载体构建的优化经验
1.载体选择
载体构建中载体选择是关键:根据实验目的(克隆/表达/敲减/敲除)、宿主细胞(原核/真核)、是否需要诱导等因素选择合适的空载。
2.质粒的设计和优化
载体设计是基因工程的起点,其目的是实现目标基因的高效、可控表达或功能实现。核心设计的元件有启动子、终止子、筛选标记、标签序列等等。其中启动子的优化选择是第一步。下表是常用启动子的分类和特征。
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启动子名称 |
用途 |
描述 |
表达模式 |
备注与说明 |
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CMV |
常规表达 |
人类巨细胞病毒的强启动子 |
组成型 |
可能因表观遗传沉默而失活 |
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EF1A |
常规表达 |
人类延伸因子1α的强启动子 |
组成型 |
表达水平十分稳定,与细胞增殖状态相关 |
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SV40 |
常规表达 |
猿猴病毒40的早期启动子 |
组成型 |
可能因表观遗传沉默而失活 |
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PGK1 (人/小鼠) |
常规表达 |
磷酸甘油酸激酶1基因的启动子 |
组成型 |
广泛表达,但不能提供最高表达水平 |
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U6 |
常规表达 |
人类U6核小RNA基因的启动子 |
组成型 |
属于RNA聚合酶III启动子,用于表达小RNA |
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human beta actin |
常规表达 |
β-肌动蛋白基因的强启动子 |
组成型 |
功能强,但表达水平可能因细胞类型而异 |
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CAG |
常规表达 |
复合型强启动子(CMV早期增强子+鸡β-肌动蛋白启动子) |
组成型 |
无处不在的强表达 |
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TRE |
诱导表达 |
四环素反应元件 |
四环素/多西环素诱导 |
Tet-On/Off诱导系统的组成部分 |
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UAS |
诱导表达 |
上游激活序列(来自酵母) |
特异性 |
需要GAL4转录因子激活 |
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Ac5 |
常规表达 |
黑腹果蝇Actin 5C基因的启动子 |
组成型 |
果蝇和其他双翅目昆虫中的强启动子 |
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Polyhedrin |
常规表达 |
杆状病毒的极晚期启动子 |
组成型(在病毒感染晚期) |
用于杆状病毒-昆虫细胞表达系统 |
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CaMKIIa |
特异性表达 |
钙/钙调蛋白依赖的蛋白激酶IIα的启动子 |
特异性(主要在神经元) |
用于特异性在前脑神经元中表达 |
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GAL1/10 |
诱导表达 |
酵母双向启动子 |
半乳糖诱导 |
可双向表达基因。受GAL4调控,被半乳糖诱导 |
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TEF1 |
常规表达 |
酵母翻译延伸因子启动子 |
组成型 |
与哺乳动物EF1α启动子功能类似 |
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GPD |
常规表达 |
酵母甘油醛-3-磷酸脱氢酶启动子 |
组成型 |
强组成型启动子,常用于酵母表达系统 |
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ADH1 |
常规表达 |
酵母醇脱氢酶启动子 |
受乙醇影响 |
全长启动子较强,但受碳源调控。ADH1启动子是组成型,受葡萄糖抑制 |
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CaMV35S |
常规表达 |
花椰菜花叶病毒35S启动子 |
组成型 |
在双子叶植物和某些单子叶植物中具有强活性,是植物中最常用的启动子 |
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Ubi |
常规表达 |
玉米泛素基因启动子 |
组成型 |
在植物中实现组成型表达 |
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H1 |
小RNA表达 |
人类RNA聚合酶III启动子 |
组成型 |
与U6启动子类似,在多种细胞类型中表现良好 |
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U6 |
小RNA表达 |
人类U6 snRNA启动子 |
组成型 |
小鼠和人类U6启动子都常用,属于Pol III启动子 |
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T7 |
体外转录/原核表达 |
T7噬菌体来源的启动子 |
体外转录或需要T7 RNA聚合酶 |
当用于体外转录时效率很高;在原核表达中需要含有T7 RNA聚合酶的菌株(如BL21(DE3)) |
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T7lac |
原核表达 |
受lac操纵子调控的T7启动子 |
IPTG诱导 |
在T7基础上加入lac操纵子,本底表达更低,调控更严谨 |
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SP6 |
体外转录 |
SP6噬菌体来源的启动子 |
体外转录 |
当用于体外转录时,需要SP6 RNA聚合酶 |
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araBAD |
原核表达 |
阿拉伯糖操纵子启动子 |
阿拉伯糖诱导 |
受AraC蛋白调控,调控范围广,本底低 |
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Trp |
原核表达 |
色氨酸操纵子启动子 |
色氨酸缺乏时诱导 |
在色氨酸匮乏时被激活 |
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lac |
原核表达 |
乳糖操纵子启动子 |
IPTG诱导 |
最早使用的诱导型启动子,但本底较高。现代载体通常使用lacIq等突变来提高调控严谨性 |
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tac |
原核表达 |
trp和lac启动子的杂合启动子 |
IPTG诱导 |
比lac启动子更强,但仍受lac操纵子调控 |
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pl |
原核表达 |
λ噬菌体左向启动子 |
温度敏感型 |
通常与温度敏感的cI857阻遏蛋白配合使用,通过温度变化(30°C→42°C)诱导 |
3.注意阅读框
在构建表达载体时,确保插入基因的阅读框与载体序列完全匹配。
4.关注GC含量和二级结构
高GC含量或复杂的二级结构会影响测序和PCR成功率,可能需要在反应中添加添加剂(如DMSO)。
5.构建的质粒验证
序列验证是必须的,不能仅凭酶切或PCR的结果来判断质粒构建是否成功,测序是保证实验可重复性的基石。
6.保存与备份
妥善保存原始质粒和菌种,并做好备份,防止功亏一篑。
