目基因克隆课件

1、关于目的基因的克隆第一张，PPT共三十一页，创作于2022年6月 基因工程或DNA重组技术三大用途的前提条件是从生物体基因组中分离克隆目的基因，目的基因获得之后，或确定其表达调控机制和生物学功能，或建立高效表达系统，构建具有经济价值的基因工程菌（细胞），或将目的基因在体外进行必要的结构功能修饰，然后输回细胞内改良生物体的遗传性状，包括人体基因治疗。 一般来说，目的基因的克隆战略分为两大类：一类是构建感兴趣的生物个体的基因文库，即将某生物体的全基因组分段克隆，然后建立合适的筛选模型从基因组文库中挑出含有目的基因的重组克隆；另一类是利用PCR扩增技术甚至化学合成法体外直接合成目的基因，然后将之克隆

2、表达。第二张，PPT共三十一页，创作于2022年6月一 鸟枪法1.鸟枪法克隆目的基因的基本战略2.鸟枪法操作的改进 3.鸟枪法克隆目的基因的局限性 基因测序“鸟枪法”，也俗称“霰弹法”。简单地说，它有点类似生活中玩的拼图游戏。拼图游戏是将一个完整的画面分成杂乱无章的碎块，然后重新拼装复原。而“鸟枪法”则是先将整个基因组打乱，切成随机碎片，然后测定每个小片段序列，最终利用计算机对这些切片进行排序和组装，并确定它们在基因组中的正确位置。 “鸟枪法”最初主要用于测定微生物基因组序列。近年来，美国塞莱拉公司先后利用改进的全基因组“鸟枪法”完成了果蝇和人类基因组的测序工作，证明了它在测定大基因组上的可行

3、性和有效性。“鸟枪法”优点是速度快，简单易行，成本较低。 第三张，PPT共三十一页，创作于2022年6月1.鸟枪法克隆目的基因的基本战略 随机克隆供体细胞的全基因组DNA片段，然后通过快速有效的筛选程序从众多克隆中分离出含有目的基因的目的重组子，进而获得目的基因。鸟枪法适用于原核细菌目的基因的克隆分离。第四张，PPT共三十一页，创作于2022年6月（1）染色体DNA的切断 超声波处理：片段长度均一，大小可控，平头末端。 全酶切： 片段长度不均一，粘性末端便于连接，但有可能使目的基因断开， 大小不可控。 部分酶切： 片段长度可控，含有粘性末端，目的基因完整。 （2）与载体连接 如果转化子采用菌落

4、原位杂交法或限制性酶切图谱法筛选，则选择多拷贝克隆载体；如果转化子采用基因产物功能检测法筛选，则选择表达型载体。如果转化子采用菌落原位杂交法或限制性酶切图谱法筛选，则选择大肠杆菌作为（3）转化受体细胞 受体细胞；如果转化子采用基因产物功能检测法筛选，则选择能使目的基因表达的受体细胞。（4）筛选含有目的基因的目的重组子 菌落原位杂交法、基因产物功能检测法（筛选模型的建立）。 第五张，PPT共三十一页，创作于2022年6月2.鸟枪法操作的改进使用这一改进方法的前提条件是：目的基因的酶切图谱已知。如果已知目的基因两端的酶切口，可用该酶处理染色体DNA，然后与载体拼接，这样可以保证目的基因的完整性，从

5、而提高重组子中目的重组子的出现频率。 （1）使用特征性限制性内切酶切开染色体DNA 第六张，PPT共三十一页，创作于2022年6月例如，已知某目的基因位于1.8 kb的Sal I片段中，将染色体DNA用Sal I切开，琼脂糖凝胶电泳分离，用刀片切下相当于1.6 - 2.0 kb大小区域内的凝胶块，从此凝胶块中回收DNA片段，然后与载体进行拼接在连接前将DNA片段进行分级分离 2.0 kb1.6 kb1.8 kb第七张，PPT共三十一页，创作于2022年6月冻融法滤纸法吸附法低融点凝胶法溶解法凝胶DNA片段回收技术 第八张，PPT共三十一页，创作于2022年6月 结合DNA制备膜选择性地吸附DN

6、A的方法达到快速纯化质粒DNA的目的。适合于从14 mL细菌培养物中提取多至20g 高纯的质粒DNA，用于测序、体外转录与翻译、限制性内切酶消化、细菌转化等分子生物学实验。第九张，PPT共三十一页，创作于2022年6月3.鸟枪法克隆目的基因的局限性工作量较大，需要了解目的基因的背景知识不能获得的最小长度的目的基因不能除去真核生物目的基因的内含子结构第十张，PPT共三十一页，创作于2022年6月二、 cDNA法1.cDNA法克隆目的基因的基本战略2.cDNA法分离目的基因的基本程序3.cDNA法法克隆目的基因的局限性第十一张，PPT共三十一页，创作于2022年6月mDNA（1）cDNA第一链的合

7、成 5ppp5G G AAAAAAAAAAAAAAOH 35ppp5G G AAAAAAAAAAAAAAOH 3TTTTTTTTTTTTTTp 55ppp5G G AAAAAAAAAAAAAAOH 3TTTTTTTTTTTTTTp 5cDNA第一链引物退火逆转录酶dNTPs1.cDNA法克隆目的基因的基本战略第十二张，PPT共三十一页，创作于2022年6月（2）cDNA第二链的合成 煮沸NaOH自身引导法：获得的双链cDNA 5端会有几对碱基缺失AAAAAAAAAAAAAA5ppp5G G AAAAAAAAAAAAAAOH 3TTTTTTTTTTTTTTp 5TTTTTTTTTTTTTTp 5

8、TTTTTTTTTTTTTTp 5AAAAAAAAAAAAAAOH 3TTTTTTTTTTTTTTOH 3KlenowdNTPsS1自身环化形成发夹结构降解双链中的单链，如发夹结构第十三张，PPT共三十一页，创作于2022年6月DNApol dNTPsRNaesH置换合成法：获得的双链cDNA 5端也会有几对碱基缺失5ppp5G G AAAAAAAAAAAAAAOH 3TTTTTTTTTTTTTTp 5AAAAAAAAAAAAAAp 55以切断的mRNA为引物 AAAATTTOH 3TTTTTTTTTTTTTTp 55TTTTTTTTTTTTTTOH 3AAAAAAAAAAAAAA 55TTT

9、TTTTTTTTTTT 33T4-DNA ligase焦磷酸钠存在条件下合成cDNA第一链第十四张，PPT共三十一页，创作于2022年6月dCTPTdT引导合成法：获得的双链cDNA 能保留完整的5端序列5ppp5G G AAAAAOH 3TTTTTp 53 HO5ppp5G G AAAAACCCCCCCOH 33 HOCCCCCCCTTTTTp 53 HOCCCCCCCTTTTTp 53 HOCCCCCCCTTTTTp 55 pGGGGGGG3 HOCCCCCCCTTTTTp 55 pGGGGGGGAAAAAOH 3NaOH退火KlenowdNTPs第十五张，PPT共三十一页，创作于2022

10、年6月（3）双链cDNA的克隆 双链平头的cDNA通常可以使用下列三种方法克隆入载体中： 平头末端直接与载体连接，但插入的片段无法回收。 平头两端分别接同聚物尾，最好是AT同聚物尾，这样重组。分子可通过加热局部变性和S1核酸酶处理回收插入片段。加装人工接头引入酶切口，以便插入片段回收。 第十六张，PPT共三十一页，创作于2022年6月2.cDNA法分离目的基因的基本程序（1）完备分离程序 提取细胞总mRNA，合成总cDNA，将之全部克隆，然后借助于合适的筛选手段找到目的重组子。 筛选时，若使用的是多拷贝载体，则采用菌落原位杂交法筛选；若使用的是表达型载体，则采用菌落免疫杂交法筛选。 完备分离程

11、序适用于mRNA分子数少的目的基因的克隆，如人胰岛素基因、干扰素基因、凝血因子VIII基因等。 第十七张，PPT共三十一页，创作于2022年6月（2）特异分离程序 提取细胞总mRNA，琼脂糖凝胶电泳分离，回收目标mRNA，由此合成双链cDNA，然后进行克隆。 特异分离程序较适用于mRNA丰度极高的目的基因克隆如血红蛋白基因等。 第十八张，PPT共三十一页，创作于2022年6月（3）差异分离程序 利用两组细胞mRNA种类的差异，分离克隆差异mRNA所对应的cDNA，因而这种程序较适用于分离克隆新基因。 例如：正常的大鼠FR3T3成纤维细胞中，有些新基因是不能自发表达的，需在多瘤病毒感染之后方可转

12、录。任务是要分离克隆这些新基因，进而研究其生物学功能。 第十九张，PPT共三十一页，创作于2022年6月差异分离程序 多瘤病毒感染的FR3T3细胞正常的FR3T3细胞总mRNA总mRNAcDNA双链cDNA单链cDNA提取mRNA合成cDNA合成第二链克隆提取mRNA共价交联上柱原位杂交病毒诱导表达的基因cDNA克隆第二十张，PPT共三十一页，创作于2022年6月3.cDNA法克隆目的基因的局限性并非所有的mRNA分子都具有polyA结构。 细菌或原核生物的mRNA半衰期很短。mRNA在细胞中含量少，对酶和碱极为敏感，分离纯化困难。仅限于克隆蛋白质编码基因。 第二十一张，PPT共三十一页，创作

13、于2022年6月三 PCR法 PCR（Polymerase Chain Reaction）法，又称为聚合酶链反应或PCR扩增技术，是一种高效快速的体外DNA聚合程序 使用PCR法克隆目的基因的前提条件是：已知待扩增目的基因或DNA片段两侧的序列，根据该序列化学合成聚合反应必 需的双引物。1.PCR法定向扩增目的基因的基本原理第二十二张，PPT共三十一页，创作于2022年6月 由Taq DNA聚合酶扩增的PCR产物中，其3末端总是会带有一个非模板依赖型的突出碱基，而且这个碱基几乎总是A，因为Taq DNA聚合酶对dATP具有优先聚合活性。由于该突出碱基的存在，克隆时即可以采取TdT末端加同聚尾的

14、方法与载体拼接，也可以使用专门的T载体克隆 2.PCR克隆目的基因的基本程序55AATT55PCR扩增产物T 载体T7lacZMCSoriApr第二十三张，PPT共三十一页，创作于2022年6月四 化学合成法1.化学合成法的基本战略2.化学合成的单元操作3.DNA化学合成的用途第二十四张，PPT共三十一页，创作于2022年6月1.化学合成法的基本战略（1）全基因合成化学合成目的基因的前提条件是基因的DNA序列已知，有三种战略：小片段粘接法 混合退火根据目的基因全序列，分别合成12-15碱基长的单链DNA小片段T4-DNA连接酶连接克隆入合适的载体 第二十五张，PPT共三十一页，创作于2022年

15、6月补钉延长法混合退火根据目的基因两条互补链全序列，分别合成12-15碱基长的单链DNA小片段以及20-30碱基长的单链DNA中片段T4-DNA连接酶连接克隆入合适的载体 Klenow酶聚合第二十六张，PPT共三十一页，创作于2022年6月大片段酶促法混合退火根据目的基因的全序列，分别合成40-50碱基长的单链DNA片段T4-DNA连接酶连接克隆入合适的载体 Klenow酶聚合第二十七张，PPT共三十一页，创作于2022年6月 上述三种方法各有利弊：化学合成DNA的单片段愈短，收率就愈高，但由于化学合成的份额较大，成本较高；在大片段酶促法合成目的基因时，虽然化学合成的份额相对较小，成本较低，但大片段化学合成的收率极低，例如，每聚合一个单体的产物收率为95%则合成50个碱基长的DNA单链大片段的总收率只有7.7%第二十八张，PPT共三十一页，创作于2022年6月（2）探针等寡聚核苷酸合成 在某些情况下，往往只知道目的基因编码产物的部分氨基酸序列，而基因序列未知，