《DNA突变技术》PPT课件.ppt

第三章 DNA突变技术,基因突变包括单个碱基或片断的替换，基因片断的插入与删除等。 根据其特点可将基因突变技术分两大类： 1.位点特异性突变 定点突变 2.随机突变 表型筛选,随机突变 易错PCR法(Error-prone PCR) 降低一种dNTP的量（降至5-10） 加入dITP来代替被减少的dNTP 缓冲液中另加0.5mmol/L Mn2+ DNA Shuffling 外显子、单基因和基因家族的重组装 随机引物延伸法 交错延伸法 定点突变 点突变碱基删除、增补和替换,易错PCR(epPCR),How DNA shuffling is done in the tube Random fragmentation of a pool of related genes; Self-priming polymerase reaction and template switching (causing crossovers); PCR amplification with primers of reassembled products,How DNA shuffling works,How DNA shuffling works ？,一、单基因和基因家族的重组装,X XXX,X XX X,XX X,XXX X,XX X,X XXX,XX X,X XX X,XXX X,X XXX,XX X,X XX X,XXX X,XX X,XX X,XX XXX X X X X X XX X,Fragment Reassemble Select best with DNAseI fragments recombinants,Repeat for multiple cycles,How DNA shuffling works ？,一、单基因和基因家族的重组装,DNA 重组装的过程,磷脂酶热稳定催化活性的分子进化 （Jae Kwang Song等，2000）,-葡糖苷酶耐热性的提高 (Mara Jesu s Arrizubieta等，2000）,耐热p-硝基苯酯酶的分子进化 (Lori Giver等，1998）,The fucosidase activity are shown with stick representation. Two mutations in the active site (Asp604 and Gln573) are shown in red. Two mutations in close proximity of the active site (Pro511 and Asp908) are shown in magenta. Two mutations far away from the active site and on the protein surface (Val9 and Gln135) are shown in green. The rest of the substrate binding and active site residues are shown in yellow,牛乳糖酶到岩藻糖苷酶的直接进化（JI-HU ZHANG等，1997）,二、随机引物PCR(RPR)和重组装,How DNA shuffling works ？,多功能氧化酶的定向进化 （Hikaru Suenaga等,2001）,三、交错延伸PCR突变法(StEP),How DNA shuffling works ？,枯草杆菌蛋白酶E热稳定性的分子进化 （Huimin Zhao等，1999）,进化的热稳定性枯草芽孢杆菌蛋白酶E的突变谱系,进化后的枯草杆菌蛋白酶E,正面,反面,芽孢杆菌脲酸酶的定向 进化 （Su-Hua Huang等,2004）,定点突变的研究意义,1.对调控区进行突变 研究基因结构与功能之间的关系 2. 对编码基因进行突变 检验特定残基在蛋白质结构、催化活性和配基结合能力中的作用 获得突变蛋白,定点突变的类型,寡核苷酸介导的基因突变指用含有突变碱基的寡聚核苷酸片断作为引物，在聚合酶的作用下启动DNA分子进行复制。 盒式突变是利用一段人工合成的含基因突变序列的寡核苷酸片段，取代野生型基因中的相应序列。 PCR介导的基因突变,DNA定点突变的种类 寡聚核苷酸介导 替换、插入、删除 盒式突变 PCR介导,寡聚核苷酸介导法,在dut+的E. coli中 dUTP dUMP 在dUTP 酶缺失体中（dut- ） dUTP dUMP,dut：dUTPase突变，可导致E. coli内dUTP的量增加，当DNA复制时，可在很多应该加dTTP的位置加入dUTP。,在正常情况下，尿嘧啶-糖基化酶(ung+)可以去除掺入DNA中的尿嘧啶残基。但在ung-的菌株中，此酶失活。 在大肠杆菌dut- ung-菌株中生长的M13噬菌体的单链基因组DNA中将含有20-30个尿嘧啶残基。用这些噬菌体感染ung+菌株，尿嘧啶被迅速去除，DNA链遭到破坏，感染力下降约5个数量级。 此法的成功关键，是要得到好的含单链模板DNA。,无5-3外切活性 3-5外切活性低,噬菌粒载体（phagemid ）,M13K07辅助感染 产生带 U 的单链 DNA,这种方法得到的突变率太低，约为1-5%。主要原因是含突变位点的双链DNA，转入E.coli后，被其修复系统修复了。,盒 式 定 点 突 变,PCR介导的基因突变,在基因5和3末端产生突变 重叠延伸PCR 大引物PCR法,在基因5和3末端产生突变,重叠延伸法定点突变技术的原理示意图,重叠延伸PCR法小结,缺点：需要2对引物，进行3次PCR，并且需要对中间产物进行纯化。 优点：几乎没有特殊限制，而且成功率高，因此运用非常广泛。 同时利用重叠延伸PCR技术可以对基因中心区段进行取代、插入、缺失的突变。,大引物PCR介导的定点突变,各种点突变方法的比较,应用产品,一步反向PCR法 Stratagen公司的QuikChange系列试剂盒 SBS Genetech公司的Muta-direct Site Directed Mutagenesis Kit Stratagen公司的QuikChange Multi Site-Directed Mutagenesis Kit TaKaRa公司的Multipoints Mutagenesis Kit,一种简便快速的定点突变的方法,Stratagen公司研制的Quickchange试剂盒,可以双链DNA质粒为模板，只需一对引物，进行一次PCR，在12d内即可完成点突变过程。 DpnI识别序列为甲基化的GATC，GATC在几乎各种质粒中都会出现，而且不止一次。,Overview of the QuikChange XL site-directed mutagenesis method.,Steps of Muta-direct Site-Directed Mutagenesis Kit,Overview of the Qu