当前位置：文档之家 › 4第四章 基因克隆的载体-4噬菌粒载体

4第四章 基因克隆的载体-4噬菌粒载体

  • 格式：ppt
  • 大小：253.00 KB
  • 文档页数：9

下载文档原格式

  / 9

合集下载

基因工程载体

基因工程载体

二、噬菌体载体 （一）、λ噬菌体载体
1、λ噬菌体载体的特征
λ噬菌体颗粒中DNA为线状双链DNA分子，全长48502bp， 两端各有一段长度为12个核苷酸的互补单链（粘端），称 为cos位点。λ 噬菌体有61个基因，其中有1/3的区域是其 裂解性生长的非必需区，这一区段的缺失，或在此区段中 插入外源DNA，并不影响噬菌体的增殖，这就是λ 噬菌体 可作为基因载体的依据 。
第一节
微生物基因工程载体
克隆载体（cloning vecto载体（expression vector）：能使目的基因在宿 主细胞中表达的一类载体。这类载体既有复制子， 更要有强启动子； 穿梭载体（shuttle vector）：这类载体可以在原核细 胞中复制，也可在真核细胞中扩增和表达。
四、酵母菌载体
多数酵母中含有一种能独立复制的环状双链DNA，称为 2μ 质粒，长约6.3kb，有单一的复制起始点和一个自主 复制功能区域（ARS片段）。 根据质粒的复制方式不同将它们分为：整合型、复制型、 附加型和稳定型等类型。
共同的特点：
①含有E.coli质粒的复制起始序列，这样在外源基因转到酵 母细胞前可先在大肠杆菌中扩增。
外源基因的插入：
PstI Amp r Tet r Amp s Tet r
重组体的筛选
. .. . . . . .
涂布有Tet的培养基
.. .. . .
涂布有Amp的培养基
3、pUC系列质粒载体
（1）特点 具有更小的分子 量（2686bp）和 更高的拷贝数。 具有多克隆位点
可用组化方法鉴别：
含有一个来自于大肠杆菌的经过加工的LacZ基因 （LacZ′），它编码β -半乳糖苷酶氨基端146个氨基酸 ， 可以和β -半乳糖苷酶缺陷型的大肠杆菌实现基因内互补， 即α —互补 ，恢复分解乳糖的能力。 X-gal也是β -半乳糖苷酶的一种底物，经降解后可生成溴 氯吲哚，使大肠杆菌菌落呈蓝色。当无β -半乳糖苷酶时， X-gal不被分解，菌落呈白色。 当外源基因插入到pUC质 粒的LacZ′基因内部，则LacZ′基因受到破坏，便不能 再和缺陷型受体菌中生成有活性的β -半乳糖苷酶，因此， 菌落呈白色。 反之，非重组体为蓝色菌落。 可通过插入失活法进行筛选

第四章 基因工程的质粒载体

第四章 基因工程的质粒载体
（a）表示位于F-细胞中的ColE1质粒的状，它的mob基因进行了转录，其产物 使bom位点发生单链断裂而出现缺口，于是ColE1 DNA 便从超盘旋的的结构 转变成为缺口环状的构型。但ColE1质粒缺乏形成性须的能力，无力进行结合 配对，所以它的DNA也就不能从一个细胞转移到另一个细胞。正是由于不能 够发生转移，这种从超盘旋到缺口环状的构型转变过程，就有可能被回复， 所以就出现这两种构型之间的平衡状态。
SC
2 质粒DNA的转移
（1）质粒的类型：在大肠杆菌中的质粒，可 以分为：
接合型质粒:能自我转移
具有自主复制的基因，控制细菌配对和质粒接合转 移的基因。
非接合型质粒 不能自我转移
按接合转移功 能分类
非接合型质粒
主要基因
自主复制基因，产生大肠杆菌素基因
按抗性记号 分类
Col质粒
接合型质粒
自主复制基因，抗菌素抗性基 因
第二代 酵母表达 穿梭质粒 体系
第三代 哺乳类细 病毒、脂质体 胞表达体系
第四代 基因直接 DNA本身 导入
细菌 酵母 培养动物细胞 生殖细胞、 体细胞、个体
（三）基因工程载体必须具备的条件：
※（1）有复制起点 ※（2）具有若干个限制性内切酶的单一识别位点 ※（3）具备合适的筛选标记 ※（4）具备合适的拷贝数目
（c）所示，F质粒无力帮助mob-突变体进行转移，其中F性须和转移装置虽已 形成，但ColE1 DNA并没有发生缺口。
（d）表示另一种具mob+表型并带有一个顺式显性突变的ColE1突变体，它缺 失了bom位点。在这样的寄主细胞中，虽然能够合成mob蛋白质，但由于不 能发生缺口，因此仍然不能够转移。
3．若质粒DNA经过适当的核酸内切 限制酶切割之后，发生双链断裂形成 线性分子（IDNA），通称L构型

基因克隆的载体

基因克隆的载体

3.常用的质粒载体
第二节 噬菌体载体（phage vectors）
噬菌体的生物学特性 噬菌体载体构建 M13噬菌体的生物学特性
M13噬菌体载体
1. 噬菌体的生物学特性
溶菌周期(lytic cycle)：
噬菌体将DNA注入 寄主细胞后很快环 化，然后进行自我 复制、蛋白衣壳合 成和新噬菌体颗粒 的组装，最后使寄 主细胞破裂而释放 出大量的子代噬菌 体。
基因克隆的载体
引 言（introduction） 第一节 质粒载体（plasimid vectors） 第二节 噬菌体载体（phage vectors） 第三节 柯斯质粒载体（cosmid vectors） 第四节 人工染色体载体（B/Y/HAC）
引
一、基因克隆的本质
言
是使目的基因在特定的条件下得到扩增和表达，
三个确保低拷贝质粒精确分
配至子代细胞的基因座 （ parA , parB , ibrary）
将某种生物细胞的整个基因组DNA切割成大小合适的 片断，并将所有这些片断都与适当的载体连接，引入 相应的宿主细胞中保存和扩增。理论上讲，这些重组
cILytic cycle clear plaques
selecting recombinant phage via insertional inactivation of the cI gene
Replacement vectors(替换型载体)
4.M13噬菌体载体
（1）M13噬菌体增殖
或借助末端转移酶给载体和双链cDNA的3’ 端分别加上几个C或G，成为粘性末端。
接上人工接头 粘性末端 末端转移%的mRNA时所需要的克隆数目。
N=
ln (1-p) ln:某一种低丰度（不足14份拷贝）mRNA占细胞整个mRNA的 n 比例 N：所需的重组载体数（克隆数）

第四章基因克隆的载体、噬菌体载体

第四章基因克隆的载体、噬菌体载体
噬菌体再感染。
溶源周期的主要特征
λ噬菌体的特征： 1、噬菌体的DNA分子注入细菌细胞 2、经过短暂的转录之后，需要合成一种整合酶，于是
转录活性便被一种阻遏物所关闭 3、噬菌体的DNA分子插入到细菌染色体基因组DNA上，
变成原噬菌体 4、细菌继续生长、增值，噬菌体的基因作为细菌染色
体的一部分进行复制。
烈性噬菌体溶菌生长的基本过程：
1、吸附 吸附到位于感染细胞表面的特殊接受器上 2、注入 噬菌体DNA穿过细胞壁注入寄主细胞 3、转变 被感染的细胞成为制造噬菌体颗粒的场所 4、合成 大量合成噬菌体特有的核酸和蛋白质 5、组装 包装了DNA头部和尾部组装成噬菌体的颗粒 6、释放 合成的子代噬菌体颗粒从寄主细胞内释放出来
替换式载体
野生型噬菌体染色体的中段对于噬菌体的感染和复制是非必要的， 外源DNA可以取代这一片段，例如Charon 4A、 λEMBL 3/4、 Charon40等载体，这些载体是用Lac 5（乳糖操纵子的大部分系列， 包括完整的Lac Z）替换入噬菌体的中间区段，同时将Lac5作为选择 标记，使用时用EcoRI水解，去掉中间的片段，再与欲克隆片段在体
2.2λ噬菌体载体
溶菌阶段
(复制和释放)
λ phage
48.5 kb in length Linear or circular genomecos ends(cohesive-end site )
5‘-CGGGGCGGCGACCTCG-3’ 3’-GCCCCGCCGCTGGAGC-5’
外进行重组、包装。而后，感染E.coli使之在E.coli内繁殖，并裂解 E.coli，形成空斑。
spi-选择 λ噬菌体的red和gam基因产物可抑制噬菌体在宿主细菌 中正常生长，red-和gam-突变型λ噬菌体则可正常生长。当置换型载 体的可置换片段中放上red和gam基因后，外源DNA片段取代了置换 片段，则同时除去了red、gam基因，就可在宿主菌中生长，否则就 不能正常生长。

《基因克隆的载体》课件

《基因克隆的载体》课件

噬菌体
适用于大批量表达分泌蛋白的研究，转化后可产生 高水平的基因表达。
Cosmid
BAC
可容纳大型外源DNA片段，适用于聚合酶连锁反应、 基因组构建和定位大片段DNA序列等研究。
适合于构建大型基因组和物种基因组序列的物 理/遗传图谱。
基因克隆的步骤
1
下载或制备载体
获取可自主复制的载体，或通过人工合成的方法制备载体。
特点
常见的基因克隆载体质粒具 有如下特点： 1. 大小适中； 2. 构建简单方便； 3. 易于操作且可大量扩增； 4. 可以自主复制； 5. 便于基因操纵和定向表达 等。
类型
常见的载体类型包括质粒、 噬菌体、Cosmid和BAC等。
常见的基因克隆载体
质粒
最常见的基因克隆载体，易于操作且可大量扩增。
基因克隆的载体
克隆技术是现代生命科学研究的重要手段之一。基因克隆技术作为克隆技术 的重要组成部分，因其应用领域的广泛性及重要性而备受关注。本课程将为 您详细介绍基因克隆的载体知识。
载体的定义和特点
定义
基因克隆载体是指具有自主 复制能力的DNA分子，具有 携带外源DNA片段进入细胞 和定向操纵目的基因表达等 功能。
基因克隆的验证
1 检测重组载体
常用方法包括PCR，南方杂交等。通过检测 目的基因的插入，判断载体是否重组成功。
2 验证目的基因的插入
常用方法包括Sequencing和Southern blotting等，验证目的基因是否插入到载体中。
总结和展望
总结
基因克隆载体是基因克隆技术的重要组成部分， 应用领域广泛。核心在于选取合适的载体、构 建载体、将基因植入载体并最终将载体转化到 受体细胞中。
2

基因工程载体噬菌体载体

基因工程载体噬菌体载体

基因转殖
噬菌体载体可以在转基因植 物和动物中嵌入外源基因， 实现基因转殖和遗传改良。
洗牌策略
利用噬菌体载体的洗牌策略， 可以分离和筛选特定的DNA 或蛋白质序列，用于疾病诊 断和药物研发。
噬菌体载体的优势与限制
1 优势
高效的DNA复制和表达能力、容易获取和构建、适用于广泛的宿主细胞、可高表达目标 基因。
农业改良
噬菌体载体在基因工程研究中仍 有很大潜力，可以用于新型基因 编辑技术和药物运荷系统的开发。
噬菌体载体可以应用于药物运输、 基因疗法和肿瘤免疫治疗等领域 的创新药物开发。
噬菌体载体可用于改良农作物、 提高农作物的抗害能力和产量。
2 限制
容量有限、宿主细胞影响表达水平、病毒复制可能导致细胞毒性和免疫反应。
噬菌体载体构建与筛选方法
1
构建方法
通过DNA重组技术将目标DNA序列插入到噬菌体载体的适当位置，并使用DNA连接酶连接两 者。
2
筛选方法
利用选择标记和可视化标记（如荧光蛋白）来鉴定带有目标DNA序列的噬菌体载体。
噬菌体载体在基因表达与蛋白质生产中的 应用
基因工程载体噬菌体载体
了解噬菌体载体的定义、结构与类型以及在基因工程中的应用。探讨其优势 与限制，构建与筛选方法，以及在基因表达与蛋白质生产中的应用。最后， 展望噬菌体载体的未来发展趋势。
噬菌体载体的定义
噬菌体载体是指噬菌体基因组中携带外源DNA序列的DNA分子。它可以被用 来传递、复制和表达外源基因，对研究和应用领域具有重要意义。
Байду номын сангаас
基因表达
噬菌体载体可用于高效表达外 源基因，生产重组蛋白质，如 药物、酶和抗原。
蛋白质纯化

基因克隆主要载体系统


SV40病毒
SV40病毒，环状DNA，外壳蛋白由VP1、VP2、VP3 构成。 受纳细胞（permissive cell， 也称允许细胞 ）： 能使细胞裂解释放感染性病毒颗粒。 非受纳细胞（non permissive cell）：不产生 感染性病毒颗粒，但能整合到细胞染色体中产生 癌变。 基因结构:
3 、载体的共同特征（或应具备的条 件）：
①自主复制
②易于扩增分离纯化
③有单一酶切位点（多克隆位点） 单一酶切位点：一种酶在一个载体上只有一个酶切 位点 多克隆位点：一个载体上的某一个区域含有多个单 一酶切位点 ④有选择标记基因 ⑤表达载体还应有表达调控元件（启动子、增强子、 终止子,SD序列） ⑥具有较好的安全性，避免基因的非控制扩散
5.其他载体
（1）酵母人工染色体载体（yeast artificial chromosome, YAC） （2）细菌人工染色体（bacterial artificial chromosome, BAC） （3）动物病毒DNA改造的载体（如腺病毒、 腺病毒相关病毒、逆转录病毒）
三 真核细胞的克隆载体
二、植物表达载体
多数植物表达载体是质粒载体
最经典的植物表达载体是pBI121
植物表达载体与克隆质粒载体一样, 可以 克隆基因, 但还具备表达所克隆的基因的 特性
(15kb)
三、动物细胞基因克隆的载体
㈠SV40病毒 ㈡SV40病毒载体
(1)取代型重组病毒载体 ①晚期区段取代载体 ②早期区段取代载体 (2)重组的病毒-质粒载体
附加体型载体（YEP）
YEP型载体一般由大肠杆菌质粒、2µm质粒以及酵母染色 体的选择标记构成。 2µm质粒含有自主复制起始区（Ori）和STB区,STB序列 能够使质粒在供体细胞中维持稳定。利用2µm质粒，人们 已经构建出许多YEP型载体。 YEP型载体PYF92就是由酵母的2µm质粒、pBR322质粒 和酵母的His3+(组氨酸)基因构成的。 YEP型载体对酵母具有很高的转化活性，一般为103-105 转化子/微克DNA。比YRP型载体更稳定，拷贝数也高 （25-100个/细胞），是基因克隆中的常用载体。

基因工程载体噬菌体载体课件


•24
（左右臂连接）
（三段自身连接） （插入片段）
•基因工程载体噬菌体载体
•25
（三）体外包装
λ噬菌体DNA体外重组后，一般必须经 过体外包装，然后以噬菌体感染的方式将
重组DNA导入E.coli细胞内。这是因为以感
染方式导入细胞的频率可达 106~108/μgDNA，而以转染（translation） 的方式导入的频率仅为103~105/ μgDNA。
特点是功能相近的基因在基 因组中聚集在一起。
•基因工程载体噬菌体载体
•12
λ噬菌体
组成特点：
双链线状DNA分子，
全长50kb，
含65个基因，
在其分子两端各含有12
个碱基的互补单链，是天
然的粘性末端，被称为
COS位点。
•基因工程载体噬菌体载体
•13
λ噬菌体感染细菌后的溶菌性生长和溶源性生长
溶菌性生长（lytic pathway） 噬菌体感染细菌后，借助其2个COS位点互补成环，在宿
主菌体内连续复制，合成大量基因产物，进而装配成噬菌体 颗粒，裂解宿主菌，释放出来的噬菌体又可感染其他细菌。 溶源性生长(lysogenic pathway)
噬菌体感染细菌后，可将自身DNA整合到细菌的染色体中 去，与之一起复制，并遗传给子代细胞，宿主细胞不被裂解 。
•基因工程载体噬菌体载体
•14
噬菌体
•41
•基因工程载体噬菌体载体
•42
Phage M13 replication in the host cell: Nicked by gene 2 protein
RNA pol +
RF DNA polIII
±
+

第四章 基因克隆的质粒载体

2021/8/4
流程：
首先加入溶菌酶或十二烷基硫酸钠（ SDS）来促进大肠杆菌的细胞裂解。
将溴化乙锭的氯化铯溶液加到清亮的 大肠杆菌裂解液中，EB会嵌入到DNA链 的碱基中去。
在EB达到饱和时，进行氯化铯密度 梯度离心。
2021/8/4
2021/8/4
2021/8/4
碱变性法：
根据共价闭合环状质粒DNA与线性染色体 DNA片段之间，在拓扑学上的差异而发展出来 的。
2021/8/4
2021/8/4
8.质粒ＤＮＡ的分离与纯化
(1)氯化铯密度梯度离心法 (2)碱变性法 (3)微量碱变性法
2021/8/4
氯化铯密度梯度离心法
1、质粒DNA占总DNA的1%～2%； 2、在细胞裂解及DNA分离过程中，大分子
量的细菌染色体易断裂成线性片段，而质 粒DNA分子量小，结构紧密仍保持完整的 状态； 3、染色剂溴化乙锭（EB）能掺入到DNA链 的碱基中，导致链的解旋；而且形成的 EB- DNA复合物中，EB含量越高，密度会 越低。
线性分子（lDNA)：经限制性内切酶切割之后，双链断裂而 形成。称L构型。
2021/8/4
什么是超螺旋(superhelix 或supercoil) ？ DNA是以双螺旋的形式围绕着同一轴缠绕的，当双螺
旋DNA的这个轴再弯曲缠绕时，DNA就处于超螺旋状态， DNA超螺旋状态是结构张力的表现。超螺旋是DNA三级结构 的一个重要特征。
迁移作用(mobiligation): 由共存接合型质粒引发的非接合型质粒的迁移过程.
2021/8/4
2021/8/4
从基因工程安全角度考虑，接合型质粒不宜作为克隆载体。 因为从理论上存在着发生使ＤＮＡ跨越生物种间遗传屏障 的潜在危险.

基因克隆载体PPT幻灯片

二、基因克隆载体
（一）载体的功能及特征 （二）质粒 （三）噬菌体或病毒DNA （四）Cos质粒与噬菌粒 （五）人工染色体载体
（一）载体的功能及特征
载体(vector)：
在基因工程操作中，能携带外源DNA 进入受体细胞的DNA分子。
载体的功能： 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。
2、不相容性(incompatibility)
指任何两种含相似复制子结构的不同 质粒，不能同时存在于一个细胞中。
分子机制：
两种含不同复制子结构的不同质粒，在 复制时受各自的拷贝数控制系统调节，致使 两种质粒的最终拷贝数恒定，经若干复制周 期和细胞分裂周期后，仍能共处于同一细胞 内。
两种含相似复制子结构的不同质粒，在 复制时受同一拷贝数控制系统的干扰，致使 两种质粒的最终拷贝数不同，其中拷贝数多 的质粒在以后的细胞分裂周期中更具优势。
1）接合型质粒：
除带有自我复制所必需的遗传信息外，还带 有一套控制细菌配对和质粒接合转移的基因。
能在天然条件下自发地从一个细胞转移到另 一个细胞，如F质粒。
2）非接合型质粒：
虽带有自我复制所必需的遗传信息，但失 去了控制细菌配对和质粒接合转移的基因。
不能在天然条件下独立地发生接合作用， 如ColE1质粒。
2）存在于细菌、真菌、 蓝藻、酵母等细胞中。
plasmid DNA
Genomic DNA
The genomic DNA of E.coli: a single circular double-stranded DNA, with the contour length about 850 times longer than the cell
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

4. 存在着一个多克隆位点区，因此许多种不同类型的外 源DNA片段，不经修饰便可直接插入到载体分子上；
5. 由于多克隆位点区阻断了大肠杆菌lacZ基因的 5’-端编码区，可按照IPTG组织化学显色反应试 验，筛选重组子； 6. lacZ基因是置于lac启动子的控制之下，这样插 入的外源基因便会以融合蛋白质的形式表达； 7. 含有质粒的复制起点，在没有辅助噬菌体的情 况下，克隆的外源基因可以像质粒一样按常规 的方式，复制形成大量的双链DNA分子
8. 带有一个M13噬菌体的复制起点，在有 辅助噬菌体感染的寄主细胞中，可以合 成出单链DNA拷贝，并包装成噬菌体颗 分泌到培养基中； 9. 在pUC118和pUC119这两个载体中，多 克隆位点区的核苷酸序列取向是彼此相 反的，于是它们当中的一个可转录克隆 基因的正链DNA，另一个则可转录出负 链DNA； 10. 可以直接对克隆的DNA片断进行核苷 酸的序列测定，免去了从质粒载体到噬 菌体的这一烦琐的亚克隆步骤。
用于体外转录
T7 T3
pBluescript噬菌粒载体
基本结构： 1. 在多克隆位点的两侧，有一对T3和T7噬菌体 的启动子，可以定向指导外源基因的转录活动； 2. 同时具有一个单链噬菌体M13或f1的复制起 点和一个来自ColE1质粒的复制起点，在不同 的情况下，可以采取不同的复制形式，分别合 成单链或双链的DNA； 3. 编码有一个胺苄青霉素抗性基因，供作转化 子记号； 4.含有lacZ基因，可用Xgal-IPTG组织显色反应 法筛选噬菌粒载体。
由pUC18和pUC19质粒与野生型M13噬菌体的 基因间隔区（IG）重组而成的噬菌粒载体。 1. 具有较小分子量的共价、闭合、环形的基因组DNA， 可克隆10kb的外源DNA片段，并易于进行分离与操作； 2. 编码一个ampr基因作为选择记号，因此只有携带 pUC118或pUC119噬菌粒载体的大肠杆菌转化子细胞， 才能够在含有氨苄青霉素的培养基中生长，便于转化子 的选择； 3. 拷贝数含量高，每个寄主可高达500个，所以只要用 少量的大肠杆菌细胞培养物，便可制备出大量的载体 DNA；
第四节 噬菌粒载体
噬菌粒载体
由质粒载体和单链噬菌体载体结合而成的 新型的载体系列。 DNA长约3 kb，可携带约10 kb的外源 基因。 它具有质粒的复制起点、选择性标记、 多克隆位点等，方便DNA的操作，可在细胞 内稳定存在；又具有单链噬菌体的复制起点， 在辅助噬菌体的存在下，可进行噬菌体的繁 殖，产生单链的子代噬菌体。