DNA重组技术,又称基因克隆或分子克隆,是指将不同来源的DNA片段在体外进行连接,构建重组DNA分子,并导入宿主细胞中进行复制和表达的技术。该技术是现代分子生物学和基因工程的核心,广泛应用于基因功能研究、药物开发、农业育种等领域。本文系统介绍DNA重组的基本策略,包括外源DNA片段末端的类型、连接方法以及载体选择等关键环节。
根据外源DNA片段末端的性质,克隆策略可分为以下几类:
1. 带有非互补突出端的片段
使用两种不同的限制性内切酶消化载体和外源DNA,产生非互补的粘性末端,可实现定向克隆。例如,载体pUC19经BamHI和HindIII双酶切后,与同样具有BamHI和HindIII粘性末端的外源DNA片段连接。由于两种粘性末端不互补,载体自身环化效率极低,从而有效降低非重组背景。连接产物转化大肠杆菌后,通过氨苄青霉素抗性筛选重组子。需注意避免使用多克隆位点上相邻过近的酶切位点,并确保双酶切完全。
2. 带有相同末端(平端或粘端)的片段
当外源DNA与载体具有相同末端时,需通过调整DNA浓度和连接酶用量来优化连接效率。常用碱性磷酸酶(如CIP或BAP)去除载体5'磷酸基团,抑制载体自身环化,从而降低非重组背景。外源DNA片段与去磷酸化载体连接后,形成带有两个切口的开环分子,其转化效率远高于线状DNA,因此大多数转化体含有重组质粒。
3. 带有平端的片段
平端连接效率较低,需要高浓度的T4 DNA连接酶和DNA底物。加入低浓度的聚乙二醇(PEG)等凝聚剂可提高连接效率。平端连接可能导致限制酶切位点消失,且重组质粒可能含有外源DNA的串联拷贝。
载体与外源DNA酶切位点的匹配
现代质粒载体通常包含多克隆位点(MCS),提供多种限制酶识别序列。理想情况下,应选择酶切位点与外源DNA末端完全匹配的载体,以便后续通过相同酶切回收插入片段。若位点不匹配,可采用以下策略:
(1)在DNA末端连接人工接头(linker)或衔接头(adapter);
(2)使用大肠杆菌DNA聚合酶I Klenow片段部分补平3'凹端,使不相匹配的末端变为互补末端(Hung和Wensink, 1984; Zabarovsky和Allikmets, 1986)。
参考文献
Hung, M.C., & Wensink, P.C. (1984). Different restriction enzyme-generated sticky DNA ends can be joined in vitro. Nucleic Acids Research, 12(4), 1863-1874.
Zabarovsky, E.R., & Allikmets, R.L. (1986). An improved technique for the efficient construction of gene libraries by partial filling-in of cohesive ends. Gene, 42(1), 119-123.