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藍(lán)白斑篩選及其原理介紹

藍(lán)白斑篩選是重組子篩選的一種方法: 是根據(jù)載體的遺傳特征篩選重組子,如α-互補(bǔ)、抗生素基因等?,F(xiàn)在使用的許多載體都帶有一個(gè)大腸桿菌的DNA的短區(qū)段,其中有β-半乳糖苷酶基因(lacZ)的調(diào)控序列和前146個(gè)氨基酸的編碼信息。在這個(gè)編碼區(qū)中插入了一個(gè)多克隆位點(diǎn)(MCS),它并不破壞讀框,但可使少數(shù)幾個(gè)氨基酸插入到β-半乳糖苷酶的氨基端而不影響功能,這種載體適用于可編碼β-半乳糖苷酶C端部分序列的宿主細(xì)胞。因此,宿主和質(zhì)粒編碼的片段雖都沒有酶活性,但它們同時(shí)存在時(shí),可形成具有酶學(xué)活性的蛋白質(zhì)。這樣,lacZ基因在缺少近操縱基因區(qū)段的宿主細(xì)胞與帶有完整近操縱基因區(qū)段的質(zhì)粒之間實(shí)現(xiàn)了互補(bǔ),稱為α-互補(bǔ)。由α-互補(bǔ)而產(chǎn)生的LacZ+細(xì)菌在誘導(dǎo)劑IPTG的作用下,在生色底物X-Gal存在時(shí)產(chǎn)生藍(lán)色菌落,因而易于識別。然而,當(dāng)外源DNA插入到質(zhì)粒的多克隆位點(diǎn)后,幾乎不可避免地導(dǎo)致無α-互補(bǔ)能力的氨基端片段,使得帶有重組質(zhì)粒的細(xì)菌形成白色菌落。這種重組子的篩選,又稱為藍(lán)白斑篩選。如用藍(lán)白斑篩選則經(jīng)連接產(chǎn)物轉(zhuǎn)化的鈣化菌平板37℃溫箱倒置培養(yǎng)12-16hr后,有重組質(zhì)粒的細(xì)菌形成白色菌落。

由α-互補(bǔ)產(chǎn)生的Lac+ 細(xì)菌較易識別,它在生色底物X-gal(5-溴-4氯-3-吲哚-β-D-半乳糖苷)下存在下被IPTG(異丙基硫代-β-D-半乳糖苷)誘導(dǎo)形成藍(lán)色菌落。當(dāng)外源片段插入到載體的多克隆位點(diǎn)上后會(huì)導(dǎo)致讀碼框架改變, 表達(dá)蛋白失活, 產(chǎn)生的氨基酸片段失去α-互補(bǔ)能力, 因此在同樣條件下含重組質(zhì)粒的轉(zhuǎn)化子在生色誘導(dǎo)培養(yǎng)基上只能形成白色菌落。 在麥康凱培養(yǎng)基上,α-互補(bǔ)產(chǎn)生的Lac+細(xì)菌由于含β-半乳糖苷酶,能分解麥康凱培養(yǎng)基中的乳糖,產(chǎn)生乳酸,使pH下降,因而產(chǎn)生紅色菌落,而當(dāng)外源片段插入后,失去α-互補(bǔ)能力,因而不產(chǎn)生β-半乳糖苷酶,無法分解培養(yǎng)基中的乳糖,菌落呈白色。

藍(lán)白斑篩選的分子生物學(xué)基礎(chǔ)是建立在乳糖操縱子正負(fù)調(diào)控機(jī)制上的:

 1、乳糖操縱子的組成:大腸桿菌乳糖操縱子含Z、Y、A三個(gè)結(jié)構(gòu)基因,分別編碼半乳糖苷酶、透酶和半乳糖苷乙酰轉(zhuǎn)移酶,此外還有一個(gè)操縱序列O,一個(gè)啟動(dòng)子P和一個(gè)調(diào)節(jié)基因I。2、阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié):沒有乳糖存在時(shí),基因編碼的阻遏蛋白結(jié)合于操縱序列O處,乳糖操縱子處于阻遏狀態(tài),不能合成分解乳糖的三種酶;有乳糖存在時(shí),乳糖作為誘導(dǎo)物誘導(dǎo)阻遏蛋白變構(gòu),不能結(jié)合于操縱序列,乳糖操縱子被誘導(dǎo)開放合成分解乳糖的三種酶。所以,乳糖操縱子的這種調(diào)控機(jī)制為可誘導(dǎo)的負(fù)調(diào)控。3、CAP的正性調(diào)節(jié):在啟動(dòng)子上游有CAP結(jié)合位點(diǎn),當(dāng)大腸桿菌從以葡萄糖為碳源的環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)橐匀樘菫樘荚吹沫h(huán)境時(shí),cAMP濃度升高,與CAP結(jié)合,使CAP發(fā)生變構(gòu),CAP結(jié)合于乳糖操縱子啟動(dòng)序列附近的CAP結(jié)合位點(diǎn),激活RNA聚合酶活性,促進(jìn)結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄,調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合于操縱子后促進(jìn)結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄,對乳糖操縱子實(shí)行正調(diào)控,加速合成分解乳糖的三種酶。4、協(xié)調(diào)調(diào)節(jié):乳糖操縱子中的I基因編碼的阻遏蛋白的負(fù)調(diào)控與CAP的正調(diào)控兩種機(jī)制,互相協(xié)調(diào)、互相制約。
 
可以采用X-Gal而不是X-a-Gal進(jìn)行Matchmaker System藍(lán)白斑篩選嗎?

不可以,X-Gal與X-a-Gal不同。X-Gal是E.coli β-半乳糖苷酶(lacZ)的反應(yīng)底物,而X-a-Gal是酵母α-半乳糖苷酶(Mel 1p)的反應(yīng)底物。X-a-Gal在Matchmaker Gold系統(tǒng)中用作藍(lán)白篩選的篩選標(biāo)記,在蛋白互作激活MEL1基因表達(dá)后,酵母細(xì)胞可以分泌表達(dá)Mel 1p。

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