定点突变及非定点突变技术的新进展

1992年是Zoller和Smith的寡核苷酸诱导的定点突变方法发表十周年[1]。这方法发表后的前几年中,以此方法为基础,改进了的定点突变方法,如雨后春笋相继产生,如Kunkel等人(1985),Calter等人(1985)及Tayler和Eck-stein等人(1985)的改进方法。这些改进方法使突变效率得到了很大的提高[2]。可以说定点突变技术在蛋白质工程研究中发挥了很大的作用。随后非定点突变技术也有了新的改进,如错误参入法,饱和突变技术等在用来寻找具有新的活性蛋白质序列中发挥了作用[3]。现综述一下近几年来定点突变及非定点突变技术的发展情况。     

定点突变技术在DNA缺失改造上的应用

本实验采用寡聚核苷酸指导的定点突变法,缺失了分别存在于YFD42和YFD58中的a-因子信号肽序列与a-hANP基因和a-因子信号肽序列与a-1FN基因间接头区域的27和18个核苷酸。由于被缺失部分恰好含有一个酶切位点,利用这一特点,酶切检查初步筛选出缺失了一个HindⅢ酶切位点的突变子。经DNA序列分析,证实缺失的核苷酸序列和设计完全一致。     

一种改进的快速PCR定点突变技术

在基因工程与蛋白质工程研究中常常用到基因突变技术制备突变体,用于研究基因调控、蛋白质的结构与功能。本项研究在快速PCR定点突变技术的基础上,改进实验方法,简化实验步骤,以适用蛋白质结构改造研究的需要。建立的突变技术仅需一次PCR反应即可完成基因的定点突变,突变效率为79.6%左右。该法对1～3个连续碱基的突变和对间隔4个甚至多达15个碱基的数个密码子突变效果都很好。     

在单个PCR管内快捷完成定点突变

采用大引物方法,利用质粒多克隆位点两侧的普通测序引物作为旁侧引物,在单个PCR管内,经2个步骤共34个循环进行定点突变. 该方法通过优化模板和引物的量达到降低PCR循环次数, 通过加入10个在68℃复性条件下的PCR循环达到增加突变效率而无需胶纯化.本方法达到平均62%的突变效率,而且全长扩增产物的产率很高.     

枯草杆菌蛋白酶E基因多位点定点突变库的构建及其筛选

利用化学合成的15个寡聚核苷酸片段作为诱变引物,同时对枯草杆菌蛋白酶E(Subtilisin E或Apr E)基因进行体外突变,获得了合全部突变位点各种随机组合突变的突变库,通过点杂交法和DNA序列分析肯定了该突变库的可靠性.从突变库中选择一单点突变(Met222Ala)和3点突变(Asn76Asp/Asn109Ser/Ile205Cys)的基因进行克隆、表达和产物的酶学性质研究,发现其抗氧化性和热稳定性分别比野生型的有显著提高,与文献报道的一致.表明了该突变库在枯草杆菌蛋白酶工程研究中的应用价值.     

一种简便快速的单引物PCR定点突变方法

为了解决在一些特殊位点上利用Quick Change方法进行定点突变时会在突变位点处额外插入引物序列导致突变失败的问题,对Quick Change法进行了改良。改良方法为:合成在突变位点处点突变的一对反向互补引物,分别进行单引物PCR扩增,将两种扩增产物混合,变性复性后加入Dpn I进行酶切,酶切产物转化大肠杆菌DH5α,抗性筛选阳性克隆进行测序验证。利用此法成功突变紫穗槐二烯合酶(amorpha-4,11-diene synthase,ADS)基因中多个利用常规方法突变均因引入额外引物而无法成功的特殊位点,证明此方法实践上可行,而且也可以避免插入额外引物序列,这也从侧面证明额外引物插入的原因是双引物同时反应。     

非连续多核苷酸定点突变的方法

以人粒巨噬细胞集落刺激因子（ｈＧＭ-ＣＳＦ）、人α８干扰素（ｈＩＦＮ-α８）和分裂细胞核抗原（ＰＣＮＡ）的ｃＤＮＡ定点突变为例,建立了一种新的大区域非连续多核苷酸同步定点突变的方法。经碱变性后的质粒ＤＮＡ,先用突变引物延伸单链,然后通过ＰＣＲ扩增得到突变双链ＤＮＡ。用该方法成功地改造了ｈＧＭ-ＣＳＦ基因５′端３６个核苷酸中的９个位点、ＩＦＮ-α８基因５′端３９个核苷酸中的９个位点和ＰＣＮＡ基因ＳＤ顺序两侧６个和７个核苷酸。与经典的含Ｕ单链寡核苷酸定点突变方法相比,本方法突变效率高,并省去了对突变克隆杂交筛选的操作     

快捷的定点突变效率近100%的大引物PCR方法

报道了一种新的PCR突变方法,它不需要纯化大引物或设计特别的旁侧引物．利用一个诱变引物和两个测序引物(T_m≤58℃)作为旁侧引物．第一轮PCR产物12.5 μl直接加入到50 μl的第二轮PCR反应体系作为模板和大引物,在开始第二轮PCR反应时,增加在68℃退火温度下进行10个循环的不对称PCR,这一步骤大大提高了通过600 bp或800 bp大引物所导致的突变效率．结果表明,该方法的产物能够达到高保真、97%～98%的突变效率和高产率．     

利用Pyrobest DNA聚合酶一步法进行大片段基因的定点突变

目的:介绍一种简单、快速、高效和经济的进行大片段基因定点突变的方法。方法:小量抽提含有NM23H1-EGFP融合基因的逆转录病毒真核表达质粒pLXSN-NM23H1-EGFP,体外合成突变引物对,利用高保真Pyrobest DNA聚合酶对质粒DNA进行PCR突变反应,然后用DpnⅠ限制性内切酶消化PCR产物以去除模板DNA,取适量消化产物转化大肠杆菌XL1-Blue,随机挑选克隆进行测序筛选、鉴定所需突变株。结果:在NM23H1-EGFP基因中引入了S44A、P96S、H118F、S120G、P96S-S120G等5个替换突变位点及9bp处的插入突变。结论:该方法简单、快速、高效、经济,不须纯化中间产物,不须亚克隆,突变效率几乎为100%,是一种值得推广应用的方法。     

一种简单、快速、高效的基因定点突变方法

小规模抽提含有编码小鼠补体Ⅱ型受体(mCR2)cDNA的质粒,体外合成两对寡核苷酸突变引物,利用PCR反应将突变引入mCR2 cDNA中,即产生P15S和T68Y两种定点突变。然后用DpnI消化PCR产物以去除模板DNA,取适量消化产物转化大肠杆菌XL1-Blue,随机挑选克隆进行测序筛选、鉴定所需突变株。结果表明这一新方法不仅操作简单、快速,而且突变率极高,几乎100％。     

大肠杆菌glgC基因的定点突变及功能分析

摘要: 利用PCR从Escherichia coli JM109基因组中扩增到全长为1 296 bp的glgC基因编码区, 通过PCR重组方法进行点突变, 获得氨基酸突变的3个突变体, 分别是Pro295Ser(Val121Ala, Met151Ile和Val334Asp)、Gly336 Asp单点突变和Pro295Ser/Gly336Asp(Lys109Arg), 其基因分别命名为295⁺³、336和295/ 336⁺¹。将突变和未突变的基因分别克隆到pET32-a, 构建重组质粒pET-glgC、pET-295⁺³、pET-336和pET-295/ 336+1, 在文中分别简称为a、b、c和d。转化大肠杆菌BL21(DE3), 在1 mmol/L IPTG 诱导下表达。SDS- PAGE 电泳分析显示, 在约67 kDa 处有1条明显与预期大小一致的蛋白质, 表明目的基因已得到融合表达。上述转化子的碘染和糖原含量测定结果, 第336位的Gly变成Asp后, 宿主菌的糖原含量提高; Pro295Ser/Gly336Asp(Lys109Arg)的突变导致宿主菌的糖原含量与Gly336Asp突变体相近, 表明在336突变基因的基础上增加Pro295Ser的突变没有进一步加大宿主菌中AGPase酶的反馈抑制效应的降低。已有的结果显示, Pro295Ser可以降低AGPase酶的反馈抑制效应活性, 而实验中295⁺³突变基因转入宿主菌后细胞糖原含量明显降低, 推测这个结果可能是295⁺³中的Val334Asp的突变造成, 而334位的氨基酸可能是AGPase功能域中的一个重要位点。     

青霉素G酰化酶基因Ser177的定点突变

本研究用缺口以链法对肠杆菌青霉素Ｇ酰化酶（ＰＧＡ）基因Ｓｅｒ１７７进行寡核苷酸定点突变。通过ＮＩＰＡＢ（２－硝基－５－苯乙酰胺苯甲酸）试纸法筛选和测序鉴定,获得突变体Ｃｙｓ１７７,Ｇｌｙ１７７,Ａｒｇ１７７和Ａｓｎ１７７。它们的ＰＧＡ活性均已丧失。酶蛋白电泳分析表明突变体蛋白在体内正常表达。推测ＰＧＡ Ｓｅｒ１７７秀可能位于酶底物结合中心,是酶活性所必需,不能被置换。     

单引物PCR法引入定点突变 *

目的:利用单个突变引物,在含人呼吸道合胞病毒F蛋白基因编码序列的pcDNA3.1(+)-F质粒中,通过单次环形PCR在特定序列位置引入定点突变。 方法: 以双链环状的pcDNA3.1(+)-F质粒DNA为模板,设计分别含有三种目的突变N70Q, I431N, Q270T的三条单引物,分别进行单次PCR。用甲基化DNA特异的限制性内切酶Dpn I处理PCR产物后转化大肠杆菌DH5α,进行克隆筛选,酶切鉴定和测序分析。 结果: 酶切鉴定结果和测序结果均符合预期,利用单引物PCR法成功在含人呼吸道合胞病毒F蛋白基因编码序列的pcDNA3.1(+)-F质粒DNA 中引入了单碱基突变、两个间隔碱基突变及相邻三碱基突变三种目的突变。 结论: 单引物PCR法解决了常规定点突变方法中多个PCR反应,程序繁琐及突变效率低等问题,是一种简便、快速、有效的基因工程定点突变新方法。     

利用DREAM设计和同源重组进行一步定点突变

目的：建立基于DREAM设计和同源重组的简便、快速定点突变方法。方法：设计两条包含突变的反向PCR（inverse PCR）引物,使其5'端互补从而产生同源重组,同时使用DREAM设计方案在上述引物中引入限制性内切酶位点以便突变子筛选。用能扩增长片段的高保真耐热 DNA聚合酶扩增全长的质粒DNA,直接转化大肠杆菌。转化到细菌中的全长质粒DNA PCR产物可利用其末端同源序列发生同源重组而环化。利用引入的酶切位点方便地进行突变子的筛选。结果：我们用该方法成功地对长度大于7 kb的质粒进行了定点突变。结论：本定点突变无需任何突变试剂盒和特殊的试剂,只需一步反应即可完成;利用DREAM设计使克隆筛选简便可靠,高保真耐热DNA聚合酶可保证多数突变子克隆不发生意外突变,而该酶扩增长片段的能力使该方法适合于大多数质粒不经亚克隆直接突变。     

人白细胞介素18半胱氨酸的定点突变及其对活性的影响

为研究IL 18结构与功能的关系 ,用重叠延伸PCR定点突变技术构建人白细胞介素 18(hIL 18) 4个半胱氨酸的突变体hIL 18C74 S、C10 4 S、C112 S和C163 S。将突变体的cDNA与原核细胞表达载体pJW2重组并转化大肠杆菌JM10 1。经热诱导后 ,4个突变体在大肠杆菌中均得到了高效表达。表达的蛋白质主要以包涵体的形式存在。包涵体经超声破碎 ,2mol/L尿素洗涤 ,8mol/L尿素溶解 ,SephadexG 10 0柱纯化后 ,纯度可达 90 %以上。以诱导人外周血单个核细胞 (PBMC)产生IFN γ的能力为指标检测复性突变体的活性。结果显示除C10 4 S外 ,其他 3个突变体的生物活性均低于野生型hIL 18,C74 S、C112 S和C163 S的活性分别是野生型hIL 18活性的 5 %、5 8%和11%。证明Cys74 、Cys163 为hIL 18诱导产生IFN γ的功能所必需     

Primer Spanner:一个高效的定点突变PCR引物设计在线工具

基于PCR的实验策略在生物工程研究中具有广泛应用,如定点突变(site-directed mutagenesis,SDM),DNA拼接和载体构建。引物设计是这类实验技术中的关键一环,因其直接影响扩增效率和PCR产物的拼合。在嵌合式引物设计方法(一对突变引物在5'端具有互补序列)的基础上,开发了一个在线工具Primer Spanner(PS),可简单高效获得设计定点突变引物。PS可应用于单碱基或连续多碱基替换、插入、敲除等突变形式。通过大量突变实验与测序验证,结果表明该工具设计的引物进行的定点突变效果良好1)。     

地高辛标记探针检测重组定点突变巴曲酶蛋白宿主DNA残留量的研究

目的 建立检测重组定点突变巴曲酶原液中外源性DNA残留量的方法.方法 从重组定点突变巴曲酶酵母工程菌提取基因组DNA作为模板,制备地高辛标记探针.此探针与样品进行点样杂交,并进行显色反应.结果 3批重组定点突变巴曲酶原液中,每人份剂量的宿主DNA残留量均＜10 ng.结论 该方法检测灵敏度较好,特异性较强,可用于重组定点突变巴曲酶的检测.     

藻胆体核亚基ApcD定点突变及体内重组功能研究

在对Anabaena sp.PCC7120藻胆体核亚基ApcD结合色素PCB的体内重组中,发现色素蛋白在提纯前后最大吸收峰和荧光峰发生了红移,从提纯前的605nm及633nm变为提纯后的650nm及665nm.为了研究该现象的原因,构建了ApcD的8个突变体,重组结果显示:突变体ApcD(Y88I)色素蛋白在提纯后的吸收光谱和荧光光谱较提纯前均多出一个峰,分别为668nm,690nm;ApcD(W59Q)、ApcD(Y73A)、ApcD(W87E)色素蛋白在提纯前后的吸收光谱和荧光光谱一致;ApcD(M126S)、ApcD(Y116S)、ApcD(M160T)色素蛋白在提纯前后的吸收光谱一致,而提纯后的荧光峰位置较提纯前分别红移了5nm、7nm和10nm;ApcD(M115I)色素蛋白在提纯前后的吸收光谱和荧光光谱均发生了红移,从提纯前的605nm和633nm变为提纯后的638nm和655nm.这些色素蛋白在酸性尿素溶液变性条件下的最大吸收峰始终在662nm,表明辅基色素仍然是藻蓝胆素;在对PCB-ApcD、PCB-ApcD(Y116S)及PCB-ApcD(M160T)的圆二色谱分析发现,该两个氨基酸的突变均...     

寡聚核苷酸诱导突变法改造φ×174噬菌体A基因蛋白的DNA识别序列

 为了进一步研究φX174噬菌体A基因蛋白的复制功能与其所识别的30核苷酸保守序列的关系,我们采用寡聚核苷酸诱导的定点突变法成功地改造了这30核苷酸保守序列。将此保守序列重组到M_(13)mp9噬菌体后,以其单链为模板,在14或16寡聚核苷酸的诱导下,合成共价闭环DNA。经转化到E.coli JM103菌株,用点印迹(Dot blot)杂交法筛选,得到两种重组突变株。一种突变株其30核苷酸保守序列正链的第22碱基由A改为G。另一突变株为其第10碱基A改为C,第11碱基T改为A。突变效率约为5％。制备了此突变株单链及双链DNA,分别做了双脱氧末端终止法及Maxam和Gilbert法序列分析鉴定。     

利用人工锌指蛋白核酸酶进行植物基因定点突变和置换

基因定点突变技术在基因组原位改变基因特定序列,避免常规转基因过程中位置效应和插入失活。定点突变生物体不含转基因或标记基因,降低风险性。高等植物基因定点突变研究初见端倪,将可能为基因原位功能研究、作物遗传改良和分子设计提供有效策略。利用锌指蛋白核酸酶（Zinc Finger Nucleases, ZFN）引入DNA定点断裂（Double-Strand Breaks, DSBs）可以高效介导基因定点突变,使得ZFN在基因定点突变中倍受关注。文章综述了植物基因定点突变的一般策略,重点介绍了锌指蛋白的结构、原理、应用,特别是ZFN介导的植物基因定点突变与置换研究进展,并对ZFN介导的植物基因定点突变与置换应用前景进行了讨论。