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基因的转移与重组体的筛选和鉴定-4

2020.9.08
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王辉

致力于为分析测试行业奉献终身

(3)插入表达筛选法

与插入失活相反,插入表达法是外源目的基因插入特定载体后,能激活用于筛选操作的标记基因的表达,由此进行转化子的筛选。设计载体时,在筛选标记基因前面连接一段具有抑制作用的负调控序列,插入外源DNA将使该负调控序列失活,其下游的筛选标记基因才能表达。例如质粒pTR262有一个负调控的cI基因,当外源DNA片段插入cI基因中的BcII或Hind III位点,造成cI基因失活,位于cI基因下游的Tet基因(受cI基因控制)因解除阻遏而被表达,转化后的重组体细胞,在含有四环素的平板中可形成菌落;而未被酶解的质粒,自身环化质粒的转化细胞及未转化受体细胞均不能形成菌落。

(4)环丝氨酸筛选

这种筛选方法只使用于抗四环素的基因插入失活的重组克隆筛选。

如:四环素抗性插入失活

如果在Tetr上插入外源DNA,导致四环素抗性基因失活,可用四环素加环丝氨酸平板培养基选择重组克隆。

Tetr失活的菌生长被四环素抑制,不被环丝氨酸杀死,保留下来;

Tetr不失活的菌抗四环素,能分裂生长,反而被环丝氨酸杀死。

(5)显色反应筛选法

上面所述的抗药性等筛选法是用插入失活原理筛选重组DNA的方法。对菌落或噬菌斑平板进行影印复制,通过两个平板的比较,才能辨别插入失活的表型特征。这给筛选工作带来许多麻烦。

显色反应可以在平板上或膜上直接显示出重组克隆,不仅方便而且灵敏。如:在某些载体如M13噬菌体载体,pUC质粒系列、pGEM质粒系列,它们的载体上都携带lac z'基因一段序列,它编码β-半乳糖苷酶的α肽,而宿主细胞为lac z△M15的突变株。当将上述载体的转化细胞培养在含有X-gal和IPTG平板中,由于基因内互补作用,产生有生物活性的β-半乳糖苷酶,把培养基中的无色X-gal分解成半乳糖和呈蓝色的5-溴-4氯-靛蓝,使菌落呈蓝色。


若将外源DNA插入到载体上lac z¢ 序列中,使α-肽基因失活,失去α-互补作用,将重组体转化细胞培养在含有X-gal-IPTG平板上,菌落无色。利用β-半乳糖苷酶显色反应即可挑选出含有外源DNA重组体的阳性克隆

2. 报告基因

报告基因是某种生物的特定基因,装配在载体上成为载体结构的一部分,具有指示的功能。与抗药性基因相比较,报告基因作为筛选方法有更高的灵敏度和准确性,在基因工程中的重要性要大得多。

报告基因的表达产物易被检测,受体细胞本身没有这种内源性产物。通过快速测定,“报告”外源基因是否已经重组到载体中,判断外源基因是否已成功地导入宿主细胞(器官或组织),或者在宿主细胞中是否表达。细胞内报告基因产物常作为直接观察载体活动的指示分子。把已知的调控元件连接到报告基因上,控制后者转录活性,对细胞中基因调控和表达的变化作出应答反应,从而直观地“报告”细胞内有关基因表达的信号传递。


在基因工程实验中,选用何种报告基因依赖于所使用的细胞和实验的性质,以及相应检测方法的掌握。选择报告基因的准则包括(1)报告分子(报告基因的产物)应不存在于原有宿主细胞中,或者易与内源性基因产物相区别;(2)报告分子应该有一个简单、快速、灵敏及经济的分析方法来检测;(3)启动报告分子表达应有很宽的信号范围,以便分析启动子活性的幅度变化;(4)报告基因的表达必须不改变受体细胞本来的生理活动。
基因工程中常用的报告基因:

如:(1)氯霉素乙酰转移酶(chloraphenicol acetyltransferase,CAT)基因——氯霉素可选择性地与原核细胞核糖体50S亚基结合,抑制肽酰基转移酶的活性,从而阻断肽键的形成并最终抑制细胞生长。

(2)β-葡萄糖酸苷酶(β-Glucuronidase,GUS)基因:一种水解酶,转化植物细胞所产生的β-葡萄糖酸苷酶能够催化某些特殊反应的进行,通过荧光、分光光度和组织化学的方法对这些特殊反应产物的检测即可确定Gus报告基因的表达情况,以此区分转化子和非转化子。


(3)荧光素酶(luciferase,LUC)基因——一种源于萤火虫的动物蛋白基因产物,能够催化生物发光反应。

3. 依赖于重组子结构特征分析的筛选方法

(1)快速裂解菌落鉴定分子大小 ——根据有外源DNA片段插入的重组质粒与载体DNA之间大小的差异来区分重组子和非重组子

(2)限制性核酸内切酶酶解分析法——不仅可以进一步筛选鉴定重组子,而且能判断外源DNA片段的插人方向及分子质量大小等

将重组DNA分子限制酶切点图谱与空载体图谱作对比,根据各种酶切所得DNA片段的大小及变化,即可推测有无外源DNA的插入,并确定出各插入片段的相对位置。

(3)利用PCR方法筛选确定重组子

利用合适的引物,以从初选出来的阳性克隆中提取的质粒为模板进行PCR反应,通过对PCR产物的电泳分析来确定目的基因是否重组入载体中。

(4)DNA序列测定

最后为了确证目的基因序列的正确性,必须对重组体的DNA进行序列测定。

4. 物理检测法

(1)凝胶电泳检测法
  质粒DNA的电泳迁移率是与其分子量大小成比例的。因此,那些带有外源DNA插入序列的分子量较大的重组体DNA,在凝胶中的迁移速度,就要比不具有外源DNA插入序列的分子量较小的质粒DNA来得缓慢些根据这种差别,就可以容易地鉴定出哪些菌落是含有具外源NDA插入序列的分子量较大的重组质粒。

(2)R-环检测法
  在临近双链DNA变性温度下和高浓度(70%)的甲酰胺溶液中,即所谓的形成R-环的条件下,双链的DNA-RNA分子要比双链的DNA-DNA分子更为稳定。因此,将RNA及DNA的混合物置于这种退火条件下,RNA便会同它的双链DNA分子中的互补序列退火形成稳定的DNA-RNA杂交分子,而使被取代的另一链处于单链状态。这种由单链DNA分支和双链DNA-RNA分支形成的“泡状”体,叫做R-环结构。R-环结构一旦形成就十分稳定,而且可以在电子显微锐下观察到。所以,应用R-环检测法,可以鉴定出双链DNA中存在的与特定RNA分子同源的区域。


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