基因工程 基因文库的构建

基因工程基因文库的构建第1页，共38页，2023年，2月20日，星期一Genelibrary(Genomiclibrary)：Acollectionofindependentclonesrepresentingtheentiregenomeofanorganism.Firststep

toisolateatargetDNAsequencefromanorganism’sgenome.

第2页，共38页，2023年，2月20日，星期一1976L.Clark,J.Carbon

n=ln(1-p)/ln(1-f)n:numbersofrecombinantrequiredinfulllibraryp:probabilityoftargetgeneinlibraryf:rateofaverageinsertionDNAsizestogenome第3页，共38页，2023年，2月20日，星期一Mammal

3×109bpIfp=99%clonedfragment20kbf=20kb/3×109

n=690773.2E.coli

4639221bpp=99%f=20kb/4600kbn=1056.9p=99%f=10kb/4600kbn=2116

第4页，共38页，2023年，2月20日，星期一cDNAlibrary:AcollectionofindependentclonesrepresentingtheentirecDNAreverselytranscriptedfrommRNAinaspecifictissueofanorganisminaspecificphage.第5页，共38页，2023年，2月20日，星期一BacterialcoloniesconsistingofgenomicDNAlibrary第6页，共38页，2023年，2月20日，星期一ChoosingvectorStepsoflibraryconstructionPlasmid<10kbPhage0-23kbCosmid~45kbBAC~100kb（250-300kb?）YAC~300kb-1.2Mb第7页，共38页，2023年，2月20日，星期一SUP4基因：酵母细胞Trp-tRNA基因的赭色突变抑制基因，含有克隆位点。在发生Ade2-赭色突变的宿主细胞中，如果没有外源基因的插入，则突变基因表达受抑制受体菌为Ade+，形成白色菌落；当有外源基因插入时，SUP4表达将被阻断，抑制作用被消除，受体菌为Ade-，菌落为红色。第8页，共38页，2023年，2月20日，星期一第9页，共38页，2023年，2月20日，星期一Cosmid

Halfofphage.If700000,cosmid350000(菌落数)CosmidisusuallyappliedinlargesizeDNAcloning,butitismuchmoredifficultthanphage，becausethereisnomuchexperience.（pJB8andc2RBaremoreusedingenelibraryconstruction)第10页，共38页，2023年，2月20日，星期一phagevector1970’s,likeCharon4Aandgt-WES，15～20kbPresently,

EMBLlines,like2001，DASH，Charon38-40，GEM-11etc.(replacementvectors),20-24kb第11页，共38页，2023年，2月20日，星期一Basicprinciples

inchoosing

vectorEasilyrecoverforeignDNAfrom;

Easilyprepare2arms;Availabilityofvectorsequence,REmapping;Ambermutation(琥珀突变)invectorarmsasspecialscreeningmodel;Activegamgeneinrecombinants；Chisequenceinvectorarms.Gam蛋白与核酸外切酶(ExonucleaseV)结合，抑制了宿主的RecBCD的核酸外切酶V活性，使得外来DNA分子不会被切割降解。第12页，共38页，2023年，2月20日，星期一Enterlyticcyclereplicationgiveriseto50genome,thenrollingcyclereplicatingtoproduceconcatemer,andfinallyitiscutandpackagedintoparticles.recB/recC/recDproducts,controllingrecombination,andhaveactivitiesofExnuleaseV,inhibitingDNAreplicationtransfertorollingcycle.gamgene

products

bindandinactivateexnucleaseV.第13页，共38页，2023年，2月20日，星期一Ifgam-,recAproductisrequiredtopackage,butformsmallplaques(小噬斑),sothehostmustberecA+.ButrecA+maycauseotherrecombination,thusweusevectorrecA-/gam+,torealizeproliferationinrecA-host.第14页，共38页，2023年，2月20日，星期一Charon32-35,40chisite：8bp,innaturalE.Coli,1copyofevery5-10Kb,butdon’texistinwildλDNA,notrequiredforrecombination.red-gam-，foreigninsertionDNAwithchisitewouldformclearplaques.Ifnot,formsmallplaques.BecauseofuncertaintyofchisiteinforeignDNA,therecombinantsformlargeandsmallplaques（addingchisiteinvector,suchas2001,DASH,F1X,EMBLlines）第15页，共38页，2023年，2月20日，星期一野生型以及red-gam-噬菌体之蚀菌斑表型噬菌体寄主菌Rec+recA-recA-recBC-P2溶源细菌red-gam-red-gam-χ+非常小小+--++++微小小-第16页，共38页，2023年，2月20日，星期一LibraryconstructionbyphageTotalDNAextractionInitiallengthofDNA

≥4timeofclonedDNA;otherwisetoofewefficientfragments.

Preparationofvectorarms

buyingpreparationandpurification(gradientcentrifugationwithsucroseorNaCl)REdigestionBamHI/EMBL

XhoI/GEM-11第17页，共38页，2023年，2月20日，星期一DigestionofgenomeDNA

generallybySau3AIrecover20-24kb（agaroseorgradientcentrifugation)REdigestionproducestickyends,butwithgreatrandom,sothenumberoflibraryshouldbelargerthanthetheoreticvalue.Physicalmethods,splicingDNAbysonication.LigationandpackagingLongconcatemer

，packagingparticles（storein4℃for6months）.Particles

≥100-1000timesofnakedDNA

intransfectionrate.第18页，共38页，2023年，2月20日，星期一

Dephosphoration

ofvectorincreaseligationandpackagingefficiency

DoubleREdigestionofvectorEMBLlines，2001，XDASH，Charson40,35,34）EMBL3A:SalIBamHIEcoRIE1B1-S1

Inligationreaction

phage108pfu/gDNADigestionbyBamHIandEcoRIandremovementofsmallfragment,decreasethenumberofrecombinantstoonehundredth.Combinationwithothermethods(suchasSpiscreening)onethousandthtoonehundredth

第19页，共38页，2023年，2月20日，星期一Partialfulfillmentof3’recessedendifgenomeDNA-GATC--CTAG--GATC--CTAG-Sau3AI-GAGATC--CTAGAG-KlenowdATP/dGTP-CTCGAG--GAGCTC-XhoIKlenowdCTP/dTTP-CTCTCGAG--GAGCTCTC-互补GEM-11GenomeDNAVector

第20页，共38页，2023年，2月20日，星期一LysisplaquesoflambdaphageonE.colibacteria

第21页，共38页，2023年，2月20日，星期一Plaquenumberindifferentplatedishes第22页，共38页，2023年，2月20日，星期一Amplificationandstore

E.coliFormplaquesIdentificationofrecombinantwithforeignDNACharacterizationofrecombinantswithDNA第23页，共38页，2023年，2月20日，星期一Characterizationofrecombinants

insitublotofplaques(噬斑原位杂交)第24页，共38页，2023年，2月20日，星期一

BlotscreeningwithprobePurificationAnalyzing

Southernblot,REcut,sequencing,immunologicalmethod第25页，共38页，2023年，2月20日，星期一ConstructionofsubgenomiclibraryAtypeoflibrarycontainingspecialpartofgenomeDNA.e.g.plasmidDNA,mitochondriaDNA,specialREDNAfragment.第26页，共38页，2023年，2月20日，星期一Example:cutgenomicDNAbydifferentREs,Southernblotfoundtargetgenein8.3kbSpeIfragment.recoverthisfragmentforsubgenomiclibraryconstruction第27页，共38页，2023年，2月20日，星期一IsolatingmRNAConstructionofcDNAlibrary第28页，共38页，2023年，2月20日，星期一IntegrityofmRNA

largemolecularweightprotein

cell-freetranslationsystemtargetpeptide

immunoprecipitation(免疫沉淀)andSDSmRNAsizes

（500bp～8kb，mainly1.5～2kb）removingsmallfragment第29页，共38页，2023年，2月20日，星期一SynthesizingfirststrandofcDNAtheproducedcDNAshouldcorrespondtotheaboverange.

第30页，共38页，2023年，2月20日，星期一mRNAabundancehigh-abundancemRNA

珠蛋白，免疫球蛋白，卵清蛋白.50-90%

low(rare)…0.5%Causinglargelibrary,anddifficultiestocharacterizationoftargetgene第31页，共38页，2023年，2月20日，星期一EnrichmentofmRNAisolationofmRNAbymolecularsizesfirstlydenature,thengradientcentrifugation(sucrose）

invitrotranslationtodetectitsactivityIsolationofcDNAbymolecularsizesrecentlyapplied,especiallyforlargemRNA第32页，共38页，2023年，2月20日，星期一

ImmunologicalpurificationofpolyribosomeAntibodyagainsttargetpeptideInimmunoaffinitypurification(proteinA-Sepharose)column,monocloneantibodymakepolyribosomebindproteinA-spharosecolumn,EDTAwash,andoligo(dT)enrichmRNA.Only0.01-0.05%oftotalmRNAbythismethod第33页，共38页，2023年，2月20日，星期一