与外源DNA片段连接和重组的克隆位点进入受体细胞后能稳定存在于细胞质中或与染色体整合在一起在宿主细胞或受体细胞中自我复制或随整合的受体细胞染色体DNA一起复制外源基因能在受体细胞中表达克隆载体进入细胞后有可供选择标记第二页,讲稿共九十九页哦 克隆载体的分类克隆载体的分类质粒载体 大肠杆菌质粒载体,枯草杆菌质粒载体,酵母质粒载体,农杆菌质粒载体,蓝细菌质粒载体噬菌体质粒载体 双链DNA噬菌体载体:单链DNA噬菌体载体:M13,T3,T7病毒载体 植物病毒载体CaMV(花椰菜花斑病病毒)动物病毒载体 SV40(猿猴空泡病毒)2.1
2、 按构建克隆载体按构建克隆载体DNADNA的来源分类的来源分类第三页,讲稿共九十九页哦质粒和噬菌体DNA兼有的载体 Phasmid 载体(含有f1 噬菌体的ori)Cosmid 载体(含有DNA的Cos区)染 色 体 和 质 粒 DNA兼 有 的 载 体(Chrosmid vector)基因整合平台系统 克隆载体其它克隆载体第四页,讲稿共九十九页哦2.2 2.2 按克隆载体的用途分类按克隆载体的用途分类 cDNA克隆载体:gt11,pT7T3 原核(Prokaryotic)表达载体:pKK223-3 原核基因融合(Prokaryotic gene fusion)载体:pGEX-2T,pGEX-
3、3X 真核(Eukaryotic)表达载体:pSVK3,pBPV 转录(Transcription)载体:pSL1190 普通载体(General vector):pBR322,pUC18第五页,讲稿共九十九页哦第二节第二节 质粒克隆载体质粒克隆载体 质粒载体的一般特性质粒载体的一般特性质粒是质粒是一种广泛存在于细菌一种广泛存在于细菌细胞中细胞中染色体以染色体以 外外的能的能自自主复制主复制的裸露的的裸露的环状双链环状双链DNA分子,比病毒更简单。分子,比病毒更简单。在霉菌、蓝藻、酵母和一在霉菌、蓝藻、酵母和一些动植物细胞中也发现了些动植物细胞中也发现了质粒,目前对细菌的质粒质粒,目前对细菌的
4、质粒研究得比较深入。研究得比较深入。第六页,讲稿共九十九页哦质粒载体的一般特性 质粒的组成与构型质粒的组成与构型 细胞内:超螺旋环状共价双链DNA分子 细胞外:超螺旋、开环,线形 双螺旋共价闭合双螺旋共价闭合环(超螺旋)环(超螺旋)开环双螺旋开环双螺旋(一个裂口)(一个裂口)线状双螺旋线状双螺旋(两个裂口)(两个裂口)第七页,讲稿共九十九页哦 质粒质粒DNADNA分子的大小:分子的大小:细菌质粒的大小相差较大,小的仅不足1kb,大的可达数百kb.不相容性不相容性(Incompatible):两种类似的但又不同的质粒不能存在于同一细胞中 可可转转移移性性:质粒可通过接合作用等方式转移到新的宿主细
5、胞中 复复制制性性:质粒DNA分子只在宿主细胞内进行单向复制,其复制受质粒本身和宿主细胞遗传系统的双重控制,质粒提供复制的起始位点和核苷酸的序列 第八页,讲稿共九十九页哦6 6)相关基因)相关基因 A)COP因子:决定质粒的拷贝数,在质粒的复制过程中指令细胞合成阻物,当质粒复制到一定的拷贝时,阻物的量也积累到足以阻止质粒的复制B)Rep基因:在质粒的复制过程中,Replication基因会指令宿主细胞合成一种调节蛋白,促进质粒的复制C)Inc基因:决定两种亲缘关系相近的两种质粒不能存在于同一宿主细胞中D)Tra基因:指令宿主细胞合成菌毛(Pilus)和细胞表面物,促使宿主细胞与受体细胞表面结合
6、,遗传物质的转移E)抗性基因:抗菌素抗性基因,Apr,TcrF)产毒素基因:大肠杆菌素基因(Col-质粒)G)降解基因:降解重金属、有机物和农药等H)致瘤基因:诱导某些组织形成肿瘤,如Ti质粒,Ri质粒 第九页,讲稿共九十九页哦 几种常见的质粒载体几种常见的质粒载体)pBR322pBR322:含有双抗基因(Apr,Tcr)Col E1 复制起始子 第十页,讲稿共九十九页哦2 2)pUC18-19pUC18-19:含有pBR322的Apr基因和复制的起始点,部分缺失的Lac操纵子片段,并在Lac Z区组装了MCS 第十一页,讲稿共九十九页哦pUC 18-19多克隆位点多克隆位点第十二页,讲稿共九
7、十九页哦3 3)pBluescript M13pBluescript M13:含有M13噬菌体DNA复制起点的载 体,该起点以互为相反方向插入到含有T3和T7噬菌体启动 子的一个来自pUC质粒的载体当中 第十三页,讲稿共九十九页哦pBluescript M13pBluescript M13多克隆位点多克隆位点第十四页,讲稿共九十九页哦4)TiTi质粒载体质粒载体第十五页,讲稿共九十九页哦第十六页,讲稿共九十九页哦病毒区基因及功能病毒区基因及功能第十七页,讲稿共九十九页哦TiTi质粒质粒T-DNAT-DNA的边界序列的边界序列第十八页,讲稿共九十九页哦 质粒载体的构建质粒载体的构建1)构建的质粒
8、载体能转化受体细胞,并在其中进行松弛型复制.*选择松弛型质粒复制起始子(Ori)2)构建的质粒载体含有克隆外源DNA的位点(MCS)*构建的质粒载体含有选择标记基因(Apr,Tcr,Kmr)*构建的质粒载体分子量小,转化效率高,插入外源片段较大.3.1 3.1 质粒构建的基本要求质粒构建的基本要求第十九页,讲稿共九十九页哦3.2 pBR3223.2 pBR322质粒载体的构建质粒载体的构建第二十页,讲稿共九十九页哦.3 pUC18-19.3 pUC18-19 质粒载体的构建质粒载体的构建以pBR322为出发质粒,用含乳糖操纵子O、P和Z的DNA片段取代pBR322上的Tcr基因,并在Z区组入一
9、个多克隆位点第二十一页,讲稿共九十九页哦pUC18-19pUC18-19的构建的构建第二十二页,讲稿共九十九页哦3.3.蓝藻质粒载体的构建蓝藻质粒载体的构建 蓝藻作为受体细胞的特点蓝藻作为受体细胞的特点 a)原核生物,能进行光合作用,具有固氮能力 b)基因组简单,50%的蓝藻含有质粒 c)细胞大(10-10于E.coli)储藏蛋白多,单一蛋白可达 25%,而大肠杆菌仅为5%d)蛋白更新慢,容受性比较大 e)蛋白酶的降解作用比较低,产物比较均一 蓝藻质粒的特点蓝藻质粒的特点 a)双向载体(需要两种Ori)b)合适的选择标记 c)分子大小合适 d)拷贝高第二十三页,讲稿共九十九页哦蓝藻质粒载体蓝藻
10、质粒载体pAQE17pAQE17的构建的构建第二十四页,讲稿共九十九页哦3.3.农杆菌农杆菌TiTi质粒载体的构建质粒载体的构建设计原理设计原理:保留T-DNA两侧的边界序列,插入选择 性标记,除去致瘤基因和无关基因.共整合质粒载体共整合质粒载体:将T-DNA区段编码致瘤基因和 冠瘿碱合成酶的基因由pBR322上的一段DNA片段取代,当携带目的基因片段的pBR322衍生中间载体进入农杆菌细胞后,两者相同的pBR322序列之间发生同源交换,导致外源目的基因片段整合到Ti质粒上.第二十五页,讲稿共九十九页哦 外源片段共整合到外源片段共整合到TiTi质粒上的过程质粒上的过程第二十六页,讲稿共九十九页
11、哦双向载体:双向载体:由两个以上的质粒构建而成.将Ti质粒的Vir与广宿主范围质粒的携带目的基因(MCS)、选择性标记、转移和复制功能整合在一起.双向载体可在大肠杆菌和农杆菌中进行复制并稳定存在下去双向Ti质粒载体的构建第二十七页,讲稿共九十九页哦第三节第三节 噬菌体衍生的克隆载体噬菌体衍生的克隆载体.1.1噬菌体的一般特性噬菌体的一般特性 噬菌体的组成噬菌体的组成 结构:外壳蛋白 DNA 形态:头部 尾部 噬菌体克隆载体噬菌体克隆载体第二十八页,讲稿共九十九页哦噬菌体的电子显微镜照片第二十九页,讲稿共九十九页哦 a)在噬菌体内呈线性双链DNA分子(48502bp)在两端各有12个碱基组成的5
12、单链互补粘 性末端(Cohesive end),进入宿主细胞后,粘性末端连接形成环状分子(Cos位点)5-GGGCGGCGACCTXXXXG-3 XXXXCCCCGCCGCTGGA-5 b)基因组DNA上有多种限制酶识别位点 c)噬菌体包装DNA的大小为原DNA长度的 75-105%(38-54 kb)基因组DNA的特点第三十页,讲稿共九十九页哦1.2 基因组DNA的结构第三十一页,讲稿共九十九页哦噬菌体的组装第三十二页,讲稿共九十九页哦1.3 噬菌体载体构建的策略a)去除部分限制酶识别位点b)去除非必需区DNAc)插入可供选择的标记基因第三十三页,讲稿共九十九页哦常用的噬菌体衍生载体载体名称
13、载体名称 分子大小分子大小(kb)(kb)可克隆外源可克隆外源DNADNA片段大小片段大小(kb)(kb)Charon 3A 4.83 0 21.4 Charon 3A 4.83 0 21.4 Charon 4A Charon 4A 4.54 4.54 0 20.10 20.1 Charon 17 4.64 0-22.4 Charon 17 4.64 0-22.4 Charon 20 40.36 0 21.37 Charon 20 40.36 0 21.37 Charon 21 A 41.7 0 21.08 Charon 21 A 41.7 0 21.08 Charon 28 39.39 0
14、20.05 Charon 28 39.39 0 20.05 Charon 30 46.76 0-20.24 Charon 30 46.76 0-20.24 LA 7 1 40.6 0 24.1 LA 7 1 40.6 0 24.1 Sep6-lac 5 44.3 0 22.4 Sep6-lac 5 44.3 0 22.4 BF 101 46.0 6.3 24.4 BF 101 46.0 6.3 24.4第三十四页,讲稿共九十九页哦2.Cosmid克隆载体2.1 Cosmid2.1 Cosmid载体的特点载体的特点 a)兼有噬菌体和质粒载体的特点含有噬菌体Cos位点(可进行体外包装)和细菌质粒载
15、体的复制子(选择标记,可在细菌中保存和大量复制)b)可插入大片段外源DNA第三十五页,讲稿共九十九页哦2.2 部分Cosmid载体CosmidCosmid载体载体 复制子复制子 分子量分子量(kb)(kb)选择标记选择标记 克隆位点克隆位点 克隆能力克隆能力(kb)(kb)C2XB pMB1 6.8 Apr,Kmr Bam HI,Cla I,EcoRI 32-45 Hind III,Pst I,Sma I pHC79 pMB1 6.4 Apr,Tcr EcoR I,Hind III,Sal I 29-46 BamHI,Pst I,Cal IpHS262 Col E1 2.8 Kmr Bam H
16、I,EcoR I,HincII 34 46pJC74 Col E1 15.8 Apr EcoR I,BamHI,Sal I 21 37pJB8 Col E1 5.4 Apr BamHI,Hind III,Sal I 31 47MUA-3 pMB I 4.8 Tcr Pst I,EcoR I,Bal I 32-48pTL 5 pMB I 5.6 Tcr Bgal I,Bal I,Hpa I 31 47pMF7 pMB I 5.4 Apr EcoR I,Sal I 32 48第三十六页,讲稿共九十九页哦3.M13衍生的克隆载体3.1 M13噬菌体的特点 *环状单链DNA(6407碱基),可转导E.
17、coli *含有基因间隔区(IS-Inter sequence)*具有转染作用(E.coli)第三十七页,讲稿共九十九页哦3.2 M13 DNA的复制与M13噬菌体的增殖 a)M13噬菌体吸附在大肠杆菌表面F性毛上,M13 ss-DNA(+链)进入细胞 b)在宿主细胞内以+链为模板合成大量的-DNA 链,成为双链复制型DNA(RF-DNA),同时在宿 主细胞内合成大量的特异性蛋白与+链DNA 结合 c)RF-DNA 以-DNA为模板不断合成+链DNA,与特异性蛋白结合,组装成新的噬菌体颗粒.释放到细胞外,而不破坏宿主细胞第三十八页,讲稿共九十九页哦3.3 M13 衍生的克隆载体第三十九页,讲稿
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