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基因探针

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基因探针(probe)就是一段与目的基因或DNA互补的特异核苷酸序列,它可以包括整个基因,也可以仅仅是/基因的一部分;可以是DNA本身,也可以是由之转录而来的RNA。

1.探针的来源 DNA探针根据其来源有3种:一种来自基因组中有关的基因本身,称为基因组探针(genomic probe);另一种是从相应的基因转录获得了mRNA,再通过逆转录得到的探针,称为cDNa 探针(cDNa probe)。与基因组探针不同的是,cDNA探针不含有内含子序列。此外,还可在体外人工合成碱基数不多的与基因序列互补的DNA片段,称为寡核苷酸探针。

2.探针的制备 进行分子突变需要大量的探针拷贝,后者一般是通过分子克隆(molecular cloning)获得的。克隆是指用无性繁殖方法获得同一个体、细胞或分子的大量复制品。当制备基因组DNA探针进,应先制备基因组文库,即把基因组DNA打断,或用限制性酶作不完全水解,得到许多大小不等的随机片段,将这些片段体外重组到运载体(噬菌体、质粒等)中去,再将后者转染适当的宿主细胞如大肠肝菌,这时在固体培养基上可以得到许多携带有不同DNA片段的克隆噬菌斑,通过原位杂交,从中可筛出含有目的基因片段的克隆,然后通过细胞扩增,制备出大量的探针。

为了制备cDNA 探针,首先需分离纯化相应mRNA,这从含有大量mRNA的组织、细胞中比较容易做到,如从造血细胞中制备α或β珠蛋白mRNA。有了mRNA作模板后,在逆转录酶的作用下,就可以合成与之互补的DNA(即cDNA),cDNA与待测基因的编码区有完全相同的碱基顺序,但内含子已在加工过程中切除。

寡核苷酸探针是人工合成的,与已知基因DNA互补的,长度可从十几到几十个核苷酸的片段。如仅知蛋白质的氨基酸顺序量,也可以按氨基酸的密码推导出核苷酸序列,并用化学方法合成。

3.探针的标记 为了确定探针是否与相应的基因组DNA杂交,有必要对探针加以标记,以便在结合部位获得可识别的信号,通常采用放射性同位素32P标记探针的某种核苷酸α磷酸基。但近年来已发展了一些用非同位素如生物素、地高辛配体等作为标记物的方法。但都不及同位素敏感。非同位素标记的优点是保存时间较长,而且避免了同位素的污染。最常用的探针标记法是缺口平移法(nicktranslation),其原理如图13-1。首先用适当浓度的DNA酶Ⅰ(DNAseⅠ)在探针DNA双链上造成缺口,然后再借助于DNA聚合酶Ⅰ(DNa poly merasⅠ)的5’→3’的外切酶活性,切去带有5’磷酸的核苷酸;同时又利用该酶的5’→3’聚酶活性,使32P标记的互补核苷酸补入缺口,DNA聚合酶Ⅰ的这两种活性的交替作用,使缺口不断向3’的方向移动,同时DNA链上的核苷酸不断为32P标记的核苷酸所取代。

缺口平移标记法粗线示标记部分


图13-1 缺口平移标记法粗线示标记部分

探针的标记也可以采用随机引物法,即向变性的探针溶液加入6个核苷酸的随机DNA小片段,作为引物,当后者与单链DNA互补结合后,按碱基互补原则不断在其3’OH端添加同位素标记的单核苷酸,这样也可以获得比放射性很高的DNA探针。

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