Tan第五章目的基因的导入和重组子的筛选课件.ppt
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- Tan 第五 目的 基因 导入 重组 筛选 课件
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1、本课程内容本课程内容 第一章第一章 绪论绪论 第二章第二章 基因克隆的工具酶基因克隆的工具酶 第三章第三章 基因工程的载体基因工程的载体 第四章第四章 目的基因的制备目的基因的制备 第五章第五章 目的基因导入和重组子的筛选目的基因导入和重组子的筛选 第六章第六章 外源基因的表达外源基因的表达 第七章第七章 基因操作的基本技术基因操作的基本技术 第八章第八章 植物基因工程及应用植物基因工程及应用 第九章第九章 动物基因工程及应用动物基因工程及应用 第十章第十章 医学基因工程及应用医学基因工程及应用10/10/20221第五章第五章 目的基因导入和重组子的筛选目的基因导入和重组子的筛选5.1 DN
2、A片段的连接重组片段的连接重组5.2 受体细胞选择的基本原则受体细胞选择的基本原则5.3 基因转移基因转移5.4 重组子的筛选重组子的筛选10/10/202225.1 DNA片段的连接重组片段的连接重组5.1.1 DNA连接类型连接类型5.1.2 DNA片段之间连接的方式片段之间连接的方式5.1.3 DNA重组中需注意的问题重组中需注意的问题10/10/20223DNA分子连接分子连接 不同的不同的DNA片段(目的基因和载体)经适片段(目的基因和载体)经适当酶切后,在当酶切后,在连接酶连接酶的作用下,连接在一起构的作用下,连接在一起构建成重建成重组组DNA分子分子。10/10/202245.1
3、.1 DNA重组(连接)的类型重组(连接)的类型 插入重组插入重组:载体上只有唯一的酶识别位点载体上只有唯一的酶识别位点 随机(非定向)插入随机(非定向)插入 置换重组置换重组 (1)载体上有两个同样的酶识别位点载体上有两个同样的酶识别位点 随机(非定向)置换随机(非定向)置换 (2)载体上有两个不同的酶识别位点载体上有两个不同的酶识别位点 定向置换定向置换10/10/202255.1.2 DNA片段之间连接的方式片段之间连接的方式 具互补黏性末端片段之间的连接具互补黏性末端片段之间的连接 具平末端具平末端DNA片段之间的连接片段之间的连接 DNA片段末端修饰后进行的连接片段末端修饰后进行的连
4、接 DNA片段加片段加linker or adaptor后的连接后的连接10/10/202265.1.3 DNA重组中需注意的问题重组中需注意的问题两端具相同粘性末端的两端具相同粘性末端的DNA分子会发生自分子会发生自身环化。身环化。对于置换重组,需将切割的对于置换重组,需将切割的DNA分子经过分子经过凝胶电泳分离,回收目的片段。凝胶电泳分离,回收目的片段。无论单酶切还是双酶切,目的无论单酶切还是双酶切,目的DNA分子均分子均可能发生串联,必需检测重组可能发生串联,必需检测重组DNA插入片插入片段的分子大小。段的分子大小。10/10/202275.2 受体细胞及其选择的基本原则受体细胞及其选择
5、的基本原则5.2.1 受体细胞受体细胞5.2.2 受体细胞选择的基本原则受体细胞选择的基本原则10/10/202285.2.1 受体细胞受体细胞 受体细胞受体细胞(receptor cell):):又称为宿又称为宿主细胞或寄主细胞(主细胞或寄主细胞(host cell)从实验技术上讲从实验技术上讲:是能摄取外源:是能摄取外源DNA并使其稳定维持的细胞。并使其稳定维持的细胞。从实验目的上讲从实验目的上讲:是有应用价值和理论:是有应用价值和理论研究价值的细胞。研究价值的细胞。10/10/202295.2.2 受体细胞选择的原则受体细胞选择的原则 外源外源DNA分子能稳定存在,限制酶缺陷型;分子能稳
6、定存在,限制酶缺陷型;重组基因缺陷型;重组基因缺陷型;易于转化易于转化/转导;转导;易筛选易筛选 遗传稳定性高,易于扩大培养;遗传稳定性高,易于扩大培养;安全性高;安全性高;内源蛋白酶基因缺失或缺陷;内源蛋白酶基因缺失或缺陷;遗传密码无明显偏好性;遗传密码无明显偏好性;具有较好的转译加工机制;具有较好的转译加工机制;较高的理论和实践应用价值。较高的理论和实践应用价值。10/10/2022105.3 基因转移(基因转移(gene transfer)载体与目的基因连接后,体系中可能存在下列分载体与目的基因连接后,体系中可能存在下列分子:子:a.a.未连接的载体分子未连接的载体分子b.b.未连接的未
7、连接的DNADNA片段片段c.c.载体的自连载体的自连d.d.含有错误插入片段的重组含有错误插入片段的重组DNADNA分子分子e.e.重组重组DNADNA分子分子转化过程中,这些分子同时被转移到宿主细转化过程中,这些分子同时被转移到宿主细胞内。未连接的分子即使被细菌摄取,只有在特胞内。未连接的分子即使被细菌摄取,只有在特殊的条件下才能复制,寄主的酶可降解这些殊的条件下才能复制,寄主的酶可降解这些DNADNA片片段。自连的载体和错误插入的重组质粒可以进入段。自连的载体和错误插入的重组质粒可以进入10/10/202211 宿主细胞进行正常的复制。因此,需要将宿主细胞进行正常的复制。因此,需要将重组
8、克隆鉴定出来。重组克隆鉴定出来。把重组把重组DNA导入受体细胞进行扩增导入受体细胞进行扩增 根据所用载体的特性选择适宜的受体细胞根据所用载体的特性选择适宜的受体细胞及选择适宜的重组及选择适宜的重组DNA导入的方式:转化、导入的方式:转化、转染和转导。转染和转导。10/10/2022125.3 基因转移(基因转移(gene transfer)5.3.1 重组质粒重组质粒DNA分子转化大肠杆菌分子转化大肠杆菌5.3.2 重组重组 噬菌体噬菌体DNA分子转导大肠杆菌分子转导大肠杆菌5.3.3 重组重组DNA分子转入真核细胞分子转入真核细胞10/10/2022135.3.1 重组质粒重组质粒DNA分子
9、转化大肠杆菌分子转化大肠杆菌5.3.1.1 细菌转化的机制细菌转化的机制5.3.1.2 化学转化法化学转化法(CaCl2诱导大肠杆菌转化法)诱导大肠杆菌转化法)5.3.1.3 电激法(电穿孔转化法)电激法(电穿孔转化法)5.3.1.4 转化率的计算及其影响因素转化率的计算及其影响因素10/10/2022145.3.1.1 细菌转化的机制细菌转化的机制 转化转化(transformation):重组质粒重组质粒DNA分子通过与膜蛋白结合进入受体分子通过与膜蛋白结合进入受体细胞,并在受体细胞内稳定维持和表达的过程称为细胞,并在受体细胞内稳定维持和表达的过程称为转化。转化。自然界中,转化并不是细菌或
10、的遗传信息的主自然界中,转化并不是细菌或的遗传信息的主要方式,实验室中只有小部分的细菌可以很容易的要方式,实验室中只有小部分的细菌可以很容易的转化,进一步的研究发现,这类细菌含有转化,进一步的研究发现,这类细菌含有DNADNA结合和结合和吸收的代谢机制。正常条件下,大部分细菌包括大吸收的代谢机制。正常条件下,大部分细菌包括大肠杆菌,只能吸收有限的肠杆菌,只能吸收有限的DNADNA,为了提高转化效率,为了提高转化效率,建立了一系列的转化方法:建立了一系列的转化方法:a.a.热激法转化感受态细胞热激法转化感受态细胞 b.PEGb.PEG介导的原生质体转化介导的原生质体转化 10/10/202215
11、c.c.高压电穿孔法转化高压电穿孔法转化 d.d.显微注射法转化显微注射法转化 e.e.接合转化接合转化 f.f.噬菌体转染噬菌体转染10/10/202216表表41 41 大肠杆菌常用转化方法的比较大肠杆菌常用转化方法的比较转转 化化 方方 法法转转 化化 效效 率率Ca Ca 诱诱 导导10107-87-8原生质体转化原生质体转化10105-65-6噬菌体转化噬菌体转化10107-87-8电电 穿穿 孔孔 法法10106-96-9(100Kb100Kb)结结 合合 转转 化化10104-54-510/10/2022175.3.1.2 化学转化法(化学转化法(CaCl2诱导大肠杆菌转诱导大肠
12、杆菌转化法)化法)原理:原理:0C、低浓度(低浓度(50100 mM)CaCl2,Ca2+改改变细胞膜的磷脂层结构,提高膜的通透性,而且增强变细胞膜的磷脂层结构,提高膜的通透性,而且增强进入细胞的进入细胞的DNA分子抗分子抗DNase的能力。的能力。特点:特点:操作简便,不需特殊仪器,一般实验室均可进操作简便,不需特殊仪器,一般实验室均可进行。转化率在行。转化率在5 1062 107个转化子个转化子/g质粒质粒DNA范围范围内,完全可满足常规克隆的需要。内,完全可满足常规克隆的需要。10/10/2022185.3.1.2 化学转化法(化学转化法(CaCl2诱导大肠杆菌转化法)诱导大肠杆菌转化法
13、)感受态细胞制备:感受态细胞制备:感受态细胞感受态细胞:指处于能吸收周围环境:指处于能吸收周围环境中中DNA分子的生理状态的细胞。分子的生理状态的细胞。菌种活化、培养、收菌和进行菌种活化、培养、收菌和进行CaCl2处理。处理。DNA分子转化感受态细胞:分子转化感受态细胞:冰浴、冰浴、42C热激、热激、37 C恢复、涂板培恢复、涂板培养。养。10/10/2022195.3.1.3 电激法(电穿孔转化法)电激法(电穿孔转化法)原理原理:利用高压电脉冲作用,在细菌细胞膜上进行电穿孔利用高压电脉冲作用,在细菌细胞膜上进行电穿孔(electroporation),),形成可逆的瞬间通道,促进外源形成可逆
14、的瞬间通道,促进外源DNA的有效吸收。的有效吸收。特点特点:1.感受态细胞制备简单;感受态细胞制备简单;2.转化率高达转化率高达1091010个转化子个转化子/g质粒质粒DNA;3.用途广泛,但需特殊仪器电激仪。用途广泛,但需特殊仪器电激仪。除感受态细胞制备及转化与化学法不同之外,其余步骤包除感受态细胞制备及转化与化学法不同之外,其余步骤包括所设转化对照与化学法相均相同括所设转化对照与化学法相均相同。10/10/2022205.3.1.4 转化率的计算及其影响因素转化率的计算及其影响因素 转化率:转化率:是指是指DNA分子转化受体菌获得转化子的效率。分子转化受体菌获得转化子的效率。转化率计算:
15、转化率计算:转化子总数转化子总数/DNA分子总数或质量分子总数或质量 或或 转化子总数转化子总数/受体细胞数受体细胞数 实际中按转化子总数实际中按转化子总数/DNA分子质量分子质量(g)计算计算10/10/202221影响转化效率的因素影响转化效率的因素受体细胞的感受态,它决定转化因子能否被吸收进入受体细胞;受体细胞的限制酶系统和其他核酸酶,它们决定转化因子在整合前是否被分解;受体和供体染色体的同源性,它决定转化因子的整合;重组DNA 分子大小重组DNA纯度、浓度10/10/2022225.3.2 重组重组 噬菌体噬菌体DNA分子转导大肠杆菌分子转导大肠杆菌 转染转染(transfection
16、):采用与质粒采用与质粒DNA转化受体细胞相似的方法,转化受体细胞相似的方法,将重组将重组 噬菌体噬菌体DNA分子直接导入受体细胞中的过分子直接导入受体细胞中的过程,称为转染。程,称为转染。效率较低,效率较低,103104个噬菌斑个噬菌斑/g DNA,较难较难满足一般实验要求,实践中少用。满足一般实验要求,实践中少用。转导转导(transduction):是指通过是指通过 噬菌体(病毒)颗粒感染宿主细胞噬菌体(病毒)颗粒感染宿主细胞的途径把外源的途径把外源DNA分子转移到受体细胞内的过程。分子转移到受体细胞内的过程。效率高,可达效率高,可达103104个噬菌斑个噬菌斑/g DNA,需需进行体外
17、包装。进行体外包装。10/10/202223 体外装配(体外装配(in vitro packaging):DNA的转染的转染效率不高,如果将重组的效率不高,如果将重组的分子装配成头分子装配成头-尾结尾结构的病毒粒子,将极大的提高效率。构的病毒粒子,将极大的提高效率。10/10/202224噬菌体转化大肠杆菌的方法10/10/202225噬菌体转化大肠杆菌的方法10/10/202226噬菌体的体外装配 有两种不同的系统可以应用:一种是cos位点突变的噬菌体的单品系系统。另一种系统需要两种不同的缺陷品系一个是基因D的突变体,另一个品系是基因E的突变体,由于蛋白质合成的缺陷。体外的装配过程可以利用两
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