大肠杆菌感受态细胞的制备、重组DNA的转化、克隆筛选一

1. 实验目的和要求

通过本实验学习氯化钙法制备大肠杆菌感受态细胞和外源质粒DNA转入受体菌细胞的技术以及筛选转化体的技术。了解细胞转化的概念及其在分子生物学研究中的意义。

2. 相关知识及原理

感受态细胞(Competent cells)：

受体细胞经过一些特殊方法（如：CaCl₂，RuCl等化学试剂法）的处理后，细胞膜的通透性发生变化，成为能容许多有外源DNA的载体分子通过的感受态细胞(competent cell) 。

转化（transformation）：

是将异源DNA分子引入一细胞株系，使受体细胞获得新的遗传性状的一种手段，是基因工程等研究领域的基本实验技术。

进入细胞的DNA分子通过复制表达，才能实现遗传信息的转移，使受体细胞出现新的遗传性状。转化过程所用的受体细胞一般是限制－修饰系统缺陷的变异株，即不含限制性内切酶和甲基化酶的突变株。

转化的方法：

化学的方法(热击法)：使用化学试剂（如CaCl₂）制备的感受态细胞，通过热击处理将载体DNA分子导入受体细胞；

电转化法：使用低盐缓冲液或水洗制备的感受态细胞，通过高压脉冲的作用将载体DNA分子导入受体细胞。

克隆的筛选：

主要用不同抗生素基因筛选。常用的抗生素有：氨苄青霉素、卡那霉素、氯霉素、四环素、链霉素等；将经过转化后的细胞在选择性培养基中培养，才能较容易地筛选出转化体，即带有异源DNA分子的受体细胞。否则，如果将转化后的菌液涂在无选择性抗生素的培养基平板上，会出现成千上万的细菌菌落，将难以确认哪一个克隆含有转化的质粒。虽然只有那些含有被转化质粒的细菌才能在含有抗生素的平板上生长和繁殖，但对于连接混合物而言，此时并不能确定哪个克隆含有插入片段。

重组质粒克隆的鉴定

鉴定带有重组质粒克隆的方法常用的有a- 互补、小规模制备质粒DNA进行酶切分析、插入失活、PCR以及杂交筛选的方法。最常用的方法是小规模制备质粒DNA进行酶切分析，对于带有LacZ基因的载体还可以结合a-互补现象来筛选。

a-互补现象：

因为许多载体都带有一个LacZ基因的调控序列和头146个氨基酸的编码信息，编码a-互补肽，该肽段能与宿主编码的缺陷型a-半乳糖苷酶实现基因内互补（a-互补）。当这种载体转入可编码β-半乳糖苷酶C端部分序列的宿主细胞中时，在异丙基β-D硫代半乳糖苷（IPTG）的诱导下，宿主可同时合成这两种肽段，虽然它们各自都没有酶活性，但它们可以融为一体形成具有酶活性的蛋白质。所以称这种现象为a-互补现象。

由互补产生的β-半乳糖苷酶(LacZ)能够作用于生色底物5－溴－4－氯－3－吲哚－b －D－半乳糖苷(X-gal)而产生蓝色的菌落，所以利用这个特点，在载体的该基因编码序列之间人工放入一个多克隆位点，当插入一个外源DNA片段时，会造成LacZ(a-)基因的失活，破坏a-互补作用，就不能产生具有活性的酶。所以，有重组质粒的菌落为白色，而没有重组质粒的菌落为蓝色。

3．仪器、材料和试剂

无菌超净台，电热恒温水浴，分光光度计，离心机，移液器，微型离心管等；

菌株：E.coli DH5α

质粒：pBluscript KS+DNA 片段的质粒以及 pBluscript KS 空质粒；

LB培养基；含抗菌素的LB平板培养基（氨苄青霉素，浓度50-100µg／mL，X-gal 20-48µg/ml, IPTG 100 µg/ml。一般将抗生素、X-gal和IPTG配制成1000µl储备液，用时按培养基的量再加入）；预冷CaCl₂溶液（0.1mol／L）