基因重组和基因工程

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1、目录目录 Genetic Recombination and Genetic Engineering目录目录第一节第一节自然界自然界DNA重组和基因转移重组和基因转移是经常发生的是经常发生的 DNA Recombination and Gene Transfer Occur Frequently in Nature目录目录DNA重组重组接合作用接合作用(conjugation)转化作用转化作用(transformation)转导作用转导作用(transduction)转转 座座(transposition)同源重组同源重组(homologous recombination)位点特异的重组位点特

2、异的重组(site-specific recombination)目录目录 发生在同源序列间的重组称为同源重组发生在同源序列间的重组称为同源重组(homologous recombination)，又称根本重，又称根本重组组general recombination。是最根本的。是最根本的DNA重组方式，通过链的断裂和再连接，重组方式，通过链的断裂和再连接，在两个在两个DNA分子同源序列间进行单链或双分子同源序列间进行单链或双链片段的交换。链片段的交换。以以E.coli的同源重组为例，了解同源重组机的同源重组为例，了解同源重组机制的制的Holliday模型。模型。一、同源重组是最根本的一、同源

3、重组是最根本的DNA重组方式重组方式目录目录nHolliday模型的模型的4个关键步骤：个关键步骤：两个同源染色体两个同源染色体DNA排列整齐；排列整齐；片段重组体片段重组体(patch recombinant)拼接重组体拼接重组体(splice recombinant)一个一个DNA的一条链断裂、并与另一个的一条链断裂、并与另一个DNA对应的链连接，形成对应的链连接，形成Holliday中间体；中间体；通过分支移动产生异源双链通过分支移动产生异源双链DNA；Holliday中间体切开并修复，形成两个双链中间体切开并修复，形成两个双链重组体重组体DNA，分别为：，分别为：目录目录 片段重组体片

4、段重组体 见模型图左边产物：见模型图左边产物：切开的链与原来断裂的是同一条链，重组切开的链与原来断裂的是同一条链，重组 体含有一段异源双链区，其两侧来自同一亲体含有一段异源双链区，其两侧来自同一亲本本DNA。拼接重组体见模型图右边产物：拼接重组体见模型图右边产物：切开的链并非原来断裂的链，重组体异源切开的链并非原来断裂的链，重组体异源双链区的两侧来自不同亲本双链区的两侧来自不同亲本DNA。目录目录 内切酶内切酶(recBCD)DNA侵扰侵扰(recA)分支迁移分支迁移 (recA)内切酶内切酶(recBCD)DNA 连接酶连接酶5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5

5、 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 3 3 5 3 5 3 3 5 5 3 5 3 5 3 Holiday中间体中间体5 3 5 3 5 3 5 3 目录目录Holiday中间体中间体5 3 5 3 5 3 5 3 5 5 3 5 5 3 3 3 3 5 5 5 5 3 3 3 3 5 5 5 5 3 3 3 5 5 5 5 3 3 3 3 5 5 5 5 3 3 3 3 内切酶内切酶(ruvC)内切酶内切酶(ruvC)DNA连接酶连接酶 DNA连接酶连接酶片段重组体片段重组体拼接重组体拼接重组体目录目录二、细菌的基因转移与重组有四种方式二、细菌的基因转移与重组有四种方式一接合作用一

6、接合作用当细胞与细胞、或细菌通过菌毛相互当细胞与细胞、或细菌通过菌毛相互接触时，质粒接触时，质粒DNA从一个细胞细菌转从一个细胞细菌转移至另一细胞细菌的移至另一细胞细菌的DNA转移称为接转移称为接合作用合作用(conjugation)。目录目录 可接合质粒如可接合质粒如 F 因子因子(F factor)细菌染色体外的小型环状双链细菌染色体外的小型环状双链DNA分子。分子。质粒质粒目录目录二转化作用二转化作用通过自动获取或人为地供给外通过自动获取或人为地供给外源源DNA，使细胞或培养的受体细胞，使细胞或培养的受体细胞获得新的遗传表型，称为转化作用获得新的遗传表型，称为转化作用(transform

7、ation)。目录目录例：例：溶菌时，裂解的溶菌时，裂解的DNA片段被另一细菌摄取。片段被另一细菌摄取。目录目录三转导作用三转导作用当病毒从被感染的供体细胞释放当病毒从被感染的供体细胞释放出来、再次感染另一供体细胞时，发出来、再次感染另一供体细胞时，发生在供体细胞与受体细胞之间的生在供体细胞与受体细胞之间的DNA转移转移及基因重组即为转导作用及基因重组即为转导作用(transduction)。目录目录噬菌体的生活史噬菌体的生活史溶菌生长途径溶菌生长途径(lysis pathway)溶源菌生长途径溶源菌生长途径(lysogenic pathway)目录目录三、位点特异重组，即特异位点间三、位点特

8、异重组，即特异位点间发生的整合发生的整合 位点特异重组位点特异重组(site-specific recombination)是由整合酶催化，在两个是由整合酶催化，在两个DNA序列的特异序列的特异位点间发生的整合。位点间发生的整合。目录目录噬菌体的整合酶识别噬菌体和宿主染噬菌体的整合酶识别噬菌体和宿主染色体的特异靶位点发生选择性整合；反转色体的特异靶位点发生选择性整合；反转录病毒整合酶可特异地识别、整合反转录录病毒整合酶可特异地识别、整合反转录病毒病毒cDNA的的长末端重复序列长末端重复序列(long terminal repeat,LTR)。一一噬菌体噬菌体DNA的整合的整合目录目录二细菌的特

9、异位点重组二细菌的特异位点重组沙门菌沙门菌H片段倒位决定鞭毛相转变。片段倒位决定鞭毛相转变。目录目录 hix为反向重复序列，它们之间的为反向重复序列，它们之间的H片段片段可在可在Hin控制下进行特异位点重组控制下进行特异位点重组(倒位倒位)。H片段上有两个启动子片段上有两个启动子P，其一驱动，其一驱动hin基基因表达，另一正向时驱动因表达，另一正向时驱动H2和和rH1基因基因表达，反向表达，反向(倒位倒位)时时H2和和rH1不表达。不表达。rH1为为H1的阻遏蛋白基因。的阻遏蛋白基因。目录目录 H2鞭毛素鞭毛素 阻遏蛋白阻遏蛋白Hin重组酶重组酶转位片段转位片段hinH2IH1 H1鞭毛素鞭毛

10、素hinH2IDNA启动序列启动序列H1启动序列启动序列沙门菌沙门菌H H片段倒位决定鞭毛相转变片段倒位决定鞭毛相转变目录目录三免疫球蛋白基因的重排三免疫球蛋白基因的重排 免疫球蛋白免疫球蛋白(Ig)，由两条轻链，由两条轻链(L链链)和两条重和两条重链链(H链链)组成，分别由三个独立的基因族编码，组成，分别由三个独立的基因族编码，其中两个编码轻链其中两个编码轻链(和和)，一个编码重链。，一个编码重链。轻链的基因片段：轻链的基因片段：重链的基因片段：重链的基因片段：L V J C L V D J C 目录目录 重链重链(IgH)基因的基因的V-D-J重排和轻链重排和轻链(IgL)基基因的因的V-

11、J重排均发生在特异位点上。在重排均发生在特异位点上。在V片片段的下游，段的下游，J片段的上游以及片段的上游以及D片段的两侧片段的两侧均存在保守的重组信号序列均存在保守的重组信号序列(recombination signal sequence,RSS)。此重排的重组酶基。此重排的重组酶基因因rag(recombination activating gene)共有共有两个，分别产生蛋白质两个，分别产生蛋白质RAG1和和RAG2。CACAGTG(12/23)ACAAAAACCGTGTCCAC TGTTTTTGG重组信号序列重组信号序列基因片段基因片段目录目录V片段片段J片段片段RSSRSS间插间插D

12、NAOHOHVJ单链切开单链切开RAG1RAG2分子内转酯反响分子内转酯反响单链切开单链切开转移核苷酸转移核苷酸修复、连接修复、连接免疫球蛋白基因重排过程免疫球蛋白基因重排过程目录目录四、转座重组四、转座重组 由插入序列和转座子介导的基因移位或重由插入序列和转座子介导的基因移位或重排称为排称为转座转座(transposition)。大多数基因在基因组内的位置是固定的，大多数基因在基因组内的位置是固定的，但有些基因可以从一个位置移动到另一位但有些基因可以从一个位置移动到另一位置。这些可移动的置。这些可移动的DNA序列包括插入序序列包括插入序列和转座子。列和转座子。目录目录 插入序列插入序列(in

13、sertion sequences,IS)组成：组成：IRTransposase GeneIR一插入序列转座一插入序列转座 二个别离的反向重复二个别离的反向重复(inverted repeats,IR)序列序列 特有的正向重复序列特有的正向重复序列 一个转座酶一个转座酶transposase)编码基因编码基因目录目录插入序列发生转座的形式：插入序列发生转座的形式：保守性转座保守性转座(conservative transposition)复制性转座复制性转座(duplicative transposition)目录目录插入序列的复制性转座插入序列的复制性转座目录目录 转座子转座子(transp

14、osons)可从一个染色体可从一个染色体位点转移到另一位点的分散重复序列。位点转移到另一位点的分散重复序列。IRIRTransposase Gene有用基有用基因因二转座子转座二转座子转座 转座子组成：转座子组成：反向重复序列反向重复序列转座酶编码基因转座酶编码基因抗生素抗性等有用的基因抗生素抗性等有用的基因目录目录 细菌的可流动性元件细菌的可流动性元件A插入序列：转座酶编码基因两侧连接反向末端重复序列插入序列：转座酶编码基因两侧连接反向末端重复序列(箭头所示箭头所示)B转座子转座子Tn3：含有转座酶、：含有转座酶、-内酰胺酶及阻遏蛋白编码基因内酰胺酶及阻遏蛋白编码基因C转座子转座子Tn10：

15、含四环素抗性基因及两个相同的插入序列：含四环素抗性基因及两个相同的插入序列IS10L目录目录由转座子介导的转座由转座子介导的转座目录目录第二节第二节 重组重组DNA技术技术又称又称DNA克隆或分子克隆克隆或分子克隆 DNA Recombination Technique is also Called DNA Cloning or Molecular Clone 目录目录重组重组DNA技术的开展史技术的开展史1865年年 G.J.Mendel的豌豆杂交试验。的豌豆杂交试验。1944年年 O.T.Avery的肺炎球菌转化实验。的肺炎球菌转化实验。1973年年 美国斯坦福大学的科学家构建第一个重组美

16、国斯坦福大学的科学家构建第一个重组DNA分子。分子。1977年年 美国南旧金山由博耶和斯旺森建立世界上第一家遗传美国南旧金山由博耶和斯旺森建立世界上第一家遗传工程公司，专门应用重组工程公司，专门应用重组DNA技术制造医学上重要的技术制造医学上重要的药物。药物。1980年年 开始建造第一家应用重组开始建造第一家应用重组DNA技术生产胰岛素的工厂。技术生产胰岛素的工厂。1997年年 英国罗林研究所成功的克隆了多莉。英国罗林研究所成功的克隆了多莉。目录目录相关概念相关概念 DNA克隆克隆 工具酶工具酶 目的基因目的基因 基因载体基因载体根本原理根本原理 重组重组DNA技术与医学的关系技术与医学的关系

17、本节主要内容：本节主要内容：目录目录一、重组一、重组DNA技术相关概念技术相关概念 克隆克隆(clone):来自同一始祖的相同副本或拷来自同一始祖的相同副本或拷贝的集合。贝的集合。获取同一拷贝的过程称为克隆化获取同一拷贝的过程称为克隆化(cloning)，即无性繁殖。即无性繁殖。一一 DNA克隆克隆目录目录 技术水平：分子克隆技术水平：分子克隆(molecular clone)即即DNA 克隆克隆 细胞克隆细胞克隆 个体克隆动物或植物个体克隆动物或植物目录目录应用酶学的方法，在体外将各种来源的遗应用酶学的方法，在体外将各种来源的遗传物质同源的或异源的、原核的或真核的、传物质同源的或异源的、原核

18、的或真核的、天然的或人工的天然的或人工的DNA与载体与载体DNA接合成一具接合成一具有 自 我 复 制 能 力 的有 自 我 复 制 能 力 的 D N A 分 子分 子 复 制 子复 制 子(replicon)，继而通过转化或转染宿主细胞，筛，继而通过转化或转染宿主细胞，筛选出含有目的基因的转化子细胞，再进行扩增选出含有目的基因的转化子细胞，再进行扩增提取获得大量同一提取获得大量同一DNA分子，也称基因克隆或分子，也称基因克隆或重组重组DNA(recombinant DNA)。DNA克隆克隆目录目录 生物技术工程生物技术工程:基因工程、蛋白质工程、酶基因工程、蛋白质工程、酶工程、细胞工程等工

19、程、细胞工程等 目的：目的：别离获得某一感兴趣的基因或别离获得某一感兴趣的基因或DNA 获得感兴趣基因的表达产物蛋白质获得感兴趣基因的表达产物蛋白质 基因工程基因工程(genetic engineering)实现基因实现基因克隆所用的方法及相关的工作称基因工程，克隆所用的方法及相关的工作称基因工程，又称重组又称重组DNA工艺学。工艺学。目录目录二工具酶二工具酶 限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶 DNA聚合酶聚合酶 逆转录酶逆转录酶 T4DNA连接酶连接酶 碱性磷酸酶碱性磷酸酶 末端转移酶末端转移酶 Taq DNA聚合酶聚合酶目录目录重组重组DNA技术中常用的工具酶技术中常用的工具酶工工 具具

20、酶酶功功 能能限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶识别特异序列，切割识别特异序列，切割DNADNA连接酶连接酶催化催化DNA中相邻的中相邻的5磷酸基和磷酸基和3羟基末端之间形成磷酸羟基末端之间形成磷酸二酯键，使二酯键，使DNA切口封合或使两个切口封合或使两个DNA分子或片段连接分子或片段连接DNA聚合酶聚合酶合成双链合成双链cDNA分子或片段连接分子或片段连接缺口平移制作高比活探针缺口平移制作高比活探针DNA序列分析序列分析填补填补3末端末端Klenow片段片段又名又名DNA聚合酶聚合酶I大片段，具有完整大片段，具有完整DNA聚合酶聚合酶I的的53 聚合、聚合、35 外切活性，而无外切活性，而无5

21、3 外切活性。常用于外切活性。常用于cDNA第二链合成，双链第二链合成，双链DNA 3 末端标记等末端标记等反转录酶反转录酶合成合成cDNA替代替代DNA聚合酶聚合酶I进行填补，标记或进行填补，标记或DNA序列分析序列分析多聚核苷酸激酶多聚核苷酸激酶催化多聚核苷酸催化多聚核苷酸5羟基末端磷酸化，或标记探针羟基末端磷酸化，或标记探针末端转移酶末端转移酶在在3羟基末端进行同质多聚物加尾羟基末端进行同质多聚物加尾碱性磷酸酶碱性磷酸酶切除末端磷酸基切除末端磷酸基目录目录限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶(restriction endonuclease)限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶(restrict

22、ion endonuclease,RE)是识别是识别DNA的特异序列的特异序列,并在识别位点或其并在识别位点或其周围切割双链周围切割双链DNA的一类内切酶。的一类内切酶。GGATCCCCTAGGGCCTAGGATCC GBam H 定义：定义：目录目录与甲基化酶共同构成细菌的限制修饰与甲基化酶共同构成细菌的限制修饰系统，限制外源系统，限制外源DNA，保护自身，保护自身DNA。、基因工程技术中常用基因工程技术中常用型型 分类：分类：作用：作用：目录目录第一个字母取自产生该酶的细菌属名，用大写；第一个字母取自产生该酶的细菌属名，用大写；第二、第三个字母是该细菌的种名，用小写；第二、第三个字母是该细

23、菌的种名，用小写；第四个字母代表株；第四个字母代表株；用罗马数字表示发现的先后次序。用罗马数字表示发现的先后次序。命名：命名：Hin d 属属 系系 株株 序序Haemophilus influenzae d株株流感嗜血杆菌流感嗜血杆菌d株的第三种酶株的第三种酶目录目录类酶识别序列特点类酶识别序列特点 回文结构回文结构(palindrome)切口切口 ：平端切口平端切口、粘端切口粘端切口目录目录Bam HGTCCAGGCCTAGGATCC GGGATCCCCTAGGHindGTCGACCAGCTGGACCTG平端切口平端切口粘端切口粘端切口目录目录来源不同的限制酶，但能识别和切割来源不同的限制

24、酶，但能识别和切割同一位点，这些酶称同一位点，这些酶称同功异源酶同功异源酶。GGATCCCCTAGGGCCTAGGATCC GBam HGGATCCCCTAGGGCCTAGGATCC GBst同功异源酶：同功异源酶：目录目录有些限制性内切酶虽然识别序列不完全有些限制性内切酶虽然识别序列不完全相同，但切割相同，但切割DNA后，产生相同的粘性末端，后，产生相同的粘性末端，称为同尾酶。这两个相同的粘性末端称为配称为同尾酶。这两个相同的粘性末端称为配伍未端伍未端(compatible end)。GGATCC CCTAGG AGATCT TCTAGAGCCTAG GATCC GATCTAG GATCT

25、A 同尾酶同尾酶目录目录名称名称 识别序列及切割位点识别序列及切割位点名称识别序列及切割点名称识别序列及切割点切割后产生切割后产生突出末端突出末端:BamH 5GGATCC.3GATCC.3Bgl 5AGATCT.3GATCT.3EcoR EcoR 5GAATTC.3AATTC.3Hind Hind 5AAGCTT.3AGCTT.3 Hpa Hpa 5CCGG.3CGG.3 Mbo Mbo 5GATC.3GATC.3 Nde Nde 5GATATG.3TATG.3切割后产生切割后产生3突出末端突出末端:Apa 5GGGCCC.3C.3Hae 5PuGCGCPy.3Py.3Kpn 5GGTACC

26、.3C.3Pst 5CTGCAG.3G.3Sph 5GCATGC.3C.3切割后产生平末端切割后产生平末端:Alu 5AGCT.3CT.3EcoR 5GATATC.3ATC.3Hae Hae 5GGCC.3CC.3Pvu Pvu 5CAGCTG.3CTG.3Sma Sma 5CCCGGG.3GGG.3 限制性内切核酸酶限制性内切核酸酶目录目录三目的基因三目的基因(target gene)cDNA(complementary DNA)指经反转录合成的、与指经反转录合成的、与RNA(通常指通常指mRNA或病毒或病毒RNA)互补的单链互补的单链DNA。以。以单链单链cDNA为模板、经聚合反响可合成双

27、为模板、经聚合反响可合成双链链cDNA。基因组基因组DNA(genomic DNA)指代表一个细胞或生物体整套遗传信息指代表一个细胞或生物体整套遗传信息(染色体及线粒体染色体及线粒体)的所有的所有DNA序列。序列。目录目录四基因载体四基因载体 定义定义为携带目的基因，实现其无性繁为携带目的基因，实现其无性繁殖或表达有意义的蛋白质所采用的殖或表达有意义的蛋白质所采用的一些一些DNA分子。分子。常用载体常用载体质粒质粒DNA噬菌体噬菌体DNA病毒病毒DNA目录目录克隆载体克隆载体(cloning vector)为使插入的外源为使插入的外源DNA序列被扩增而特意序列被扩增而特意设计的载体称为设计的载

28、体称为克隆载体克隆载体。表达载体表达载体(expression vector)为使插入的外源为使插入的外源DNA序列可转录翻译成序列可转录翻译成 多肽链而特意设计的载体称为多肽链而特意设计的载体称为表达载体表达载体。目录目录n载体的选择标准：载体的选择标准：能自主复制；能自主复制；具有两个以上的遗传标记物，便于重组体具有两个以上的遗传标记物，便于重组体的筛选和鉴定；的筛选和鉴定；有克隆位点外源有克隆位点外源DNA插入点，常具有插入点，常具有多个单一酶切位点，称为多克隆位点；多个单一酶切位点，称为多克隆位点；分子量小，以容纳较大的外源分子量小，以容纳较大的外源DNA。目录目录1.1.质粒质粒(p

29、lasmid)特点特点:能在宿主细胞内独立自主复制；带有某些遗能在宿主细胞内独立自主复制；带有某些遗传信息传信息,会赋予宿主细胞一些遗传性状。会赋予宿主细胞一些遗传性状。目录目录目录目录目录目录 噬菌体噬菌体DNA改造系统改造系统 gt系列插入型，适用系列插入型，适用cDNA克隆克隆 EMBL系列置换型，适用基因组克隆系列置换型，适用基因组克隆2.2.噬菌体噬菌体(phage)M13噬菌体噬菌体DNA改造系统含改造系统含lacZ基因基因 M13mp系列系列 pUC系列系列目录目录3.粘性质粒粘性质粒(cosmid)目录目录 酵母人工染色体酵母人工染色体 (yeast artificial ch

30、romosome,YAC)细菌人工染色体细菌人工染色体 (bacterial artificial chromosome,BAC)动物病毒动物病毒DNA改造的载体改造的载体 如腺病毒，腺病毒相关病毒，逆转录病毒如腺病毒，腺病毒相关病毒，逆转录病毒4.其他其他目录目录 原核表达载体原核表达载体(prokaryotic expression vector)目前应用最广泛的是大肠杆菌表达载体。目前应用最广泛的是大肠杆菌表达载体。真核表达载体真核表达载体(eukaryotic expression vector)酵母表达载体、昆虫表达载体和哺乳类细胞表酵母表达载体、昆虫表达载体和哺乳类细胞表达载体达载

31、体1.表达载体表达载体目录目录二、重组二、重组DNA技术根本原理技术根本原理 根本原理根本原理目的基因的获取目的基因的获取DNA导入受体细胞导入受体细胞外源基因与载体的连接外源基因与载体的连接克隆载体的选择和构建克隆载体的选择和构建重组体的筛选重组体的筛选克隆基因的表达克隆基因的表达 目录目录 以以 质质 粒粒 为为 载载 体体 的的DNA 克克 隆隆 过过 程程目录目录一目的基因的获取分一目的基因的获取分1.化学合成法化学合成法2.要求：目的基因的核苷酸序列或其产物的要求：目的基因的核苷酸序列或其产物的氨基酸序列氨基酸序列。3.基因组基因组DNA文库文库(genomic DNA librar

32、y)4.cDNA文库文库(cDNA library)5.聚合酶链反响聚合酶链反响(polymerase chain reaction,PCR)(见第见第22章章)目录目录化学合成法获取目的基因化学合成法获取目的基因由氨基酸序列推测可能的由氨基酸序列推测可能的DNA序列。序列。目录目录组织或细胞染色体组织或细胞染色体DNA基因片断基因片断克隆载体克隆载体重组重组DNA分子分子含重组分子的转化菌含重组分子的转化菌限制性内切酶限制性内切酶受体菌受体菌基因组基因组DNA文库文库存在于转化细胞内存在于转化细胞内由克隆载体所携带的所由克隆载体所携带的所有基因组有基因组DNA的集合的集合从基因组从基因组DN

33、A文文库获取目的基因库获取目的基因目录目录限制酶切位点限制酶切位点限制酶消化限制酶消化 除去中间片段除去中间片段cos LR coscos L左臂左臂R cos右臂右臂真核生物染真核生物染色体色体DNA限制酶部分消化限制酶部分消化 外源外源DNA与载体与载体DNA混合混合 连接反应连接反应 体外包装体外包装 用重组噬菌体用重组噬菌体感染大肠杆菌感染大肠杆菌 20 Kb DNA 片段片段 cos LR cos20 Kb 外源外源 DNA 片段片段 基因文库基因文库用随机切割的真核生物染色体用随机切割的真核生物染色体DNA片段构建基因文库片段构建基因文库 目录目录mRNA cDNA 双链双链cDN

34、A 重组重组DNA分子分子 cDNA文库文库 反转录酶反转录酶 载体载体 受体菌受体菌 复制复制 从从cDNA文库获取目的基因文库获取目的基因 逆转录酶逆转录酶A A A A T T T T AAAASISI核酸酶核酸酶 DNA聚合酶聚合酶碱水解碱水解 T T T T目录目录二克隆载体的选择和构建选二克隆载体的选择和构建选目的不同，操作基因的性质不同，目的不同，操作基因的性质不同，载体的选择和改建方法也不同。载体的选择和改建方法也不同。目录目录三外源基因与载体的连接接三外源基因与载体的连接接方式：方式：(1)同一限制酶切位点连接同一限制酶切位点连接(2)不同限制酶切位点连接不同限制酶切位点连接

35、配伍末端连接配伍末端连接非配伍末端连接非配伍末端连接1.粘性末端连接粘性末端连接目录目录Bam H切割反响切割反响 GGATCC CCTAGGT4 DNA连接酶连接酶15CGATCC GGCCTAG目的基因用目的基因用 Bam H切割切割GCCTAGGCCTAGGCCTAGGCCTAGGATCCGGATCCGGATCCGGATCCG载体载体DNA用用Bam H切割切割GCCTAGGCCTAGGCCTAGGCCTAGGATCCGGATCCGGATCCGGATCCG重组体重组体GCCTAGGCCTAGGATCCGGATCCGGCCTAGGCCTAGGATCCGGATCCG载体自连载体自连目的基因自

36、连目的基因自连同一限制酶切位点连接同一限制酶切位点连接目录目录不同限制酶切位点非配伍末端的连接不同限制酶切位点非配伍末端的连接GCTTAAATCTAGAATTCGGATCTAGAATTCCTTAAGAGATCTTCTAGAEco R切割位点切割位点Bg l切割位点切割位点AATTCGATCTAGAATTCGGATCTAAATTCGATCTAGEcoR+Bg l双酶切双酶切Eco R+Bg l双酶切双酶切GCTTAAATCTAGAATTCGGATCTAT4 DNA连接酶连接酶15C重组体重组体配伍末端的配伍末端的连接情况和同一连接情况和同一限制酶切位点连限制酶切位点连接相似。接相似。目录目录2.

37、平端连接平端连接 限制性内切酶切割产生的平端限制性内切酶切割产生的平端粘端补齐或切平形成的平端粘端补齐或切平形成的平端适用于：适用于：目录目录目的基因目的基因载体载体限制性内切酶限制性内切酶限制性内切酶限制性内切酶T4 DNA连接酶连接酶15C重组体重组体载体自连载体自连目的基因目的基因 自连自连目录目录在末端转移酶在末端转移酶(terminal transferase)的作的作用下，在用下，在DNA片段末端加上同聚物序列、制片段末端加上同聚物序列、制造出粘性末端，再进行粘端连接。造出粘性末端，再进行粘端连接。3.同聚物加尾连接同聚物加尾连接目录目录5 3 3 5 载体载体DNA5 3 3 5

38、 目的基因目的基因限制酶或机械剪切限制酶或机械剪切限制酶限制酶 5 3 3 5 5 3 T(T)nT T(T)nT 3 5 5 3 3 5 3 A(A)nA A(A)nA 3 5-核酸外切酶核酸外切酶-核酸外切酶核酸外切酶末端转移酶末端转移酶+dATP末端转移酶末端转移酶+dTTPT(T)nTA(A)nAA(A)nA T(T)nTT4 DNA连接酶连接酶15C重组体重组体5 目录目录由平端加上新的酶切位点，再用限制由平端加上新的酶切位点，再用限制酶切除产生粘性末端，而进行粘端连接酶切除产生粘性末端，而进行粘端连接。4.人工接头人工接头(linker)连接连接目录目录人工接头及其应用人工接头及其

39、应用CCGAATTCG GGCTTAAGC5-3-Eco REco REco REco R目录目录受体菌条件：受体菌条件：平安宿主菌平安宿主菌 限制酶和重组酶缺陷限制酶和重组酶缺陷处于感受态处于感受态(competent)导入方式：导入方式：转化转化(transformation)转染转染(transfection)感染感染(infection)四重组四重组DNA导入受体菌转导入受体菌转目录目录1.直接选择法直接选择法(1)抗药性标记选择抗药性标记选择(2)标志补救标志补救(marker rescue)(3)分子杂交法分子杂交法原位杂交原位杂交Southern印迹印迹2.免疫学方法免疫学方法如

40、免疫化学方法及酶免检测分析等如免疫化学方法及酶免检测分析等五重组体的筛选筛五重组体的筛选筛目录目录(插入失活法插入失活法)抗药性标记选择抗药性标记选择目录目录 互补互补利用利用互补原理筛选重组体互补原理筛选重组体pUC18 目录目录 原位杂交原位杂交目录目录 Southern印迹印迹目录目录鸡的鸡的肌球蛋白的克隆和检出肌球蛋白的克隆和检出免疫学方法免疫学方法 目录目录重组重组DNADNA技术操作过程可形象归纳为：技术操作过程可形象归纳为：小结小结分分分离目的基因分离目的基因 切切限制酶切目的基因与载体限制酶切目的基因与载体接接拼接重组体拼接重组体 转转转入受体细胞转入受体细胞筛筛筛选重组体筛选

41、重组体 目录目录重组重组DNA技术操作的主要步骤技术操作的主要步骤载体载体质粒质粒噬菌体噬菌体病毒病毒目的基因（外源基因）目的基因（外源基因）基因组基因组DNA cDNA 人工合成人工合成PCR产物产物限制酶消化限制酶消化开环载体开环载体DNA目的基目的基因因连接酶连接酶重组体重组体转化转化体外包装，转染体外包装，转染带重组体的宿主带重组体的宿主筛选筛选表型筛选表型筛选酶切电泳鉴定酶切电泳鉴定菌落原位杂交菌落原位杂交目录目录表达体系的建立：表达体系的建立：表达载体的构建表达载体的构建 受体细胞的建立受体细胞的建立 表达产物的别离纯化表达产物的别离纯化六克隆基因的表达六克隆基因的表达目录目录 标

42、准：选择标志标准：选择标志 强启动子强启动子 翻译调控序列翻译调控序列多接头克隆位点多接头克隆位点 E.coli表达体系的缺乏：表达体系的缺乏：不宜表达真核基因组不宜表达真核基因组DNA；不能加工表达的真核蛋白质；不能加工表达的真核蛋白质；表达的蛋白质常形成不溶性包涵体表达的蛋白质常形成不溶性包涵体(inclusion body)；很难表达大量可溶性蛋白。很难表达大量可溶性蛋白。1.原核表达体系原核表达体系(E.coli表达体系最为常用表达体系最为常用)目录目录大鼠胰岛素原大鼠胰岛素原cDNA的表达和分泌的表达和分泌目录目录目录目录 优点：优点：可表达克隆的可表达克隆的cDNA及真核基因组及真

43、核基因组DNA 可适当修饰表达的蛋白质可适当修饰表达的蛋白质 表达产物分区域积累表达产物分区域积累 缺点：缺点：操作技术难、费时、经济操作技术难、费时、经济 转染转染 将表达载体导入真核细胞的过程将表达载体导入真核细胞的过程方法：方法：磷酸钙转染磷酸钙转染 DEAE葡聚糖介导转染葡聚糖介导转染 电穿孔电穿孔 脂质体转染脂质体转染 显微注射显微注射 2.2.真核表达体系酵母、昆虫、乳类动物细胞真核表达体系酵母、昆虫、乳类动物细胞目录目录表达载体表达载体pFASTBACI 的物理图谱的物理图谱目录目录表达载体表达载体YEpI PT的物理图谱的物理图谱目录目录第三节第三节 重组重组DNA技术与医学技

44、术与医学的关系非常密切并前景远大的关系非常密切并前景远大DNA Recombination Technique is Closly Related with Medicine and has a Good Perspective目录目录一、疾病基因的发现与克隆一、疾病基因的发现与克隆根据基因定位克隆之并研究其性质，根据基因定位克隆之并研究其性质，而认识疾病的分子机制。而认识疾病的分子机制。疾病基因发现的两个典型例子疾病基因发现的两个典型例子:脆性脆性X综合征综合征Kallmann综合征综合征目录目录二、生物制药二、生物制药 利用基因工程生产有药用价值的蛋白质、多利用基因工程生产有药用价值的蛋白

45、质、多肽产品已成为当今世界一项重大产业，并将肽产品已成为当今世界一项重大产业，并将有望成为有望成为2121世纪的支柱产业。世纪的支柱产业。美国美国Eli Lilly公司于公司于19821982年首先利用重组年首先利用重组DNADNA技术合成人胰岛素并投放市场，标志着技术合成人胰岛素并投放市场，标志着生物工程药物时代的开始。迄今为止，已有生物工程药物时代的开始。迄今为止，已有5050多种基因工程药物上市，近千种处于研发多种基因工程药物上市，近千种处于研发状态，形成一个巨大的高新技术产业，产生状态，形成一个巨大的高新技术产业，产生了不可估量的社会效益和经济效益。了不可估量的社会效益和经济效益。目录

46、目录 重组重组DNA医药产品医药产品产产 品品功功 能能组织胞浆素原激活剂组织胞浆素原激活剂抗凝抗凝血液因子血液因子VIII促进凝血促进凝血颗粒细胞颗粒细胞-巨噬细胞集落剌激因子巨噬细胞集落剌激因子剌激白细胞生成剌激白细胞生成促红细胞生成素促红细胞生成素剌激白细胞生成剌激白细胞生成生长因子生长因子(bFGF,EGF)刺激细胞生长与分化刺激细胞生长与分化生长素生长素治疗侏儒症治疗侏儒症胰岛素胰岛素治疗糖尿病治疗糖尿病干扰素干扰素(1b,2a,2b,)抗病毒感染及某些肿瘤抗病毒感染及某些肿瘤白细胞介素白细胞介素激活、剌激各类白细胞激活、剌激各类白细胞超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶抗组织损伤抗组织损伤

47、单克隆抗体单克隆抗体利用其结合特异性进行诊断试验、肿利用其结合特异性进行诊断试验、肿瘤导向治疗瘤导向治疗乙肝疫苗乙肝疫苗(CHO,酵母酵母)预防乙肝预防乙肝口服重组口服重组B亚单位菌体霍乱菌苗亚单位菌体霍乱菌苗预防霍乱预防霍乱目录目录基因诊断基因诊断(genetic diagnosis)是利用分利用分子生物学及分子遗传的技术和原理，在子生物学及分子遗传的技术和原理，在DNA水平分析、鉴定遗传疾病所涉及基水平分析、鉴定遗传疾病所涉及基因的置换、缺失或插入等突变。因的置换、缺失或插入等突变。又称又称DNA诊断诊断。三、基因诊断与治疗三、基因诊断与治疗一基因诊断的概念一基因诊断的概念目录目录根本过程

48、：根本过程：区分或鉴定区分或鉴定DNA的异常的异常别离、扩增待测的别离、扩增待测的DNA片断片断目录目录 能正确扩增靶基因；能正确扩增靶基因；能准确区分单个碱基的差异；能准确区分单个碱基的差异；本底或噪声低，不干扰本底或噪声低，不干扰DNA的鉴定的鉴定;便于完全自动化操作，适合大面积、便于完全自动化操作，适合大面积、大人群普查。大人群普查。标准：标准：目录目录二基因治疗的概念二基因治疗的概念定义定义基因治疗基因治疗(gene therapy)是向有功能缺陷的是向有功能缺陷的细胞补充相应功能的基因，以纠正或补偿其细胞补充相应功能的基因，以纠正或补偿其基因的缺陷，从而到达治疗的目的。基因的缺陷，从

49、而到达治疗的目的。方式方式体细胞基因治疗体细胞基因治疗(somatic cell gene therapy)性细胞基因治疗性细胞基因治疗(germ line gene therapy)目录目录1.产前诊断产前诊断2.携带者测试携带者测试3.症候前诊断症候前诊断4.遗传病易感性遗传病易感性四、遗传疾病的预防四、遗传疾病的预防目录目录掌握内容：掌握内容：重组重组DNA技术相关概念：技术相关概念：DNA克隆，基因重克隆，基因重组与基因工程中常用的工具酶，限制性内组与基因工程中常用的工具酶，限制性内切酶的概念分类及切割方式，目的基因及切酶的概念分类及切割方式，目的基因及获取，载体特点和种类质粒，嗜菌体载获取，载体特点和种类质粒，嗜菌体载体体;Cosmid vector，YAC;病毒载体，病毒载体，穿梭载体克隆与表达载体的特点和应用，穿梭载体克隆与表达载体的特点和应用，常用克隆和表达载体常用克隆和表达载体熟悉内容：熟悉内容：重组重组DNA技术根本原理和操作步骤，目的基技术根本原理和操作步骤，目的基因与载体的连接方法；重组体的筛选方法因与载体的连接方法；重组体的筛选方法蓝白菌落筛选，标志补救筛选，抗性标蓝白菌落筛选，标志补救筛选，抗性标志筛选，电泳筛选；克隆基因的表达。志筛选，电泳筛选；克隆基因的表达。