基因工程 第二章 基因工程的载体和工具酶

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1、第二章基因工程的载体和工具酶第一节载体引言基因克隆的本质是使目的基因在特定的条件下得到扩增和表达，而目的基因本身无法进行复制和表达、不易进入受体细胞、不能稳定维持，所以就必须借助于“载体”及其“寄主细胞”来实现。作为基因克隆的载体必须具备以下特性：⑴载体必须是复制子。⑵具有合适的筛选标记，便于重组子的筛选。⑶具备多克隆位点（MCS），便于外源基因插入。⑷自身分子量较小，拷贝数高。⑸在宿主细胞内稳定性高。一、质粒载体（一）质粒的生物学特性（1）质粒是独立于染色体以外的能自主复制的裸露的双链环状(少数为线形和RNA）DNA分子。广泛从在

2、于细菌细胞中，比病毒更简单。在霉菌、蓝藻、酵母和一些动植物细胞中也发现了质粒，目前对细菌的质粒研究得比较深入，特别是大肠杆菌的质粒。大肠杆菌的质粒主要有F质粒（F因子）、R质粒（抗药性因子）和Col质粒（大肠杆菌素因子）三种。（2）质粒的大小差异很大，最小的只有1kb,只能编码中等大小的2-3种蛋白质分子，最大的达到200kb。（3）质粒的生存在寄主细胞中“友好”地“借居”，离开了寄主它本身无法复制；同时质粒往往有宿主专一性，如大肠杆菌的复制起点不一定能在其它生物细胞中繁殖。（4）质粒的复制类型一种质粒在宿主细胞中存在的数目称为该质

3、粒的拷贝数。据拷贝数将质粒分为两种复制型：“严紧型”质粒（stigentplasmid）,拷贝数为1-3；“松弛型”质粒（relaxedplasmid）,拷贝数为10-60。不过即使是同一质粒，其拷贝数在不同的寄主细胞间和不同的生长环境也可能有很大的变化。（5）质粒的不亲和性两种亲缘关系密切的不同质粒不能在同一宿主细胞中稳定共存。载体质粒与受体的质粒应是不同的不亲和群。⑹质粒的转移  转移性质粒，含有tra基因；能通过结合作用从一个细胞转移到另一个细胞。非转移性质粒，不含tra基因；可以为转移性质粒所带动转移。（7）质粒的存在形式有

4、超螺旋、开环双螺旋和线状双螺旋三种，（二）质粒DNA的制备有多种分离质粒的方法，如碱裂解法、煮沸裂解法、层析柱过滤法等。目前一般使用碱变性法制备质粒DNA。这个方法主要包括培养收集细菌菌体，裂解细胞，将质粒DNA与染色体DNA分开及除去蛋白质和RNA。1.碱变性法质粒提取的原理：根据共价闭合环状质粒DNA与线性染色体DNA片断之间，在拓扑学上的差异而发展出来的。在pH值12.0～12.5范围内时，线性的DNA会被变性而共价闭合环状质粒DNA却不会被变性。通过冷却或恢复中性pH值使之复性，线性染色体形成网状结构，而cccDNA可以准确

5、迅速复性，通过离心去除线性染色体，获得含有cccDNA的上清液，最后用乙醇沉淀，获得质粒DNA。2.碱变性法提取质粒的步骤：（1）取1.5毫升含质粒的大肠杆菌过夜培养物，加在微量离心管中，离心收集细胞沉淀；（2）加入100微升冰冷的溶液I，（50mM葡萄糖，25mMTris-HClPH=8.0,10mMEDTA）涡旋震荡悬浮菌液。（3）加入200微升新配制的溶液II，（0.2MNaOH，1.0%SDS）缓缓混匀置室温5分钟。（4）加入150毫升冰冷的溶液III，（醋酸钾29.4克，冰乙酸11.5毫升，加蒸馏水至100毫升）颠倒离心管

6、10次后，冰浴5分钟。（5）离心的上清液用苯酚抽提数次，用乙醇沉淀收集质粒DNA。（三）质粒载体的改造⑴去掉不必要的DNA区段。⑵减少限制酶的识别位点，一种酶只保留一个。（单一的限制性酶切位点）。⑶加入易于捡出的选择性标记基因。⑷对质粒进行安全性改造，要求质粒不能随便转移。⑸改造或增加基因表达的调控序列。1、质粒pBR322结构：（1）氨苄青霉素抗性基因（ampr或Apr）内部有3种限制酶单一识别位点。（2）四环素抗性基因（tetr或Tcr）内部有7种，启动区内有2种限制酶单一识别位点。（3）DNA复制起点（ori）pBR322质粒

7、的优点：（1）具有较小的分子量。4363bp，2.6×106Da，（2）具有两种抗菌素抗性基因可供作转化子的选择记号。（3）具较高的拷贝数，而且经过氯霉素扩增之后,每个细胞中可累积1000～3000个拷贝。（4）对多种常见的限制性内切核酸酶只含有一个能切割的位点。2、pUC质粒载体1987年，J.Messing和J.Vieria采用MCS技术在pBR322基础上构建的。结构：（1）来自于pBR322的Ori（2）氨苄青霉素的抗性基因(ampr)。但核苷酸序列发生了变化（3）LacZ′基因编码β—半乳糖酶的α—肽链即氨基末端。（4）M

8、CS区段是一段用于插入外源DNA片段的特定区域，由一系列的紧密相连的限制性内切酶位点组成，而且每个限制性内切酶位点在整个载体中是唯一的。与pBR322相比，pUC质粒载体优点：（1）具有更小的分子量和更高的拷贝数如pUC8为2750b