自20世纪70年代中期首例 cDNA 克隆问世以来,构建 cDNA 文库已成为研究功能基因组学的基本手段之一。cDNA 便于克隆和大量表达,它不像基因组含有内含子而难于表达,因此可以从 cDNA 文库中筛选到所需的目的基因,并直接用于该目的基因的表达。通过构建 cDNA 表达文库不仅可保护濒危珍惜生物资源,而且可以提供构建分子标记连锁图谱的所用探针,更重要的是可以用于分离全长基因进而开展基因功能研究。因此,cDNA 在研究具体某类特定细胞中基因组的表达状态及表达基因的功能鉴定方便具有特殊的优势,从而使它在个体发育、细胞分化、细胞周期调控、细胞衰老和死亡调控等生命现象的研究中具有更为广泛的应用价值,是研究工作中最常使用到的基因文库。 从1976年 HOFSTETTER 成功的构建了第一个 cDNA 文库以来,构建 cDNA 文库的技术方法经历了一个逐步发展完善的过程。初期 cDNA 文库,由于当时技术的限制,选用质粒载体存在着连接效率低、难以扩增和保存等缺点,而 YOUNG 和 DAVIS 重组载体为表达性文库构建和保存提供了质的飞跃。近年来,cDNA 文库构建的新方法层出不穷,但其共同目的是使 cDNA 文库更加迅速、高效满足研究的需要。本文就近年来发展的 cDNA 文库的构建及其类型特点作一简要综述。 1 cDNA 文库的构建 1.1 cDNA 文库构建的基本原理与方法 cDNA 文库是指某生物某发育时期所转录的全部 mRNA 经反转录形成的 cDNA 片段与某种载体连接而形成的克隆的集合。经典 cDNA 文库构建的基本原理是用 Oligo(dT) 作逆转录引物,或者用随机引物,给所合成的 cDNA 加上适当的连接接头,连接到适当的载体中获得文库。其基本步骤包括:RNA 的提取(例如异硫氰酸胍法,盐酸胍—有机溶剂法,热酚法等等,提取方法的选择主要根据不同的样品而定),要构建一个高质量的 cDNA 文库,获得高质量的 mRNA 是至关重要的,所以处理 mRNA 样品时必须仔细小心。由于 RNA 酶存在所有的生物中,并且能抵抗诸如煮沸这样的物理环境,因此建立一个无 RNA 酶的环境对于制备优质 RNA 很重要。在获得高质量的 mRNA 后,用反转录酶 Oligo(dT) 引导下合成 cDNA 第1链, cDNA 第2链的合成(用 RNA 酶 H 和大肠杆菌 DNA 聚合酶 I,同时包括使用 T4 噬菌体多核苷酸酶和大肠杆菌 DNA 连接酶进行的修复反应),合成接头的加入、将双链 DNA 克隆到载体中去、分析 cDNA 插入片断,扩增 cDNA 文库、对建立的 cDNA 文库进行鉴定。这里强调的是对载体的选择,常规用的是 λ 噬菌体,这是因为 λ DNA 两端具有由12个核苷酸的粘性末端,可用来构建柯斯质粒,这种质粒能容纳大片段的外源 DNA。 1.2 cDNA 全长文库 经典 cDNA 文库的构建虽然高效、简便,但文库克隆的片段一般较小,单个克隆上的 DNA 片段太短,所能提供的基因信息很少,大多需要几个克隆才能覆盖一个完整的全基因的 cDNA。为了克隆到真正的 cDNA 全长,建立富含全长的 cDNA 文库具有重要意义。为此,必须克服仅用 mRNA 的 PolyA 尾合成以及由普通逆转录酶作用特点所导致的局限性。全长 cDNA 文库,是指从生物体内一套完整的 mRNA 分子经反转录而得到的 DNA 分子群体,是 mRNA 分子群的一个完整的拷贝。全长 cDNA 文库不仅能提供完整的 mRNA 信息,而且可以通过基因序列比对得到 mRNA 剪接信息,此外,还可以对蛋白质序列进行预测及进行体外表达和通过反向遗传学研究基因的功能等。目前所报道的对全长文库的构建一般按照美国 CLONTECH 公司的 SMART cDNA Library Construction Kit 方法或 GeneRacer 试剂盒 (Invitrogen,USA) 使用说明进行。判断一个 cDNA 文库中的 cDNA 序列是否是全长基因的 cDNA,主要方法有以下几种。 1.2.1 直接从序列上评价 5'端:如果有同源全长基因的比较,可以通过与其它生物已知的对应基因5'末端进行比较来判断。如果无同源基因的新基因,则首先判断编码框架是否完整,即在开放阅读框的第1个 ATG 上游有无同框架的终止密码子;其次,判断是否有转录起始点,一般加在5'帽结构后有一段富含嘧啶的区域,或者是 cDNA 5'序列与基因组序列中经过酶切保护的部分相同,则可以确定得到的 cDNA 的5'端是完整的。3'端:同样可以用其它生物已知的对应基因3'末端进行比较来判断,或编码框架的下游有终止密码子,或有1个以上的 PolyA 加尾信号,或无明显加尾信号的则也有 PolyA 尾。 (责任编辑:泉水) |