基因文庫(kù):是某種特定的生物所含有的能夠包含所有基因的足夠數(shù)目的克隆的集合;蛭膸(kù)是通過(guò)純化
細(xì)胞總DNA,然后利用特定的限制性酶酶切產(chǎn)生能插入載體的片段,一般是λ替換載體、粘;蛘呤荵AC。
對(duì)于植物、動(dòng)物,所需要的克隆數(shù)很大,鑒定目的基因是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。對(duì)于這些生物體,可以使用細(xì)胞特異的cDNA文庫(kù)。cDNA文庫(kù)是將mRNA反轉(zhuǎn)錄成cDNA,插入載體中構(gòu)建的文庫(kù)。
每一個(gè)細(xì)胞都含有相同的基因,但不同細(xì)胞中有的基因是表達(dá)的, 而有的基因關(guān)閉。只有少量基因在所有的細(xì)胞類(lèi)型中都表達(dá),利用mRNA構(gòu)建的基因文庫(kù),只含有表達(dá)的部分基因。例如麩朊(醇溶朊),小麥中的一種營(yíng)養(yǎng)
蛋白,在正發(fā)育的種子中,以非常高的水平表達(dá),大約占總mRNA的30%。
克隆的鑒定方法
篩選目的克隆*常用的方法是探針雜交法。
探針是由目的基因的已知的信息決定的,有三種可能性:
1) 目的基因在特定細(xì)胞中的豐度
2) 基因所編碼的蛋白質(zhì)或者部分序列
3) 基因是一個(gè)基因家族中的一個(gè)
利用同源探針篩選目的克隆
任意的兩條單鏈核酸分子都有可能通過(guò)堿基配對(duì)結(jié)合,大部分的配對(duì)分子是不穩(wěn)定的,因?yàn)橹挥猩倭康膲A基配對(duì)。然而如果兩條鏈?zhǔn)腔パa(bǔ)的,大部分堿基可以配對(duì)形成穩(wěn)定的分子。不僅DNA間可以配對(duì),DNA 與RNA間也可以進(jìn)行配對(duì)。因此可以使用同源探針篩選目的克隆。
如果克隆的基因所編碼的蛋白已知。就可以利用遺傳密碼子預(yù)測(cè)相關(guān)基因的核苷酸序列,只有蛋氨酸和色氨酸無(wú)兼并密碼,其他的氨基酸至少有兩種密碼子。例如丙氨酸有四種密碼子,前兩位是相同的,GCA,GCT,GCC,GCG,只能正確的預(yù)測(cè)兩位的堿基。
例如細(xì)胞色素C,從59號(hào)氨基酸的一段序列:Trp-Asp-Glu-Asn-Asn-Met,相應(yīng)的DNA序列是TGG-GA(T/C)-GA(A/G)-AA(T/C)-AA(T/C)-ATG,在18個(gè)堿基中有14個(gè)是可以預(yù)測(cè)的。如果用來(lái)雜交的18核苷酸的序列有上千種可能的排列,很顯然不適合于合成探針。
標(biāo)記探針的方法有:
缺刻平移(Nick translation)
末端填充法(end-filling)
隨機(jī)引物法(詳細(xì)見(jiàn)影音文件)
雜交后通過(guò)放射自顯影顯示出來(lái)。放射性對(duì)操作者有害,而且廢物對(duì)環(huán)境有污染,因此產(chǎn)生了一些新的方法。一種是生物素標(biāo)記法,利用利用抗生物素蛋白,可以產(chǎn)生熒光,這種方法與放射性的敏感度相同。另外一種方法是將DNA與山葵過(guò)氧化酶連接,通過(guò)酶的活性降解發(fā)光氨產(chǎn)生化學(xué)熒光,直接在普通的照相底片上顯示出來(lái)。
菌落原位雜交
雜交探針不僅可以鑒定細(xì)菌克隆也可以鑒定噬菌體形成的噬菌斑。
首先將克隆或噬菌斑轉(zhuǎn)移到纖維素膜或尼龍膜上,去掉所有的殘留物,只留下DNA,這種處理同時(shí)導(dǎo)致了DNA變性,使雙鏈的氫鍵斷裂形成單鏈分子。通過(guò)80°C短時(shí)間處理,將DNA分子固定在膜上(纖維素膜);對(duì)于尼龍膜需要進(jìn)行紫外交聯(lián),通過(guò)糖-磷酸中樞將分子連接到膜上。
標(biāo)記探針,加熱變性,加入到雜交膜上進(jìn)行雜交,然后洗去未結(jié)合的探針,干燥,接合探針的位置就可以檢測(cè)出來(lái)。
利用mRNA的豐度篩選cDNA文庫(kù)
形成中的種子的cDNA文庫(kù)中,相當(dāng)一部分克隆是gliadin基因。利用文庫(kù)中的所有單個(gè)cDNA克隆作為探針,隨機(jī)選取一個(gè)克隆,純化重組DNA分子,標(biāo)記成探針,與剩余的克隆進(jìn)行雜交,選取不同的克隆作探針,直到有一個(gè)探針能與文庫(kù)中的大部分克隆雜交,這種豐富的cDNA可能就是gliadin基因,然后進(jìn)一步分析,通過(guò)測(cè)序,表達(dá)產(chǎn)物分析驗(yàn)證。
利用異源探針可以鑒定相關(guān)的基因
不同生物控制同一蛋白的基因,有許多相同的序列,顯示了進(jìn)化中的保守性。利用相關(guān)基因的保守序列可以將不同生物中的基因克隆出來(lái)。例如酵母中細(xì)胞色素C探針可以將其他生物中的細(xì)胞色素C基因鑒定出來(lái)。當(dāng)然實(shí)驗(yàn)條件需要調(diào)整,主要是降低退火的溫度。
異源探針還可以鑒定同一生物中相關(guān)的基因。
利用
抗體篩選cDNA表達(dá)文庫(kù)
除了雜交探針外,還可以選擇免疫學(xué)篩選。雜交探針直接鑒定克隆的DNA片段,而免疫學(xué)方法鑒定的是克隆基因所表達(dá)的蛋白質(zhì)。
a) 抗體
如果蛋白質(zhì)樣品注射進(jìn)兔子體內(nèi),動(dòng)物的免疫系統(tǒng)就會(huì)合成抗體結(jié)合、降解外來(lái)分子。在自然過(guò)程中,動(dòng)物利用這種防御機(jī)制對(duì)付細(xì)菌、病毒和其他藥品的入侵。
當(dāng)一種蛋白進(jìn)入兔子體內(nèi),其血液中的抗體在隨后的幾天時(shí)間內(nèi)保持較高的濃度,可以獲得大量的純化的抗體。
b) 利用純化的抗體檢測(cè)重組克隆中的蛋白
重組克隆轉(zhuǎn)到聚乙烯膜上,裂解細(xì)胞,添加含有抗體的
溶液,抗體本身是經(jīng)過(guò)標(biāo)記的,聚乙烯膜也要經(jīng)過(guò)含有標(biāo)記過(guò)的蛋白A溶液的沖洗,這樣細(xì)菌的蛋白就會(huì)特異的結(jié)合到利用抗體制備的免疫球蛋白上。可以用放射性標(biāo)記也可以利用產(chǎn)生熒光或化學(xué)光的非放射性標(biāo)記。
c) 基因表達(dá)的問(wèn)題
免疫檢測(cè)依賴(lài)于克隆基因的表達(dá),然而一種生物的基因在不同的生物中可能不表達(dá)。特別是動(dòng)物或植物(葉綠體除外)的基因在大腸桿菌中表達(dá)的可能性極小。
可以利用特殊的載體,稱(chēng)為表達(dá)載體來(lái)解決這一問(wèn)題,表達(dá)載體是為在細(xì)菌細(xì)胞中啟動(dòng)克隆的基因表達(dá)而設(shè)計(jì)的。將動(dòng)物基因克隆到表達(dá)載體,然后重組到E. coli中進(jìn)行免疫篩選是非常有效的,已經(jīng)獲得了多個(gè)重要的激素基因。