酵母杂交技术原理及应用
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在所有的生命活动中,蛋白质是最终的执行者和体现者,并且随着大量生物基因组测序的完成,越来越多的研究人员将重点转移到蛋白组的研究上[1]。
而酵母单杂交技术是新近发展起来的一种体外研究DNA与蛋白质相互作用的技术。
众所周知,在生物体内DNA与蛋白质间相互作用的表达调控机制是非常普遍的,且具有重要的生物学功能。
比如在基因转录和复制中都存在这种调控机制,因此目前酵母单杂交技术已经被广泛地应用于科学研究的各个领域。
1酵母单杂交技术的原理酵母单杂交技术最早是1993年由Wang和Reed创立的[2],其理论基础是:许多真核生物的转录激活因子均具有2个功能上独立的结构域———DNA结合结构域(DNA-bindingdomainBD)和DNA激活结构域(ActivationdomainAD),前者特异结合于顺式作用元件上,后者实施基因表达调控功能[3-4],因此DNA结合结构域和DNA激活结构域就可以分开使用,单独的结合结构域或转录激活结构域都不能启动下游报道基因的表达。
酵母单杂交技术就是利用此原理构建各种基因与转录激活域融合的融合蛋白,只要转录激活域所融合的蛋白能与特异的DNA序列结合,也就是说它能够扮演转录因子结合结构域的功能,那么就会形成有功能的转录因子,从而实施基因表达调控,激活启动子下游报道基因的表达。
人们用于酵母单杂交系统的酵母GAL4蛋白即是一种典型的转录因子。
2酵母单杂交技术的操作步骤在实验过程中,首先要将报告质粒、文库和融合表达质粒同时转入酵母报告株,若文库所表达的某些蛋白能与设定的特异DNA序列相结合,则这些融合蛋白就具有转录因子的活性,能够激活与顺式作用元件相连的最小启动子,使下游报道基因得以表达,并使酵母细胞在相应的SD缺陷性培养基上生长,并能对3-AT产生抗性[5-6],然后提取报道基因表达的克隆株的质粒,转入大肠杆菌进行测序就可以获得这些蛋白(即能与特异DNA序列相结合的蛋白)的DNA序列。
酵母单杂交技术1.酵母单杂交的基本原理酵母单杂交技术是1993年由酵母双杂交技术发展而来的,其基本原理为:真核生物基因的转录起始需转录因子参与,转录因子通常由一个DNA特异性结合功能域和一个或多个其他调控蛋白相互作用的激活功能域组成,即DNA 结合结构域(DNA—bindingdomain,BD)和转录激活结构域(activationdomain,AD)。
用于酵母单杂交系统的酵母GAL4蛋白是一种典型的转录因子,GAL4的DNA结合结构域靠近羧基端,含有几个锌指结构,可激活酵母半乳糖苷酶的上游激活位点(UAS),而转录激活结构域可与RNA聚合酶或转录因子TFIID相互作用,提高RNA聚合酶的活性。
在这一过程中,DNA结合结构域和转录激活结构域可完全独立地发挥作用。
据此,我们可将GAL4的DNA结合结构域置换为文库蛋白编码基因,只要其表达的蛋白能与目的基因相互作用,同样可通过转录激活结构域激活RNA聚合酶,启动下游报告基因的转录。
酵母单杂交原理示意图2.酵母单杂交技术的特点酵母单杂交体系自1993年由Wang和Reed创立以来,在生物学研究领域中已经显示出巨大的威力。
应用酵母单杂交体系已经验证了许多已知的DNA与蛋白质之间的相互作用,同时发现了新的DNA与蛋白质的相互作用,并由此找到了多种新的转录因子。
近来,已有应用酵母单杂交体系进行疾病诊断的研究报道。
随着酵母单杂交体系的不断发展和完善,它在科研、医疗等方面的应用将会越来越广泛。
采用酵母单杂交体系能在一个简单实验过程中,识别与DNA特异结合的蛋白质,同时可直接从基因文库中找到编码蛋白的DNA序列,而无需分离纯化蛋白,实验简单易行。
由于酵母单杂交体系检测到的与DNA结合的蛋白质是处于自然构象,克服了体外研究时蛋白质通常处于非自然构象的缺点,因而具有很高的灵敏性。
目前,多种酵母单杂交体系的试剂盒和相应的cDNA文库已经商品化,为酵母单杂交体系的使用提供了有利的条件。
酵母单杂交(yeast one hybrid)技术,是体外分析DNA与细胞内蛋白质相互作用的一种方法,通过对酵母细胞内报告基因表达状况的分析,来鉴别DNA结合位点并发现潜在的结合蛋白基因,或对DNA结合位点进行分析。
运用此技术,能筛选到与DNA结合的蛋白质,并可直接从基因文库中得到编码该蛋白质的核苷酸序列,而无需复杂的蛋白质分离纯化操作,故在蛋白研究中,具有一定的优势;而且,酵母属真核细胞,通过酵母系统得到的结果,比其他体外技术获得的结果,更能体现真核细胞内基因表达调控的真实情况。
1 酵母单杂交技术的原理酵母单杂交技术,最早是1993年由Li et al 从酵母双杂交技术发展而来,酵母双杂交技术通过对报告基因的表型进行检测以实现对蛋白质间相互作用的研究,而酵母单杂交技术则通过对报告基因的表型检测,分析DNA、蛋白之间的相互作用,以研究真核细胞内的基因表达调控。
目前认为真核生物的转录起始,需要转录因子的参与。
这些转录因子通常由一个DNA特异性结合功能域和一个或多个与其他调控蛋白相互作用的激活功能域组成,即DNA结合结构域(DNA-binding domain, BD)和转录激活结构域(activation domain, AD)。
用于酵母单杂交系统的酵母GAL4蛋白即是一种典型的转录因子用于酵母单杂交系统的酵母GAL4蛋白即是一种典型的转录因子。
研究表明GAL4的DNA结合结构域,靠近羧基端,含有几个锌指结构,可激活酵母半乳糖苷酶的上游激活位点(UAS);而转录激活结构域,可与RNA聚合酶或转录因子TFIID相互作用,提高RNA聚合酶的活性。
在这一过程中,DNA结合结构域和转录激活结构域可完全独立地发挥作用。
据此,我们可将GAL4的DNA结合结构域置换为其他蛋白,只要它能与我们想要了解的目的基因相互作用,就照样可以通过其转录激活结构域激活RNA聚合酶,从而启动对下游报告基因的转录。
正是基于这一理论,酵母单杂交系统由2部分组成:(1)将文库蛋白片段,与GAL4转录激活域融合表达的cDNA文库质粒; (2)含有目的基因和下游报告基因的报告质粒。
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