基因重组和基因工程课件.ppt

1、目录目录 Genetic Recombination and Genetic Engineering目录目录第一节第一节自然界自然界DNADNA重组和基因转移是重组和基因转移是经常发生的经常发生的 DNA Recombination and Gene Transfer DNA Recombination and Gene Transfer Occur FrequentlyOccur Frequently in Naturein Nature目录目录DNADNA重组重组接合作用接合作用(conjugation)转化作用转化作用(transformation)转导作用转导作用(transducti

2、on)转转 座座(transposition)同源重组同源重组(homologous recombination)位点特异的重组位点特异的重组(site-specific recombination)目录目录 发生在同源序列间的重组称为发生在同源序列间的重组称为同源重组同源重组(homologous recombination)(homologous recombination)，又称又称基本基本重组（重组（general recombinationgeneral recombination）。是最基。是最基本的本的DNADNA重组方式，通过链的断裂和再连接，重组方式，通过链的断裂和再连接，在

3、两个在两个DNADNA分子同源序列间进行单链或双链分子同源序列间进行单链或双链片段的交换。片段的交换。以以E.coliE.coli的同源重组为例，了解同源重组的同源重组为例，了解同源重组机制的机制的HollidayHolliday模型。模型。一、同源重组是最基本的一、同源重组是最基本的DNADNA重组方式重组方式目录目录nHollidayHolliday模型的模型的4 4个关键步骤：个关键步骤：两个同源染色体两个同源染色体DNADNA排列整齐；排列整齐；片段重组体片段重组体(patch recombinant)拼接重组体拼接重组体(splice recombinant)一个一个DNADNA的一

4、条链断裂、并与另一个的一条链断裂、并与另一个DNADNA对对应的链连接，形成应的链连接，形成HollidayHolliday中间体；中间体；通过分支移动产生异源双链通过分支移动产生异源双链DNADNA；HollidayHolliday中间体切开并修复，形成两个双中间体切开并修复，形成两个双链重组体链重组体DNADNA，分别为：，分别为：目录目录 片段重组体片段重组体 （见模型图左边产物）：（见模型图左边产物）：切开的链与原来断裂的是同一条链，重组切开的链与原来断裂的是同一条链，重组 体含有一段异源双链区，其两侧来自同一亲体含有一段异源双链区，其两侧来自同一亲本本DNADNA。拼接重组体拼接重组

5、体（见模型图右边产物）：（见模型图右边产物）：切开的链并非原来断裂的链，重组体异切开的链并非原来断裂的链，重组体异源双链区的两侧来自不同亲本源双链区的两侧来自不同亲本DNADNA。目录目录 内切酶内切酶(recBCD)DNA侵扰侵扰(recA)分支迁移分支迁移 (recA)内切酶内切酶(recBCD)DNA 连接酶连接酶5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 3 3 5 3 5 3 3 5 5 3 5 3 5 3 HolidayHoliday中间体中间体5 3 5 3 5 3 5 3 目录目录Holiday中间体中间体5

6、3 5 3 5 3 5 3 5 5 5 3 5 5 3 3 3 3 5 5 5 5 3 3 3 3 5 5 5 5 3 3 3 5 5 5 5 3 3 3 3 5 5 5 5 3 3 3 3 内切酶内切酶(ruvC)内切酶内切酶(ruvC)DNA连接酶连接酶 DNA连接酶连接酶片段重组体片段重组体拼接重组体拼接重组体目录目录二、细菌的基因转移与重组有四种方式二、细菌的基因转移与重组有四种方式（一）接合作用（一）接合作用当细胞与细胞、或细菌通过菌毛相互当细胞与细胞、或细菌通过菌毛相互接触时，质粒接触时，质粒DNADNA从一个细胞（细菌）转从一个细胞（细菌）转移至另一细胞（细菌）的移至另一细胞（细

7、菌）的DNADNA转移称为转移称为接接合作用合作用(conjugation)(conjugation)。目录目录 可接合质粒如可接合质粒如 F F 因子因子(F factor)(F factor)细菌染色体外的小型环状双链细菌染色体外的小型环状双链DNADNA分子。分子。质粒质粒目录目录（二）转化作用（二）转化作用通过自动获取或人为地供给外通过自动获取或人为地供给外源源DNADNA，使细胞或培养的受体细胞获，使细胞或培养的受体细胞获得新的遗传表型，称为得新的遗传表型，称为转化作用转化作用 (transformation)(transformation)。目录目录例：例：溶菌时，裂解的溶菌时，裂

8、解的DNADNA片段被另一细菌摄取。片段被另一细菌摄取。目录目录（三）转导作用（三）转导作用当病毒从被感染的（供体）细胞释放当病毒从被感染的（供体）细胞释放出来、再次感染另一（供体）细胞时，发出来、再次感染另一（供体）细胞时，发生在供体细胞与受体细胞之间的生在供体细胞与受体细胞之间的DNADNA转移及转移及基因重组即为基因重组即为转导作用转导作用(transduction)(transduction)。目录目录噬菌体的生活史噬菌体的生活史溶菌生长途径溶菌生长途径 (lysis pathway)(lysis pathway)溶源菌生长途径溶源菌生长途径 (lysogenic(lysogenic

9、pathway)pathway)目录目录三、位点特异重组，即特异位点间三、位点特异重组，即特异位点间发生的整合发生的整合 位点特异重组位点特异重组(site-specific(site-specific recombination)recombination)是由整合酶催化，在两是由整合酶催化，在两个个DNADNA序列的特异位点间发生的整合。序列的特异位点间发生的整合。目录目录噬菌体的整合酶识别噬菌体和宿主噬菌体的整合酶识别噬菌体和宿主染色体的特异靶位点发生选择性整合；反染色体的特异靶位点发生选择性整合；反转录病毒整合酶可特异地识别、整合反转转录病毒整合酶可特异地识别、整合反转录病毒录病毒cD

10、NAcDNA的的长末端重复序列长末端重复序列(long(long terminal repeat,LTR)terminal repeat,LTR)。（一）（一）噬菌体噬菌体DNADNA的整合的整合目录目录（二）细菌的特异位点重组（二）细菌的特异位点重组沙门菌沙门菌H H片段倒位决定鞭毛相转变。片段倒位决定鞭毛相转变。目录目录hixhix为反向重复序列，它们之间的为反向重复序列，它们之间的H H片段片段可在可在HinHin控制下进行特异位点重组控制下进行特异位点重组(倒位倒位)。H H片段上有两个启动子片段上有两个启动子P P，其一驱动，其一驱动hinhin基基因表达，另一正向时驱动因表达，另一

11、正向时驱动H2H2和和rH1rH1基因表基因表达，反向达，反向(倒位倒位)时时H2H2和和rH1rH1不表达。不表达。rH1rH1为为H1H1的阻遏蛋白基因。的阻遏蛋白基因。目录目录 H2鞭毛素鞭毛素 阻遏蛋白阻遏蛋白Hin重组酶重组酶转位片段转位片段hinH2IH1 H1鞭毛素鞭毛素hinH2IDNA启动序列启动序列H1启动序列启动序列沙门菌沙门菌H H片段倒位决定鞭毛相转变片段倒位决定鞭毛相转变目录目录（三）免疫球蛋白基因的重排（三）免疫球蛋白基因的重排 免疫球蛋白免疫球蛋白(Ig)(Ig)，由两条轻链，由两条轻链(L(L链链)和两条重和两条重链链(H(H链链)组成，分别由三个独立的基因族

12、编码，组成，分别由三个独立的基因族编码，其中两个编码轻链其中两个编码轻链(和和)，一个编码重链。，一个编码重链。轻链的基因片段：轻链的基因片段：重链的基因片段：重链的基因片段：L V J C L V D J C 目录目录 重链重链(IgH)(IgH)基因的基因的V-D-JV-D-J重排和轻链重排和轻链(IgL)(IgL)基基因的因的V-JV-J重排均发生在特异位点上。在重排均发生在特异位点上。在V V片片段的下游，段的下游，J J片段的上游以及片段的上游以及D D片段的两侧片段的两侧均 存 在 保 守 的 重 组 信 号 序 列均 存 在 保 守 的 重 组 信 号 序 列(recombina

13、tion signal sequence,RSS)(recombination signal sequence,RSS)。此重排的重组酶基因此重排的重组酶基因rag(recombination rag(recombination activating gene)activating gene)共有两个，分别产生蛋共有两个，分别产生蛋白质白质RAG1RAG1和和RAG2RAG2。CACAGTG(12/23)ACAAAAACCGTGTCCAC TGTTTTTGG重组信号序列重组信号序列基因片段基因片段目录目录V片段片段J片段片段RSSRSS间插间插DNAOHOHV VJ J单链切开单链切开RAG1

14、RAG2分子内转酯反应分子内转酯反应单链切开单链切开转移核苷酸转移核苷酸修复、连接修复、连接免疫球蛋白基因重排过程免疫球蛋白基因重排过程目录目录四、转座重组四、转座重组 由插入序列和转座子介导的基因移位或由插入序列和转座子介导的基因移位或重排称为重排称为转座转座(transposition)(transposition)。大多数基因在基因组内的位置是固定的，大多数基因在基因组内的位置是固定的，但有些基因可以从一个位置移动到另一但有些基因可以从一个位置移动到另一位置。这些可移动的位置。这些可移动的DNADNA序列包括插入序序列包括插入序列和转座子。列和转座子。目录目录 插入序列插入序列(inse

15、rtion sequences,IS)(insertion sequences,IS)组成：组成：IRTransposase GeneIR（一）插入序列转座（一）插入序列转座 二个分离的反向重复二个分离的反向重复(inverted repeats,IR)(inverted repeats,IR)序列序列 特有的正向重复序列特有的正向重复序列 一个转座酶（一个转座酶（transposase)transposase)编码基因编码基因目录目录插入序列发生转座的形式：插入序列发生转座的形式：保守性转座保守性转座(conservative transposition)(conservative tran

16、sposition)复制性转座复制性转座(duplicative transposition)(duplicative transposition)目录目录插入序列的复制性转座插入序列的复制性转座目录目录 转座子转座子(transposons)(transposons)可从一个染色可从一个染色体位点转移到另一位点的分散重复序列。体位点转移到另一位点的分散重复序列。IRIRTransposase Gene有用基有用基因因（二）转座子转座（二）转座子转座 转座子组成：转座子组成：反向重复序列反向重复序列转座酶编码基因转座酶编码基因抗生素抗性等有用的基因抗生素抗性等有用的基因目录目录 细菌的可流动性

17、元件细菌的可流动性元件A A插入序列：转座酶编码基因两侧连接反向末端重复序列插入序列：转座酶编码基因两侧连接反向末端重复序列(箭头所示箭头所示)B B转座子转座子Tn3Tn3：含有转座酶、：含有转座酶、-内酰胺酶及阻遏蛋白编码基因内酰胺酶及阻遏蛋白编码基因C C转座子转座子Tn10Tn10：含四环素抗性基因及两个相同的插入序列：含四环素抗性基因及两个相同的插入序列IS10LIS10L目录目录由转座子介导的转座由转座子介导的转座目录目录第二节第二节 重组重组DNADNA技术技术又称又称DNADNA克隆或分子克隆克隆或分子克隆 DNA Recombination Technique is also

18、 DNA Recombination Technique is also Called DNA Cloning or Molecular Clone Called DNA Cloning or Molecular Clone 目录目录重组重组DNADNA技术的发展史技术的发展史18651865年年 G.J.MendelG.J.Mendel的豌豆杂交试验。的豌豆杂交试验。19441944年年 O.T.AveryO.T.Avery的肺炎球菌转化实验。的肺炎球菌转化实验。19731973年年 美国斯坦福大学的科学家构建第一个重组美国斯坦福大学的科学家构建第一个重组DNADNA分子。分子。197719

19、77年年 美国南旧金山由博耶和斯旺森建立世界上第一家遗美国南旧金山由博耶和斯旺森建立世界上第一家遗传工程公司，专门应用重组传工程公司，专门应用重组DNADNA技术制造医学上重要技术制造医学上重要的药物。的药物。19801980年年 开始建造第一家应用重组开始建造第一家应用重组DNADNA技术生产胰岛素的工厂。技术生产胰岛素的工厂。19971997年年 英国罗林研究所成功的克隆了多莉。英国罗林研究所成功的克隆了多莉。目录目录相关概念相关概念n DNADNA克隆克隆n 工具酶工具酶n 目的基因目的基因n 基因载体基因载体基本原理基本原理 重组重组DNADNA技术与医学的关系技术与医学的关系本节主要

20、内容：本节主要内容：目录目录一、重组一、重组DNADNA技术相关概念技术相关概念 克隆克隆(clone):(clone):来自同一始祖的相同副本或来自同一始祖的相同副本或拷贝的集合。拷贝的集合。获取同一拷贝的过程称为克隆化获取同一拷贝的过程称为克隆化(cloning)(cloning)，即无性繁殖。即无性繁殖。（一）（一）DNADNA克隆克隆目录目录 技术水平：技术水平：分子克隆分子克隆(molecular clone)(molecular clone)（即（即DNA DNA 克隆）克隆）细胞克隆细胞克隆 个体克隆（动物或植物）个体克隆（动物或植物）目录目录应用酶学的方法，在体外将各种来源的遗

21、应用酶学的方法，在体外将各种来源的遗传物质（同源的或异源的、原核的或真核的、传物质（同源的或异源的、原核的或真核的、天然的或人工的天然的或人工的DNADNA）与载体）与载体DNADNA接合成一具有接合成一具有自我复制能力的自我复制能力的DNADNA分子分子复制子复制子(replicon)(replicon)，继而通过转化或转染宿主细胞，筛选出含有目继而通过转化或转染宿主细胞，筛选出含有目的基因的转化子细胞，再进行扩增提取获得大的基因的转化子细胞，再进行扩增提取获得大量同一量同一DNADNA分子，也称分子，也称基因克隆或重组基因克隆或重组DNA DNA(recombinant DNA)(reco

22、mbinant DNA)。DNADNA克隆克隆目录目录 生物技术工程生物技术工程:基因工程、蛋白质工程、酶基因工程、蛋白质工程、酶工程、细胞工程等工程、细胞工程等 目的：目的：分离获得某一感兴趣的基因或分离获得某一感兴趣的基因或DNA DNA 获得感兴趣基因的表达产物（蛋白质）获得感兴趣基因的表达产物（蛋白质）基因工程基因工程(genetic engineering)(genetic engineering)实实现基因克隆所用的方法及相关的工作称基因现基因克隆所用的方法及相关的工作称基因工程，又称重组工程，又称重组DNADNA工艺学。工艺学。目录目录（二）工具酶（二）工具酶 限制性核酸内切酶限

23、制性核酸内切酶 DNADNA聚合酶聚合酶 逆转录酶逆转录酶 T T4 4DNADNA连接酶连接酶 碱性磷酸酶碱性磷酸酶 末端转移酶末端转移酶 TaqTaq DNA DNA聚合酶聚合酶目录目录重组重组DNADNA技术中常用的工具酶技术中常用的工具酶工工 具具 酶酶功功 能能限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶识别特异序列，切割识别特异序列，切割DNADNA连接酶连接酶催化催化DNA中相邻的中相邻的5 磷酸基和磷酸基和3 羟基末端之间形成磷酸羟基末端之间形成磷酸二酯键，使二酯键，使DNA切口封合或使两个切口封合或使两个DNA分子或片段连接分子或片段连接DNA聚合酶聚合酶合成双链合成双链cDNA分子或片

24、段连接分子或片段连接缺口平移制作高比活探针缺口平移制作高比活探针DNA序列分析序列分析填补填补3 末端末端Klenow片段片段又名又名DNA聚合酶聚合酶I大片段，具有完整大片段，具有完整DNA聚合酶聚合酶I的的53 聚合、聚合、35 外切活性，而无外切活性，而无53 外切活性。常用于外切活性。常用于cDNA第二链合成，双链第二链合成，双链DNA 3 末端标记等末端标记等反转录酶反转录酶合成合成cDNA替代替代DNA聚合酶聚合酶I进行填补，标记或进行填补，标记或DNA序列分析序列分析多聚核苷酸激酶多聚核苷酸激酶催化多聚核苷酸催化多聚核苷酸5 羟基末端磷酸化，或标记探针羟基末端磷酸化，或标记探针末

25、端转移酶末端转移酶在在3 羟基末端进行同质多聚物加尾羟基末端进行同质多聚物加尾碱性磷酸酶碱性磷酸酶切除末端磷酸基切除末端磷酸基目录目录限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶(restriction restriction endonuclease)endonuclease)限 制 性 核 酸 内 切 酶限 制 性 核 酸 内 切 酶(r e s t r i c t i o n(r e s t r i c t i o n endonuclease,RE)endonuclease,RE)是识别是识别DNADNA的特异序列的特异序列,并并在识别位点或其周围切割双链在识别位点或其周围切割双链DNADNA的一

26、类内切酶。的一类内切酶。GGATCCCCTAGGGCCTAGGATCC GBam Bam HH 定义：定义：目录目录与甲基化酶共同构成细菌的限制修饰与甲基化酶共同构成细菌的限制修饰系统，限制外源系统，限制外源DNADNA，保护自身，保护自身DNADNA。、（基因工程技术中常用（基因工程技术中常用型）型）分类：分类：作用：作用：目录目录第一个字母取自产生该酶的细菌属名，用大写；第一个字母取自产生该酶的细菌属名，用大写；第二、第三个字母是该细菌的种名，用小写；第二、第三个字母是该细菌的种名，用小写；第四个字母代表株；第四个字母代表株；用罗马数字表示发现的先后次序。用罗马数字表示发现的先后次序。命名

27、：命名：H Hinin d d 属属 系系 株株 序序H Haemophilus aemophilus ininfluenzae fluenzae d d株株流感嗜血杆菌流感嗜血杆菌d d株的第三种酶株的第三种酶目录目录类酶识别序列特点类酶识别序列特点 回文结构回文结构(palindrome)(palindrome)切口切口 ：平端切口平端切口、粘端切口粘端切口目录目录Bam Bam HHGTCCAGGCCTAGGATCC GGGATCCCCTAGGHinHinddGTCGACCAGCTGGACCTG平端切口平端切口粘端切口粘端切口目录目录来源不同的限制酶，但能识别和切割来源不同的限制酶，但能

28、识别和切割同一位点，这些酶称同一位点，这些酶称同功异源酶同功异源酶。GGATCCCCTAGGGCCTAGGATCC GBam Bam HHGGATCCCCTAGGGCCTAGGATCC GBstBst同功异源酶：同功异源酶：目录目录有些限制性内切酶虽然识别序列不完全有些限制性内切酶虽然识别序列不完全相同，但切割相同，但切割DNADNA后，产生相同的粘性末端，后，产生相同的粘性末端，称为同尾酶。这两个相同的粘性末端称为配称为同尾酶。这两个相同的粘性末端称为配伍未端伍未端(compatible end)(compatible end)。GGATCC CCTAGG AGATCT TCTAGAGCCT

29、AG GATCC GATCTAG GATCT A 同尾酶同尾酶目录目录名称名称 识别序列及切割位点识别序列及切割位点名称识别序列及切割点名称识别序列及切割点切割后产生切割后产生突出末端突出末端:BamH 5GGATCC.3GATCC.3Bgl 5AGATCT.3GATCT.3EcoR EcoR 5GAATTC.3AATTC.3Hind Hind 5AAGCTT.3AGCTT.3 Hpa Hpa 5CCGG.3CGG.3 Mbo Mbo 5GATC.3GATC.3 Nde Nde 5GATATG.3TATG.3切割后产生切割后产生3突出末端突出末端:Apa 5GGGCCC.3C.3Hae 5Pu

30、GCGCPy.3Py.3Kpn 5GGTACC.3C.3Pst 5CTGCAG.3G.3Sph 5GCATGC.3C.3切割后产生平末端切割后产生平末端:Alu 5AGCT.3CT.3EcoR 5GATATC.3ATC.3Hae Hae 5GGCC.3CC.3Pvu Pvu 5CAGCTG.3CTG.3Sma Sma 5CCCGGG.3GGG.3 限制性内切核酸酶限制性内切核酸酶目录目录（三）目的基因（三）目的基因(target gene)(target gene)cDNA(complementary DNA)cDNA(complementary DNA)指经反转录合成的、与指经反转录合成的、

31、与RNA(RNA(通常指通常指mRNAmRNA或病毒或病毒RNA)RNA)互补的单链互补的单链DNADNA。以单链。以单链cDNAcDNA为模板、经聚合反应可合成双链为模板、经聚合反应可合成双链cDNAcDNA。基因组基因组DNA(genomic DNA)DNA(genomic DNA)指代表一个细胞或生物体整套遗传信指代表一个细胞或生物体整套遗传信息息(染色体及线粒体染色体及线粒体)的所有的所有DNADNA序列。序列。目录目录（四）基因载体（四）基因载体 定义定义为携带目的基因，实现其无性繁为携带目的基因，实现其无性繁殖或表达有意义的蛋白质所采用的殖或表达有意义的蛋白质所采用的一些一些DNA

32、DNA分子。分子。常用载体常用载体质粒质粒DNADNA噬菌体噬菌体DNADNA病毒病毒DNADNA目录目录克隆载体克隆载体(cloning vector)(cloning vector)为使插入的外源为使插入的外源DNADNA序列被扩增而特意设序列被扩增而特意设计的载体称为计的载体称为克隆载体克隆载体。表达载体表达载体(expression vector)(expression vector)为使插入的外源为使插入的外源DNADNA序列可转录翻译成序列可转录翻译成 多肽链而特意设计的载体称为多肽链而特意设计的载体称为表达载体表达载体。目录目录n载体的选择标准：载体的选择标准：能自主复制；能自主

33、复制；具有两个以上的遗传标记物，便于重组体具有两个以上的遗传标记物，便于重组体的筛选和鉴定；的筛选和鉴定；有克隆位点（外源有克隆位点（外源DNADNA插入点），常具有插入点），常具有多个单一酶切位点，称为多克隆位点；多个单一酶切位点，称为多克隆位点；分子量小，以容纳较大的外源分子量小，以容纳较大的外源DNADNA。目录目录THANK YOUSUCCESS2023-1-29目录目录1.1.质粒质粒 (plasmid)(plasmid)特点特点:能在宿主细胞内独立自主复制；带有某些能在宿主细胞内独立自主复制；带有某些遗传信息遗传信息,会赋予宿主细胞一些遗传性状。会赋予宿主细胞一些遗传性状。目录目录

34、目录目录目录目录 噬菌体噬菌体DNADNA改造系统改造系统 gtgt系列（插入型，适用系列（插入型，适用cDNAcDNA克隆）克隆）EMBLEMBL系列（置换型，适用基因组克隆）系列（置换型，适用基因组克隆）2.2.噬菌体噬菌体(phage)(phage)M13M13噬菌体噬菌体DNADNA改造系统（含改造系统（含lacZlacZ基因）基因）M13mpM13mp系列系列 pUCpUC系列系列目录目录3.3.粘性质粒粘性质粒(cosmid)(cosmid)目录目录 酵母人工染色体酵母人工染色体 (yeast artificial chromosome,YAC)(yeast artificial

35、chromosome,YAC)细菌人工染色体细菌人工染色体 (bacterial artificial chromosome,BAC)(bacterial artificial chromosome,BAC)动物病毒动物病毒DNADNA改造的载体改造的载体 （如腺病毒，腺病毒相关病毒，逆转录病毒）（如腺病毒，腺病毒相关病毒，逆转录病毒）4.4.其他其他目录目录 原核表达载体原核表达载体(prokaryotic expression(prokaryotic expression vector)vector)目前应用最广泛的是大肠杆菌表达载体。目前应用最广泛的是大肠杆菌表达载体。真核表达载体真核表

36、达载体(eukaryotic expression(eukaryotic expression vector)vector)酵母表达载体、昆虫表达载体和哺乳类细胞酵母表达载体、昆虫表达载体和哺乳类细胞表达载体表达载体表达载体表达载体目录目录二、重组二、重组DNADNA技术基本原理技术基本原理 基本原理基本原理目的基因的获取目的基因的获取DNA导入受体细胞导入受体细胞外源基因与载体的连接外源基因与载体的连接克隆载体的选择和构建克隆载体的选择和构建重组体的筛选重组体的筛选克隆基因的表达克隆基因的表达 目录目录 以以 质质 粒粒 为为 载载 体体 的的DNADNA 克克 隆隆 过过 程程目录目录（一

37、）目的基因的获取（分）（一）目的基因的获取（分）1.1.化学合成法化学合成法要求：已知目的基因的核苷酸序列或其产要求：已知目的基因的核苷酸序列或其产物的氨基酸序列物的氨基酸序列 。2.2.基因组基因组DNADNA文库文库(genomic DNA library)(genomic DNA library)3.3.cDNAcDNA文库文库(cDNA library)(cDNA library)4.4.聚合酶链反应聚合酶链反应(polymerase chain(polymerase chain reaction,PCR)(reaction,PCR)(见第见第2222章章)目录目录化学合成法获取目的基

38、因化学合成法获取目的基因由已知氨基酸序列推测可能的由已知氨基酸序列推测可能的DNADNA序列。序列。目录目录组织或细胞染色体组织或细胞染色体DNADNA基因片断基因片断克隆载体克隆载体重组重组DNADNA分子分子含重组分子的转化菌含重组分子的转化菌限制性内切酶限制性内切酶受体菌受体菌基因组基因组DNADNA文库文库存在于转化细胞内存在于转化细胞内由克隆载体所携带的所由克隆载体所携带的所有基因组有基因组DNADNA的集合的集合从基因组从基因组DNADNA文库文库获取目的基因获取目的基因目录目录限制酶切位点限制酶切位点限制酶消化限制酶消化 除去中间片段除去中间片段cos LR coscos L左臂

39、左臂R cos右臂右臂真核生物染真核生物染色体色体DNA限制酶部分消化限制酶部分消化 外源外源DNA与载体与载体DNA混合混合 连接反应连接反应 体外包装体外包装 用重组噬菌体用重组噬菌体感染大肠杆菌感染大肠杆菌 20 Kb DNA 片段片段 cos LR cos20 Kb 外源外源 DNA 片段片段 基因文库基因文库用随机切割的真核生物染色体用随机切割的真核生物染色体DNADNA片段构建基因文库片段构建基因文库 目录目录mRNA cDNA 双链双链cDNA 重组重组DNA分子分子 cDNA文库文库 反转录酶反转录酶 载体载体 受体菌受体菌 复制复制 从从cDNAcDNA文库获取目的基因文库获

40、取目的基因 逆转录酶逆转录酶A A A A T T T T AAAASISI核酸酶核酸酶 DNA聚合酶聚合酶碱水解碱水解 T T T T目录目录（二）克隆载体的选择和构建（选）（二）克隆载体的选择和构建（选）目的不同，操作基因的性质不同，目的不同，操作基因的性质不同，载体的选择和改建方法也不同。载体的选择和改建方法也不同。目录目录（三）外源基因与载体的连接（接）（三）外源基因与载体的连接（接）方式：方式：(1)(1)同一限制酶切位点连接同一限制酶切位点连接 (2)(2)不同限制酶切位点连接不同限制酶切位点连接配伍末端连接配伍末端连接非配伍末端连接非配伍末端连接1.1.粘性末端连接粘性末端连接目

41、录目录Bam Bam HH切割反应切割反应 GGATCC CCTAGGT4T4 DNADNA连接酶连接酶15C15CGATCC GGCCTAG目的基因用目的基因用 Bam H切割切割GCCTAGGCCTAGGCCTAGGCCTAGGATCCGGATCCGGATCCGGATCCG载体载体DNA用用Bam H切割切割GCCTAGGCCTAGGCCTAGGCCTAGGATCCGGATCCGGATCCGGATCCG重组体重组体GCCTAGGCCTAGGATCCGGATCCGGCCTAGGCCTAGGATCCGGATCCG载体自连载体自连目的基因自连目的基因自连同一限制酶切位点连接同一限制酶切位点连接目

42、录目录不同限制酶切位点（非配伍末端）的连接不同限制酶切位点（非配伍末端）的连接GCTTAAATCTAGAATTCGGATCTAGAATTCCTTAAGAGATCTTCTAGAEco R切割位点切割位点Bg l切割位点切割位点AATTCGATCTAGAATTCGGATCTAAATTCGATCTAGEcoR+Bg l双酶切双酶切Eco R+Bg l双酶切双酶切GCTTAAATCTAGAATTCGGATCTAT4 DNA连接酶连接酶15C重组体重组体配伍末端的配伍末端的连接情况和同一连接情况和同一限制酶切位点连限制酶切位点连接相似。接相似。目录目录2.2.平端连接平端连接 限制性内切酶切割产生的平端

43、限制性内切酶切割产生的平端粘端补齐或切平形成的平端粘端补齐或切平形成的平端适用于：适用于：目录目录目的基因目的基因载体载体限制性内切酶限制性内切酶限制性内切酶限制性内切酶T4 DNA连接酶连接酶15C重组体重组体载体自连载体自连目的基因目的基因 自连自连目录目录在末端转移酶在末端转移酶(terminal transferase)(terminal transferase)的作用下，在的作用下，在DNADNA片段末端加上同聚物序列、片段末端加上同聚物序列、制造出粘性末端，再进行粘端连接。制造出粘性末端，再进行粘端连接。3.3.同聚物加尾连接同聚物加尾连接目录目录5 3 3 5 载体载体DNA5

44、3 3 5 目的基因目的基因限制酶或机械剪切限制酶或机械剪切限制酶限制酶 5 3 3 5 5 3 T(T)nT T(T)nT 3 5 5 3 3 5 3 A(A)nA A(A)nA 3 5-核酸外切酶核酸外切酶-核酸外切酶核酸外切酶末端转移酶末端转移酶+dATP末端转移酶末端转移酶+dTTPT(T)nTA(A)nAA(A)nA T(T)nTT4 DNA连接酶连接酶15C重组体重组体5 目录目录由平端加上新的酶切位点，再用限制由平端加上新的酶切位点，再用限制酶切除产生粘性末端，而进行粘端连接。酶切除产生粘性末端，而进行粘端连接。4.4.人工接头人工接头(linker)(linker)连接连接目录

45、目录人工接头及其应用人工接头及其应用CCGAATTCG GGCTTAAGC5-3-Eco REco REco REco R目录目录受体菌条件：受体菌条件：安全宿主菌安全宿主菌 限制酶和重组酶缺陷限制酶和重组酶缺陷处于感受态处于感受态(competent)(competent)导入方式：导入方式：转化转化 (transformation)(transformation)转染转染 (transfection)(transfection)感染感染 (infection)(infection)（四）重组（四）重组DNADNA导入受体菌（转）导入受体菌（转）目录目录1.1.直接选择法直接选择法(1)(1

46、)抗药性标记选择抗药性标记选择(2)(2)标志补救标志补救(marker rescue)(marker rescue)(3)(3)分子杂交法分子杂交法原位杂交原位杂交SouthernSouthern印迹印迹2.2.免疫学方法免疫学方法如免疫化学方法及酶免检测分析等如免疫化学方法及酶免检测分析等（五）重组体的筛选（筛）（五）重组体的筛选（筛）目录目录(插入失活法插入失活法)抗药性标记选择抗药性标记选择目录目录 互补互补利用利用互补原理筛选重组体互补原理筛选重组体pUC18 pUC18 目录目录 原位杂交原位杂交目录目录 SouthernSouthern印迹印迹目录目录鸡的鸡的肌球蛋白的克隆和检出

47、肌球蛋白的克隆和检出免疫学方法免疫学方法 目录目录重组重组DNADNA技术操作过程可形象归纳为：技术操作过程可形象归纳为：小结小结分分分离目的基因分离目的基因 切切限制酶切目的基因与载体限制酶切目的基因与载体接接拼接重组体拼接重组体 转转转入受体细胞转入受体细胞筛筛筛选重组体筛选重组体 目录目录重组重组DNADNA技术操作的主要步骤技术操作的主要步骤载体载体质粒质粒噬菌体噬菌体病毒病毒目的基因（外源基因）目的基因（外源基因）基因组基因组DNA cDNA 人工合成人工合成PCR产物产物限制酶消化限制酶消化开环载体开环载体DNA目的基目的基因因连接酶连接酶重组体重组体转化转化体外包装，转染体外包装

48、，转染带重组体的宿主带重组体的宿主筛选筛选表型筛选表型筛选酶切电泳鉴定酶切电泳鉴定菌落原位杂交菌落原位杂交目录目录表达体系的建立：表达体系的建立：表达载体的构建表达载体的构建 受体细胞的建立受体细胞的建立 表达产物的分离纯化表达产物的分离纯化（六）克隆基因的表达（六）克隆基因的表达目录目录 标准：标准：选择标志选择标志 强启动子强启动子 翻译调控序列翻译调控序列 多接头克隆位点多接头克隆位点 E.coliE.coli表达体系的不足表达体系的不足：不宜表达真核基因组不宜表达真核基因组DNADNA；不能加工表达的真核蛋白质；不能加工表达的真核蛋白质；表达的蛋白质常形成不溶性包涵体表达的蛋白质常形成

49、不溶性包涵体(inclusion body)(inclusion body)；很难表达大量可溶性蛋白。很难表达大量可溶性蛋白。1.1.原核表达体系原核表达体系 (E.coli(E.coli表达体系最为常用表达体系最为常用)目录目录大鼠胰岛素原大鼠胰岛素原cDNAcDNA的表达和分泌的表达和分泌目录目录目录目录 优点：优点：可表达克隆的可表达克隆的cDNAcDNA及真核基因组及真核基因组DNADNA 可适当修饰表达的蛋白质可适当修饰表达的蛋白质 表达产物分区域积累表达产物分区域积累 缺点：缺点：操作技术难、费时、经济操作技术难、费时、经济 转染转染 将表达载体导入真核细胞的过程将表达载体导入真核

50、细胞的过程方法：方法：磷酸钙转染磷酸钙转染 DEAEDEAE葡聚糖介导转染葡聚糖介导转染 电穿孔电穿孔 脂质体转染脂质体转染 显微注射显微注射 2.2.真核表达体系（酵母、昆虫、乳类动物细胞）真核表达体系（酵母、昆虫、乳类动物细胞）目录目录表达载体表达载体pFASTBACI pFASTBACI 的物理图谱的物理图谱目录目录表达载体表达载体YEpI PTYEpI PT的物理图谱的物理图谱目录目录第三节第三节 重组重组DNADNA技术与医学技术与医学的关系非常密切并前景远大的关系非常密切并前景远大DNA Recombination Technique is DNA Recombination Te