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1、,第七章 重组体克隆的筛选和鉴定,转化子与筛选的概念,转化子(transformant)：导入外源DNA后获得了新的遗传标志的细菌细胞或其它受体细胞。,筛选(screening)：将重组体的转化子细胞或转染噬菌体群体从其它细胞群体中分离出来，并要鉴定无性繁殖的外源基因确实为目的基因的过程。,筛选方法的类型,1. 直接筛选,根据载体体系、宿主细胞的特性以及外源基因在受体细胞表达情况的不同，分为：,针对载体携带某种或某些选择标记基因（selectable marker genes）、报告基因（reporter gene）或目的基因而设计的筛选方法。,特点：直接测定基因或基因类型,2. 间接筛选,不
2、要直接鉴定基因，而是利用其它方式，例如利用特异抗体与目的基因表达产物相互作用，进行对重组体的筛选。,一般克隆与筛选策略,pBR322,（1）四环素：,（2）氨苄青霉素抗性基因：,2. pBR322抗菌素标记选择,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+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
3、； 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,（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,半乳糖,葡萄糖,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（Lac Z）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）。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。,乳糖,X-gal,2. 选择过程,-半乳糖苷酶使X-gal分解成
4、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,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,抗除草剂的基因抗草丁膦 Bar基因和pat基因是目前主要应用的两种抗除草剂基因，还有抗草甘膦的aroA基因。,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 M
5、arker,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。,A,B,A或B,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
6、、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. Southern blotting,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。,酶切前,酶切后,插入片断,载体,（1）菌落原位杂交筛选,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）R-环检测法,DNA-RNA杂交。,1）原理：,2）选择过程,把DNA双链变性，
7、在70%甲酰胺中复性的时候，DNA-RNA杂交分子比DNA-DNA双链更稳定。电镜下可见一种R-环形结构。,用外源基因的mRNA与重组载体杂交。,缺点：需要电镜！,2. Northern blotting,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,1
8、25I 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,二、免疫沉淀检测法,把非放射性抗体加到平板培养基中，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-linked
9、 immunosorbant assay,1. 原理：,一抗（primary antibody）:与目标分子的特异结合。二抗（secondary antibody）： 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,19,2. ELISA检测的一般步骤,（1）固定样品,将待测样品加入96孔微量滴定板（microtiter plate）的孔中，干燥
10、后就被固定在孔底。,孔底,加入一抗，反应后冲洗掉未结合的抗体。,（2）一抗结合,一抗,加入二抗，与一抗结合后再将未结合的二抗冲洗掉。二抗只识别一抗。,二抗上联着一种酶（碱性磷酸酶、过氧化物酶、脲酶等）。,（3）二抗结合,二抗,加入无色的底物，被二抗上所带的酶催化反应转变成有色物质（或发光）。,（4）显色反应,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（western blotting）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
11、蛋白质带上负电荷。, SDS:,（SDS-PAGE）：, 聚丙烯酰胺凝胶电泳（PAGE）：,（Polyacrylamide gel electrophoresis）,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。,蛋白质电泳的分子量标准,已知分子量的蛋白质混合液。,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,氨基酸平均分子量：110Da,银染,（2） Western转膜装置,用放射性同位素或非放射性标记物标记特异性抗体。 将转膜的印迹上的抗原与抗体反应，在杂交膜上显示
12、出明显的杂交信号，则表明受体细胞中存在目的基因表达产物。,（3）免疫印迹检测, 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,Immuno Blotting,结果,多克隆抗体Blotting的结果,单抗blotting结果,一、无
13、细胞翻译系统,第六节 转译筛选法,能把外源的mRNA翻译成蛋白质的细胞提取物。 如：麦胚提取物系统、网织红细胞提取物系统。,借助无细胞翻译系统，通过表达或抑制所选择的克隆载体上的外源基因的转录，来筛选其产物是否符合预期。,二、转译筛选,mRNA,无细胞翻译系统,35S标记的 甲硫氨酸,翻译,35S标记的肽链,PAGE电泳,放射自显影,比较放射性 带纹的位置,载体+外源DNA,转录,与预期的产物分子量相符？,三、杂交抑制转译法,mRNA一旦与DNA杂交成RNA-DNA双链后就不能被核糖体翻译出蛋白质（转译被抑制）。,单链mRNA,核糖体 小亚基,核糖体 大亚基,能翻译,mRNA,DNA,核糖体
14、小亚基,核糖体 大亚基,不能翻译,1. 原理,2. 过程,四、杂交释放转译法,1. 原理：,在高甲酰胺溶液中载体上克隆的cDNA与它的mRNA杂交吸附，然后洗脱，释放出与它对应的mRNA，进行体外转录。研究其转录产物的性质是否是预期的基因产物（如分子量、免疫源性等）。,2. 过程,硝酸纤 维素滤膜,载体和插 入的cDNA,总mRNA,cDNA基因的 mRNA,杂交,洗脱,cDNA基因的 mRNA,体外翻译,cDNA编码的蛋白,电泳,凝胶放射自显影,cDNA编 码的蛋白,硝酸纤 维素滤膜,载体和插 入的cDNA,硝酸纤 维素滤膜,载体和插 入的cDNA,收集,35S标记的氨基酸,选择基因，指可使
15、被转化的细胞获得其亲本细胞所不具备的新的遗传特性，从而使得人们能够使用特定的选择培养基，将转化的新细胞从亲本细胞群体中选择出来的一类特殊的基因。 主要是一类编码可使抗生素或除草剂失活的蛋白酶基因。它是重组DNA载体的重要标记，通常用来检验转化成功与否 。 培养在含有抗菌素或除草剂的选择培养基上的非转化细胞，便被杀死或是生长受到抑制，而转化细胞则能够存活下来，得到正确选择和鉴定。,第七节 植物转化体报道基因筛选法,选择标记基因a.抗菌素抗性基因：新霉素(neomycin)磷酸转移酶基因潮霉素(hygromycin)磷酸转移酶基因链霉素(streptomycin)磷酸转移酶基因庆大霉素(genta
16、mycin)乙酰转移酶基因 b.抗除草剂抗性基因：膦丝菌素(phosphinothricin)乙酰转移酶基因，即bar基因5-烯醇丙酮酰草莽酸合成酶基因，即EPSP合成酶基因,报告基因，指其编码产物能够被快速地测定、常用来判断外源基因是否已经成功地导入寄主细胞（器官或组织）并检测其表达活性的一类特殊用途的基因。 不依赖于外界压力的一类基因。把它的编码序列与目的基因融合表达后，可通过报告基因产物的表达来“报告”目的基因的表达调控，是细胞和组织内监测基因表达与蛋白定位的理想标记。,报告基因-葡萄糖醛酸糖苷酶(-glucuronidase)基因荧光素酶(luciferase)基因氯霉素乙酰转移酶(chioramphenicol acetyltransferase)基因-半乳糖苷酶(-galactosidase)基因胭脂碱合成酶(nopaline synthetase,nos)基因章鱼碱合成酶(octopine synthetase,ocs)基因乙酰乳酸合成酶(acetolactate synthetase)基因苏氨酸脱水酶(threonine dehydratase)基因绿色荧光蛋白质(green fluorescent protein)基因,
