小鼠基因剔除技术
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基因敲除小鼠的制作方法基因敲除小鼠是一种常用的遗传工具,在科学研究中被广泛应用于功能基因组学和疾病模型研究。
基因敲除是指通过特定技术手段,将小鼠体内的目标基因完全沉默或失活,从而研究该基因在发育、生理以及疾病机制中的功能。
本文将介绍基因敲除小鼠的制作方法,包括设计目标基因的敲除载体、胚胎干细胞的筛选和注射、外显子敲除策略的选择等。
1.设计目标基因的敲除载体敲除载体是嵌入目标基因的重要工具。
它通常包含正向与反向的同源臂(homology arms)以及选择标记(如抗生素抗性基因)。
同源臂的长度通常在2-5 kb之间,确保在同源重组时准确而有效地替代目标基因。
此外,敲除载体中还应该包含可诱导甲基化的Cre-loxP重组体系或者FLP-FRT重组体系,以用于后续的基因定向敲除或基因重新组装。
2.筛选胚胎干细胞胚胎干细胞是从内胚层发育而来的多潜能细胞,可以分化为整个鼠体的各种组织和器官。
敲除载体首先需要通过电转或霰粒枪等手段转染到胚胎干细胞系中。
转染后,胚胎干细胞需要进行抗生素筛选,以过滤未转染的细胞。
为了确保目标基因的敲除率,可以使用增强绿色荧光蛋白(eGFP)等标记基因,通过荧光显微镜观察转染细胞的表达情况。
3.敲除载体注射到小鼠受精卵中一旦确认胚胎干细胞中存在敲除载体,接下来就是将胚胎干细胞植入小鼠受精卵。
这个步骤一般由经验丰富的研究人员或者专业公司进行。
首先,选择合适的受精卵(通常为C57BL/6J小鼠品系),然后利用显微操作技术,将敲除载体注射到受精卵的核酸注入腔。
注射后,将受精卵转入对应营养液中培养一定时间,以期达到最佳着床率。
4.敲除鼠胚移植到配子体内经过培养后,将敲除的胚胎植入雌性激素准备好的代孕小鼠(通常为白色的株系,如ICR)。
移植后,将代孕小鼠继续养育,直至分娩。
5.验证敲除小鼠的敲除效果通过提取敲除小鼠的DNA,可以利用PCR、Southern blot和DNA测序等技术验证敲除效果。
..一、常规基因敲除鼠(Conventional Knockout)常规基因敲除是通过基因打靶,把需要敲除的基因的几个重要的外显子或者功能区域用Neo Cassette 替换掉。
这样的小鼠其全身所有的组织和细胞中都不表达该基因产物。
此类基因敲除鼠一般用于研究某个基因在对小鼠全身生理病理的影响,而且这个基因没有胚胎致死性。
二、条件性基因敲除小鼠(Conditional Knockout)条件性基因敲除小鼠是通过基因打靶,把两个loxP 位点放到目的基因一个或几个重要的外显子的两边。
该小鼠和表达Cre酶小鼠杂交之前,其目的基因表达完全正常。
当和组织特异性表达Cre酶的小鼠进行杂交后,可以在特定的组织或细胞中敲除该基因,而该基因在其他组织或细胞表达正常。
条件性基因敲除鼠适用范围为:(1)该基因有胚胎致死性;(2)用于研究该基因在特定的组织或细胞中的生理病理功能。
三、基因敲入小鼠(Knockin)基因敲入小鼠是通过基因打靶,把目的基因序列敲入到小鼠的相应基因位点,使用小鼠的表达调控元件指导目的基因表达。
此类基因敲入鼠一般用于药物的筛选,信号通路的研究等。
获得嵌合体及之后品系纯化详细流程:基因敲除其他方法:一、ZFN技术制作基因敲除鼠ZFN能够识别并结合指定的基因序列位点,并高效精确地切断。
随后细胞利用天然的DNA 修复过程来实现DNA的插入、删除和修改,这样研究人员就能够随心所欲地进行基因组编辑。
这在过去是无法想象的,传统的基因敲除技术依赖细胞内自然发生的同源重组,其效率只有百万分之一,而ZFN的基因敲除效率能达到10%。
利用这些技术进行小鼠基因的定点敲除和敲入,可以把时间从一年缩短到几个月。
这项技术中设计特异性的ZFN是最关键的环节,目前研究者采用计算生物学方法设计高特异性的ZFN,但ZFN的脱靶(off target),也就是把不该切的地方切了的问题仍是一个挑战。
也正因为这个原因,利用ZFN技术进行小鼠的基因修饰还无法完全取代传统技术。
基因敲除小鼠的实验流程
一、前期准备
1、检索标记基因:采用全基因组测序技术或大规模基因组关联分析法筛选出敲除对研究有重要作用的基因;
2、设计敲除构建:根据筛选出的基因特异性序列,对基因进行深入分析,结合已有研究成果,根据基因的功能和结构确定可有效敲除的基因结构模型;
3、制备修饰质粒:根据设计模型,制备适当的质粒,使其具有足够的重组能力和具有全套的特异性对象;
4、选择载体:选择合适的载体(含有敲除的质粒),使敲除的基因更容易被载入小鼠细胞中进行修饰;
二、基因敲除实验
1、小鼠胚胎动物模型:小鼠胚胎是敲除小鼠研究的传统动物模型,采用小鼠母体体外受精,利用载体质粒将敲除基因引入胚胎,敲除的基因将被遗传给后代小鼠;
2、小鼠嵌合体模型:采用基因修饰技术将敲除基因嵌入小鼠细胞的质粒,多功能的抗体定位蛋白可以用来将质粒载入小鼠细胞,利用抗体定位系统,将修饰的嵌入小鼠胚胎,诱导而成嵌合体,使敲除的基因能够传递给后代;
3、选择敲除后的小鼠:将敲除实验的小鼠孵化。
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