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1、第五章 目的基因的克隆,周毅峰2011年春,目的基因的克隆,D 利用PCR分离目的基因的方法,C cDNA文库法,A 鸟枪法,E 化学合成法,B 基因文库法,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
2、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，然后将之克隆表达。,A 鸟枪法,鸟枪法克隆目的基因的基本战略,鸟枪法操作的改进,鸟枪法克隆目的基因的局限性,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,鸟枪法克隆目的基因的基本战略,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
3、基因完整,与载体连接,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,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,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）,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，从而提高重组子中目
4、的重组子的出现频率,使用特征性限制性内切酶切开染色体DNA,鸟枪法操作的改进,例如，已知某目的基因位于1.8 kb的SalI片段中，将染色体DNA用SalI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 kb,1.6 kb,1.8 kb,鸟枪法操作的改进,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,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,B 基因文库的构建,基
5、因文库的基本概念,基因文库的构建程序,基因组文库重组克隆的排序,基因文库的基本概念,基因库与基因文库,基因库（gene pool）,特定生物体全基因组的集合（天然存在）,基因文库（gene library or gene bank）,从特定生物个体中分离的全部基因，这些基因以克隆的形式,基因组文库（含有全部基因）,存在（人工构建）。根据构建方法的不同，基因文库分为：,cDNA文库（含有全部蛋白质编码的结构基因）,基因组 DNA 文库(genomic library)：指将某生物体的全部基因组 DNA 用限制性内切酶或机械力量切割成一定长度范围的 DNA 片段，与合适的载体体外重组并转化相应的宿
6、主细胞获得的所有阳性生物群落,cDNA 文库(cDNA library)：指将某生物基因组转录的部分或全部mRNA经反转录产生的各种cDNA片段分别与克隆载体重组，贮存于受体生物群体中，这样的生物群体称为cDNA 文库,根据构建文库所用的载体不同可将基因文库分为,质粒文库,噬菌体文库,黏粒文库,人工染色体文库,M13 phage vector、phage vector、P1 phage vector et.,Cosmid vector,YAC、BAC、PAC、TAC,基因文库的基本概念,基因文库构建的基本战略,用鸟枪法构建基因组文库，材料来自染色体DNA,用cDNA法构建cDNA文库，材料来自
7、mRNA,在高度分化的生物体中，不同组织和细胞在不同时段的mRNA,种类不同（即基因的表达谱不同），因此同种生物体的cDNA文库,一般还有组织细胞的界定，如肝组织cDNA文库或胚胎组织cDNA,文库等。很显然，cDNA文库的信息量远小于基因组文库,基因文库的基本概念,基因文库的完备性,基因文库的完备性是指：在构建的基因文库中任一基因存在的概,率，它与基因文库最低所含克隆数N之间的关系可用下式表示：,N=ln(1 P)/ln(1 f),其中：P=任一基因被克隆（或存在于基因文库中）的概率,f=克隆片段的平均大小/生物基因组的大小,例如，人的单倍体DNA总长为2.9 x 109 bp，基因文库中克
8、隆片段,的平均大小为15 kb，则构建一个完备性为0.9的基因文库至少需要,45万个克隆；而当完备性提高到0.9999时，基因文库至少需要180,万个克隆,基因文库的基本概念,基因文库的质量标准,除了尽可能高的完备性外，一个理想的基因文库应具备下列条件：,重组克隆的总数不宜过大 以减轻筛选工作的压力,载体的装载量最好大于基因的长度 避免基因被分隔克隆,克隆与克隆之间必须存在足够长度的重叠区域 以利克隆排序,克隆片段易于从载体分子上完整卸下,重组克隆能稳定保存、扩增、筛选,基因文库的构建程序,基因组DNA的制备,为了最大限度地保证基因在克隆过程中的完整性，用于基因组,文库构建的DNA在分离纯化操
9、作中应尽量避免过度的断裂。制备的,DNA分子量越大，经切割处理后样品中含有不规则末端的DNA片段,的比率就越低，重组率和完备性也就越高,用常规方法制备的染色体,DNA的长度一般在100 kb左右,如果先将细胞固定在低融点凝,胶中，然后置入含有SDS、蛋,白酶K、RNase的缓冲液中浸泡，可获得1000 kb大小的DNA片段,基因文库的构建程序,基因组DNA的切割,用于基因组文库构建的DNA片段的切割一般采用超声波处理和,限制性内切酶部分酶切两种方法，其目的是：,第一，保证DNA片段之间存在部分重叠区,第二，保证DNA片段大小均一,超声波处理后的DNA片段呈平头末端，需加装人工接头,部分酶切法一
10、般选用四对碱基识别序列的限制性内切酶，如：,Sau3AI或MboI等，这样DNA酶解片段的大小可控,连接前，上述处理的DNA片段必须根据载体的装载量进行分级,分离，以杜绝不相干的DNA片段随机连为一体！,基因文库的构建程序,载体和受体的选择,出于压缩重组克隆的数量，用于基因组文库构建的载体通常选装载量较大的,l-DNA或考斯质粒；对于大型基因组（如动植物和人类）需使用YAC或BAC载体,l-DNA,由于绝大多数真核生物的mRNA小于10 kb，因此用于cDNA文库构建的载体,通常选质粒,上述几种载体的最大装载量如下：,质粒,考斯质粒,15 kb,25 kb,45 kb,BAC,300 kb,Y
11、AC,400 kb,用于基因文库构建的受体则根据载体使用大肠杆菌或酵母菌,基因文库的构建程序,从基因文库中筛选目的基因,大型基因组文库一般由数十万甚至上百万个重组克隆组成。除,了一些具有特殊功能的蛋白质编码基因（如抗药性基因、结合蛋白,编码基因等）可以采用特殊的正选择筛选程序（如抗药性筛选法、,酵母双杂交技术等）直接筛选外，一般的基因组文库筛选均需多轮,操作步骤,酵母双杂交体系（Yeast Two-hybrid system）,真核生物的转录因子大多是由两个结构上分开、功能上独立的结构域组成的。如GAL4的N端1-147aa是DNA结合域（BD），其C端768-881aa是转录激活域（AD）。
12、一般情况下，AD能与GAL4效应基因启动子上游的特定DNA区段（UAS）相结合，而此时，AD则推动了转录起始。,d.从大肠杆菌中分别提取这两种重组质粒DNA，共转化感受态酿酒酵母菌株。e.将共转化的酵母菌株涂布于缺少Leu，Trp和His的培养基上，筛选表达相互作用的杂种蛋白的阳性菌落。,主要实验过程,a.选择缺失GAL4编码基因的酵母寄主菌株-SFY526或HF7c；b.构建带有GAL1 UAS-启动子-lac Z（His3）的转化载体;c.把已知的靶蛋白质编码基因克隆到pGBT9的多克隆位点上，把所有cDNA都克隆到pGAD424载体上，构成cDNA表达文库。,基因文库的构建程序,从基因文
13、库中筛选目的基因,密集铺板（1-10万）,杂交,挖取,铺板,铺板,目的重组克隆,基因文库的构建程序,基因文库构建的技术性问题,在基因组文库的构建过程中，最应引起重视的问题是：,严禁外源DNA片段之间的连接！,为了避免上述情况的发生，可采取下列措施的组合：,将待连接的DNA片段根据载体的装载量分级分离,用碱性磷酸单酯酶除去DNA片段的末端磷酸基团,用TdT酶在DNA片段的末端上增补同聚尾末端,基因组文库重组克隆的排序,大型基因文库（包括人的基因文库）的构建在技术上并不十分困难，如果一个YAC基因文库的插入片段总和为整个基因组的十倍以上时，一般就能从基因文库中调出任何一段DNA序列。然而基因文库的
14、克隆都是随机序列，必须将所有的克隆排列成一个像天然染色体DNA上所表现出的信息顺序。这项工作的工作量可能远大于基因组文库的构建，属于基因文库的后期制作,基因组文库重组克隆的排序,将单一的YAC克隆插入DNA片段用限制性内切酶分布均匀地水解成若干片段，末端标记同位素 然后再用Sau3AI或MboI将末端标记的DNA片段降解成碎片，聚丙烯酰胺凝胶电泳，每10个YAC克隆走在同一块板上，形成10个克隆的特征性DNA指纹图谱 电脑分析指纹图谱，如发现任何两个克隆DNA的指纹图谱有部分相同的，则其两个YAC片段就有互相重叠的可能性，于是这两个YAC克隆的DNA片段克隆在染色体上是排列一起的,酶切片段末端
15、标记法,酶切片段末端标记法,H,H,H,H,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,单一克隆指纹图谱,十克隆指纹图谱,载体DNA,克隆DNA,基因组文库重组克隆的排序,将若干YAC克隆固定在薄膜上，并复制二十份薄膜；合成20种不同序列的短探针，其序列是随机的 用20种探针随机定位杂交（一对一）20份YAC克隆薄膜 如果某两个克隆同时对同一种探针呈现杂交阳性反应，则这两个克隆有可能是相互重叠的。若将杂交阳性结果记为“1”，而阴性结果记为“0”，可清晰地列成一张表，最终排出上述YAC克隆的排列顺序,随机探针联合杂交法,01,02,03,04,05,06,07,0
16、8,09,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,A B C,D E F,G,01,02,03,04,05,06,07,08,09,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,D,A,B,C,E,F,G,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,01,04,12,06,13,14,02,14,07,19,11,15,05,08,16,03,10,09,20,18,D,A,B,C,E,F,G,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,
17、1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,F,C,A,D,G,E,B,基因组文库重组克隆的排序,从基因文库中任取一个克隆作为染色体走读的起点，将之两端序列分别亚克隆，亚克隆片段在0.5-2.0 kb范围内 分别以上述亚克隆DNA片段为探针，杂交同一基因文库，杂交阳性克隆中的插入DNA片段必定与起点克隆所含的DNA片段连锁在一起 然后再以阳性克隆片段的两端序列为探针，进行第二步走读，直至线型染色体DNA的端点,染色体走读法（chromosome walking）,染色体走读法（chromosome walking）,走读的起点克隆片段,亚克隆旁测序列,探针标记,第一轮杂交,阳性克隆,阳性克隆,第二
18、轮杂交,第二轮杂交,染色体走读法（chromosome walking）,走读的起点克隆片段,cDNA 文库的DNA 片段是互补 DNA(complementary DNA,cDNA),cDNA 是由生物的某一特定器官或特定发育时期细胞内的 mRNA 经体外反转录后形成的双链 cDNA,cDNA 文库代表生物的某一特定器官或特定发育时期细胞内转录水平上的基因的群体，并不能包括该生物的全部基因，且这些基因在表达丰度上存在很大差异。,C cDNA法,细胞总 RNA 的提取和 mRNA 分离,第一链 cDNA 合成,第二链 cDNA 合成,双链 cDNA 克隆进质粒或噬菌体载体并导入宿主中繁殖,cD
19、NA 文库的构建共分四步,Step 细胞总 RNA 的提取和 mRNA 分离,cDNA 文库构建是以 mRNA 为起始材料的，mRNA 在总 RNA 中所占比例很小，因此从总 RNA 中富集 mRNA 是构建 cDNA 文库和其它应用所必需进行的步骤。通过降低 rRNA 和 tRNA 含量，可大大提高筛选到目标基因的可能性。,目前纯化 mRNA 的方法都是在固体支持物表面共价结合固定一段由脱氧胸腺嘧啶核苷组成的寡聚核苷酸 oligo（dT）链，由它与 mRNA 的 Poly（A）尾巴杂交，从而吸附固定住 mRNA，进而将 mRNA 从其它组分中分离出来的。,指导合成高分子量蛋白质的能力，指导合
20、成目的多肽的能力，mRNA 的大小，总 mRNA 制剂指导合成 cDNA 第一链长分子的能力,mRNA 的完整性,高丰度 mRNA：珠蛋白，免疫球蛋白，卵清蛋白，在特定细胞中占 50-90%。低丰度 mRNA：含量0.5%被称为低丰度或稀有 mRNA,mRNA 的丰度,cDNA法克隆目的基因的基本战略,mDNA,AAAAAAAAAAAAAAOH 3,TTTTTTTTTTTTTTp 5,AAAAAAAAAAAAAAOH 3,TTTTTTTTTTTTTTp 5,cDNA第一链,引物,退火,逆转录酶,dNTPs,合成 DNA 时需要引物引导，目前常用的引物主要有两种，即 Oligo（dT）和随机引物
21、。Oligo（dT）引物一般包含 1020 个脱氧胸腺嘧啶核苷和一段带有稀有酶切位点的引物共同组成，随机引物一般是包含 610 个碱基的寡核苷酸短片段。,Step First cDNA strand synthesize,煮沸,NaOH,自身引导法：获得的双链cDNA 5端会有几对碱基缺失,AAAAAAAAAAAAAA,AAAAAAAAAAAAAAOH 3,TTTTTTTTTTTTTTp 5,TTTTTTTTTTTTTTp 5,TTTTTTTTTTTTTTp 5,AAAAAAAAAAAAAAOH 3,TTTTTTTTTTTTTT,OH 3,Klenow,dNTPs,S1,Step Second
22、 strand synthesize of cDNA,cDNA第二链的合成,DNApol dNTPs,RNaesH,置换合成法：获得的双链cDNA 5端也会有几对碱基缺失,AAAAAAAAAAAAAAOH 3,TTTTTTTTTTTTTTp 5,AAAAAAAAAAAAAAp 5,5,S1,AAAATTTOH 3,TTTTTTTTTTTTTTp 5,5,TTTTTTTTTTTTTTOH 3,AAAAAAAAAAAAAA 5,5,TTTTTTTTTTTTTT 3,3,T4-DNA ligase,cDNA第二链的合成,dCTP,TdT,引导合成法：获得的双链cDNA 能保留完整的5端序列,AAAA
23、AOH 3,TTTTTp 5,3 HO,AAAAACCCCCCCOH 3,3 HOCCCCCCC,TTTTTp 5,3 HOCCCCCCC,TTTTTp 5,3 HOCCCCCCC,TTTTTp 5,5 pGGGGGGG,3 HOCCCCCCC,TTTTTp 5,5 pGGGGGGG,AAAAAOH 3,NaOH,退火,Klenow,dNTPs,Step dscDNA cloning and transformation,双链平头的cDNA通常可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
24、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,将重组子转到受体中，扩增、检测阳性克隆,cDNA法分离目的基因的基本程序,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,cDNA法分离目的基因的基本程序,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录。任务是要分离克隆这些新基因
25、，进而研究其生物学功能,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mRNA,cDNA,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,筛选目的基因片段的差别杂交及减法杂交技术,差别杂交（differential hybridization）,差别杂交：又称为差别筛选（differential screening），特别适用于分离特定组织中或发育阶段表达的基因以及受生长因子调节的基因，也可用于分离经特殊处理诱导表达基因,差别杂交的局限性,灵敏度低，特别是对低丰度
26、的mRNA。,工作大，耗时耗钱。需要筛选大量的杂交滤膜，鉴定大量的噬菌斑或克隆片段。,重复性差,减法杂交（subtractive hybridization）,减法杂交：又叫差减杂交、扣除杂交、减数杂交或消减杂交，是通过DNA复性动力学原理富集目的基因序列，并以此构建减数文库（subtractive library）的方式来进行目的基因分离克隆的。,减法杂交的对象,Genomic DNA,cDNA,Genomic DNA subtractive hybridization,mRNA subtractive hybridization,克隆两样品存在特异性的基因,克隆两样品差异表达的基因,减法杂
27、交的本质是除去那些普遍共同存在的或非诱发产生cDNA序列，从而使欲分离的目的基因的序列得到有效的富集,Differential cDNA between T and B cell,content 2%in T cell,total positive cloning:35,which purpose gene(T-cell receptor)is contained,减法杂交也可用于分离缺失突变基因,减法杂交的缺点,假阳性：回收cDNA量少、容易丢一些mRNA以及mRNA降解造成cDNA过短而导致的,重复性易解低,改进的方法,使用磁珠的减数技术（magnet assisted subtracti
28、ve technique，MAST）,Oligo(dT)30乳胶和PCR结合的方法,酶降解减数法(enzymatic degrading subtractive,EDS),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,D 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
29、，根据该序列化学合成聚合反应必,需的双引物,利用PCR定向扩增目的基因,目的基因,5,变性,加热,引物,退火,底物,聚合,5,5,加热,变性,5,5,5,5,5,5,5,5,5,5,5,5,5,5,5,5,5,5,5,5,退火 引物,底物,聚合,加热,变性,引物,退火,底物,聚合,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末端加同聚尾的方法与载体拼接，也可以使用专门的T载体克隆,PCR克隆目的基因的基本程序,5,5,A,A,T,T
30、,5,5,PCR扩增产物,T 载体,T7,lacZ,MCS,ori,Apr,DNA插入诱变结合PCR分离目的基因,当一段特定DNA序列插入到植物基因组中目的基因内部或其邻近位点时，便会诱发该基因发生突变，并最终导致表型的变化，形成突变植株。如果此段DNA序列是已知的，以其作为分子探针可从突变株基因组文库中筛选到突变基因，再利用此突变基因作为探针在野生型植株基因组文库中筛选到目的基因。由于插入的DNA序列相当于人为地给目的基因加上一段已知的序列标签，DNA插入诱变法又叫DNA标签法（DNA tagging）,DNA插入诱变法,转座子标签法（transposon tagging）,T-DNA标签法
31、（T-DNA tagging）,转座子标签法（transposon tagging）,1951年Barbara Mclintock首先在玉米中发现了控制元件，后来命名为转座元件或转座子(transposon)。,转座子是染色体上一段可移动的DNA片段，它可从染色体的一个位置跳到另一个位置。当转座子跳跃而插入到某个功能基因时，就会引起该基因的失活，并诱导产生突变型，而当转座子再次转座或切离这一位点时，失活基因的功能又可得一恢复。,转座子,转座子（DNA-DNA方式转座的转座子）,逆转座子（retrotransposon）,自主转座元件,非自主转座元件,转座子可以通过DNA复制或直接切除两种方式获
32、得可移片段，重新插入基因组DNA中。自主转座元件本身能够编码转座酶而进行转座，非自主转座元件则需在自主元件存在时方可转座，以玉米的Ac/Ds体系为例，Ac(Activator)属于自主元件，Ds(Dissociation)则是非自主元件，必需在Ac元件存在下才能转座,逆转座子又称为返座元(retroposon)，是近年新发现的由RNA介导转座的转座元件，在结构和复制上与反转录病毒(retrovirus)类似，只是没有病毒感染必须的env基因，它通过转录合成mRNA,再逆转录合成新的元件整合到基因组中完成转座，每转座1次拷贝数就会增加1份，因此它是目前所知高等植物中数量最大的一类可活动遗传成分。
33、,目前共发现了3种类型反转录转座子：Tyl-copia类，Ty3-gypsy类和LINE(long interspersed nuclear Clements)类转座子，前两类是具有长末端重复的转座子，LINE类转座子没有长末端重复。高等植物中的反转录转座子主要属于Tyl-copia类，分布十分广泛，几乎覆盖了所有高等植物种类,克隆转座子主要有两条途径：,根据序列同源性，在基因组的不同位置分离同一家族的转座子成员,利用抗体识别或cDNA探针从野生型植株中获得表达量降低或不稳定基因座的序列，再从突变体中分离得到相应的转座子,Ac-Ds系统：Ac：4565 bp 末端反向重复序列（11 bp）自主
34、元件 转座酶基因 Ds：Ac的缺失序列，结构多样 末端反向重复序列（613）非自主元件,反向重复序列转座酶足迹,T-DNA标签法（T-DNA tagging）,差示分析法分离目的基因,mRNA差别显示技术（mRNA differential display by PCR,DD-PCR）,代表性差别分析技术（representation difference analysis,RDA）,抑制性减法杂交（suppression subtractive hybridization,SSH）,mRNA差别显示技术,mRNA差别显示技术：或称为差别显示反转录PCR（differential displa
35、y reverse transcription PCR,DDRT-PCR）,P.Liang and found in 1922,mRNA差别显示技术：是通过对某一特定细胞类型或发育阶段表达的mRNA与另一细胞类型或发育阶段表达的mRNA进行RTPCR扩增，并利用电泳和放射性自显影技术来对不同细胞类型或发育阶段进行对比显示差异，进而寻找不同细胞类型或发育阶段代表性的基因基因克隆方法,mRNA差别显示技术的基本原理,绝大多数真核生物mRNA（除极少数特例，如组蛋白基因）都有polyA尾巴，在polyA尾巴前（5上游）的两个碱基，除第二为的情况之外，只有12种可能,将这12种序列的互补序列作为下游引
36、物，反转录mRNA，合成第一链cDNA。这种引物通常叫锚定引物,通式,5T11MN或5T12MN,M：A、G、CN：A、T、G、C,这12个锚定引物中的每一条引物都可扩增出某一特定细胞的总cDNA的1/12，由此可将整个mRNA在cDNA水平上，分成大致相等的但序列不同的12份亚群体。这些群体中，代表某一特定细胞类型或发育阶段的mRNA种的含量是相当低的。,要分离在某一特定细胞类型或发育阶段表达的mRNA、而在另一细胞类型或发育阶段不表达或表达量不同的基因，就要进行PCR扩增,引物,上游引物：3端的12种锚定引物,下游引物：5端20种10mer随机引物(arbitrary primer,AP)
37、,引物对组合240对,在PCR反应加入35S可32P标记的dNTP，经电泳和放射性自显影后，可每一对引物可扩增出60160条分子量在100500bp的cDNA条带。在同一胶上比较两个不同样品在同一引物条件下扩增出的cDNA带就可显示出差异表达的条带,mRNA差别显示技术的基本操作过程,E 化学合成法,化学合成法的基本战略,化学合成的单元操作,DNA化学合成的用途,化学合成法的基本战略,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,化学
38、合成法的基本战略,全基因合成,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,化学合成法的基本战略,全基因合成,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,化学合成法的基本战略,全基因合成,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
39、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%,化学合成法的基本战略,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，此时需要从已知的氨基酸序列推测为其,编码的DNA序列，然后合成探针，筛选由鸟枪法或cDNA法得到,的重组子，最终获得含有目的基因的目的重组子,由于大多数氨基酸拥有简并密码子，故在探针序列的设计时,必须考虑下列问题：,生物体对简并密码子的偏爱性，合成系列探针,探针应具有足够的长度，通常在17-20个核苷酸之间,探针内部不应出现可能的互补区域,
40、化学合成法的基本战略,探针等寡聚核苷酸合成,某段连续的氨基酸序列,Cys Met Asp Glu Met Lys Arg Asn Ile,所有可能的DNA序列,TGTATGGACGAAATGAAAAGAAACATA,C T GATG G G T T,C,CGA,CGG,CGT,CGC,设计的简并探针序列,TGTATGGACGAIATGA,TGTATGGATGAIATGA,TGCATGGACGAIATGA,TGCATGGATGAIATGA,A,G,此外还可以参考各种生物体的EST数据库进行倾向性简并序列设计,expressed sequence tag,化学合成的单元操作,化学合成DNA的实质是
41、按照序列要求将脱氧核苷酸单体一个个接上去，每接一个单体就是一个循环反应，包括：基团保护、分离、缩合、分离、去保护五大操作单元。从反应机理上来讲，DNA化学合成有磷酸二酯法、磷酸三酯法、亚磷酸液三酯法；具体操作过程又有液相合成和固相合成两种形式。前者操作繁琐，基本上已淘汰；后者反应中间物的分离程序简便，DNA合成仪就是根据固相亚磷酸液三酯法原理设计的,化学合成的单元操作,O,H,G,H,H,H,H,O,CH,2,O,DMT,P,O,Me,N,CH,Me,Me,CH,Me,Me,H,DMT：二甲氧基三苯甲基,激活,缩合,氧化,脱取代基,玻璃珠,连接臂,DNA化学合成的用途,合成天然基因,修饰改造基因,设计新型基因,制备探针、引物、接头,如生长激素释放抑制素基因、脑啡肽基因、胰岛素基因、干扰素,如组织型纤溶酶原激活剂基因、尿激酶原基因等,基因等,Its over!Thank you!,
