PCR引物決定PCR的特異性,引物的設計就顯得尤為重要。下面以已知DNA序列設計引物為例介紹設計引物應考慮的幾個方面:
1、GC比值:眾所周知,堿基對中的GC之間有三條氫鍵,AT之間有兩條氫鍵,GC和AT在引物序列中的合理比例是設定PCR中退火溫度的重要依據。通常在一個引物中GC和AT各半即可。
2、長度:通常15-20bp即可。由于目的不同,有時引物長些,但太短會影響引物的特異性。
3、方向:設計出的引物永遠是5'-3'方向,所以正向引物是與一股模板DNA序列相一致的,而反向引物則與這股模板DNA序列相互補。
4、酶切位點:如果想克隆所放大的DNA片段,通常在引物的5'端設計適當的限制性酶切位點,使進一步的克隆工作更容易。一對引物可用一種或兩種酶切位點,這取決于設計者,兩種不同的酶切位點使克隆具有方向性。
5、啟始和終止密碼:如果想表達所放大的DNA片段,所用的克隆載體又不含啟始密碼和終止密碼,應將其設計在引物的酶切位點之后,特異性DNA序列之前。
6、其它:如果表達的融合蛋白用親合層析方法純化,可將必要的序列設計在引物中以使所表達的融合蛋白易于純化。【易生物——找儀器、試劑、服務,盡在易生物 www.ebioe.com】
(三)連接反應
將載體質粒DNA和外源基因DNA在DNA連接酶的作用下,雙鏈DNA片段相鄰的5'端磷酸與3'端羥基之間形成磷酸二酯鍵,形成重組質粒,這是分子克隆技術的核心步驟。在連接反應進行之前,質粒和外源基因DNA分別用同樣的限制性內切酶消化,使它們成為含有同樣粘性末端或鈍端的線性DNA,這是連接成功的先決條件。下面介紹連接反應的程序。
1、模板DNA的準備
在進行DNA重組以前,通常要先將DNA分子用限制性內切酶消化,使兩種DNA分子的末端產生相同的粘性末端或平齊末端。通常按下列比例進行:
1. 雙蒸溜水 適量
2. 10× 酶緩沖液 1/10容量
3. DNA 多少μl
4. 限制性內切酶 1/10容量(每微克DNA用1-10單位)
總容量(根據DNA分子量來確定,通常10-100μl)。
混合后37℃溫育30-120min。
2、連接反應
在DNA連接酶的作用下,將外源基因DNA片段和線性質粒DNA連接起來構成重組質粒的過程。通常按下列比例進行:
1. 雙蒸溜水 適量
2. 10× 酶緩沖液 1/10容量
3. 質粒DNA 適量
4. DNA插入片段 適量
5. 限制性內切酶 1/10容量(每微克DNA用1-10單位)
總容量(根據DNA分子量來確定,通常10-20μl)。
混合后置14-16℃水浴6-12小時。
[注意]
通常DNA插入片段的量是載體DNA的3倍,這需根據DNA分子量計算,而不取決于濃度。
(四)重組質粒的轉化
DNA插入片段和質粒DNA在體外連接形成重組質粒后,需要被導入到細胞內才能進行擴增和表達。接受重組DNA分子的細胞稱作受體細胞或宿主細胞。受體細胞分為原核細胞(如大腸桿菌)和真核細胞(如酵母、哺乳動物細胞及昆蟲細胞)。原核細胞即可作為基因復制擴增的場所,也可作為基因表達的場所;真核細胞一般用作基因表達系統。
一般將重組DNA分子導入原核細胞的過程稱為轉化(transformation),而將重組DNA分子導入真核細胞的過程稱為轉染(transfection)。
1、感受態細胞的制備
未經處理的大腸桿菌很難受納重組DNA分子,但當將大腸桿菌用物理或化學方法處理后,細胞對攝取外來DNA分子變得敏感了,這種經過處理而容易接受外源DNA分子的細胞叫做感受態細胞(competent cell)。
將重組DNA分子和感受態大腸桿菌細胞相混合,使DNA分子進入大腸桿菌細胞中,實現了重組DNA分子的轉化。
受體細胞是重組基因增殖的場所,對受體細胞也應具有幾個要求:
(1)容易接納重組DNA分子;(2)對載體的復制擴增無嚴格限制;(3)不存在特異的內切酶體系降解外源DNA;(4)不對外源DNA進行修飾。
由于載體的不同,所具備的篩選標志不同,所用的受體細胞也不同,因此可根據所用的載體選擇合適的受體細胞。
將大腸桿菌放入低滲的CaCl2溶液中,使細胞處于膨脹狀態,從而獲得大腸桿菌感受態細胞,4℃可保存1-2周,若需長期保存,可加甘油至終濃度為15%,置-70℃備用。
2、轉化
將重組質粒置于感受態細胞溶液中,使重組質粒吸附于感受態細胞的表面,冰浴一段時間,細胞膜處于收縮狀態。然后迅速將感受態細胞置于42℃,使細胞在熱環境中膜通道開放,重組質粒由膜外高濃度區向膜內擴散,經過45秒時間后,再將感受態細胞放回冰浴中,膜通道關閉,重組質粒轉入大腸桿菌。
3、轉化細胞的篩選和菌株的保存
(1)轉化細胞的篩選
作為載體的質粒都含有一種或兩種抗生素的耐藥基因,當把這種質粒轉入大腸桿菌后,此菌便獲得了抵抗這種抗生素的能力。目前分子克隆所用的克隆載體多含氨芐青霉素的耐藥基因,所以涉及最多的是氨芐青霉素篩選。當將氨芐青霉素加入培養基中后,只有含質粒的細菌能夠生存,而不含質粒的細菌則死亡。
另外,在某些質粒中含有LacZ基因,多克隆酶切位點位于LacZ基因內部,當沒有外源基因插入LacZ基因中時,LacZ基因的啟動子可使此基因編碼半乳糖甘酶,從而催化底物X-gal發生化學反應,菌落變成藍色;當外源基因與質粒發生連接時,LacZ基因失活,菌落呈白色,同時該質粒還含有氨芐青霉素耐藥基因,根據此特性,白色菌落含有重組質粒。
(2)質粒和菌株的保存
質粒可以在-20℃冰凍長期保存。
菌株可在含20-50%甘油培養液中-20℃或-70℃保存。