Red/ET同源重组介导的基因克隆载体pBACS的构建、鉴定与应用

目的通过Red/ET同源重组技术构建pBACS基因克隆及测序质粒载体。方法以质粒pBAC2015、pET28a为模板设计四对引物,PCR扩增得到四段彼此间有50 bp同源区域的基因片段,分别命名为bac-sop、bac-ori、bac-kan和bac-T7。利用Red/ET同源重组技术,将四段基因片段电转至E.coli GB05-dir感受态中进行线线重组。经酶切、测序验证阳性克隆质粒。此外,对重组质粒pBACS进行稳定性鉴定;利用pBACS分别进行细菌16S rDNA和真菌ITS基因克隆和基因测序。结果酶切和测序的验证结果显示,质粒的大小、元件方向及序列正确;pBACS具有较强的稳定性,适用于作为基因工程的克隆载体;可高效用于细菌16S rDNA和真菌ITS序列的克隆,阳性率为100%。结论成功利用Red/ET技术构建克隆载体pBACS,质粒载体具有稳定性强、重组效率高的特点,在基因克隆和基因测序等方面具有良好的应用潜力。

Red/ET同源重组系统介导的质粒载体快速构建

Red/ET重组技术是近年来建立的一种基于高效率体内同源重组的新型遗传工程技术,该技术简便、快速.首先,通过一步融合的方法将链霉素抗性基因和氯霉素抗性基因同时克隆至pUC19上,从而构建出含有正反选择标记的载体pRC;其次,用安普霉素抗性基因或者氯霉素抗性基因替换了常用表达载体pET-28b上的卡那霉素抗性基因,改变了其抗性选择标记,得到的表达载体pMT和pCT可以更广泛地应用于不同宿主中;最后,还将启动和终止表达的区域定点插入pACYC184载体中,使其成为可以独立表达蛋白的表达载体p184.本研究所得到的载体为大肠杆菌宿主菌中的基因克隆和蛋白表达提供了基础.

Red/ET系统研究进展及在微生物研究中的应用

传统的基因工程技术现已经不满足于后基因组时代的生命科学研究。新的同源重组系统-Red/ET系统具有所需同源臂短(35—60 bp),重组效率高等特点,通过诱导recE/recT或redα/redβ完成重组,可以采用各种策略对目标基因进行插入、敲除、点突变等一系列修饰操作,并且不需限制性内切酶和连接酶的作用。文章针对Red/ET系统的产生背景、原理、系统改进和应用作一阐述,并对Red/ET在微生物研究中的应用作了举例。

利用Red/ET系统结合rpsL反向筛选敲除AcMNPV lef-10基因

【目的】利用Red/ET系统结合rpsL反向筛选建立苜蓿银纹夜蛾核型多角体病毒(AcMNPV)晚期表达因子lef-10点突变载体,为进一步研究AcMNPVlef-10的功能奠定基础。【方法】利用Red/ET系统结合rpsL反向筛选BAC修饰系统对AcMNPV lef-10进行点突变,由于lef-10和必需基因vp1054有重叠,所以在敲除lef-10时只能通过引进点突变使lef-10失活,避免影响vp1054的正常表达。首先,构建rpsL-AMP筛选盒,然后在野生型AcBacmid中引进点突变(方法是通过2次Red/ET重组:第1次重组在野生型AcBacmid lef-10中引进rpsL-AMP抗性筛选标记,形成一次重组Bacmid,第2次重组是在一次重组Bacmid中引进含点突变的lef-10片段),再利用链霉素反向筛选去除rpsL-AMP抗性筛选标记,同时引入相应的点突变。将从lef-10基因点突变重组菌中提取得到的AcBacmid与质粒pTriEx1.1和pTriEx-innateP-lef10分别共转染草地贪夜蛾Sf9细胞,同时用野生型AcBacmid与质粒pTriEx1.1共转染Sf9细胞作为对照,显微镜下观察病毒的复制情况,确定lef-10基因是否为AcMNPV的必需基因。【结果】通过对重组Bacmid的PCR鉴定和点突变序列的测定,证明AcMNPVlef-10基因已经发生点突变;通过共转染试验发现,随着转染时间的延长,lef-10补回型病毒和野生型病毒一样,均能在Sf9细胞中复制产生具有感染性的子代病毒粒子BV,从而对邻近细胞造成二次感染,使得细胞死亡,且lef-10补回型重组病毒产生感染性病毒粒子的能力与野生型基本一致;而由于lef-10缺失型重组病毒不能产生有感染性的病毒粒子,所以在被lef-10缺失型重组病毒转染的细胞中,细胞数目不会随着转染时间的增加而发生明显改变。【结论】利用Red/ET重组系统结合rpsL反向筛选系统可以在Ac MNPVlef-10基因中引入点突变,且lef-10是杆状病毒生活周期中的一个必需基因,其缺失会影响杆状病毒的复制。

Red重组系统在痢疾杆菌基因敲除中的应用研究

利用λ噬菌体的Red系统在细菌中进行基因敲除的技术 ,最近发展较快 ,但多在大肠杆菌中进行。以alkA、wcaJ、yphF和dam 4个基因为例 ,分别在大肠杆菌和痢疾杆菌中利用Red系统进行基因敲除。对于大肠杆菌 ,除dam基因外 ,其余 3个基因均能被有效敲除 ,而在痢疾杆菌中只能敲除一个alkA基因。结果表明 ,为使该系统能有效地应用于痢疾杆菌和其它细菌 ,还需对该系统进行改进。

Red重组系统及在微生物基因敲除中的应用

在完成了对各种微生物基因组的测序以后,功能基因学的研究变得尤为重要。研究基因功能最直接的方法便是将待研究的基因失活。最初构建基因突变体是采用大肠杆菌的RecA系统,但是RecA重组系统操作复杂,重组效率低。最近建立了Red重组系统,该系统由3个蛋白组成:α蛋白(即λ核酸外切酶),β蛋白,Gam蛋白。应用Red系统进行基因敲除,可以直接利用线性打靶DNA,两侧同源臂长度在35～60bp即可发生同源重组,且重组效率高。

利用λRed重组系统敲除鼠伤寒沙门氏菌sopB基因

利用λRed重组系统敲除鼠伤寒沙门氏菌LT2的(Salmonella enterica serovar typhimurium LT2,S.typhimurium LT2)sopB基因。以pKD4质粒为模板,扩增得到中间带有卡那霉素抗性基因且两端各带有59 bp分别与sopB基因上下游序列同源的同源打靶片段,将其转化至表达Red重组酶的S.typhimurium LT2感受态细胞中;在抗生素压力和λRed重组系统帮助下,同源片段和菌体sopB基因发生同源重组,通过卡那霉素筛选得到带有抗性标记的阳性重组菌;转入重组酶表达质粒pCP20以除去抗性标记,得到保留单一FRT位点的突变菌株;利用PCR技术鉴定重组菌,并通过检测沙门氏菌效应蛋白SopB的分泌以及沙门氏菌感染HeLa细胞后pAKT的激活反应来鉴定sopB基因是否被敲除。构建的ΔsopB突变菌株失去了分泌SopB蛋白的能力,且不能够像野生型菌株那样在感染HeLa细胞的过程中激活pAkt。本研究获得了S.typhimurium LT2的sopB基因缺失突变株,为沙门氏菌感染宿主过程中SopB的功能研究提供工具,同时也为进一步探索其他类型细菌的基因敲除提供了线索。

用Red/ET重组酶构建基因打靶载体

基因敲除的小鼠模型是研究基因功能的一种重要资源。采用常规分子克隆的方法建立基因敲除的打靶载体存在构建效率低和难以获得长片段同源臂的缺点。因此快速高效地构建打靶载体,已成为获得特定基因敲除动物模型的关键环节。为研究Resp18未知功能分泌肽基因,应用一种新的DNA工程平台——Red/ET同源重组技术来构建其打靶载体,并比较了这一方法在构建不同长度同源臂中的效率。研究表明,Red/ET重组方法构建打靶载体具有很高的效率,可以获得较长的同源臂,并且不会引入突变,有助于获得更高的打靶效率。因此Red/ET重组为构建打靶载体提供了一种新的可靠的方法。

利用Red重组系统敲除大肠杆菌rnc基因构建dsRNA原核表达体系

大肠杆菌的rnc基因编码产物为RNaseIII酶,RNaseIII酶能降解细菌中绝大多数dsRNA。利用来源于λ噬菌体的Red重组系统和重叠延伸PCR技术(gene splicing by overlap extension PCR,SOE-PCR),敲除了大肠杆菌origami(DE3)菌株的rnc基因,获得了RNaseIII缺失型菌株M-origami。利用电激法,将构建的TMV运动蛋白基因(movement protein gene,MP)的dsRNA表达载体LMP480导入M-origami菌株中,IPTG诱导表达的结果显示:构建的M-origami/LMP480原核表达系统能高效表达TMV运动蛋白基因的dsRNA。初步的抗病性鉴定显示,表达的dsRNA能够诱发烟草对TMV的抗性。

Red/ET同源重组介导细菌人工染色体的快速修饰

随着基因组测序工程的实施与完成,如何对包含完整基因信息的特定细菌人工染色体(BAC)进行有目的修饰,已成为功能基因组学研究的一个重要环节.应用新近优化的Red/ET同源重组技术对目标BAC进行修饰,以pSC101-BAD-gbaA为依托质粒,采用rpsL鄄neo为正/反向筛选系统,可以快速、高效地对BAC进行剪切、插入、替换等操作,其中能够进行抗性筛选的一步BAC修饰只需一周时间,以插入非抗性标记基因Cre为代表的两步BAC修饰在两周内即可完成.通过阿拉伯多糖诱导调控和简单地变化培养温度,能使pSC101-BAD-gbaA依托质粒在发挥完Red/ET同源重组作用后自然消失,最终获得完整而纯净的修饰后BAC,为加快功能基因组学研究提供了一个可靠的实验平台.

利用λRed重组系统敲除伤寒沙门氏菌rfaH基因

目的:利用λRed重组系统敲除伤寒沙门氏菌的rfaH基因。方法:以伤寒沙门氏菌(Salmonella typhi Ty2,S.ty2)基因组为模板扩增得到的同源臂,与两端带有FRT位点的卡那霉素抗性基因片段共同构建同源重组载体;以重组载体为模板扩增打靶片段,将其转化S.ty2;在抗生素压力和λRed重组系统帮助下,打靶片段和菌体基因组发生同源重组,通过卡那抗性筛选得到带有抗性标记的重组菌;转入重组酶表达质粒pCP20以去除抗性标记,得到保留单一FRT位点的突变菌株;通过PCR鉴定重组菌,并经透射电子显微镜分析表型。结果:在S.ty2中敲除了rfaH基因,经PCR扩增和序列测定正确;初步的表型分析表明突变体的鞭毛合成显著减少。结论:获得了S.ty2突变株,为将沙门氏菌进一步减毒成为疫苗表达载体奠定了基础。

一种可转移的重组工程系统pYM-Red的建立

重组工程是近几年发展的新型遗传工程技术.以PCR扩增的线性低拷贝质粒pACYCl84为载体,用Gap-repair方法从大肠杆菌DY330染色体上直接体内亚克隆了包括Red重组酶基因在内的长约6.7kb的基因序列,构建了pYM-Red重组质粒.在宿主菌W3110体内进行了染色体上galk基因的敲除,验证了Red重组酶的生物功能,并确定了影响pYM-Red重组效率的诱导时间和线性DNA片段用量.在42℃诱导10 min和线性DNA打靶分子浓度为300 ng时,pYM-Red的重组效率可达到大约每4 000个电转存活细胞中有1个重组阳性克隆,分别比pKD46和pBR322-Red系统高5～6倍.

Red重组系统介导下大肠杆菌改造体系的优化

对Red重组系统介导下大肠杆菌进行遗传改造的转化条件、诱导条件、复苏条件三方面实验参数进行优化研究。结果表明:电转化加入的DNA为20ng,Red重组系统感受态细胞培养浓度为OD600=0.60,所需的电击感受态细胞数为3×108;对大肠杆菌基因做双敲除时,突变第2个基因的阿拉伯糖诱导最适时间比突变首个基因延长,诱导浓度为40μm,复苏时间变化对体系影响不显著。

Red/ET重组AHBA生物合成基因簇打靶载体的构建与鉴定

为确定3-氨基-5-羟基-苯甲酸(AHBA)生物合成基因簇在链霉菌中与次生代谢产物的关系,运用PCR技术,从33株AHBA合酶基因阳性菌株扩增与AHBA生物合成基因簇中编码AHBA合酶(A)、氧化还原酶(O)、磷酸化酶(P)基因,获得24株AOP基因阳性菌株.根据靶基因A基因下游和P基因上游同源序列设计50 bp引物,中间插入卡那霉素抗性基因的DNA片段,进行PCR,获得外源DNA片段.经过电转化,将外源DNA片段和pKC1139-AOP重组质粒共转入含重组酶质粒大肠杆菌HS996/pSC101-BAD-gba-(Tet).在Red重组酶的作用下,外源DNA片段与重组质粒pKC1139-AOP上的AHBA基因簇的同源区域重组,构建了AHBA基因簇打靶载体.研究显示了Red/ET重组工作效率高、操作简单、精确的优点,可大大缩短构建打靶载体的时间.

通过减毒和Red/ET同源重组构建跨界基因沉默菌株

"跨界基因沉默"技术是一种全新的、跨原核界与真核界的小分子RNA干扰传递技术。该技术构建了一种大肠杆菌,在这种大肠杆菌中转录的短发夹RNA(short hairpin RNA,shRNA)能够引发真核细胞内特异性基因的RNA干扰(RNA interference,RNAi),所以此大肠杆菌又被称为"跨界基因沉默菌株"。"跨界基因沉默菌株"具有RNA干扰传递功能,主要得益于"跨界干扰质粒"(trans-kingdom RNAi plasmid,TRIP)。TRIP质粒主要包含inv基因、hly基因以及能够转录shRNA的基因片段。hly基因表达的listeriolysin O蛋白可以帮助细菌逃离真核细胞的吞噬体,但listeriolysin O蛋白是一种重要的毒力因子,对宿主细胞具有一定的损害。为了克服这种缺陷,在hly基因上设计了△PEST和G486D两种减毒突变。同时,为了使减毒后的TRIP质粒能够在"跨界基因沉默菌株"中稳定存在,进一步利用Red/ET同源重组将该质粒整合进大肠杆菌的基因组中。实验结果表明,减毒、整合后的"跨界基因沉默菌株"能更好地发挥RNAi作用。该技术的完善将推进工程菌的研发和利用。

Red/ET重组在基因打靶载体快速构建中的应用

通过合理应用Red/ET重组技术实现基因打靶载体的快速构建。在Red/ET重组介导下,首先从基因组DNA中将靶基因片段亚克隆至打靶质粒载体中,随后将两端带有50 bp同源臂的抗性筛选基因插入并替换靶基因上的目标序列,如此两步操作即可完成一个传统型基因敲除打靶载体的构建;结合Cre-loxP系统,在传统型基因敲除打靶载体的基础上,经过再一轮的Red/ET重组就能够成功实现条件性基因敲除打靶载体的构建。整个实验过程不需要PCR扩增长、短臂序列,也不涉及酶切、连接反应,因此,不仅省时、省力,而且所构建的基因打靶载体序列准确,无突变。实验方法的建立为加速后基因组时代的基因功能研究提供了一条捷径。

采用Red重组系统构建包装菌株DH-gIII

选择感染性噬菌体技术是研究蛋白相互作用的良好手段,获得基因III缺陷的辅助噬菌体是构成SIP体系的关键。为制备基因III缺失的辅助噬菌体,利用λRed重组系统将完整的噬菌体基因III和氯霉素抗性基因整合到大肠埃希菌DH5α的染色体上组氨酸操纵元位点构建包装菌株,经氯霉素抗性筛选并用PCR及组氨酸表型鉴定,获得包装菌株DH-gIII;将缺失功能基因III的缺陷型噬菌体基因组转化到包装菌株中培养制备辅助噬菌体,以集落形成试验来检测缺陷型噬菌体的感染能力,结果滴度可达到4.3×108,只具备一次感染力,表明包装菌株构建成功,能用来制备辅助噬菌体,有望用于SIP体系。

基于Red重组系统进行基因替换的方法建立

快速、高效替换目的基因是大肠杆菌基因工程菌研究的前提和基础。该试验利用Red重组系统结合基因工程技术替换基因工程菌苗中的氯霉素抗性基因,同时留下半乳糖筛选标记基因,结果在Red重组系统的帮助下成功实现了半乳糖筛选标记基因对氯霉素抗性基因的置换,同时菌苗的其他表型特征未发生任何改变。该方法的建立将为具有新遗传特性的工程菌株和基因功能研究提供有力的工具。

Red/ET重组及其在生物医学中的应用

通过应用Rac噬菌体的RecE RecT和λ噬菌体的RedαRedβ系统而建立的DNA工程平台———Red ET重组,是一种不依赖于限制性内切酶的分子克隆新技术。运用该技术能够介导PCR产物或寡核苷酸对目标基因进行剪切、插入、融合及突变等多种操作,在生物医学领域里具有广阔的应用前景,尤其在基因组功能研究中对BACs、PACs和细菌染色体的打靶修饰以及基因敲除动物DNA靶分子的快速构建等方面最有效。随着Red ET重组的推广与应用,该技术本身也在不断被改进,在工作效率得到显著提高的同时,其操作也变得更加简单、省时、省力。结合自身的一些研究结果,对Red ET重组的技术特点、发展现状和在生物医学中的应用进行了详细阐述。

Red/ET同源重组技术在载体构建中的应用

Red/ET同源重组技术是以原有的重组技术为基础，利用Rac噬菌体ET系统或者噬菌体的Red系统进行外源基因重组的重组方法。该方法使同源重组过程变得更方便快捷。本文对Red/ET同源重组技术的原理，改进和载体构建方面的应用做了综述。