提高连接效率的策略

二、提高连接效率的策略

1.载体的酶切效率

在基因重组中用到的载体类型很多,载体的相对分子质量、提取和纯化的方法都有不同。λ噬菌体等相对分子质量较大的载体,其提取难度比质粒载体大,对于高拷贝数的质粒,用小量碱裂解提取就可以满足一般的基因操作。现在已经有很多商品化的试剂可以快速获得高质量的载体DNA,完全可以满足基因重组的需要。

根据需要连入载体的位点,选择对应的限制性内切酶消化载体,使载体上产生一个缺口用于插入外源片段。选择限制性内切酶时要考虑酶的星号活力、甲基化、末端的特性等;为了考虑载体的酶切效率,通常会选择一些酶切效率高的酶,如BamHⅠ和EcoRⅠ等。如果要采用双酶切,还要考虑两个酶的最适反应温度和缓冲液等因素对酶切效率的影响。最适反应温度差距较大的,可以分步反应,先进行低温反应,再进行高温反应;如果不能找到一种缓冲液让两个酶保持高的活力,那就要先进行第一个酶的酶切反应,然后进行回收纯化,再进行第二个酶的酶切反应。酶切完毕要进行灭活,大多数内切酶可以采用高温灭活,有些耐高温的内切酶(如Taq DNA聚合酶Ⅰ)不能用高温灭活,需要用试剂盒进行回收纯化后才能进行连接反应。

经过酶切的载体需要经过纯化才能保证得到较高重组率,单酶切的载体还需要经过去磷酸化处理以防止载体自身环化。纯化的方法一般是选择琼脂糖凝胶电泳回收目的片段,这样可以保证没有被酶切的质粒和切下的小片段与线性质粒分离,提高载体的重组率。回收的载体先进行一次不加外源DNA片段的连接反应,然后转化大肠杆菌感受态细胞,检验制备载体的自身环化率,合格后才和目的片段进行连接。

2.载体和插入片段的质量和纯度

连接相对分子质量较小的片段,纯度问题很容易被忽略,但是连接较大的片段或者是需要很高的重组率时,保证载体和插入片段的质量和纯度就十分重要了。实验发现,把1~3 kb的目的片段连接到质粒上是很容易的事情,而要把大于8 kb的片段连接到载体上就十分困难了;PCR产物的电泳条带清晰时,产物就容易连接,电泳条带不够清晰,甚至模糊时,连接就变得十分困难。

琼脂糖凝胶电泳回收目的片段中使用的琼脂糖的质量,质粒提取、胶回收和PCR产物试剂盒的质量,PCR试剂的质量和PCR产物的质量等,都有可能影响载体和插入片段制备的纯度和质量,从而影响连接效率。此外,EDTA、杂蛋白质和存留有活性的酶等影响酶切的因素也会影响连接效率。

3.连接反应条件优化

连接反应体系中的组成,如酶的用量、辅助物、载体和插入片段的比率等都会对连接效率产生影响。载体不同,插入片段的长度则会有不同的比率,可以借鉴相关的经验,如果是采用试剂盒则可以按说明书进行。

对于一般的连接体系,10μL的反应体系中载体和片段的浓度一般为20~100 ng,载体和插入片段的摩尔数为1∶3~1∶2,过低会降低重组率,过高容易导致多拷贝插入。

在反应体系中添加低浓度的PEG,可以有效地提高连接效率,所以有些公司的连接酶会附带PEG,或提供两种连接酶缓冲液,其中一种添加有PEG。注意添加有PEG的缓冲液会有悬浮状物质,需摇匀后再使用。

提高插入DNA的浓度、加入DNA载体、提高连接酶的用量、降低ATP的浓度和延长连接时间等都可以提高平末端连接的连接效率。平末端DNA连接所需的酶量比黏性末端连接所需的酶量至少多10~20倍,才能达到与黏性末端同样的连接效率。

虽然连接酶的最适反应温度为30℃,但在这一温度下黏性末端的氢键结合不稳定,反而导致连接效果差,因此连接反应的温度通常采用4~16℃,多选用12~16℃反应30 min~16 h(可以分段进行,如先低温处理再高温处理)。