多連體

多連體

若干個結構相同的單體,按同一方向首尾相連構成的一個DNA長分子,即是一個線狀多連體。λ噬菌體在其生長周期的某一階段,能以“滾環"方式複製出很長的線性多連體。在基因重組過程中,λ噬菌體DNA基因複製的過程等都會形成DNA的多連體。

簡介

若干個結構相同的單體,按同一方向首尾相連構成的一個DNA長分子,即是一個線狀多連體。λ噬菌體在其生長周期的某一階段,能以“滾環"方式複製出很長的線性多連體。

多連體DNA,在粘性質粒或λ噬菌體中構建的重組體,進行體外包裝反應時,在高濃度的DNA及連線酶條件下所形成的多連體。

λ噬菌體DNA的複製形成多連體

在λ噬菌體感染的早期,環形的λ DNA分子按θ形式從雙向進行複製,其複製的起點是位於cⅡ基因和O基因之間,並且需要O和P這兩個基因編碼的蛋白質分子的積極參與。到了感染的晚期,控制滾環複製機理的開關被啟動了,合成出了由一系列線性排列的λ基因組DNA組成的長多連體分子。滾環複製機理的開關是受λ噬菌體gam基因產物控制的,它可以抑制大腸桿菌核酸外切酶V對複製中的DNA分子的作用(這種酶是由大腸桿菌recB和recC基因編碼的,所以又叫做RecBC酶)。因此,在RecBC 的寄主細胞中,gam 的噬菌體只能產生出多連體的DNA分子。因為在噬菌體顆粒的包裝成熟過程中,需要由λ噬菌體基因組DNA組成的多體分子參加;而在RecBC 寄主細胞中,gam 噬菌體只能產生出λ噬菌體基因組DNA的單體分子。因此在這種情況下,噬菌體顆粒成熟之前就要發生單體分子之間的重組作用。這種重組作用,是由噬菌體的red基因產物,或是寄主細胞的recA基因產物的作用所引起的。但無論是重組作用形成的,還是由滾環複製產生的λ噬菌體基因組DNA的多連體分子,都必須經過核酸酶的切割作用,從cos位點處將它分離成單位長度的單體分子之後,才能夠被包裝起來。已知有四種頭部蛋白質參與了這種切割過程 。

分子克隆過程中產生的DNA多連體

DNA分子與載體分子連線是克隆過程中的重要環節之一。

連線的方法有:

(1)粘性末端連線

DNA片段兩端的互補鹼基順序稱之為粘性末端,用同一種限制性內切酶消化DNA可產生相同的粘性末端。在連線酶的作用下可恢復原樣,有些限制性內切酶雖然識別不同順序,卻能產生相同末端。

(2)平頭末端連線

用物理方法製備的DNA往往是平頭末端,有些酶也可產生平頭末端。平頭DNA片段可在某些DNA連線酶作用下連線起來,但連線效率不如粘性末端高。

(3)同聚寡核苷酸末端連線。

(4)人工接頭分子連線

在平頭DNA片段末端加上一段人工合成的、具有某一限制性內切酶識別位點的寡核苷酸片段,經限制性內切酶作用後,就會產生粘性末端。

連線反應需注意載體DNA與DNA片段的比率。以λ或Cos質粒為載體時,形成線性多連體DNA分子,載體與DNA片段的比率高些為佳。以質粒為載體時,形成環狀分子,比率常為1:1 。

目的基因與克隆載體的體外重組形成多連體

DNA體外重組是將目的基因(外源DNA片段)用DNA連線酶在體外連線到合適的載體DNA上,這種重新組合的DNA稱為重組DNA。

DNA體外重組技術,主要是依賴於限制酶和DNA連線酶的作用。在選擇外源DNA同載體分子連線反應的程式時,一般需要考慮下列三個因素:①實驗步驟要儘可能簡單易行;②連線形成的接點序列,應能被某種限制酶重新切割,以便回收插入的外源DNA片段;③對轉錄和轉譯過程中密碼結構的閱讀應不發生干擾。

在連線反應中,正確地調整載體DNA和外源DNA之間的比例,是獲得高產量的重組體轉化子的一個重要因素。如果是使用質粒分子作為克隆的載體,其重組體分子是由一個載體分子和一個目的DNA片段連線環化而成的,故當載體DNA與目的DNA的比值為1時,便有利於這類重組體分子的形成;若是套用λ噬菌體或黏粒做載體時,配製高比值的載體DNA/給體DNA的連線反應體系,則有利於重組體分子的形成。以黏粒載體為例,因為只有當給體DNA片段的兩個末端都同黏粒載體結合之後,才能被有效地包裝。在體外連線反應中,DNA的總濃度對形成什麼樣的DNA分子類型同樣也會有所影響。一般規律是,低濃度的DNA分子問的相互作用機會少,有利於環化作用;而高濃度的DNA,則有利於形成長的多連體DNA分子。此外,連線反應的溫度也是影響連線效果的另一個重要因素 。

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