第十二講 DNA文庫的構(gòu)建課件

基因組文庫和cDNA文庫的構(gòu)建

第十二講DNA文庫的構(gòu)建第一節(jié)基因組文庫的構(gòu)建1基因組文庫(genomielibrary):

將某一生物基因組DNA片段化并全部克隆后所獲得的重組子群體的總稱。

作用：獲得特定基因。第十二講DNA文庫的構(gòu)建2基因組文庫的類型根據(jù)所選用的載體可以分為：質(zhì)粒文庫噬菌體文庫黏粒文庫人工染色體文庫第十二講DNA文庫的構(gòu)建3構(gòu)建基因組文庫應(yīng)滿足的條件3.1文庫的完整性要包含基因組的完整序列信息，通過產(chǎn)生一系列一定大小、覆蓋全基因組的DNA片段的重組克隆來實(shí)現(xiàn)。

第十二講DNA文庫的構(gòu)建限制性內(nèi)切酶……克隆、轉(zhuǎn)化、培養(yǎng)、鑒定基因組DNA基因組文庫第十二講DNA文庫的構(gòu)建3.2基因組信息的可重建性通過建立疊連群(contig)重建完整序列信息。第十二講DNA文庫的構(gòu)建3.3文庫的大小即文庫中應(yīng)包含的獨(dú)立重組子數(shù)。一般來說，DNA片段長，完整基因組文庫所含的克隆數(shù)越少。反之，越多。基因組越大，文庫應(yīng)包含的克隆數(shù)越多，反之，越少。第十二講DNA文庫的構(gòu)建4基因組文庫的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)一個(gè)理想的基因組DNA文庫應(yīng)具備下列條件：重組克隆的總數(shù)不宜過大，以減輕篩選工作的壓力載體的裝載量最好大于基因的長度，避免基因被分隔克隆；克隆與克隆之間必須存在足夠長度的重疊區(qū)域，以利克隆排序；克隆片段易于從載體分子上完整卸下；重組克隆能穩(wěn)定保存、擴(kuò)增、篩選。第十二講DNA文庫的構(gòu)建5基因組DNA文庫構(gòu)建的程序

(噬菌體基因組文庫的構(gòu)建)

⑴基因組DNA的分離制備不同來源的DNA制備方法不同。一般來說，有液相法和固相法兩種。液相法提取的DNA長度一般在100kb左右，基本可以滿足構(gòu)建各種小插入片段基因組文庫的要求。第十二講DNA文庫的構(gòu)建大相對分子質(zhì)量(highmolecularweight,HMW)基因組DNA的提取方法第十二講DNA文庫的構(gòu)建第十二講DNA文庫的構(gòu)建⑵基因組DNA的片段化①酶切部分酶切的主要目的是產(chǎn)生隨機(jī)性的DNA片段用于構(gòu)建基因組文庫。②DNA分子的物理剪切

DNA溶液的小孔噴射超聲波處理高速攪拌

第十二講DNA文庫的構(gòu)建⑶載體的制備要求：載體的去磷酸化處理載體的純度

第十二講DNA文庫的構(gòu)建⑷重組連接按照連接酶催化反應(yīng)的最適條件設(shè)置反應(yīng)體系，同時(shí)還應(yīng)通過預(yù)備性實(shí)驗(yàn)確立反應(yīng)體系具體的參數(shù)。第十二講DNA文庫的構(gòu)建⑸噬菌體離體包裝⑹重組噬菌體感染大腸桿菌

第十二講DNA文庫的構(gòu)建6基因組文庫的擴(kuò)增篩選⑴文庫的擴(kuò)增基于噬菌體載體的基因組文庫通過感染大腸桿菌，重組噬菌體在受體細(xì)胞中復(fù)制增殖并形成噬菌斑以實(shí)現(xiàn)增殖。

風(fēng)險(xiǎn)：在進(jìn)行文庫擴(kuò)增時(shí)，很難保證重組分子均等增殖。所以造成有些克隆丟失，有的增加，有的減少。

第十二講DNA文庫的構(gòu)建⑵文庫的篩選噬菌斑原位雜交

PCR文庫篩選第十二講DNA文庫的構(gòu)建基因組DNA文庫限制性內(nèi)切酶基因組DNA基因重組轉(zhuǎn)化細(xì)菌體外包裝第十二講DNA文庫的構(gòu)建第二節(jié)cDNA文庫構(gòu)建

高等生物一般具有105種左右不同的基因，但在一定時(shí)間階段的單個(gè)細(xì)胞或個(gè)體中，有15%左右的基因得以表達(dá)，產(chǎn)生約15000種不同的mRNA分子。可見，由mRNA出發(fā)的cDNA克隆，其復(fù)雜程度要比直接從基因組克隆簡單得多。第十二講DNA文庫的構(gòu)建1概念

cDNA文庫：

將生物特定的組織器官或特定時(shí)期的全部mRNA反轉(zhuǎn)錄成cDNA，并全部克隆成重組子，在該重組子群集中包含了其全部表達(dá)基因的轉(zhuǎn)錄本。第十二講DNA文庫的構(gòu)建2cDNA文庫優(yōu)點(diǎn)

⑴

cDNA克隆以mRNA為材料，特別適合某些病毒基因組結(jié)構(gòu)研究及有關(guān)基因的克隆分離。⑵cDNA文庫的篩選比較簡單易行。⑶每一個(gè)cDNA克隆對應(yīng)一種mRNA序列，這樣在目的基因的選擇中出現(xiàn)假陽性的概率就會(huì)比較低，因此陽性的雜交信號一般都是有意義的，由此選擇出來的陽性克隆將會(huì)含有目的基因序列。⑷可以在原核中表達(dá)。第十二講DNA文庫的構(gòu)建3對cDNA文庫質(zhì)量評價(jià)3.1文庫的代表性文庫中包含的重組cDNA分子反映來源細(xì)胞中表達(dá)信息的完整性。3.2重組cDNA片段的序列完整性。第十二講DNA文庫的構(gòu)建4cDNA文庫構(gòu)建的步驟⑴分離mRNA；⑵富集mRNA；⑶cDNA的合成；⑷黏性末端片段與載體的連接；⑸離體包裝獲得重組噬菌體；⑹檢測重組噬菌體效價(jià)。第十二講DNA文庫的構(gòu)建cDNA文庫的構(gòu)建：基因重組反轉(zhuǎn)錄酶mRNAcDNA第十二講DNA文庫的構(gòu)建第十二講DNA文庫的構(gòu)建4.1細(xì)胞總RNA的提取和mRNA的分離RNA：tRNA、rRNA、mRNA(1%—5%）

真核生物的mRNA具有一個(gè)polyA的3’末端，可以被用于mRNA的分離；

oligo(dT):polyA雜交鏈在高鹽離子濃度下可以保持，在低鹽離子濃度下或較高溫度下就會(huì)分開，利用這一性質(zhì)從RNA中分離純化mRNA。

第十二講DNA文庫的構(gòu)建第十二講DNA文庫的構(gòu)建第十二講DNA文庫的構(gòu)建4.2cDNA第一鏈的合成①

oligo(dT)引導(dǎo)的DNA合成法

利用真核mRNA分子所具有的poly(A)尾巴的特性，加入12-20個(gè)脫氧胸腺嘧啶核苷組成的oligo(dT)短片段，由反轉(zhuǎn)錄酶合成cDNA的第一鏈。

第十二講DNA文庫的構(gòu)建第十二講DNA文庫的構(gòu)建②隨機(jī)引物引導(dǎo)的cDNA合成法(randomlyprimedcDNAsynthesis)

根據(jù)許多可能的序列，合成出6-10個(gè)核苷酸長的寡核苷酸短片段（混合物），作為合成第一鏈cDNA的引物。在應(yīng)用這種混合引物的情況下，cDNA的合成可以從mRNA模板的許多位點(diǎn)同時(shí)發(fā)生，而不僅僅從3’-末端的oligo(dT)引物一處開始。第十二講DNA文庫的構(gòu)建4.3第二鏈cDNA的合成cDNA第二鏈的合成就是將上一步形成的mRNA:cDNA雜合雙鏈變成互補(bǔ)雙鏈cDNA的過程。cDNA第二鏈的合成的方法大致4種：自身引導(dǎo)合成法置換合成法引導(dǎo)合成法引物－銜接頭合成法

第十二講DNA文庫的構(gòu)建①自身引導(dǎo)合成法

獲得的單鏈cDNA3’端會(huì)形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)的能力，以此作為第二鏈合成的引物，在大腸桿菌聚合酶IKlenow或反轉(zhuǎn)錄酶的作用下，合成cDNA的第二鏈。

第十二講DNA文庫的構(gòu)建第十二講DNA文庫的構(gòu)建②置換合成法

以第一鏈合成產(chǎn)物cDNA：mRNA雜交體作為切口平移的模板，RNA酶H在雜交體的mRNA鏈上造成切口和缺口，產(chǎn)生一系列RNA引物，在大腸桿菌DNA聚合酶I的作用下合成cDNA的第二鏈。第十二講DNA文庫的構(gòu)建RNaseH：特異水解與DNA雜交的RNA上的磷酸二酯鍵，產(chǎn)生帶有3‘—OH和5’—P的產(chǎn)物第十二講DNA文庫的構(gòu)建③引導(dǎo)合成法

第十二講DNA文庫的構(gòu)建④引物-銜接頭法第十二講DNA文庫的構(gòu)建5全長cDNA文庫(fulllengthcDNAlibrary)導(dǎo)致cDNA不完整的原因：

①cDNA第二鏈合成中聚合酶的外切核酸酶活性

②

mRNA的降解，它容易從5‘端降解。起始生物材料、抽提和純化過程中RNase的污染、機(jī)械斷裂.

③反轉(zhuǎn)錄酶的合成特性

與mRNA的分子結(jié)構(gòu)有關(guān)

與反轉(zhuǎn)錄酶從轉(zhuǎn)錄復(fù)合體上脫離有關(guān)

第十二講DNA文庫的構(gòu)建oligo(dG)引導(dǎo)合成全長dscDNA

第十二講DNA文庫的構(gòu)建載體引導(dǎo)合成全長dscDNA

第十二講DNA文庫的構(gòu)建置換法合成全長dscDNA

第十二講DNA文庫的構(gòu)建6基因組DNA文庫與cDNA文庫的比較cDNA文庫只包含某種生物體特定組織、特定發(fā)育階段表達(dá)的基因(具有時(shí)空特異性)。基因組文庫的出發(fā)材料是完整的生物基因組DNA，每一個(gè)基因都存在于完全的基因組文庫中，并不受生物組織或發(fā)育時(shí)期的影響。第十二講DNA文庫的構(gòu)建

cDNA克隆只能反映著mRNA的分子結(jié)構(gòu)，沒有包括基因組的間隔序列，

cDNA文庫中，不同克隆的分布狀態(tài)總是反映著mRNA的分布狀態(tài)，即：高豐度mRNA的cDNA克隆，所占比例較高，分離基因容易；低豐度mRNA的cDNA克隆，所占比例較低，分離基因困難；從cDNA克隆