重组DNA分子的转化和扩增Transformation and amplification of recombinant DNA molecules
DNA分子在体外构建完成后,必须导入相应的宿主细胞进行繁殖,才能获得大量的同一重组DNA分子,这个导入过程及操作统称为重组DNA分子的转化(transformation)。载体DNA分子上具有能被宿主细胞识别的复制起始位点,因此可以在原核细胞(如大肠杆菌)、低等真核生物(如酵母)和动、植物细胞中扩增。真核生物的基因一般都是先在大肠杆菌细胞中克隆研究后,再转入相应的真核生物宿主细胞中去。
外源重组DNA导入宿主细胞的方法有借助生物载体的转化、转染、转导和借助物理化学等手段直接导入(如显微注射、电激转化和基因枪等方法)。转化、转染和转导主要应用于细菌这样的原核生物和酵母这样的单细胞低等真核生物。而显微注射、电激转化和基因枪等主要用于高等动植物细胞的导入。下面主要介绍几种常见的重组DNA导入原核细胞的方法,真核生物的转化方法祥见转基因植物和转基因动物章节。
Ca2+诱导转化
在自然条件下,很多质粒都可通过细菌接合作用转移到新的宿主内,但人工构建的质粒载体一般缺乏此种转移所必须的mob基因,因此不能自行完成从一个细胞到另一个细胞的接合转移。若将质粒载体转移到受体细胞,需诱导宿主菌产生一种短暂的感受态以摄入外源DNA。所以,对细菌细胞进行转化的关键是使细胞处于感受态。
所谓感受态(competent cell),就是处于能吸收外源DNA分子的生理状态的细胞。用CaCl2处理受体细胞,促使重组DNA进入细胞,其过程及原理为:将处于对数生长期的细菌置于0℃的CaCl2低渗溶液中,细胞膨胀成球形,处于感受态;同时,转化连接产物混合中的DNA,Ca2+与DNA结合形成抗DNase的羟基-磷酸钙复合物,粘附于细胞表面,经42℃短时间热击处理(一般为30s),细胞吸收DNA复合物,在培养基中生长数小时之后,球形细胞复原并增殖。
该方法诱导大肠杆菌成为感受态的方法,重复性好,操作简便快捷,适用于成批制备感受态。对CaCl2诱导的感受细胞进行转化,每微克质粒DNA可以获得5×106~2×107个转化菌落,该转化率可以完全满足常规克隆的要求。感受态细胞可添加适量甘油后贮存于-70℃备用,但存储时间过长会影响转化效率
电穿孔转化方法
电穿孔(electroporation)法,也称电转化或电击法,是一种在高压电脉冲介导下将DNA分子穿过细胞膜导入细胞的一种物理方法。其基本原理是将受体细胞置于适当的外加电场,利用高压电脉冲使细胞表面形成暂时性的微孔,质粒DNA分子得以进入细胞,但细胞不会受到致命伤害,一旦脱离脉冲电场,被击穿的微孔就可复原。
值得注意的是作电转化的细胞也必须处于特定的状态,这种状态不是特殊的生理状态,而是在低温下使细胞处于无离子区且有甘油或蔗糖等保护剂的悬液中,其目的是使细胞悬浮液的电阻最大化,从而保证电击过程中不被击穿而死亡。
电穿孔不仅可以转化大肠杆菌,也可以用于几乎所有的细胞。电转化的效率较高,一般每微克的DNA可以得到109~1010个转化子,是用化学方法制备感受态细胞转化率的10~20倍。但是电转化效率还受电场强度、电脉冲时间和外源DNA浓度的影响。通电时间延长或增高电压时能够提高打孔效率而使转化率提高,但是可能会导致受体细胞存活率降低,有研究显示,当脉冲时间和电场强度组合导致50%~70%细胞死亡时,转化效率较高。
接合转化法
接合(conjugation)转化是通过细菌供体细胞同受体细胞间的直接接触而传递外源DNA的方法,该方法尤其适用于那些难以采用Ca2+诱导转化等进行重组质粒DNA分子直接转化的受体菌。该转化系统一般需要3种不同类型的质粒,即接合质粒、辅助质粒和运载质粒(载体)。这3种质粒共存于同一宿主细胞,与受体细胞混合,通过宿主细胞与受体细胞直接接触,使运载质粒进入受体细胞,并在其中稳定维持。现在常把接合质粒和辅助质粒同处于一宿主细胞(辅助细胞),再与单独含有运载质粒的宿主细胞(供体细胞)和被转化的受体细胞混合,使运载质粒进入受体细胞,并在其中能稳定维持。由于整个接合转化过程涉及3种细菌菌种,因此也称为三亲杂交(tri-parentalmating)
λ噬菌体转导法
将以λ噬菌DNA为载体的DNA重组分子包装成病毒颗粒,使其感染受体菌的过程称为感染;由λ噬菌体(病毒)颗粒感染宿主细胞的途径将外源DNA分子转移到受体细胞的过程称为转导(transduction)。具有感染能力的λ噬菌体颗粒除含有λ噬菌体DNA分子外,还包括外被蛋白,整个转导过程可以分为以下3个步骤。
(1)包装体系的准备 用于体外包装的蛋白质可以直接从大肠杆菌的溶源菌中得到,用于包装的蛋白组份一般要求功能互补并分离放置。如一部分缺少E包装蛋白,另一部分缺少D包装蛋白,这两部分包装蛋白中的任何一部分都不能单独包装重组λ噬菌体DNA,只有当两者混合后,包装才能有效进行。以D蛋白缺失突变的λ噬菌体溶源菌BHB2690和E蛋白缺失突变的λ噬菌体溶源菌BHB2688为例,先分别于32℃和42℃培养得到一定量的菌株,然后将对数的溶源菌预热到45℃诱导培养15min,再转至38~39℃培养2~3h,可加氯仿检验诱导是否成功。最后,分别沉淀、洗涤菌体并收集储存得到蛋白组分包装体系。
(2)包装 λ DNA与目的DNA连接反应体系与包装蛋白组分即包装体系混匀,于室温静置60min,加入少量氯仿,混匀离心将细菌碎片除去,收集上清,上清液中得到有活力的λ噬菌体颗粒。
(3)转导 将得到的上清液稀释至合适的浓度,与大肠杆菌受体细胞混合涂板,过夜培养即可。
转染
转染(transfection)是以噬菌体为载体,但不经过蛋白质包装成病毒颗粒,而是用DNA连接酶使噬菌体DNA环化,再通过质粒转化方式导入受体菌的过程。
转化率
转化率是每微克载体DNA在最佳转化条件下进入受体细胞的分子数,是衡量转化效率的重要指标。转化率的另一种表示形式是在受体细胞数相对于待转化DNA分子数大大过量时,每微克DNA转化所产生的克隆数。由于在一般规模的转化实验中,所观测到的每个受体细胞只能接纳一个DNA分子,因此转化率的定义也可表征为每微克载体DNA转化后,接纳DNA分子的受体细胞个数,即阳性克隆数。
转化率的计算
统计每个培养皿中的菌落数。转化后在含抗生素的平板上长出的菌落即为转化子,根据此皿中的菌落数可计算出转化子总数和转化频率,公式为:
转化子总数=菌落数×稀释倍数×转化反应原液总体积/涂板菌液体积
转化频率(转化子数/1mg质粒DNA)=转化子总数/质粒DNA加入量
感受态细胞总数=对照组的菌落数×稀释倍数×菌液总体积/涂板菌液体积
感受态细胞转化效率=转化子总数/感受态细胞总数
转化率的用途
利用转化率和重组率等参数可以帮助设计DNA重组实验规模。例如,某一DNA重组实验的重组率为20%,转化率为107/mg载体,经酶切和连接处理后的重组载体转化率比天然载体约低100倍,欲获得104个重组克隆,需投入多少载体DNA进行重组实验?若重组率为100%,则转化产生104个重组克隆数需要104(107×10-2)=0.1mg载体DNA。考虑到实验系统的重组率为20%,所以实际投入载体应为:0.1/20%=0.5mg载体DNA。载体投入量确定后,外源DNA的投入量即可按10:1的要求算出,甚至还可以估算需要涂布多少块平板进行筛选。
转化率的影响因素
转化率的影响因素很多,主要受载体DNA、重组DNA(外源DNA与载体DNA的连接产物)、受体细胞和转化手段这三个方面因素的影响。
(1)载体DNA及重组DNA
首先,载体本身的性质决定了转化率的高低,不同的载体转化同一受体细胞,其转化率不同。一般规律是小分子质量的质粒,转化高,相反大分子量的质粒转化率低,特别是超过35kb的重组质粒很难转化。其次,载体的空间构想对转化率的影响,超螺旋构象的载体质粒往往具有较高的转化率,经酶切连接操作后的载体由于空间构想难以恢复,其转化率一般要比鲜制备的超螺旋质粒低两个数量级。另外,重组DNA的浓度和纯度也影响转化效率,在10ng/100μL以下的DNA浓度范围内,转化率与DNA数量成正比关系。
(2)受体细胞
受体细胞的状态影响转化效率,如同样处于感受态的大肠杆菌,新鲜制备的感受态细胞转化效率要低于适当放法置几小时的。另外,受体细胞与载体DNA的匹配性也影响转化效率,如pBR322转化大肠杆菌JM83,转化率很低,但对ED8767的转化效率较高。
(3)转化方
转化方法的不同,转化效率也不同。在常用的几种原核细胞转化方法中,以电穿孔法的转化率最高,达108~109μgDNA;其次是Ca2+诱导法,约为106~107μgDNA;而接合转化法最低,仅为104~105μgDNA。另外,同一种转化方法,不同的技术参数也影响转化效率。如Ca2+诱导法,菌龄、Ca2+处理时间感受态的保存时间以及热击时间等均是很重要的因素。
重组DNA分子的转化和扩增
DNA重组分子在体外构建完成后,必须导入相应的宿主细胞进行繁殖,才能获得大量的同一重组DNA分子,这个导入过程及操作统称为重组DNA分子的转化(transformation)。载体DNA分子上具有能被宿主细胞识别的复制起始位点,因此可以在原核细胞(如大肠杆菌)、低等真核生物(如酵母)和动、植物细胞中扩增。真核生物的基因一般都是先在大肠杆菌细胞中克隆研究后,再转入相应的真核生物宿主细胞中去。
将外源重组DNA导入宿主细胞的方法有借助生物载体的转化、转染、转导和借助物理化学等手段直接导入(如显微注射、电激转化和基因枪等方法)。转化、转染和转导主要应用于细菌这样的原核生物和酵母这样的单细胞低等真核生物。而显微注射、电激转化和基因枪等主要用于高等动植物细胞的导入。下面主要介绍几种常见的重组DNA导入原核细胞的方法,真核生物的转化方法祥见转基因植物和转基因动物章节。
Ca2+诱导转化
在自然条件下,很多质粒都可通过细菌接合作用转移到新的宿主内,但人工构建的质粒载体一般缺乏此种转移所必须的mob基因,因此不能自行完成从一个细胞到另一个细胞的接合转移。若将质粒载体转移到受体细胞,需诱导宿主菌产生一种短暂的感受态以摄入外源DNA。所以,对细菌细胞进行转化的关键是使细胞处于感受态。
所谓感受态(competent cell),就是处于能吸收外源DNA分子的生理状态的细胞。用CaCl2处理受体细胞,促使重组DNA进入细胞,其过程及原理为:将处于对数生长期的细菌置于0℃的CaCl2低渗溶液中,细胞膨胀成球形,处于感受态;同时,转化连接产物混合中的DNA,Ca2+与DNA结合形成抗DNase的羟基-磷酸钙复合物,粘附于细胞表面,经42℃短时间热击处理(一般为30s),细胞吸收DNA复合物,在培养基中生长数小时之后,球形细胞复原并增殖。
该方法诱导大肠杆菌成为感受态的方法,重复性好,操作简便快捷,适用于成批制备感受态。对CaCl2诱导的感受细胞进行转化,每微克质粒DNA可以获得5×106~2×107个转化菌落,该转化率可以完全满足常规克隆的要求。感受态细胞可添加适量甘油后贮存于-70℃备用,但存储时间过长会影响转化效率
电穿孔转化方法
电穿孔(electroporation)法,也称电转化或电击法,是一种在高压电脉冲介导下将DNA分子穿过细胞膜导入细胞的一种物理方法。其基本原理是将受体细胞置于适当的外加电场,利用高压电脉冲使细胞表面形成暂时性的微孔,质粒DNA分子得以进入细胞,但细胞不会受到致命伤害,一旦脱离脉冲电场,被击穿的微孔就可复原。
值得注意的是作电转化的细胞也必须处于特定的状态,这种状态不是特殊的生理状态,而是在低温下使细胞处于无离子区且有甘油或蔗糖等保护剂的悬液中,其目的是使细胞悬浮液的电阻最大化,从而保证电击过程中不被击穿而死亡。
电穿孔不仅可以转化大肠杆菌,也可以用于几乎所有的细胞。电转化的效率较高,一般每微克的DNA可以得到109~1010个转化子,是用化学方法制备感受态细胞转化率的10~20倍。但是电转化效率还受电场强度、电脉冲时间和外源DNA浓度的影响。通电时间延长或增高电压时能够提高打孔效率而使转化率提高,但是可能会导致受体细胞存活率降低,有研究显示,当脉冲时间和电场强度组合导致50%~70%细胞死亡时,转化效率较高。
接合转化法
接合(conjugation)转化是通过细菌供体细胞同受体细胞间的直接接触而传递外源DNA的方法,该方法尤其适用于那些难以采用Ca2+诱导转化等进行重组质粒DNA分子直接转化的受体菌。该转化系统一般需要3种不同类型的质粒,即接合质粒、辅助质粒和运载质粒(载体)。这3种质粒共存于同一宿主细胞,与受体细胞混合,通过宿主细胞与受体细胞直接接触,使运载质粒进入受体细胞,并在其中稳定维持。现在常把接合质粒和辅助质粒同处于一宿主细胞(辅助细胞),再与单独含有运载质粒的宿主细胞(供体细胞)和被转化的受体细胞混合,使运载质粒进入受体细胞,并在其中能稳定维持。由于整个接合转化过程涉及3种细菌菌种,因此也称为三亲杂交(tri-parental mating)
λ噬菌体转导法
将以λ噬菌DNA为载体的DNA重组分子包装成病毒颗粒,使其感染受体菌的过程称为感染;由λ噬菌体(病毒)颗粒感染宿主细胞的途径将外源DNA分子转移到受体细胞的过程称为转导(transduction)。具有感染能力的λ噬菌体颗粒除含有λ噬菌体DNA分子外,还包括外被蛋白,整个转导过程可以分为以下3个步骤。
(1)包装体系的准备 用于体外包装的蛋白质可以直接从大肠杆菌的溶源菌中得到,用于包装的蛋白组份一般要求功能互补并分离放置。如一部分缺少E包装蛋白,另一部分缺少D包装蛋白,这两部分包装蛋白中的任何一部分都不能单独包装重组λ噬菌体DNA,只有当两者混合后,包装才能有效进行。以D蛋白缺失突变的λ噬菌体溶源菌BHB2690和E蛋白缺失突变的λ噬菌体溶源菌BHB2688为例,先分别于32℃和42℃培养得到一定量的菌株,然后将对数的溶源菌预热到45℃诱导培养15min,再转至38~39℃培养2~3h,可加氯仿检验诱导是否成功。最后,分别沉淀、洗涤菌体并收集储存得到蛋白组分包装体系。
(2)包装 λ DNA与目的DNA连接反应体系与包装蛋白组分即包装体系混匀,于室温静置60min,加入少量氯仿,混匀离心将细菌碎片除去,收集上清,上清液中得到有活力的λ噬菌体颗粒。
(3)转导 将得到的上清液稀释至合适的浓度,与大肠杆菌受体细胞混合涂板,过夜培养即可。
转染
转染(transfection)是以噬菌体为载体,但不经过蛋白质包装成病毒颗粒,而是用DNA连接酶使噬菌体DNA环化,再通过质粒转化方式导入受体菌的过程。
转化率及其影响因素
转化率是每微克载体DNA在最佳转化条件下进入受体细胞的分子数,是衡量转化效率的重要指标。转化率的另一种表示形式是在受体细胞数相对于待转化DNA分子数大大过量时,每微克DNA转化所产生的克隆数。由于在一般规模的转化实验中,所观测到的每个受体细胞只能接纳一个DNA分子,因此转化率的定义也可表征为每微克载体DNA转化后,接纳DNA分子的受体细胞个数,即阳性克隆数。
转化率的计算
统计每个培养皿中的菌落数。转化后在含抗生素的平板上长出的菌落即为转化子,根据此皿中的菌落数可计算出转化子总数和转化频率,公式为:
转化子总数=菌落数×稀释倍数×转化反应原液总体积/涂板菌液体积
转化频率(转化子数/1mg质粒DNA)=转化子总数/质粒DNA加入量
感受态细胞总数=对照组的菌落数×稀释倍数×菌液总体积/涂板菌液体积
感受态细胞转化效率=转化子总数/感受态细胞总数
转化率的用途
利用转化率和重组率等参数可以帮助设计DNA重组实验规模。例如,某一DNA重组实验的重组率为20%,转化率为107/mg载体,经酶切和连接处理后的重组载体转化率比天然载体约低100倍,欲获得104个重组克隆,需投入多少载体DNA进行重组实验?若重组率为100%,则转化产生104个重组克隆数需要104(107×10-2)=0.1mg载体DNA。考虑到实验系统的重组率为20%,所以实际投入载体应为:0.1/20%=0.5mg载体DNA。载体投入量确定后,外源DNA的投入量即可按10:1的要求算出,甚至还可以估算需要涂布多少块平板进行筛选。
6.2.6.3 转化率的影响因素
转化率的影响因素很多,主要受载体DNA、重组DNA(外源DNA与载体DNA的连接产物)、受体细胞和转化手段这三个方面因素的影响。
(1)载体DNA及重组DNA
首先,载体本身的性质决定了转化率的高低,不同的载体转化同一受体细胞,其转化率不同。一般规律是小分子质量的质粒,转化高,相反大分子量的质粒转化率低,特别是超过35kb的重组质粒很难转化。其次,载体的空间构想对转化率的影响,超螺旋构象的载体质粒往往具有较高的转化率,经酶切连接操作后的载体由于空间构想难以恢复,其转化率一般要比鲜制备的超螺旋质粒低两个数量级。另外,重组DNA的浓度和纯度也影响转化效率,在10ng/100μL以下的DNA浓度范围内,转化率与DNA数量成正比关系。
(2)受体细胞
受体细胞的状态影响转化效率,如同样处于感受态的大肠杆菌,新鲜制备的感受态细胞转化效率要低于适当放置几小时的。另外,受体细胞与载体DNA的匹配性也影响转化效率,如pBR322转化大肠杆菌JM83,转化率很低,但对ED8767的转化效率较高。
(3)转化方法
转化方法的不同,转化效率也不同。在常用的几种原核细胞转化方法中,以电穿孔法的转化率最高,达108~109μgDNA;其次是Ca2+诱导法,约为106~107μgDNA;而接合转化法最低,仅为104~105μgDNA。另外,同一种转化方法,不同的技术参数也影响转化效率。如Ca2+诱导法,菌龄、Ca2+处理时间感受态的保存时间以及热击时间等均是很重要的因素。
重组DNA分子的转化和扩增
DNA重组分子在体外构建完成后,必须导入相应的宿主细胞进行繁殖,才能获得大量的同一重组DNA分子,这个导入过程及操作统称为重组DNA分子的转化(transformation)。载体DNA分子上具有能被宿主细胞识别的复制起始位点,因此可以在原核细胞(如大肠杆菌)、低等真核生物(如酵母)和动、植物细胞中扩增。真核生物的基因一般都是先在大肠杆菌细胞中克隆研究后,再转入相应的真核生物宿主细胞中去。
将外源重组DNA导入宿主细胞的方法有借助生物载体的转化、转染、转导和借助物理化学等手段直接导入(如显微注射、电激转化和基因枪等方法)。转化、转染和转导主要应用于细菌这样的原核生物和酵母这样的单细胞低等真核生物。而显微注射、电激转化和基因枪等主要用于高等动植物细胞的导入。下面主要介绍几种常见的重组DNA导入原核细胞的方法,真核生物的转化方法祥见转基因植物和转基因动物章节。
Ca2+诱导转化
在自然条件下,很多质粒都可通过细菌接合作用转移到新的宿主内,但人工构建的质粒载体一般缺乏此种转移所必须的mob基因,因此不能自行完成从一个细胞到另一个细胞的接合转移。若将质粒载体转移到受体细胞,需诱导宿主菌产生一种短暂的感受态以摄入外源DNA。所以,对细菌细胞进行转化的关键是使细胞处于感受态。
所谓感受态(competent cell),就是处于能吸收外源DNA分子的生理状态的细胞。用CaCl2处理受体细胞,促使重组DNA进入细胞,其过程及原理为:将处于对数生长期的细菌置于0℃的CaCl2低渗溶液中,细胞膨胀成球形,处于感受态;同时,转化连接产物混合中的DNA,Ca2+与DNA结合形成抗DNase的羟基-磷酸钙复合物,粘附于细胞表面,经42℃短时间热击处理(一般为30s),细胞吸收DNA复合物,在培养基中生长数小时之后,球形细胞复原并增殖。
该方法诱导大肠杆菌成为感受态的方法,重复性好,操作简便快捷,适用于成批制备感受态。对CaCl2诱导的感受细胞进行转化,每微克质粒DNA可以获得5×106~2×107个转化菌落,该转化率可以完全满足常规克隆的要求。感受态细胞可添加适量甘油后贮存于-70℃备用,但存储时间过长会影响转化效率
电穿孔转化方法
电穿孔(electroporation)法,也称电转化或电击法,是一种在高压电脉冲介导下将DNA分子穿过细胞膜导入细胞的一种物理方法。其基本原理是将受体细胞置于适当的外加电场,利用高压电脉冲使细胞表面形成暂时性的微孔,质粒DNA分子得以进入细胞,但细胞不会受到致命伤害,一旦脱离脉冲电场,被击穿的微孔就可复原。
值得注意的是作电转化的细胞也必须处于特定的状态,这种状态不是特殊的生理状态,而是在低温下使细胞处于无离子区且有甘油或蔗糖等保护剂的悬液中,其目的是使细胞悬浮液的电阻最大化,从而保证电击过程中不被击穿而死亡。
电穿孔不仅可以转化大肠杆菌,也可以用于几乎所有的细胞。电转化的效率较高,一般每微克的DNA可以得到109~1010个转化子,是用化学方法制备感受态细胞转化率的10~20倍。但是电转化效率还受电场强度、电脉冲时间和外源DNA浓度的影响。通电时间延长或增高电压时能够提高打孔效率而使转化率提高,但是可能会导致受体细胞存活率降低,有研究显示,当脉冲时间和电场强度组合导致50%~70%细胞死亡时,转化效率较高。
接合转化法
接合(conjugation)转化是通过细菌供体细胞同受体细胞间的直接接触而传递外源DNA的方法,该方法尤其适用于那些难以采用Ca2+诱导转化等进行重组质粒DNA分子直接转化的受体菌。该转化系统一般需要3种不同类型的质粒,即接合质粒、辅助质粒和运载质粒(载体)。这3种质粒共存于同一宿主细胞,与受体细胞混合,通过宿主细胞与受体细胞直接接触,使运载质粒进入受体细胞,并在其中稳定维持。现在常把接合质粒和辅助质粒同处于一宿主细胞(辅助细胞),再与单独含有运载质粒的宿主细胞(供体细胞)和被转化的受体细胞混合,使运载质粒进入受体细胞,并在其中能稳定维持。由于整个接合转化过程涉及3种细菌菌种,因此也称为三亲杂交(tri-parental mating)
λ噬菌体转导法
将以λ噬菌DNA为载体的DNA重组分子包装成病毒颗粒,使其感染受体菌的过程称为感染;由λ噬菌体(病毒)颗粒感染宿主细胞的途径将外源DNA分子转移到受体细胞的过程称为转导(transduction)。具有感染能力的λ噬菌体颗粒除含有λ噬菌体DNA分子外,还包括外被蛋白,整个转导过程可以分为以下3个步骤。
(1)包装体系的准备 用于体外包装的蛋白质可以直接从大肠杆菌的溶源菌中得到,用于包装的蛋白组份一般要求功能互补并分离放置。如一部分缺少E包装蛋白,另一部分缺少D包装蛋白,这两部分包装蛋白中的任何一部分都不能单独包装重组λ噬菌体DNA,只有当两者混合后,包装才能有效进行。以D蛋白缺失突变的λ噬菌体溶源菌BHB2690和E蛋白缺失突变的λ噬菌体溶源菌BHB2688为例,先分别于32℃和42℃培养得到一定量的菌株,然后将对数的溶源菌预热到45℃诱导培养15min,再转至38~39℃培养2~3h,可加氯仿检验诱导是否成功。最后,分别沉淀、洗涤菌体并收集储存得到蛋白组分包装体系。
(2)包装 λ DNA与目的DNA连接反应体系与包装蛋白组分即包装体系混匀,于室温静置60min,加入少量氯仿,混匀离心将细菌碎片除去,收集上清,上清液中得到有活力的λ噬菌体颗粒。
(3)转导 将得到的上清液稀释至合适的浓度,与大肠杆菌受体细胞混合涂板,过夜培养即可。
转染
转染(transfection)是以噬菌体为载体,但不经过蛋白质包装成病毒颗粒,而是用DNA连接酶使噬菌体DNA环化,再通过质粒转化方式导入受体菌的过程。
转化率及其影响因素
转化率是每微克载体DNA在最佳转化条件下进入受体细胞的分子数,是衡量转化效率的重要指标。转化率的另一种表示形式是在受体细胞数相对于待转化DNA分子数大大过量时,每微克DNA转化所产生的克隆数。由于在一般规模的转化实验中,所观测到的每个受体细胞只能接纳一个DNA分子,因此转化率的定义也可表征为每微克载体DNA转化后,接纳DNA分子的受体细胞个数,即阳性克隆数。
转化率的计算
统计每个培养皿中的菌落数。转化后在含抗生素的平板上长出的菌落即为转化子,根据此皿中的菌落数可计算出转化子总数和转化频率,公式为:
转化子总数=菌落数×稀释倍数×转化反应原液总体积/涂板菌液体积
转化频率(转化子数/1mg质粒DNA)=转化子总数/质粒DNA加入量
感受态细胞总数=对照组的菌落数×稀释倍数×菌液总体积/涂板菌液体积
感受态细胞转化效率=转化子总数/感受态细胞总数
转化率的用途
利用转化率和重组率等参数可以帮助设计DNA重组实验规模。例如,某一DNA重组实验的重组率为20%,转化率为107/mg载体,经酶切和连接处理后的重组载体转化率比天然载体约低100倍,欲获得104个重组克隆,需投入多少载体DNA进行重组实验?若重组率为100%,则转化产生104个重组克隆数需要104(107×10-2)=0.1mg载体DNA。考虑到实验系统的重组率为20%,所以实际投入载体应为:0.1/20%=0.5mg载体DNA。载体投入量确定后,外源DNA的投入量即可按10:1的要求算出,甚至还可以估算需要涂布多少块平板进行筛选。
6.2.6.3 转化率的影响因素
转化率的影响因素很多,主要受载体DNA、重组DNA(外源DNA与载体DNA的连接产物)、受体细胞和转化手段这三个方面因素的影响。
(1)载体DNA及重组DNA
首先,载体本身的性质决定了转化率的高低,不同的载体转化同一受体细胞,其转化率不同。一般规律是小分子质量的质粒,转化高,相反大分子量的质粒转化率低,特别是超过35kb的重组质粒很难转化。其次,载体的空间构想对转化率的影响,超螺旋构象的载体质粒往往具有较高的转化率,经酶切连接操作后的载体由于空间构想难以恢复,其转化率一般要比鲜制备的超螺旋质粒低两个数量级。另外,重组DNA的浓度和纯度也影响转化效率,在10ng/100μL以下的DNA浓度范围内,转化率与DNA数量成正比关系。
(2)受体细胞
受体细胞的状态影响转化效率,如同样处于感受态的大肠杆菌,新鲜制备的感受态细胞转化效率要低于适当放置几小时的。另外,受体细胞与载体DNA的匹配性也影响转化效率,如pBR322转化大肠杆菌JM83,转化率很低,但对ED8767的转化效率较高。
(3)转化方法
转化方法的不同,转化效率也不同。在常用的几种原核细胞转化方法中,以电穿孔法的转化率最高,达108~109μgDNA;其次是Ca2+诱导法,约为106~107μgDNA;而接合转化法最低,仅为104~105μgDNA。另外,同一种转化方法,不同的技术参数也影响转化效率。如Ca2+诱导法,菌龄、Ca2+处理时间感受态的保存时间以及热击时间等均是很重要的因素。