分子生物学-质粒课件

分子生物学李松2022/11/261分子生物学李松2022/11/261质粒2质粒2用于基因克隆的载体质粒（plasmid）噬菌体或病毒DNA考斯质粒（cosmid）与噬菌粒人造染色体载体用于基因克隆的载体质粒（plasmid）噬菌体或病毒DNA考载体的功能及特征运送外源基因高效转入受体细胞为外源基因提供复制能力或整合能力为外源基因的扩增或表达提供必要的条件载体的功能及特征运送外源基因高效转入受体细胞为外源基因提供复载体应具备的条件具有针对受体细胞的亲缘性或亲和性（可转移性）

具有合适的筛选标记具有较高的外源DNA的载装能力具有多种单一的核酸内切酶识别切割位点具有与特定受体细胞相适应的复制位点或整合位点载体应具备的条件具有针对受体细胞的亲缘性或亲和性（可转移性）质粒的基本特征质粒是生物细胞内固有的、能独立于寄主染色体而自主复制、并被稳定遗传的一类核酸分子质粒常见于原核细菌和真菌中绝大多数的质粒是DNA型的绝大多数的天然DNA质粒具有共价、封闭、环状的分子结构，即cccDNA（covalentlyclosedcircularDNA）质粒DNA的分子量范围：1-300kb质粒的基本特征质粒是生物细胞内固有的、能独立于寄主染色体而自质粒的自主复制性质粒能利用寄主细胞的DNA复制系统进行自主复制质粒DNA上的复制子结构决定了质粒与寄主的对应关系根据在每个细胞中的分子数（拷贝数）多寡，质粒可分为两大复制类型：严紧型复制控制的质粒1-3拷贝stringentplasmid松弛型复制控制的质粒10-60拷贝stringentplasmid质粒的自主复制性质粒能利用寄主细胞的DNA复制系统进行自主复质粒的不相容性任何两种含有相似复制子结构的不同质粒，不能同时存在于一个细胞中，这种现象称为质粒的不相容性，不相容性的质以大肠杆菌的质粒为例：ColE1、pMB1拥有相似的复制子结构，彼此不相容pSC101、F、RP4拥有相似的复制子结构，彼此不相容p15A及其衍生质粒拥有相似的复制子结构，彼此不相容粒组成不相容性群。质粒的不相容性任何两种含有相似复制子结构的不同质粒，不能同时质粒的不相容性：分子机制两种含有相似复制子结构的不同质粒，在复制时受到同一种拷贝数控制系统的干扰，致使两种质粒的最终拷贝数不同，两种含有不同复制子结构的不同质粒，在复制时各受自己的拷贝数控制系统的调节，致使两种质粒的最终拷贝数恒定，因此在经过若干复制周期和细胞分裂周期后仍能共处于同一细胞内。其中拷贝数多的质粒在以后的细胞分裂周期中更具优势。质粒的不相容性：分子机制两种含有相似复制子结构的不同质粒，在质粒的可转移性革兰氏阴性菌的质粒可分成两大类：接合型质粒能在天然条件下自发地从一个细胞转移到另一个细胞（接合作用），如F、Col、R质粒等；如Col、R的其它成员；非接合型质粒不能在天然条件下独立地发生接合作用值得注意的是，某些非接合型质粒（ColE1）在接合型质粒的存在和协助下，也能发生DNA转移，这个过程由bom和mob基因决定质粒的可转移性革兰氏阴性菌的质粒可分成两大类：接合型质粒携带特殊的遗传标记野生型的质粒DNA上往往携带一个或多个遗传标记基因，这使得寄主生物产生正常生长非必需的附加性状，包括：物质抗性抗生素、重金属离子、毒性阴离子、有机物物质合成抗生素、细菌毒素、有机碱这些标记基因对DNA重组分子的筛选具有重要意义携带特殊的遗传标记野生型的质粒DNA上往往携带一个或多个遗传质粒的构建天然存在的野生型质粒由于分子量大、拷贝数低、单一酶切位点少、遗传标记不理想等缺陷，不能满足克隆载体的要求，因此往往需要以多种野生型质粒为基础进行人工构建。目前实验室使用的大肠杆菌质粒大多是由少数几个野生型质粒构建的：pSC1018.8kb拷贝数5四环素抗性标记基因TcrColE16.5kb拷贝数20-30大肠杆菌内毒素标记基因E1RSF2124ColE1衍生质粒氨苄青霉素抗性标记基因Apr质粒的构建天然存在的野生型质粒由于分子量大、拷贝数低、单一酶人工构建的质粒根据其功能和用途可分成如下几类：高拷贝质粒突变拷贝数控制基因拷贝数1000-3000扩增基因低拷贝质粒来自pSC101拷贝数小于10

表达某些毒性基因温敏质粒在不同温度下表现出拷贝数、整合等不同性质测序质粒含有测序通用引物互补序列和多酶接头polylinker整合质粒装有整合促进基因及位点便于外源基因的整合穿梭质粒装有针对两种不同受体的复制子便于基因克隆表达质粒装有强化外源基因表达的转录、翻译、纯化的元件探针质粒装有报告基因便于启动子等元件的克隆筛选人工构建的质粒根据其功能和用途可分成如下几类：高拷贝质粒重要的大肠杆菌质粒载体松弛型复制pBR322：氯霉素可扩增拷贝数50-100/cell用于基因克隆重要的大肠杆菌质粒载体松弛型复制pBR322：氯霉素可扩pUC18/19：拷贝数2000-3000/cell用于基因克隆和测序装有多克隆位点（MCS）正选择颜色标记lacZ’pUC18/19：拷贝数2000-3000/质粒表达型质粒载体的结构质粒表达型质粒载体的结构172022/11/26常用克隆载体类型：T-载体，pUC系列，pMD系列，一些表达型质粒特点：功能单位小，拷贝数多172022/11/26常用克隆载体类型：T-载体，pUC系182022/11/26T-vector182022/11/26T-vector192022/11/26BluewhiteScreen192022/11/26BluewhiteScreen202022/11/26202022/11/26212022/11/26常用表达系统原核细胞：大肠杆菌、芽孢杆菌等真核细胞：丝状真菌、酵母、昆虫、哺乳动物细胞等212022/11/26常用表达系统原核细胞：大肠杆菌、芽孢质粒DNA的分离纯化实验室一般使用下列三种方法制备质粒DNA：氯化铯密度梯度离心法

质粒DNA纯度高、周期长、设备要求高、溴乙锭污染碱溶法

质粒DNA纯度底、快速、操作简便沸水浴法

质粒DNA纯度、操作周期介于氯化铯法和碱溶法之间质粒DNA的分离纯化实验室一般使用下列三种方法制备质粒DNA碱溶法：

用含有EDTA的缓冲液悬浮菌体加溶菌酶裂解细菌细胞壁加NaOH和SDS的混合溶液，去膜释放内含物

加高浓度的醋酸钾溶液，沉淀染色体，去除染色体DNA及大部分蛋白质离心取上清液，用苯酚-氯仿萃取，去除痕量的蛋白质乙醇或异丙醇沉淀水相质粒DNA用无DNase的RNase去除残余的RNA

cccDNAL-DNAocDNAD-DNAT-DNA碱溶法：用含有EDTA的缓冲液悬浮菌体加溶菌酶裂解细菌细分子生物学李松2022/11/2624分子生物学李松2022/11/261质粒25质粒2用于基因克隆的载体质粒（plasmid）噬菌体或病毒DNA考斯质粒（cosmid）与噬菌粒人造染色体载体用于基因克隆的载体质粒（plasmid）噬菌体或病毒DNA考载体的功能及特征运送外源基因高效转入受体细胞为外源基因提供复制能力或整合能力为外源基因的扩增或表达提供必要的条件载体的功能及特征运送外源基因高效转入受体细胞为外源基因提供复载体应具备的条件具有针对受体细胞的亲缘性或亲和性（可转移性）

具有合适的筛选标记具有较高的外源DNA的载装能力具有多种单一的核酸内切酶识别切割位点具有与特定受体细胞相适应的复制位点或整合位点载体应具备的条件具有针对受体细胞的亲缘性或亲和性（可转移性）质粒的基本特征质粒是生物细胞内固有的、能独立于寄主染色体而自主复制、并被稳定遗传的一类核酸分子质粒常见于原核细菌和真菌中绝大多数的质粒是DNA型的绝大多数的天然DNA质粒具有共价、封闭、环状的分子结构，即cccDNA（covalentlyclosedcircularDNA）质粒DNA的分子量范围：1-300kb质粒的基本特征质粒是生物细胞内固有的、能独立于寄主染色体而自质粒的自主复制性质粒能利用寄主细胞的DNA复制系统进行自主复制质粒DNA上的复制子结构决定了质粒与寄主的对应关系根据在每个细胞中的分子数（拷贝数）多寡，质粒可分为两大复制类型：严紧型复制控制的质粒1-3拷贝stringentplasmid松弛型复制控制的质粒10-60拷贝stringentplasmid质粒的自主复制性质粒能利用寄主细胞的DNA复制系统进行自主复质粒的不相容性任何两种含有相似复制子结构的不同质粒，不能同时存在于一个细胞中，这种现象称为质粒的不相容性，不相容性的质以大肠杆菌的质粒为例：ColE1、pMB1拥有相似的复制子结构，彼此不相容pSC101、F、RP4拥有相似的复制子结构，彼此不相容p15A及其衍生质粒拥有相似的复制子结构，彼此不相容粒组成不相容性群。质粒的不相容性任何两种含有相似复制子结构的不同质粒，不能同时质粒的不相容性：分子机制两种含有相似复制子结构的不同质粒，在复制时受到同一种拷贝数控制系统的干扰，致使两种质粒的最终拷贝数不同，两种含有不同复制子结构的不同质粒，在复制时各受自己的拷贝数控制系统的调节，致使两种质粒的最终拷贝数恒定，因此在经过若干复制周期和细胞分裂周期后仍能共处于同一细胞内。其中拷贝数多的质粒在以后的细胞分裂周期中更具优势。质粒的不相容性：分子机制两种含有相似复制子结构的不同质粒，在质粒的可转移性革兰氏阴性菌的质粒可分成两大类：接合型质粒能在天然条件下自发地从一个细胞转移到另一个细胞（接合作用），如F、Col、R质粒等；如Col、R的其它成员；非接合型质粒不能在天然条件下独立地发生接合作用值得注意的是，某些非接合型质粒（ColE1）在接合型质粒的存在和协助下，也能发生DNA转移，这个过程由bom和mob基因决定质粒的可转移性革兰氏阴性菌的质粒可分成两大类：接合型质粒携带特殊的遗传标记野生型的质粒DNA上往往携带一个或多个遗传标记基因，这使得寄主生物产生正常生长非必需的附加性状，包括：物质抗性抗生素、重金属离子、毒性阴离子、有机物物质合成抗生素、细菌毒素、有机碱这些标记基因对DNA重组分子的筛选具有重要意义携带特殊的遗传标记野生型的质粒DNA上往往携带一个或多个遗传质粒的构建天然存在的野生型质粒由于分子量大、拷贝数低、单一酶切位点少、遗传标记不理想等缺陷，不能满足克隆载体的要求，因此往往需要以多种野生型质粒为基础进行人工构建。目前实验室使用的大肠杆菌质粒大多是由少数几个野生型质粒构建的：pSC1018.8kb拷贝数5四环素抗性标记基因TcrColE16.5kb拷贝数20-30大肠杆菌内毒素标记基因E1RSF2124ColE1衍生质粒氨苄青霉素抗性标记基因Apr质粒的构建天然存在的野生型质粒由于分子量大、拷贝数低、单一酶人工构建的质粒根据其功能和用途可分成如下几类：高拷贝质粒突变拷贝数控制基因拷贝数1000-3000扩增基因低拷贝质粒来自pSC101拷贝数小于10

表达某些毒性基因温敏质粒在不同温度下表现出拷贝数、整合等不同性质测序质粒含有测序通用引物互补序列和多酶接头polylinker整合质粒装有整合促进基因及位点便于外源基因的整合穿梭质粒装有针对两种不同受体的复制子便于基因克隆表达质粒装有强化外源基因表达的转录、翻译、纯化的元件探针质粒装有报告基因便于启动子等元件的克隆筛选人工构建的质粒根据其功能和用途可分成如下几类：高拷贝质粒重要的大肠杆菌质粒载体松弛型复制pBR322：氯霉素可扩增拷贝数50-100/cell用于基因克隆重要的大肠杆菌质粒载体松弛型复制pBR322：氯霉素可扩pUC18/19：拷贝数2000-3000/cell用于基因克隆和测序装有多克隆位点（MCS）正选择颜色标记lacZ’pUC18/19：拷贝数2000-3000/质粒表达型质粒载体的结构质粒表达型质粒载体的结构402022/11/26常用克隆载体类型：T-载体，pUC系列，pMD系列，一些表达型质粒特点：功能单位小，拷贝数多172022/11/26常用克隆载体类型：T-载