一步法快速构建多片段连接的同源臂载体

目的：建立一种简便、高效，可一步完成多个片段连接，从而构建含同源臂的载体的方法。方法：按照酶切后可产生前后片段相匹配的粘性末端接头的原则设计PCR引物，在目的片段两端均引入BsaⅠ酶切位点。以G160基因为例，PCR扩增打靶用左右同源臂片段、示踪基因CMV-EGFP片段、载体骨架pMD19－T等4个片段，纯化后一起加入一个反应管中，并加入BsaⅠ限制性内切酶和T7DNA连接酶及相应缓冲液，进行酶切、酶连接共10～50个循环反应，一步构建含同源臂载体的质粒；产物经高温处理后，直接转化感受态细胞，并进行重组子PCR鉴定；对pMD19－T载体进行优化，突变载体上的BsaⅠ酶切位点，把示踪基因CMV-EGFP片段引入pHSG298－T载体，再选择不同的G160基因同源臂片段组合对构建系统进行验证。结果：重组质粒酶切和PCR结果表明，应用一步法可成功连接多个片段来构建含同源臂及示踪基因的克隆载体；用优化后的pMD19－T－O载体体系，在2d内即完成了6种各含4个片段的载体的构建。结论：多个基因片段一步无缝连接的方法简便、易行、可靠，不仅可快速构建某类载体系统，还可对基因进行精确的点突变，该系统可用于快速构建基因打靶载体。

供体同源臂长度对ZFN介导的同源重组效率的影响

应用锌指核酸酶(Zinc Finger Nuclease,ZFN)和序列同源的供体(Donor)作为模板,借助DNA的同源重组修复机制能够对动物基因组实现精确的遗传修饰。目前关于供体长度与ZFN介导的同源重组修复效率相关性的报道相对较少。本研究构建了一对靶向EGFP的ZFN并鉴定了活性,同时设计了一系列不同长度的供体,应用流式细胞分析术,在稳定整合了带有移码突变的EGFP基因的CHO细胞中系统分析了供体长度对ZFN介导的同源重组修复效率的影响。结果发现当同源臂单臂仅有50 bp时,即可有效支持ZFN介导的同源同组,随着同源臂长度的延伸,同源重组的效率有所提高,但要实现高效率的同源重组(较传统方法提高104倍),同源臂单臂长度需要延长至1 000 bp以上。这为今后如何设计合适的Donor,以提高ZFN等基因组编辑工具介导的同源重组效率提供了借鉴。

同源臂长度对CRISPR/Cas9介导hLF基因打靶山羊β-乳球蛋白位点效率的影响

【目的】探究同源臂长度对CRISPR/Cas9系统介导人乳铁蛋白基因(hLF)打靶山羊β-乳球蛋白基因(BLG)座位点效率的影响,为今后体细胞核移植制备BLG-/hLF+基因打靶山羊提供科学依据,也为CRISPR/Cas9基因编辑系统介导BLG基因或其他基因座位点定向精准分子修饰的遗传育种提供借鉴。【方法】针对山羊BLG基因第一外显子区域设计构建sgBLG/Cas9载体,电转染山羊胎儿成纤维细胞,PCR验证BLG基因座位点致突变活性;以BLC14乳腺特异性表达载体为基础构建3种同源臂长度(6.0、3.5和1.2 kb)的hLF基因打靶载体,分别与sgBLG/Cas9载体共转染山羊胎儿成纤维细胞,经500μg/mLG418筛选后,采用PCR检测基因打靶情况。【结果】sgBLG/Cas9载体在山羊胎儿成纤维细胞BLG基因座附近切割DNA双链的致突变活性效率在30%~35%。构建获得3种同源臂长度的hLF基因打靶载体(BLC14-1、BLC14-2和BLC14-3),对应的同源臂长度分别为6.0、3.5和1.2 kb;将3种hLF基因打靶载体与sgBLG/Cas9载体共转染山羊胎儿成纤维细胞,经5次电转染和G418筛选,分别获得83、77和86株药物抗性细胞,经PCR同源重组检测最终获得42、38和44株BLG-/hLF+基因打靶细胞株,即hLF基因在山羊胎儿成纤维细胞BLG基因座的平均打靶效率分别为50.6%(42/83)、49.4%(38/77)和51.2%(44/86)。3种不同长度同源臂构建的hLF基因打靶载体在山羊BLG基因座位点的打靶效率在统计学上无显著差异(P>0.05),表明同源臂长度对CRISPR/Cas9介导hLF基因打靶山羊BLG基因座位点无显著影响。【结论】利用CRISPR/Cas9系统介导hLF基因打靶山羊胎儿成纤维细胞BLG基因座位点能成功获得多株hLF+/BLG-基因打靶细胞株(BLG基因座定点打靶hLF基因),但打靶载体同源臂长度对CRISPR/Cas9系统介导BLG位点定向整合hLF基因的打靶效率无明显影响。

一种高效构建同源重组DNA片段的方法——融合PCR

融合PCR技术(fusion PCR)采用具有互补末端的引物,形成具有重叠链的PCR产物,通过PCR产物重叠链的延伸,从而将不同来源的任意DNA片段连接起来,此技术在不需要内切酶消化和连接酶处理的条件下实现DNA片段的体外连接,为同源重组片段的构建提供了快速简捷的途径。对原有的融合PCR技术进行改进,以3个同源重组线性DNA片段的构建为例,详细论述了改进的融合PCR技术的反应过程及技术体系。结果表明,改进的融合PCR技术可以同时进行3个片段及4个片段的融合反应,产物长度均在4.5kb以上,各同源重组片段在扩增过程中均无突变发生,获得的片段可以用于后续实验分析。

重组牛疱疹病毒1型转移载体的构建与初步应用

为构建一种能用于牛疱疹病毒1型(BHV-1)重组的转移载体,在真核表达载体pVAX1 CMV(cytomegalovirus)启动子的反向位点插入另一个CMV启动子,构建具有双向启动功能的表达载体prPP,在正、反向CMV启动子下游预置多克隆酶切位点;将绿色荧光蛋白标记基因置于反向启动子下,构建BHV-1重组载体prPgP;以BHV-1囊膜糖蛋白基因gE作为重组位点,将gE上下游同源臂插入prPgP载体中,牛病毒性腹泻病毒(BVDV)E 2基因置于正向CMV启动子下,构建p△gErPgP-E2载体,用重组质粒转染已感染BHV-1的牛肾细胞(MDBK),产生的重组病毒经筛选、纯化、鉴定,命名为rBHV-1-△gE/E2,所含GFP和E 2基因正常表达。结果表明,重组载体prPgP能方便地用于BHV-1的重组,为相关研究及其疫苗研制提供了便捷。

牛肌肉生长抑制素基因打靶载体的构建与鉴定

本试验旨在构建用于牛肌肉生长抑制素(MSTN)基因敲除的置换型打靶载体。基于已发布的MSTN基因序列,选取第3外显子约600bp作为靶位点,在其上、下游设计2条同源臂,分别为4.4和1.4kb。以pPNTⅢ为骨架载体,在其2个多克隆位点处插入同源臂,构建出置换型打靶载体MSTN-KO-pPNTⅢ。结果显示,经DNA测序及酶切鉴定证实1.4kb同源短臂和4.4kb同源长臂均正确插入基础载体中。结果表明,成功构建出牛MSTN-KO-pPNTⅢ打靶载体。

肺炎链球菌dnaJ基因缺陷菌株的构建及毒力变化的初步研究

目的构建肺炎链球菌(Streptococcus pneumoniae,S.pn)dnaJ基因缺陷菌株,并对其毒力作初步研究。方法采用长臂同源多聚酶链式反应(long flanking homology polymerase chain reaction,LFH-PCR)技术将dnaJ基因替换为红霉素耐药基因(erm)后同源重组于肺炎链球菌,在含红霉素的血平板上筛选出dnaJ缺陷菌株。用PCR鉴定缺陷菌株,以细菌的吸光度值D(600 nm)观察体外缺陷菌株生长情况。将44只BALB/c小鼠采用随机数字表法分为2组,分别用野生菌株和缺陷菌株处理,腹腔攻毒100μl高(2×108cfu)、低(2×106cfu)剂量的菌液,各处理组的不同剂量组均有11只小鼠。记录小鼠死亡时间,计算存活率。60只BALB/c小鼠采用随机数字表分为2组,分别鼻腔滴注含菌量为2×107 cfu的30μl D39菌液和△dnaJ菌液,感染后6、12、24、36、48 h处死每组中的5只小鼠,分别取鼻咽灌洗液、肺组织(匀浆)和心脏血培养,根据每组平均菌落计数结果绘制细菌在宿主体内的定植曲线。结果 PCR结果显示dnaJ基因完全被erm基因所替代,构建dnaJ缺陷菌成功;单个菌落培养基生长情况表明体外热休克状态抑制dnaJ缺陷菌生长;小鼠毒力实验显示腹腔感染缺陷菌株的小鼠存活率可达到100%,而感染野生菌株的小鼠全部死亡,两者比较有统计学差异(P<0.01)。小鼠鼻腔感染模型中,缺陷菌株在各时间点鼻咽灌洗液和肺部的细菌载量均显著低于野生菌株,而且入血后可在感染24 h内被宿主清除,上述差异有统计学意义(P<0.01)。结论采用LFH-PCR技术作基因突变完全替代dnaJ基因,方法简便快捷;dnaJ的缺陷影响细菌在体外应激条件下的生长,并显著降低细菌在宿主体内的毒力和定植。

一种谷氨酸棒杆菌基因无痕敲除载体的构建及应用

以谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)23604编码赖氨酸胞内转运蛋白基因lys P为敲除对象,利用重叠PCR技术将lys P基因的上下游同源臂融合,并构建了由木糖启动子P_(xyl)和毒素蛋白基因maz F组成的筛选盒,同时无缝克隆连接至带有卡那霉素抗性基因的p TOPO载体中,经电转化及两次同源单交换筛选,实现lys P基因的无痕敲除。结果表明,经过卡那霉素抗性筛选、木糖二次筛选及基因组PCR鉴定后,成功获得lys P基因缺失菌株C.glutamicum 23604Δlys P;发酵后C.glutamicum 23604Δlys P赖氨酸产量较对照菌株产量提高了10.8%。该实验以大肠杆菌毒素蛋白基因maz F作为反向筛选标记的敲除载体,实现谷氨酸棒杆菌lys P的高效敲除;lys P基因的敲除使得赖氨酸不能进入胞内而在胞外积累,从而达到增产赖氨酸的目的。

一种快速稳定构建重组杆状病毒的方法

快速稳定地将外源基因插入杆状病毒基因组获得重组杆状病毒,是提高昆虫杆状病毒表达系统应用效率的关键技术之一。在Ac Bacmid的基础上,通过λRed同源重组技术敲除病毒基因组lef2和orf1629基因的3＇端部分序列获得RDAc Bacmid-DualKo,并用Bsu36Ⅰ线性化之后,经重叠PCR获得5＇端和3＇端各含有50 bp同源臂及以绿色荧光蛋白（GFP）基因作为外源基因的表达盒片段,再将线性化杆状病毒载体片段与表达盒片段共转染sf9细胞,3~4 d即可获得重组杆状病毒rvAcBacmid-GFP。SDS-PAGE和Western blot结果表明,被rvAcBacmid-GFP感染的sf9细胞能高效表达绿色荧光蛋白。该方法通过线性化复制缺陷型杆状病毒载体和携带有同源臂及外源基因的重叠PCR片段,在胞内完成同源重组获得重组杆状病毒,避免了繁琐的病毒空斑纯化和分子克隆操作,获得的重组杆状病毒中无不稳定因子BAC及影响下游应用研究的抗性基因,为快速构建重组杆状病毒高效表达外源基因及相关研究应用提供了新的技术平台。

长臂同源多聚酶链反应法构建变形链球菌comD基因同源重组DNA片段

目的构建变形链球菌UAl59密度感应相关的comD基因同源重组DNA片段,为利用同源重组原理构建基因功能丧失菌株做准备。方法通过NCBI基因数据库获取变形链球菌的DNA序列,利用聚合酶链反应技术分别扩增变形链球菌UA159comD基因上、下游片段及抗红霉素基因片段,再通过长臂同源多聚酶链反应将这3个片段连接起来,形成同源重组DNA片段。结果经过PCR反应和琼脂电泳分析,得到了一个碱基数为3个单片段总和的连接片段,测序结果显示连接片段为预期的comD同源重组片段。结论成功构建了变形链球菌UA159comD基因同源重组DNA片段,可直接用于细菌转化构建comD基因缺陷菌株。

fliL基因显著影响艰难拟梭菌运动功能及产孢能力

鞭毛基底体相关FliL家族蛋白(flagellar basal body-associated FliL family protein,fliL)基因编码FliL蛋白,FliL是一种与鞭毛基体相结合的单跨膜蛋白。为研究艰难拟梭菌fliL基因功能,使用非等长同源臂偶联等位交换(allele-coupled exchange,ACE)方法成功构建了fliL基因缺失(ΔfliL)和回补(::fliL)突变株,研究突变菌株与野生型菌株(CD630)生长曲线、抗生素敏感性、pH耐受性、运动能力及产孢能力等表型的差异。结果显示,菌株ΔfliL生长速率及最大生物量均小于菌株CD630,::fliL回补菌株生长情况回复至野生型。与CD630菌株相比,ΔfliL对阿莫西林、氨苄青霉素、诺氟沙星的敏感性提高,对卡那霉素、四环素敏感性降低,::fliL抗生素敏感性部分回复至野生型水平。与CD630菌株相比,ΔfliL游泳运动能力显著降低,::fliL运动能力超越野生型菌株CD630。相比菌株CD630,菌株ΔfliL在pH值为5时耐受能力显著提高,在pH值为9时,耐受能力显著降低。除此之外,ΔfliL产孢能力较CD630显著降低,::fliL产孢能力部分恢复。以上结果表明,艰难拟梭菌fliL基因与其运动能力、抗生素敏感性、环境耐受能力和产孢能力密切相关,可能进一步影响艰难拟梭菌菌株的致病力。

CD630_27900基因缺失显著降低艰难拟梭菌自溶速率、毒力及对酸和抗生素的耐受性

艰难拟梭菌(Clostridioidesdifficile)CD630_27900基因位于slpA-cwp66基因座上,CD630_27900基因属于假定的Lmbe家族的酶,但基因功能尚未明确。【目的】本研究通过构建艰难拟梭菌CD630_27900基因敲除菌株,比较野生型菌株(CD630)与突变株表型差异,探讨CD630_27900基因对艰难拟梭菌感染的影响。【方法】用非等长同源臂偶联等位交换(allele-coupled exchange, ACE)构建CD630_27900基因缺失菌株与回补菌株。比较它们在生长曲线、自溶素(cwp19,Acd)基因表达、细胞毒力、主要毒素基因表达、抗生素及pH敏感性差异,以研究CD630_27900基因的功能。【结果】成功构建△CD630_27900突变菌株和::CD630_27900回补菌株。菌株△CD630_27900在衰亡期自溶速率显著低于菌株CD630,::CD630_27900自溶速率恢复。实时荧光定量聚合酶链反应(real-timefluorescencequantitative polymerasechainreaction,RT-qPCR)结果显示,缺失CD630_27900基因,自溶素cwp19、Acd基因表达量降低,::CD630_27900自溶素基因表达增强。相较于CD630,△CD630_27900菌株细胞毒力、毒素基因tcdA、tcdB表达量降低。相较于CD630,△CD630_27900对氨苄青霉素、甲硝唑、阿莫西林、万古霉素、诺氟沙星、头孢西丁、卡那霉素更加敏感,::CD630_27900对以上抗生素敏感性恢复。此外,△CD630_27900对酸比CD630敏感,对碱敏感性未发生变化。::CD630_27900对酸敏感性恢复至野生型水平。【结论】敲除CD630_27900基因,艰难拟梭菌自溶速率变慢、自溶素cwp19、Acd基因表达量降低、细胞毒力、毒素基因tcd A和tcd B降低,说明CD630_27900基因影响菌株自溶以及毒力释放。菌株△CD630_27900对临床上常见的抗生素及酸性环境更加敏感,且这些变化均可通过基因回补恢复。提示该基因可作为联合抗生素治疗艰难梭菌感染(Clostridioides difficile infection, CDI)的潜在靶点。

Red重组系统用于大肠杆菌基因修饰研究进展

Red重组作为一种新的重组系统已经被广泛用于大肠杆菌的基因敲除、基因替换。与传统的Rec重组相比,Red重组具有同源臂短,重组效率高等优点。分别详细介绍了Red重组系统中Exo、Beta、Gam3种蛋白质的功能,Red重组系统运用于大肠杆菌基因敲除的3种质粒及其功能,同时概括了Red重组的技术要点及技术难点,分析了文献报道的阿拉伯糖诱导浓度和诱导时间、转化后的复苏温度及时间、引物同源臂长度对于重组率的影响,总结出了Red重组的最佳条件。

根瘤菌HH103 Ⅲ型效应因子编码基因的突变方法改进

突变基因的编码序列是研究基因功能的一个有效途径。三亲杂交是利用细菌结合的特性使外源DNA进入受体细胞,通过外源DNA与基因组目标序列发生同源重组,进而实现突变目标基因的有效方法。本研究通过分析同源臂的长度和混合菌比例,明确其对三亲杂交效率的影响。以根瘤菌HH103的芋型效应因子编码基因nop B、nop C、nop L为例,对混合菌(根瘤菌,帮助菌株,供体菌株)的比例和同源臂的长度设置了不同的梯度组合,探讨根瘤菌Ⅲ型效应因子突变的高效方法。结果显示,左右同源臂的长度为521 bp、861 bp时和三种菌混合的比例为2:1:1的因素组合,是突变目标基因最高效的组合方法。本研究所改进方法可为根瘤菌及其它革兰氏阴性菌的基因高效突变研究提供参考。

山羊MSTN基因打靶载体的构建与鉴定

根据绵羊、猪、小鼠和牛的肌肉生长抑制素(MSTN)基因序列设计引物,通过PCR方法扩增了山羊MSTN基因的5'同源臂和3'同源臂,其长度分别为5.2 kb、1.1 kb。在ploxPneo载体的neo基因上游和下游分别插入上述2个同源臂,经PCR、限制性内切酶鉴定及DNA序列测定,证实该载体的2条同源臂包含山羊MSTN基因的相应外显子及其邻近的部分内含子,从而成功构建了山羊ploxP-MSTN打靶载体。

减毒炭疽芽胞杆菌inhA基因缺失突变株的构建及鉴定

炭疽（anthrax）是一种人畜共患的急性烈性传染病,其病原菌是炭疽芽胞杆菌（Bacillus anthracis）,属于革兰氏阳性菌。炭疽病是世界公认的五大人畜共患病之一,由于炭疽芽胞杆菌感染具有致病力强、传染途径多、潜伏期短、发病快、病死率高等特点,对人类健康和社会稳定造成极大的威胁。因此,对炭疽芽胞杆菌的研究一直是生命科学领域的热点。

体外验证SSA报告载体系统对CRISPR/Cas9的切割效率

目的根据单链退火(single strand annealing, SSA)修复途径原理,构建萤火虫荧光素酶荧光报告基因系统,体外检测SSA报告载体对CRISPR/Cas9的切割效率及gRNA的特异性和剪切活性。方法基于SSA修复DNA双链断裂损伤需要断裂末端包含一段同源重复序列的原理,构建4个萤火虫萤光素酶luciferase基因报告质粒,其中luciferase基因被分成前后两个片段;PCR先扩增luciferase基因319~1 653 bp片段并连接至巨细胞病毒(cytomegalovirus, CMV)启动子表达质粒,随后再分别连接luciferase基因不同长度前段序列,分别为1~579 bp、1~858 bp、1~1 188 bp和1~1 317 bp,每个片段中均含有一段重复序列,并且被终止密码子提前终止为无活性的luciferase基因;设计了261、540、870和900 bp等4个同源臂,将特异性的gRNA连入两段序列中,并加入有活性的Cas9/gRNA,通过检测荧光活性来检测gRNA的特异性和剪切活性。结果成功构建了4个荧光报告质粒pLuc-N1-1~4;用海参荧光素酶作为内参,在293T细胞转染4个荧光报告质粒,在24 h时检测4个质粒的相对荧光强度,均无荧光活性物质产生;在荧光报告质粒中加入特异性的靶点序列,并表达Cas9/gRNA,这些报告基因具有显著荧光强度升高(P<0.000 1),且不受同源臂长度影响。结论成功构建的基于luciferase基因的SSA报告系统,可提供一种简单而快速方法来评估和比较gRNA在CRISPR/Cas9系统引入的indel突变诱导效率,为选择最有效gRNA减少不确定性,大大扩展CRISPR/Cas9介导的模式动物基因工程的实际应用提供可能性。

肺炎链球菌ply基因缺陷菌株的构建及毒力变化的初步研究

目的 构建肺炎链球菌（Streptococcus pneumoniae,Sp）溶血素基因（pneumolysin,ply）缺陷菌株,并对其毒力作初步研究,为进一步探索宿主对溶血素的防御应答奠定基础.方法 采用长臂同源多聚酶链反应（LFH-PCR）技术将ply基因替换为红霉素耐药基因（erm）后同源重组于肺炎链球菌,在含红霉素的血平板上筛选出ply缺陷菌株.用PCR鉴定缺陷菌株,观察体外缺陷菌株生长情况,并在小鼠体内感染模型研究其毒力侵袭变化.结果 PCR结果显示ply基因完全被erm基因所替代,构建ply缺陷菌成功 单个菌落培养基生长情况表明ply基因缺陷并未对细菌的体外生长造成影响 但在小鼠鼻腔感染模型中,缺陷菌株入血时间（6 h）明显晚于野生菌株（2 h）,且各时间点的菌量均显著低于野生菌株,两者比较差异有统计学意义（P＜0.01） 小鼠腹膜感染模型显示野生菌株半数致死时间为3 d,而缺陷菌株半数致死时间为18d,两者比较差异有统计学意义（P＜0.01）.结论 采用LFH-PCR技术作基因突变完全替代ply基因,方法简便快捷 ply的缺陷不影响细菌在体外的生长,但可显著降低细菌在宿主体内的毒力和侵袭.