長片段基因在大腸桿菌中表達往往比較困難,作為抗原使用的重組蛋白可以考慮選擇抗原性好的區段原核表達,前文已作闡述。對整個蛋白結構研究,必須全長表達該蛋白,此時最好考慮真核表達系統,特別是含有跨膜區的蛋白。
選定要克隆的區段,需先富集純化之后才方便插入載體,常用的富集方法是PCR或者質粒繁殖復制。為了防止在PCR擴增過程中引入堿基錯誤或者堿基缺失,PCR擴增基因時候必須使用高保真Taq酶。為了滿足科研工作者不同實驗需求,福因德生物將高保真Taq酶優化為即用型Mix,使用時直接加引物和模板就可以擴增。 除此之外,福因德生物還開發出LA Taq、S-Taq Mix 以及SYBR熒光定量PCR Mix(需要更高品質的可選用SYBR PCR SuperMix)。
原核重組表達常用克隆技術主要有以下幾種:
1. 酶切連接
這個是目前應用最為廣泛的的克隆技術,主要優點是技術穩定;缺點是周期長、步驟多,任何一個環節產生的誤差都會影響克隆構建的成敗。如用酶切連接的策略進行載體批量構建,不同載體和不同外源基因盡可能選用相同的上下游酶切位點,比如,批量克隆基因到某個載體上,可一次性大量雙酶切將載體線性化后保存備用,每次構建載體只需酶切外源基因片段,載體可直接取用,不必每次都酶切,省時省力(此處需特別留意的是基因內部不能有與上述所用沖突的酶切位點)。
2.?TA克隆
TA克隆必須使用商業的線性化載體,線性載體3′末端有一個T堿基,與PCR擴增產物3′末端A正好匹配。這種克隆策略最大的優點是載體使用方便,擴增產物可以直接克隆到載體上,不需要酶切位點等冗余序列;缺點是:必須依賴商業化載體,載體選擇受限;擴增外源片段所使用的Taq酶也必須是可以在3′末端加A,這種Taq酶的保真度不高;外源片段插入之后還必須鑒定方向。目前,這種構建表達載體的策略已經逐漸被淘汰。
3.?TOPO克隆
TOPO克隆載體利用DNA拓撲異構酶I識別序列中的CCCTT松弛雙螺旋并重新連接,同時兼具限制性內切酶和連接酶的功能。主要原理是在T載體的T堿基上共價偶聯一個DNA拓撲異構酶I分子,其克隆效率提高數倍,并且操作極其簡單,整個反應體系不需要在添加連接酶成分。如果在線性化平端載體上共價偶聯一個DNA拓撲異構酶I分子,平端連接將不再是難題,如果再配合一個致死基因ccdB (Control of cell death)使用,凡是沒有插入外源核酸序列的空載體自連,轉入大腸桿菌可以正常表達ccdB蛋白,破壞細菌DNA gyrase(促旋酶),造成細菌染色體降解而死亡;而插入外源核酸序列的會干擾ccdB蛋白的正常表達,細菌可以正常存活,平端克隆高背景問題這樣得以完美解決。
4.?Gateway技術
該技術所依賴的基礎是lambda噬菌體的位點特異性重組反應。需要限制酶切回收、T4 Ligase連接;該方法一步就可以完成,只需要將基因克隆到入門載體(Entry Vector),依賴載體上的特定的重組序列和重組酶,將外源基因克隆到具有相同重組序列的載體上;入門載體一般包含兩個attL1和attL2,中間夾雜一個ccdB**基因,自連的空載體在轉入大腸桿菌中都不會存活。入門載體構建成功之后,就可以輕松地將入門載體和目的載體質?;旌霞尤胫亟M酶即可發生重組,生成所需要的融合質粒,當然還有一個副產品質粒。這種克隆方法適合于將一個基因批量化構建到不同載體系列中進行功能測試。這種技術也適合于大批量的文庫構建,具體細節在此就不做贅述。
該技術主要的缺點是:該技術系統使用的酶非常昂貴,而且酶非常不穩定;其次,適合于gateway技術的載體非常少,只有一個廠家生產而且昂貴,來源受限;對于大片度(>10Kb)的效率很低,與傳統的酶切-T4連接技術相比沒有優勢。
5.?Infusion技術
這個是目前比較流行的克隆技術,可以任意載體任意基因片段快速實現多片段、長片段定點定向克隆,最大的優點在于不依賴于酶切位點進行克隆,操作時間也非常短,只需要10~15min;缺點是:載體和外源片段連接處的重疊15bp必須堅持末端原則,不能“甩出”,這也限制了定點克隆的“任意發揮”。
6. Frdbio SimpleClone技術
本克隆技術是在福因德生物基礎團隊在Infusion技術上的升級,除了兼具Infusion技術的全部優勢外,還具有以下特點:克隆片段重疊區可以少于15bp,最短可以至10bp,反應溫度50℃,載體線性化之后,重疊區可不必末端對齊,可以“允許末端甩出”,實現真正意義上的任意位點克隆。
下面介紹兩種比較常用的構建方式:
A 酶切連接法構建載體
1)50 μl酶切體系: PCR回收產物 /載體~2μg,限制性內切酶A 1μl (10U), 限制性內切酶B 1μl (10U),雙酶切Buffer 5μl,H2O補充至50μl;37℃ 連接4~6h。
2)10 μl連接體系: 酶切PCR回收產物與酶切線性化載體摩爾比為10:1,Ligase 0.5μl,10*Ligase Buffer 1μl, H2O補足至10μl(體系中線性化載體濃度不低于10ng/μl),16℃ 連接過夜。
連接產物可用于轉化大腸桿菌。
B Simpleclone重組酶法構建載體
1)載體線性化:
? ?載體線性化同上文“SOP3酶切連接法構建載體”。
2)外源片段的獲得:參照Simpleclone重組酶說明書設計引物并擴增獲得,保證兩端分別與線性化載體末端有15nt重疊區。
3)反應體系的配制(10μl):
實驗組:線性化載體 50ng,外源插入片段50ng,5×Simpleclone重組連接反應液 2μl,補足水至10μl;
陰性對照組:線性化載體 50ng,外源插入片段50ng,補足水至10μl;
陽性對照組:線性化載體pUC19 Control Vector20 ng,外源插入片段2 kb Control Insert fragment 50ng,5×Simpleclone重組連接反應液 2μl,補足水至10 μl ;
4)將以上體系配置好在PCR管底部(陰性對照和陽性對照實驗可選做),配好后放在PCR儀上或水浴鍋中50℃ 15min。
