重组体的筛选与鉴定.ppt

重组体克隆的筛选和鉴定,转化子和重组子,转化子：将导入外源DNA分子后能稳定存在的受体细胞称为转化子,重组子：含有重组DNA分子的转化子成为重组子。,如果重组子中含有外源目的基因则又称为阳性克隆子或期望克隆子,在转化反应中，并非所有的细胞都转入重组DNA分子，即使所有的受体细胞都变为转化体，所获得的转化子仍是多种类型的DNA分子，因为在连接产物中既有裁体和一个或数个串联目的基因的连接，也有载体的自连，还有目的DNA分子的自连，更多的是未发生连接反应的载体和目的DNA片段。,因此在成千上万个转化子中，真正含有期望的重组DNA分子的比例很少，为了将含有外源DNA的宿主细胞和不含外源DNA宿主细胞分开，以及将含有正确重组子的宿主细胞和含有其他外源DNA的宿主细胞分开。这就需要设计出容易于筛选重组子克隆的方案并加以验证。,阳性克隆的筛选与鉴定可以从不同的层次、利用不同的方法进行。总的来说，重组子的鉴定可以从直接和间接两个方面分析，可以从DNA、RNA和蛋白质三个不同的水平进行鉴定。,一、抗药性标记及其插入失活选择法,pBR322质粒上有两个抗菌素抗性基因:Tetr和Ampr。Tetr上有插入位点BamHI和SalI;Ampr上有插入位点PstI。,第一节载体表型选择法,1.原理：,pBR322,（1）四环素：,（2）氨苄青霉素抗性基因：,2.pBR322抗菌素标记选择,含bla基因的菌体产生-内酰胺酶，使氨苄青霉素转变为青霉酮酸，使碘-青霉素指示液（I2-KI-Aampicillin）（蓝灰色）褪色。,抑制细菌生长，但不杀死细菌。,杀死生长的细菌，但不杀死停止生长的细菌。,（3）环丝氨酸：,3.选择过程：,如果在Tetr上插入外源DNA，导致四环素抗性基因失活，可用四环素加环丝氨酸平板培养基选择重组克隆。,Tetr失活的菌生长被四环素抑制，不被环丝氨酸杀死，保留下来；Tetr不失活的菌抗四环素，能分裂生长，反而被环丝氨酸杀死。,（1）四环素抗性插入失活,无环丝氨酸培养基,（2）氨苄青霉素抗性插入失活选择过程,如果Ampr上插入外源DNA，导致氨苄青霉素抗性基因失活，可用碘-青霉素指示液选择。,二、-半乳糖苷酶显色反应选择法,-半乳糖苷酶,乳糖,半乳糖,葡萄糖,Xgal,半乳糖,5-溴-4-氯靛蓝,+,+,深蓝色,1.原理：,载体上有一段-半乳糖苷酶基因（LacZ）的片段（氨基端），其上有外源DNA的插入位点。受体菌基因组中有突变的-半乳糖苷酶基因（片段缺失）。可以被IPTG诱导表达。载体和受体菌基因组可以互补形成完整有功能的-半乳糖苷酶。,2.选择过程,-半乳糖苷酶使Xgal分解成兰色产物。,利用插入的外源基因的表达产物特性进行直接选择。（只在特定条件下）。,转化进来的外源基因产物能够弥补受体菌株的突变型缺陷。,一、原理：,第二节根据插入基因的表型选择,1.弥补缺陷,his-,his+,受体菌：,外源基因：,在不含组氨酸的培养基中生长,小鼠的二氢叶酸还原酶（DHFR）对三甲氧苄二氨嘧啶(抑制大肠杆菌生长)有抗性。,DHFR,载体,连接,转化受体菌,三甲氧苄二氨嘧啶培养基平板,含DHFR的克隆才能生长,例：,使被转化的受体菌表现出外源基因的表型。,2.增加新性状,降解,利用有插入片段的重组载体的分子量比野生型载体分子量大。,一、直接电泳检测法,从转化后的菌体克隆中分离质粒，电泳、比较其分子量。,第三节DNA电泳检测法,分子量Marker,载体,重组克隆,二、酶切电泳筛选法,1.原理：,根据已知的外源DNA序列的限制性酶切图谱，选择一两种内切酶切割质粒，电泳后比较电泳结果（DNA带数和长度）。,或用合适的内切酶切下插入片断，再用其它酶切这个片断，电泳后比较结果是否符合预计的结果。,酶切前,酶切后,插入片断,载体,不同克隆的酶切结果,筛选过程,三、PCR扩增检测法,1.原理,PCR能在模板序列上扩增出预期DNA片断。,2.过程,（1）从重组克隆中提取质粒（或DNA）。,（2）用外源DNA插入片断引物作PCR。,（3）电泳PCR产物。,（4）检查是否有PCR产物。,（5）PCR产物的长度是否与外源基因一致。,1.核酸杂交,第四节核酸杂交检测法,一、原理：,重组克隆与探针杂交。,3.识别标记,32P或125I。,（1）放射性同位素,2.检测用的探针,与外源DNA插入片断互补的序列。,（2）非放射性标记,荧光素,二、核酸杂交检测方法,用DNA（或RNA）探针检测DNA样品。,1.Southernblotting,从宿主细胞中提取DNA（或质粒载体），再用探针杂交。,只有带有插入片断的重组载体才能与探针杂交，在底片上曝光显示。,Southernblot筛选结果,（1）原位杂交筛选,特点：,对应的菌斑或噬菌斑位置不变，可以直接找出阳性菌落。,2.Northernblotting,用DNA（或RNA）探针检测RNA样品。,主要检测插入片断是否被转录。,从宿主细胞中提取RNA，再用探针杂交。,利用抗体作为“探针”来检测转入受体菌并且表达出相应的蛋白质的外源基因。,根据第一抗体（一抗）和第二抗体（二抗）的性质可分为几种作用方式：,一、放射性抗体检测法,第五节免疫化学检测法,1.抗体与产物的结合方式,对表达产物的检测。蛋白蛋白“杂交”,待测基因产物蛋白,一抗,二抗,125I标记的二抗结合蛋白,固相支持滤膜,待测基因产物蛋白,一抗,125I标记的二抗,固相支持滤膜,待测基因产物蛋白,一抗,固相支持滤膜,固相支持滤膜,待测基因产物蛋白,一抗,二抗,125I标记的二抗结合蛋白,125I标记的二抗,2.放射性抗体检测法过程,3.双位点检测法,质粒基因A,插入基因B,表达,质粒蛋白A,外源蛋白B,融合蛋白,检测融合蛋白。,既检测外源基因产物又检测载体基因产物。,固相支持滤膜,抗A抗体,125I标记的抗B抗体,质粒蛋白A,外源蛋白B,质粒蛋白A,外源蛋白B,固相支持滤膜,抗A抗体,发光，底片曝光,二、免疫沉淀检测法,把非放射性抗体加到平板培养当插入基因的表达产物被细菌分泌到菌落周围时，就会与抗体反应形成“沉淀圈”。,1.原理,抗原抗体凝集反应。,检测分泌型产物。,2.方法,对于不能被分泌到菌体外的蛋白质可先进行原位溶菌处理（溶菌酶、原噬菌体诱发）。,三、酶联免疫吸附测定（ELISA）,Enzyme-linkedimmunosorbantassay,1.原理：,一抗（primaryantibody）:与目标分子的特异结合。二抗（secondaryantibody）：与一抗的特异性结合。酶连（enzyme-linke）：二抗上携带一种酶能催化一种反应将无色的底物转变为有色的物质（或发光），再通过比色测定有色物质的含量（或光强度），从而推测目标分子的含量。,待测基因产物蛋白,一抗,二抗,酶,待测基因产物蛋白,一抗,二抗,无色的底物,有色的产物,比色观察,酶,19,在特殊的分光光度仪（酶标仪）上比色，打印出结果。,（5）比色,四、免疫印迹（westernblotting）法,1.原理：,在蛋白质凝胶电泳以后，用转膜和免疫的方法检测胶上的蛋白质泳带。,（1）SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳,是蛋白质的变性剂，使煮沸变性的蛋白质维持线性状态，并与蛋白质结合，使蛋白质带上负电荷。,SDS:,（SDS-PAGE）：,聚丙烯酰胺凝胶电泳（PAGE）：,（Polyacrylamidegelelectrophoresis）,在电场的作用下线性蛋白质链在聚丙烯酰胺凝胶介质中向正极移动，移动的速率主要取决于其分子量大小（链的长短），从而把不同分子量的肽链分开。,电泳buffer,电泳buffer,点样,电泳方向,蛋白质电泳的分子量标准,已知分子量的蛋白质混合液，与待测样品一起电泳，为样品蛋白质提供分子量估计。,Da,道尔顿(质量单位,等于一氧原子质量的十六分之一。一克约为61023道尔顿,Dalton,SDSPAGE,凝胶中的蛋白质染色：,考马斯亮蓝：灵敏度底、只能检出0.3-1g/带，但可褪色回收。,硝酸银：灵敏度高、可检出2-5ng/带。,2）转到膜上进行染色。,1）直接染色,直接染色电泳结果,（2）Westernblotting,电泳胶里的蛋白质带可以用电转的方法，转到膜上（硝酸纤维素膜、PVDF膜、中性尼龙膜等）。,Western（转膜）,胶里的蛋白质带在电场的作用下横向转移到正极一侧的膜上。,膜,胶,蛋白,Western装置,Blotting,原理与ELISA相同。,待测蛋白,硝酸纤维素膜,一抗,二抗,辣根过氧化物酶,底物,产物，并发出光,PAGE胶,待测蛋白,底片曝光,辣根过氧化物酶：HRPO,1）先用一抗（待测蛋白的单克隆抗体）与膜上的蛋白结合。,2）洗去未结合的一抗。,3）用二抗与一抗结合（二抗上带有HRPO）。,4）清洗掉未结合的二抗。,5）用HRPO的底物浸泡膜。,6）暗室里曝光，冲洗胶片。,Blotting过程,结果,多克隆抗体Blotting的结果,单抗blotting结果,第七节几种常用的真核生物重组基因选择方法,真核细胞核苷酸的合成需要四氢叶酸提供甲基。,二氢叶酸,四氢叶酸,二氢叶酸还原酶（dihydrofolatereductase，DHFR）,一、哺乳动物基因转移的选择标记,1.胸苷激酶（thymidinekinase,tk）,（1）TK选择原理,四氢叶酸的必要性,DHFR,氨甲喋啉（Methotrexate）的抑制作用,氨甲喋啉（或氨基喋啉）是叶酸的类似物。能抑制二氢叶酸还原酶，从而阻断dATP、dCTP和dTTP的合成：,胸苷酸激酶的补救作用,TK+细胞能产生胸苷酸激酶，所以可以利用培养基中的胸苷（T）合成TTP，存活。,T,tk,次黄嘌呤的补救作用,细胞可以利用次黄嘌呤合成dATP和dCTP。,HAT培养基：,Tk-细胞株。,TK基因。,宿主细胞,载体标记,（2）TK选择过程,含次黄嘌呤、氨基喋啉和胸苷的培养基。(hypoxanthine，aminopterin，thiymidine）,只有转入TK基因的细胞才能生存。,20,真核细胞核苷酸的合成需要四氢叶酸提供甲基。,2.二氢叶酸还原酶基因（DHFR）,（1）选择原理,二氢叶酸还原酶的必要性,dUMP,dATP,TTP,dCTP,四氢叶酸,四氢叶酸,DHFR+细胞,二氢叶酸,四氢叶酸,二氢叶酸还原酶,二氢叶酸还原酶合成四氢叶酸,DHFR+细胞能产生二氢叶酸还原酶，所以能合成四氢叶酸。,能在无胸腺嘧啶和次黄嘌呤的培养基中生存,不需要补救！,DHFR-细胞,DHFR-细胞不能产生二氢叶酸还原酶，所以不能合成四氢叶酸。,需要补救！,不能在无胸腺嘧啶和次黄嘌呤的培养基中生存。,胸腺嘧啶和次黄嘌呤补救,dUMP,dATP,TTP,dATP,次黄嘌呤,补救,胸苷,补救,无四氢叶酸提供甲基，dNTP合成受阻时，,胸腺嘧啶和次黄嘌呤分别补救:,DHFR-细胞株（不能在无核苷酸的培养基中生长）。,宿主细胞,（2）选择过程,透析除去血清中的内源性核苷酸，以免补救。,无核苷酸的培养基,需要胸腺嘧啶和次黄嘌呤补救！,氨甲喋呤“加压”,添加少量氨甲喋啉抑制内源性DHFR的补救作用，可提高选择。,DHFR+基因。,载体标记,只有转入DHFR+基因的细胞才能生存。,DHFR-,DHFR-,DHFR+,DHFR+,live,die,无核苷酸的培养基,是细菌抗生素，干扰细菌的核糖体，使细菌的蛋白质合成不能正常进行，但不影响真核生物。,3.新霉素抗性基因（neor）,（1）选择原理,新霉素（neomycin）,新霉素的类似物，是一种氨基糖苷，对真核细胞和原核细胞都有毒性。,G418（geneticin）,新霉素抗性基因-neor,细菌的新霉素抗性基因（neor）编码一种磷酸转移酶（APH），能使G418失活。,G418,真核细胞,死亡,G418,存活,neor,真核细胞,含致死剂量G418的完全培养基。,G418培养基,真核细胞株均可。,neor基因。,宿主细胞,载体标记,（2）选择过程,G418：（100-800g/mL）,CAT是由大肠杆菌转座子Tn9编码的，催化氯霉素发生乙酰化失活。,氯霉素,cat,含氯霉素的完全培养基。,真核细胞株均可。,cat基因。,乙酰氯霉素,4.氯霉素乙酰转移酶（CAT）,（1）选择原理,（2）选择条件,（3）宿主细胞,（4）载体标记