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第九章cDNA文库和基因组文库构建基因组文库是含有某种生物体全部基因的随机片段的重组DNA克隆群体；cDNA文库是指含有所有重组cDNA的克隆群体。基因组文库：来源于基因组DNA，反映基因组的全部信息，用于基因组物理图谱的构建，基因组序列分析，基因在染色体上的定位，基因组中基因的结构和组织形式等。cDNA文库：来源于细胞表达出的RNA，反映基因组表达的基因序列信息，用于研究特定细胞中基因的表达状态和表达基因的功能等。基因文库＝基因组文库＋cDNA文库一、载体的种类和特征：受体细胞结构插入片段举例质粒E.coli环状很小，8kbpUC18/19,T-载体,pGEM3zλ噬菌体E.coli线状9-24kbEMBL，λgt系列丝状噬菌体及噬菌粒E.coli环状10kbM13系列粘粒载体E.coli环状35-45kbBACE.coli环状约300kbPACE.coli环状100-800kbPCYPACYAC酵母细胞线性染色体100-2000kbMAC哺乳动物细胞环状1000kb病毒载体动物细胞环状SV40载体，昆虫杆状病毒载体穿梭载体动物细胞和细菌环状pSVK3质粒，PBV,Ti质粒，二、cDNA文库的构建•分为六个阶段：阶段1：反转录酶催化合成cDNA第一链阶段2：cDNA第二链的合成阶段3：cDNA的甲基化阶段4：接头或衔接子的连接阶段5：SepharoseCL-4B凝胶过滤法分离cDNA阶段6：cDNA与λ噬菌体臂的连接cDNA文库的构建mRNA反转录cDNA(互补DNA）第二条DNA链1：反转录酶催化合成cDNA第一链•1.1.在置于冰上的无菌微量离心管内混合下列试剂进行cDNA第一链的合成：poly(A)RNA(1μg/μl)10μl寡核苷酸引物(1μg/μl)1μl1mol/LTris-HCl(pH8.0,37℃)2.5μl1mol/LKCl3.5μl250mmol/LMgCl22μldNTP溶液（含4种dNTP，每种5mmol/L）10μl0.1mol/LDTT2μlRNase抑制剂（选用）25单位加H2O至48μl1.2.当所有反应组在0℃混合后，取出2.5μl反应液转移到另一个0.5ml微量离心管内。在这个小规模反应管中加入0.1μl[α-32P]dCTP（400Ci/mmol,10mCi/ml）。•1.3.大规模和小规模反应管都在37℃温育1h。1.4.温育接近结束时，在含有同位素的小规模反应管中加入1μl0.25mol/LEDTA，然后将反应管转移到冰上。大规模反应管则在70℃温育10min，然后转移至冰上。1.5.测定0.5μl小规模反应物中放射性总活度和可被三氯乙酸（TCA）沉淀的放射性活度。此外，用合适的DNA分子质量参照物通过碱性琼脂糖凝胶电泳对小规模反应产物进行分析是值得的。1.6.按下述方法计算cDNA第一链的合成量•[掺入的活度值(cpm)/总活度值]×66(μg)=合成的cDNA第一链(μg)1.7.尽可能快地进行cDNA合成的下一步骤。2：cDNA第二链的合成•2.1：cDNA第二链的合成将下列试剂直接加入大规模第一链反应混合物中、•10mMol/Lmgcl270ul•2mM/LTris-Hcl(PH7.4)5ul10mCi/ml[α-32P]dCTP（400Ci/mmol）10μl1mol/L(NH4)2SO41.5μlRNaseH(1000单位/ml)1μl大肠杆菌DNA聚合酶I(10000单位/ml)4.5μl温和振荡将上述试剂混合，在微量离心机稍离心，以除去所有气泡。在16℃温育2~4h。2.2.温育结束，将下列试剂加到反应混合物中：β-NAD(50mmol/L)1μl大肠杆菌DNA连接酶(1000~4000单位/ml)1μl室温温育15min。•2.3.温育结束，加入1μl含有4种dNTP的混合物和2μlT4噬菌体DNA聚合酶。反应混合物室温温育15分钟。2.4.取出3μl反应物，按步骤7和8描述的方法测定第二链DNA的质量。2.5.将5μl0.5mol/LEDTA(pH8.0)加入剩余的反应物中，用酚：氯仿和氯仿分别抽提混合物一次。在0.3mol/L(pH5.2)乙酸钠存在下，通过乙醇沉淀回收DNA，将DNA溶解在90μlTE(pH7.6)溶液中。2.6.将下列试剂加到DNA溶液中：10×T4多核苷酸激酶缓冲液10μlT4多核苷酸激酶（3000单位/ml）1μl室温温育15分钟。2.7.测定从上面步骤4取出的3μl反应物中放射性活度，测定1μl第二链合成产物中能被三氯乙酸沉淀的放射性活度。•2.8.用下面公式计算第二链反应中所合成的cDNA量。要考虑到已掺入到DNA第一链种的dNTP的量。[第二链反应中所掺入的活度值(cpm)/总活度值(cpm)]*(66μg-xμg)=cDNA第二链合成量/μgx表示cDNA第一链量。CDNA第二链合成量通常为第一链量的70~80%2.9.用等量酚：氯仿对含有磷酸化cDNA（来自步骤6）的反应物进行抽提。•2.10.SephadexG-50用含有10mmol/LNaCl的TE(pH7.6)溶液进行平衡，然后通过离子柱层析将未掺入的dNTP和cDNA分开。•2.11.加入0.1倍体积的3mol/L乙酸钠（pH5.2）和2倍体积的乙醇，沉淀柱层析洗脱下来的cDNA，将样品置于冰上至少15分钟，然后在微量离心机上以最大速度4℃离心15分钟，回收沉淀DNA。用手提微型监测仪检查，是否所有放射性都沉淀下来。2.12.用70%乙醇洗涤沉淀物，重复离心。2.13.小心吸出所有液体，空气干燥沉淀物。2.14.如果需要用EcoRI甲基化酶对cDNA进行甲基化，可将cDNA溶解于80μlTE(pH7.6)溶液中。另外，如果要将cDNA直接与NotI或SalI接头或寡核苷酸衔接子相连，可将cDNA悬浮在29μlTE(pH7.6)溶液。沉淀的DNA重新溶解后，尽快进行cDNA合成的下一步骤。3：cDNA的甲基化•3.1.在cDNA样品中加入以下试剂：2mol/LTris-HCl(pH8.0)5μl5mol/LNaCl2μl0.5mol/LEDTA(pH8.0)2μl20mmol/LS-腺苷甲硫氨酸1μl加H2O至96μl3.2.取出两小份样品（各2μl）至0.5ml微量离心管中，分别编为1号和2号，置于冰上。3.3.在余下的反应混合液中加入2μlEcoRI甲基化酶（80000单位/ml），保存在0℃直至步骤4完成。3.4.再从大体积的反应液中吸出另外两小分样品（各2μl）至0.5ml微量离心管中，分别编为3号和4号。•3.5.在所有四小份样品（来自步骤2和步骤4）加入100ng质粒DNA或500ng的λ噬菌体DNA。这些未甲基化的DNA在预实验中用作底物以测定甲基化效率。3.6.所有四份小样实验反应和大体积的反应均在37℃温育1h。3.7.于68℃加热15min，用酚：氯仿抽提大体积反应液一次，再用氯仿抽提一次。3.8.在大体积反应液中加入0.1倍体积的3mol/L乙酸钠（pH5.2）和2倍体积的乙醇，混匀后贮存于-20℃直至获得小样反应结果。•3.9.按下述方法分析4个小样对照反应：a.在每一对照反应中分别加入：0.1mol/LMgCl22μl10×EcoRI缓冲液2μl加H2O至20μlb.在2号和4号反应管中分别加入20单位EcoRI。c.四个对照样品于37℃温育1h，通过1%琼脂糖凝胶电泳进行分析。3.10.微量离心机以最大速度离心15min(4℃)以回收沉淀cDNA。弃上清，加入200μl70%乙醇洗涤沉淀，重复离心。3.11.用手提式微型探测器检查是否所有放射性物质均被沉淀。小心吸出乙醇，在空气中晾干沉淀，然后将DNA溶于29μlTE（pH8.0）。3.12.尽可能快地进行cDNA合成的下一阶段。4：接头或衔接子的连接cDNA末端的削平4.1.cDNA样品于68℃加热5min。4.2.将cDNA溶液冷却至37℃并加入下列试剂：5×T4噬菌体DNA聚合酶修复缓冲液10μldNTP溶液，每种5mmol/L5μl加H2O至50μl4.3.加入1~2单位T4噬菌体DNA聚合酶（500单位/ml），37℃温育15min。4.4.加入1μl0.5mol/LEDTA(pH8.0)，以终止反应。•4.5.用酚：氯仿抽提，再通过SephadexG-50离心柱层析，除去未掺入的dNTP。4.6.在柱流出液中加入0.1倍体积的3mol/L乙酸钠（pH5.2）和二倍体积的乙醇，样品于4℃至少放置15min。4.7.在微量离心机上以最大速度离心15min(4℃)，回收沉淀的cDNA。沉淀经空气干燥后溶于13μl的10mmol/LTris-HCl(pH8.0).•接头-衔接子与cDNA的连接•4.8.将下列试剂加入到已削成平末端的DNA中：10×T4噬菌体DNA聚合酶修复缓冲液2μl800~1000ng的磷酸化接头或衔接子2μlT4噬菌体DNA连接酶（105Weiss单位/ml）1μl10mmol/LATP2μl混匀后，在16℃温育8~12h。4.9.从反应液中吸出0.5μl贮存于4℃，其余反应液于68℃加热15min以灭活连接酶。5：SepharoseCL-4B凝胶过滤法分离cDNA•SepharoseCL-4B柱的制备5.1.用带有弯头的皮下注射针头将棉拭的一半推进1ml灭菌吸管端部，用无菌剪刀剪去露在吸管外的棉花并弃去，再用滤过的压缩空气将余下的棉拭子吹至吸管狭窄端。5.2.将一段无菌的聚氯乙烯软管与吸管窄端相连，将吸管宽端浸于含有0.1mol/LNaCl的TE（pH7.6）溶液中。将聚氯乙烯管与相连于真空装置的锥瓶相接。轻缓抽吸，直至吸管内充满缓冲液，用止血钳关闭软管。•5.3.在吸管宽端接一段乙烯泡沫管，让糊状物静置数分钟，放开止血钳，当缓冲液从吸管滴落时，层析柱亦随之形成。如有必要，可加入更多的SepharoseCL-4B，直至填充基质几乎充满吸管为止。5.4.将几倍柱床体积的含0.1mol/L氯化钠的TE(pH7.6)洗涤柱子。洗柱完成后，关闭柱子底部的软管。依据大小分离回收DNA•5.5.用巴斯德吸管吸去柱中SepharoseCL-4B上层的液体，将cDNA加到柱上（体积50μl或更小），放开止血钳，使cDNA进入凝胶。用50μlTE(pH7.6)洗涤盛装cDNA的微量离心管，将洗液亦加于柱上。用含0.1mol/LNaCl的TE(pH7.6)充满泡沫管。5.6.用手提式小型探测器监测cDNA流经柱子的进程。放射性cDNA流到柱长2/3时，开始用微量离心管收集，每管2滴，直至将所有放射性洗脱出柱为止。5.7.用切仑科夫计数器测量每管的放射性活性。5.8.从每一管中取出一小份，以末端标记的已知大小（0.2kb~5kb）的DNA片断作标准参照物，通过1%琼脂凝胶电泳进行分析，将各管余下部分贮存于-20℃，直至获得琼脂糖凝胶电泳的放射自显影片。•5.9.电泳后将凝胶移至一张Whatman3MM滤纸上，盖上一张Saran包装膜，并在凝胶干燥器上干燥。干燥过程前20min至30min于50℃加热凝胶，然后停止加热，在真空状态继续干燥1~2h.5.10.置-70℃加增感屏对干燥的凝胶继续X射线曝光。5.11.在cDNA长度≥500bp的收集管中，加入0.1倍体积的3mol/L乙酸钠（pH5.2）和二倍体积的乙醇。于4℃放置至少15min使cDNA沉淀，用微量离心机于4℃以12000g离心15min，以回收沉淀的cDNA。•5.12.将DNA溶于总体积为20μl的10mmol/LTris-HCl(pH7.6)中。5.13.测定每一小份放射性活度。算出选定的组分中所得到的总放射性活度值。计算可用于λ噬菌体臂相连接的DNA总量。[选定组分的总活度值(cpm)/掺入到第二链的活度值(cpm)]*2xμgcDNA第二链合成量=可用于连接的cDNA6：cDNA与λ噬菌体臂的连接•6.1.按下述方法建立4组连接-包装反应：•连接A(μl)B(μl)C(μl)D(μl)λ噬菌体