表達載體的構建方法及步驟
一、載體的選擇及如何閱讀質粒圖譜
目前,載體主要有病毒和非病毒兩大類,其中質粒 DNA 是一種新的非病毒轉基因載體。
一個合格質粒的組成要素:
(1)復制起始位點 Ori 即控制復制起始的位點。原核生物 DNA 分子中只有一個復制起始點。而
真核生物 DNA 分子有多個復制起始位點。
(2)抗生素抗性基因可以便于加以檢測,如 Amp+ ,Kan+
(3)多克隆位點 MCS 克隆攜帶外源基因片段
(4) P/E 啟動子/增強子
(5)Terms 終止信號
(6)加 poly(A)信號可以起到穩(wěn)定 mRNA 作用
選擇載體主要依據構建的目的,同時要考慮載體中應有合適的限制酶切位點。如果構建的目
的是要表達一個特定的基因,則要選擇合適的表達載體。
載體選擇主要考慮下述3點:
【1】構建 DNA 重組體的目的,克隆擴增/基因表達,選擇合適的克隆載體/表達載體。
【2】.載體的類型:
(1)克隆載體的克隆能力-據克隆片段大小(大選大,小選小)。如<10kb 選質粒。
(2)表達載體據受體細胞類型-原核/真核/穿梭,E.coli/哺乳類細胞表達載體。
(3)對原核表達載體應該注意:選擇合適的啟動子及相應的受體菌,用于表達真核蛋白質時注意克服4個困難和閱讀框錯位;表達天然蛋白質或融合蛋白作為相應載體的參考。
【3】載體 MCS 中的酶切位點數與組成方向因載體不同而異,適應目的基因與載體易于鏈接,不能產生閱讀框架錯位。
綜上所述,選用質粒(常用)做載體的5點要求:
(1)選分子量小的質粒,即小載體(1-1.5kb)→不易損壞,在細菌里面拷貝數也多(也有大載體);
(2)一般使用松弛型質粒在細菌里擴增不受約束,一般 10個以上的拷貝,而嚴謹型質粒<10個。
(3)需具備一個以上的酶切位點,有選擇的余地;
(4)需有易檢測的標記,多是抗生素的抗性基因,不特指多位 Ampr(試一試)。
(5)滿足自己的實驗需求,是否需要包裝病毒,是否需要加入熒光標記,是否需要加入標簽蛋白,是否需要真核抗性(如Puro、G418)等等。
無論選用哪種載體,首先都要獲得載體分子,然后采用適當的限制酶將載體 DNA 進行切割,獲得線性載體分子,以便于與目的基因片段進行連接。
如何閱讀質粒圖譜
第一步:首先看 Ori 的位置,了解質粒的類型(原核/真核/穿梭質粒)
第二步:再看篩選標記,如抗性,決定使用什么篩選標記。
(1)Ampr 水解β-內酰胺環(huán),解除氨芐的毒性。
(2)tetr 可以阻止四環(huán)素進入細胞。
(3)camr 生成氯霉素羥乙酰基衍生物,使之失去毒性。
(4)neor(kanr)氨基糖苷磷酸轉移酶使 G418(長那霉素衍生物)失活
(5)hygr 使潮霉素β失活。
第三步:看多克隆位點(MCS)。它具有多個限制酶的單一切點。便于外源基因的插入。如果在這些酶切位點以外有外源基因的插入,會導致某種標志基因的失活,而便于篩選。決定能不能放目的基因以及如何放置目的基因。
第四步:再看外源 DNA 插入片段大小。質粒一般只能容納小于10Kb 的外源 DNA 片段。一般來說,外源 DNA 片段越長,越難插入,越不穩(wěn)定,轉化效率越低。
第五步:是否含有表達系統(tǒng)元件,即啟動子-核糖體結合位點-克隆位點-轉錄終止信號。這是用來區(qū)別克隆載體與表達載體。克隆載體中加入一些與表達調控有關的元件即成為表達載體。選用那種載體,還是要以實驗目的為準繩。
第六步:啟動子-核糖體結合位點-克隆位點-轉錄終止信號
(1)啟動子-促進 DNA 轉錄的 DNA 序列,這個 DNA 區(qū)域常在基因或操縱子編碼序列的上游,是 DNA 分子上可以與 RNApol 特異性結合并使之開始轉錄的部位,但啟動子本身不被轉錄。
(2)增強子/沉默子-為真核基因組(包括真核病毒基因組)中的一種具有增強鄰近基因轉錄過程的調控順序。其作用與增強子所在的位置或方向無關。即在所調控基因上游或下游均可發(fā)揮作用。/沉默子-負增強子,負調控序列。
(3)核糖體結合位點/起始密碼/SD 序列(Rbs/AGU/SDs):mRNA 有核糖體的兩個結合位點,對于原核而言是 AUG(起始密碼)和 SD 序列。
(4)轉錄終止序列(終止子)/翻譯終止密碼子:結構基因的最后一個外顯子中有一個 AATAAA的保守序列,此位點 down-stream 有一段 GT 或 T 富豐區(qū),這2部分共同構成 poly(A)加尾信號。結構基因的最后一個外顯子中有一個 AATAAA 的保守序列,此位點 down-stream 有一段GT 或 T 富豐區(qū),這2部分共同構成 poly(A)加尾信號。
質粒圖譜上有的箭頭順時針有的箭頭逆時針,那其實是代表兩條 DNA 鏈,即質粒是環(huán)狀雙鏈DNA,它的啟動子等在其中一條鏈上,而它的抗性基因在另一條鏈上 .根據表達宿主不同,構建時所選擇的載體也會不同。
二、目的基因的獲得
一般來說,目的基因的獲得有三種途徑:
調取基因:根據目的基因的序列,設計引物從含有目的基因的cDNA中通過PCR的方法調取目的基因,鏈接到克隆載體挑取單克隆進行測序,以獲得想要的基因片段,這種方法相對成本較低,但是調取到的基因往往含有突變,還有不同基因的表達豐度不同,轉錄本比較復雜,或是基因片段很長,這些情況都很難調取到目的基因。
全基因合成:根據目的基因的DNA序列,直接設計合成目的基因。此方法準確性高,相對成本會高一些,個人操作比較困難,需要專業(yè)的合成公司完成。優(yōu)點是可以合成難調取及人工改造的任何基因序列,同時可以進行密碼子優(yōu)化,提高目的基因在宿主內的表達量。
三、克隆構建
目前,克隆構建的方法多種多樣,除了應用廣泛的酶切鏈接以外,現在還有很多不依賴酶切位點的克隆構建方式。下面具體說一下雙酶切方法構建載體的步驟。


