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DNA重组的步骤和技术路线

发布时间 2010-01-13 浏览量 作者: 无 来源: 生物无忧
重组DNA技术一般包括四步:
    ① 获得目的基因;
    ② 与克隆载体连接,形成新的重组DNA分子;
    ③ 用重组DNA分子转化受体细胞,并能在受体细胞中复制和遗传;
    ④ 对转化子筛选和鉴定.在具体工作中选择哪条技术路线;
    ⑤ 对获得外源基因的细胞或生物体通过培养,获得所需的遗传性状或表达出所需要的产物.
    主要取决于基因的来源、基因本身的性质和该项遗传工程的目的.

重组DNA片段的取得:
    主要的方法有:
    ① 利用限制酶取得具有粘性末端或平整末端的DNA片段;
    ② 用机械方法剪切取得具有平整末端的DNA片段,例如用超声波断裂双链DNA分子;
    ③ 经反向转录酶的作用从mRNA获得与mRNA顺序互补的DNA单链,然后再复制形成双链DNA(cDNA).例如人的胰岛素和血红蛋白的结构基因都用这方法获得.这样获得的基因具有编码蛋白质的全部核苷酸顺序,但往往与原来位置在染色体上的基因在结构上有区别,它们不含有称为内含子的不编码蛋白质的间隔顺序;
    ④用化学方法合成DNA片段.从蛋白质肽链的氨基酸顺序可以知道它的遗传密码.依照这密码用化学方法可以人工合成基因.

DNA片段和载体的连接:
    DNA片段和载体相连接的方法主要有四种:
    ① 粘性末端连接:每一种限制性核酸内切酶作用于DNA分子上的特定的识别顺序,许多酶作用的结果产生具有粘性末端的两个DNA片段.例如来自大肠杆菌(Escherichia coli)的限制酶EcoRI作用于识别顺序↓…GAATTC… …CTTAAG…↑(↑指示切点),产生具有粘性末端…G …CTTAA和AATTC… G…的片段.把所要克隆的DNA和…载体DNA用同一种限制酶处理后再经DNA连接酶处理,就可以把它们连接起来.
    ② 平整末端连接:某些限制性内切酶作用的结果产生不含粘性末端的平整末端.例如来自副流感嗜血杆菌(Hemophilus parainfluenzae)的限制酶Hpal作用于识别顺序↓…GTTAAC… …CAATTG…而产生末端为…GTT …GAA的DNA片段.用机械剪切方法取得的DNA片段的末端也是平整的.在某些连接酶(例如感染噬菌体T4后的大肠杆菌所产生的DNA连接酶)的作用下同样可以把两个这样的DNA片段连接起来.
    ③ 同聚末端连接:在脱氧核苷酸转移酶(也称末端转移酶)的作用下可以在DNA的3′羧基端合成低聚多核苷酸.如果把所需要的DNA片段接上低聚腺嘌呤核苷酸,而把载体分子接上低聚胸腺嘧啶核苷酸,那么由于两者之间能形成互补氢键,同样可以通过DNA连接酶的作用而完成DNA片段和载体间的连接.
    ④ 人工接头分子连接:在两个平整末端DNA片段的一端接上用人工合成的寡聚核苷酸接头片段,这里面包含有某一限制酶的识别位点.经这一限制酶处理便可以得到具有粘性末端的两个DNA片段,进一步便可以用DNA连接酶把这样两个DNA分子连接起来.

导入宿主细胞:
    将连接有所需要的DNA的载体导入宿主细胞的常用方法有四种:
    ① 转化,用质粒作载体所常用的方法.
    ② 转染(见转化),用噬菌体DNA作载体所用的方法,这里所用的噬菌体DNA并没有包上它的外壳.
    ③ 转导,用噬菌体作载体所用的方法,这里所用的噬菌体DNA被包上了它的外壳,不过这外壳并不是在噬菌体感染过程中包上,而是在离体情况下包上的,所以称为离体包装.
    ④ 注射,如果宿主是比较大的动植物细胞则可以用注射方法把重组DNA分子导入.


选择:
    用以上任何一种方法连接起来的DNA中既可能包括所需要的DNA片段,也可能包括并不需要的片段,甚至包括互相连接起来的载体分子的聚合体.所以接受这些DNA的宿主细胞中间只有一小部分是真正含有所需要的基因的.一般通过3种方法可以取得所需要的宿主细胞:
    ① 遗传学方法,对于带有抗药性基因的质粒来讲,从被转化细菌是否由敏感状态变为抗药的状态就可以知道它有没有获得这一抗药性质粒.一个抗药性基因中间如果接上了一段外来的DNA片段,就使获得这一质粒的细菌不再表现抗性.把一个带有两个抗性基因氨苄青霉素抗性和四环素抗性的质粒pBR322用限制酶Bam HI处理,由于Bam HI的唯一的识别位点是在四环素抗性基因中,所以经同一种酶处理的DNA分子片段就可以连接在这一基因中间.在被转化的细菌中选择只对氨苄青霉素具有抗性而对四环素不具抗性的细菌,便可以获得带有外来DNA片段的载体的细菌.这是一种常用的遗传学方法.
    ② 免疫学方法和分子杂交方法,当一个宿主细胞获得了携带在载体上的基因后,细胞中往往就出现这一基因所编码的蛋白质,用免疫学方法可以检出这种细胞.分子杂交的原理和方法同样可以用来检测这一基因的存在(见分子杂交、基因文库).

基因表达:
    在构建重组体DNA分子和选择宿主细胞时,还须考虑外源基因表达的问题.就是说要求外来的基因在宿主细胞中能准确地转录和翻译,所产生的蛋白质在宿主细胞中不被分解,而且最好还能分泌到细胞外.为了使外源基因表达,需要在基因编码顺序的5′端有能被宿主细胞识别的启动基因顺序以及核糖体的结合顺序.
    两种常用的方法能用来使外源基因在宿主细胞中顺利地表达:
    ① 在形成重组体DNA分子时在载体的启动基因顺序和核糖体结合顺序后面的适当位置上连接外源基因.例如将兔的β-珠蛋白基因或人的成纤维细胞干扰素基因分别连接到已经处在载体上的大肠杆菌乳糖操纵子的启动基因后面,便能使它们在大肠杆菌中顺利地表达;
    ② 将外源基因插入到载体的结构基因中的适当位置上,转录和翻译的结果将产生一个融合蛋白.这种融合蛋白质被提纯后,还要准确地将两部分分开,才能获得所需要的蛋白质.在早期的遗传工程研究中,生长激素释放抑制因子和鼠胰岛素基因的表达都是通过将它们连接在β-半乳糖苷酶基因中的方式实现的.


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