PCR產(chǎn)物克隆
瀏覽次數(shù):4143 發(fā)布日期:2008-5-12
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克隆方法:
1. 平端連接
通常情況下,PCR產(chǎn)物可直接與平端載體DNA進(jìn)行連接,但其連接效率效低。因?yàn)門aqDNA聚合酶具有非模板依賴性末端轉(zhuǎn)移酶活性,能在兩6條DNA鏈的3''末端加上一個(gè)多余的堿基,使合成的PCR產(chǎn)物成為3''突出一個(gè)堿基的DNA分子。這種DNA分子的連接效率很低。在采用大量T4DNA連接酶并配以5-10u T4 RNA連接酶時(shí),可顯著提高其連接效率。對于較短PCR產(chǎn)物,用PUS19的HincⅡ位點(diǎn)進(jìn)行克隆,以X-gal和IPTG篩選,?傻玫阶懔恐亟M子。另一種提高克隆效率的途徑是先用Klenow大片段或T4DNA聚合酶消去3''末端突出堿基將PCR產(chǎn)物變成平端DNA,然后再用平端連接法克隆PCR產(chǎn)物。
2. 粘端連接
引物中設(shè)計(jì)入限制酶位點(diǎn):由于PCR引物的5''末端可以增加一些非互補(bǔ)堿基,因此可以在兩引物的5''末端設(shè)計(jì)單限制酶或雙限制酶切位點(diǎn)。這樣得到的PCR產(chǎn)物用限制酶消化產(chǎn)生粘性末端,即可與有互補(bǔ)粘端的載體DNA重組。這種克隆方法效率較高,且當(dāng)兩引物中設(shè)計(jì)不同酶切位點(diǎn)時(shí),可有效地定向克隆PCR產(chǎn)物。其缺點(diǎn)是需要加長PCR引物,除限制酶識(shí)別序列外,還需要在其5''端多合成3-4個(gè)堿基以利于限制性內(nèi)切酶與PCR產(chǎn)物末端的穩(wěn)定結(jié)合。即使如此,其酶切效率也不夠高。其中尤以NotI、XhoI和XbaI等較為難切。采用突變PCR方法可克服上述缺點(diǎn)。該方法是通過在兩PCR引物序列中改變1至數(shù)個(gè)核苷酸創(chuàng)造出一個(gè)限制性內(nèi)切酶位點(diǎn)。鑒于PCR引物的3''末端序列的互補(bǔ)性是PCR成功的關(guān)鍵,在PCR引物的中部或近5''端改變1個(gè)或幾個(gè)堿基對PCR擴(kuò)增效果影響不大。這種方法不需要增加PCR引物的長度,而且酶切效果優(yōu)于5''加端法。對于特定DNA段的克隆,此方法較為經(jīng)濟(jì)、實(shí)用。但對于基因診斷PCR產(chǎn)物的克隆,似乎5''加端法更為適宜。 T4DNA聚合回切產(chǎn)生粘端:如PCR兩引物的5''末端是A或T,則可在其5''端分別加上CG和CCGG。用此二引物擴(kuò)增的PCR產(chǎn)物在dATP和dTTP存在的情況下,用T4DNA聚合酶進(jìn)行處理,則T4DNA聚合酶因具有3''→5''外切酶活性而消去3''末端的G和C,產(chǎn)生AccI和XmaI粘性末端(圖1)。此DNA段直接與用AccI和XmaI切開的載體進(jìn)行連接。這種方法只需在PCR引物的5''端加2-4個(gè)堿基,但其可選擇的限制酶類有限。
3. T-vector法
TaqDNA聚合酶能在平端雙鏈DNA的3''末端加一個(gè)堿基,所加堿基幾乎全是腺苷。據(jù)此,Marchuk等人采用3''端突出一個(gè)胸苷的質(zhì)粒DNA來克隆PCR產(chǎn)物,其克隆效率比平端的連接至少高出100倍。他們用EcoRV將predscript切成平端,然后在2mmol/LdTTP存在下,用TaqDNA聚合酶催化predscript的兩個(gè)3''末端各加一處胸苷。因?yàn)樵?種dNTP都存在時(shí),Taq聚合酶選擇性參入dATP,而當(dāng)僅一種dNTP存在時(shí),它只能參入該種堿基。因此,在只加入ddTTP時(shí),用TaqDNA聚合酶可使平端載體DNA轉(zhuǎn)變成3''末端突出一個(gè)胸苷的T尾載體,稱為T-vector。用這種T-vectorsk可以較有效地直接克隆PCR產(chǎn)物。Hotton等人也報(bào)道了另一種制備T-vector的方法。他們使用脫氧核苷酸末端轉(zhuǎn)移酶在切成平端的載體DNA的3''末端加上一個(gè)胸苷。由于末端轉(zhuǎn)移酶可以催化多個(gè)堿基(ddTTP)作為底物,使平端載體DNA分子的兩個(gè)3''末端各加上一個(gè)T。用這種方法制備的T-vector的不同之處在于前者3''末端不能與待克隆PCR產(chǎn)物的5''末端連接,僅5''末端可與PCR產(chǎn)物的3''末端形成磷酸二脂鍵。
4. 共環(huán)消解法
最近,Jung等人報(bào)道了一種有效的PCR產(chǎn)物克隆方法。用磷酸化的PCR引物擴(kuò)增得到的PCR產(chǎn)物,先用T4DNA連接酶催化連接反應(yīng),使5''端帶有限制酶切位點(diǎn)的擴(kuò)增DNA段連接成共環(huán)結(jié)構(gòu)。然后再用相應(yīng)的限制酶進(jìn)行消化,產(chǎn)生粘端DNA段。對于對稱性限制酶位點(diǎn),只需在引物的5''末端加上一段識(shí)別序列,因?yàn)樵诖映晒箔h(huán)后能糾正線性DNA的限制酶切位點(diǎn)難以切開的缺點(diǎn),且可用于雙限制酶切位點(diǎn)的設(shè)計(jì),只不過有PCR產(chǎn)物共環(huán)化后,僅約1/4的限制酶切點(diǎn)得以恢復(fù)。故此法較適用于單限制酶位點(diǎn)的克隆。
無連接酶亞克隆法(A)無連接酶克隆法(ligase-free subcloning,LFS)是利用引物5''末端附加堿基修飾法,修飾堿基不是酶切位點(diǎn),而是與某一質(zhì)粒兩端分別互補(bǔ)的堿基。兩引物的3''端約20-25個(gè)核苷酸分別與待擴(kuò)增DNA兩翼互補(bǔ),5''端各有約24個(gè)核苷酸分別與線性化質(zhì)粒的3''端相同的附加序列。由于線性化質(zhì)粒的3''端序列各不相同,PCR片段可以通過選擇各引物的合適5''附加序列與引物3''端定向雜交。
由此物a和b產(chǎn)生的兩端有附加序列的PCR產(chǎn)物與未反應(yīng)引物分離后,分別加入兩只含有線性化質(zhì)粒的反應(yīng)管中進(jìn)行第二次PCR。第1管中用引物a和c,引物a即為第一PCR擴(kuò)增的上游引物a,引物c為下游引物,與緊鄰5''端附加序列內(nèi)測的質(zhì)粒(+)鏈互補(bǔ)。同樣,第2管的引物為b和d,引物b與第一次PCR擴(kuò)增的下游引物b相同,引物d為上游引物,與緊鄰5''附加序列內(nèi)側(cè)的質(zhì)粒(-)鏈互補(bǔ)。
第二次PCR的第一循環(huán)中,PCR產(chǎn)物與質(zhì)粒均變性與復(fù)性。除自身復(fù)性產(chǎn)物(這種復(fù)性產(chǎn)物不被擴(kuò)增)外,PCR產(chǎn)物與質(zhì)?赏ㄟ^各自3''端互補(bǔ)序列雜交成部分異源雙鏈,延伸時(shí),重疊的3''端互為此物沿各自互補(bǔ)鏈延伸,結(jié)果可產(chǎn)生PCR片段與線性質(zhì)粒的"連接"。然后兩管中PCR擴(kuò)增各進(jìn)行15-20個(gè)循環(huán)。這便可產(chǎn)生大量一端管1)或另一端連接有PCR插入片段的質(zhì)粒。 第二次PCR后將第1管與第2管反應(yīng)液混合,用堿變性雙鏈,中和后稀釋變性的DNA。反應(yīng)管中的單鏈DNA可以復(fù)性或幾種不同的產(chǎn)物,除各自本身復(fù)性產(chǎn)物外,管1產(chǎn)物ssDNA與管2中ssDNA可形成部分異源雙鏈DNA,并各自有一較長的5''或3''懸端,這種長的5''或3''懸端相互互補(bǔ),在低DNA濃度時(shí)可復(fù)性產(chǎn)生環(huán)化DNA。
盡管這種環(huán)化的DNA有兩個(gè)缺口,但它們可以直接用來轉(zhuǎn)化受體大腸直桿菌。一旦進(jìn)入體內(nèi),兩個(gè)缺口便共價(jià)連接,修復(fù)的質(zhì)粒即可復(fù)制,下面以從λ噬菌體DNA中擴(kuò)增-500bp片段,并克隆入pGem4Z載體中為例說明LFS法。
這種方法同樣適于復(fù)雜基因組中基因片段的克隆。需注意的是第一次PCR時(shí)兩引物的5''附加序列不應(yīng)太短以免影響第二次PCR時(shí)異源雙鏈的形成,以24個(gè)核苷酸較為合適。擴(kuò)增時(shí)若形成,引物二聚體,一定要去除,否則會(huì)嚴(yán)重影響轉(zhuǎn)化率。用LFS法已成功地克隆了長達(dá)1.7kb的基因片段。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是:①可用于常規(guī)方法無法進(jìn)行亞克隆的片段;②適于任何PCR產(chǎn)物和任何質(zhì)粒;③可亞克隆特殊目的(如含點(diǎn)突變、缺失或插入等)片段;④在某些情況下,對已構(gòu)建了啟動(dòng)子或增強(qiáng)子等序列的載體,可使待表達(dá)片段插入定向合適位置;⑤較快,可在1d內(nèi)完成,較常規(guī)方法可靠,不需DNA連接酶。