原核表达载体构建是分子生物学和基因工程中的核心技术,指的是将目的基因(外源基因)插入到特定载体(环形质粒)上,构建成重组载体,从而使其在原核生物——通常是大肠杆菌(E.coli)内进行相应表达。
首先设计含有同源臂和特异性序列的引物,通常应遵循以下原则:
①引物5'端包含15~25 bp与载体末端同源的序列,对于多片段重组,更长的同源臂(≥30bp)可显著提高正确重组率;
②3'端为与目的基因特异性结合的序列;
③总长度35-75bp;
之后从cDNA文库、基因组DNA或现有质粒中扩增获得目的片段,扩增过程中需兼顾产物的产量、特异性和保真度。
载体需经过线性化处理,暴露出与PCR产物末端互补的同源序列,从而参与重组反应。常用方法包括限制性内切酶单酶切/双酶切消化,以及反向PCR扩增。
无缝克隆不同于传统的酶切连接法——后者依赖限制性内切酶在特定序列处制造黏性末端,再通过DNA连接酶将载体与片段共价连接。
经典的无缝克隆利用三种酶的协同作用(Gibson Assembly):T5外切酶、DNA聚合酶、DNA连接酶;
利用T5核酸外切酶的5'→3'消化活性,在载体和片段的双链DNA末端产生3'单链突出端。当载体与片段在末端区域存在相同序列(即引物中引入的同源臂)时,两者的3'突出端通过碱基互补配对发生退火,形成带有缺口的环状中间体。随后,DNA聚合酶填补单链缺口,DNA连接酶封闭切口,完成共价闭合的环状重组质粒的构建。
配制10 μL重组体系时应遵循以下原则:
①载体和片段的总量≤200 ng;
②载体与插入片段摩尔比建议为1:3附近。
在实际操作中,若载体用量为50 ng(长度约5 kb),则1 kb的插入片段推荐用量约为30 ng(1:3摩尔比),可在20-40 ng范围内根据实验需求调整。
根据重组载体的抗性,将无缝克隆反应产物加入到合适的感受态细胞中,通过抗生素筛选获得含重组载体的单菌落,再经菌落PCR或测序确认插入片段的正确性。
推荐操作条件为:取5-10 μL重组反应产物加入50 μL感受态细胞中,冰浴30分钟,42°C热激45秒,立即冰浴5分钟后加入到500μL LB或SOC培养基,37°C震荡培养40 min,涂布于含对应抗生素的平板,37°C培养至出现单菌落。次日挑取单菌落进行菌落PCR(使用载体通用引物或基因特异性引物)或送测序验证。

获取目的片段

准备线性化载体

无缝克隆

转化与验证