本文介绍了一种逐步操作方案,演示如何将模块化克隆(MoClo)技术应用于多顺反子操纵子的克隆。
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本文介绍了一种逐步操作方案,演示如何将模块化克隆(MoClo)技术应用于多顺反子操纵子的克隆。
模块化克隆(MoClo)工具包能够实现多基因结构的快速组装。该技术基于Golden Gate克隆方法,利用IIS型限制性内切酶,这类酶在其识别位点之外进行切割。由于识别序列与切割序列相互分离,因此可人为设计由IIS型限制性内切酶产生的黏性末端,且克隆策略通常可防止正确连接的DNA片段被再次切割,从而实现在单个反应中高效组装多个DNA片段。在MoClo系统中,启动子、核糖体结合位点、编码序列和终止子等独立的功能性DNA元件,以及更高层级的组装单元,均被分配标准化的黏性末端,从而可构建可重复使用的元件文库。目前大多数用于细菌的MoClo工具包主要用于单顺反子转录单元的克隆,缺乏针对多顺反子操纵子系统化组装的有效方案。本实验方案展示了利用In- & Out-Cloning工具包组装多顺反子转录单元的方法,该策略同样可适用于其他MoClo工具包。
分子克隆,即将重组DNA导入质粒等复制子中,是分子生物学的一项基础技术。近几十年来,DNA的构建与组装方法日益精密。如今,研究人员已能够利用合成的DNA构建完整的合成染色体,甚至合成基因组。1传统的分子克隆通常依赖于 特设的 克隆策略,且对于大型多基因构建体而言,可能耗时且成本高昂2近年来,Golden Gate(GG)克隆及其衍生的层级化模块化克隆(MoClo)工具包2,3 已成为实现高效、低成本DNA组装的流行解决方案。
IIS型限制性内切酶是一类识别定向(非回文)序列并在识别序列外进行切割的内切核酸酶4。因此,由切割产生的黏性末端序列不依赖于识别位点,而是可以人为设计选择4。此外,可将功能性的DNA片段(此处称为“元件”)设计为在切割后从待连接元件的末端去除识别位点2。Golden Gate(GG)克隆策略利用这一特性,实现了一步反应中高效地多片段DNA组装5。MoClo工具包基于GG克隆技术,旨在提供一种模块化且具有层级结构的多基因构建体组装方法。用于....
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注意:本实验方案通过三个层级描述了多顺反子操纵子的设计与组装方法 体内克隆 标准(0、1 和 M)。此处组装的多顺反子操纵子以启动子开始,随后是核糖体结合位点(RBS)、编码序列(CDS)、第二个 RBS、第二个 CDS,最后是终止子图 S1强烈建议使用分子克隆软件模拟克隆过程 计算机模拟,以确保设计的克隆策略正确。本文描述了将启动子组装为 Level 0 模块、将核糖体结合位点(RBS)与编码序列及终止子组装成 Level 1 转录单元,以及将双顺反子操纵子组装为 Level M 的示例,整个组装过程的示意图如下所示 图 S1.
1. 0级:元件的驯化
注意:术语 "驯化" 用于表示一个分子元件已被整合到 MoClo 元件文库中,从而可在 MoClo 试剂盒的各个层级中进行组装。通常,通过同义编码等方法,将待驯化元件中存在于试剂盒内的所有 IIS 型限制性内切酶识别位点予以去除。
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此处展示了从 Level 0 到 Level M 自下而上组装一个多顺反子操纵子的结果(图 S1)。该操纵子以启动子 PLuxB 起始,在诱导物 N-(β-酮辛酰基)-L-高丝氨酸内酯(OC6)存在的情况下,可被蛋白 LuxR 激活17。操纵子的第一个编码序列(CDS)为绿色荧光蛋白(GFP),其核糖体结合位点(RBS)为 iGEM BBa_B0064。GFP 后接一个非终止型连接序列,即“终止子桥”。第二个 RBS 由 RBS 计算器设计18,第二个编码序列为 mTurquoise。最后,操纵子以终止子 L3S2P21 结束19。
终结者装置的驯化
为了组装设计的多顺反子操纵子,所有分子元件都需要在相应的受体质粒中进行驯化。通过退火两条寡核苷酸(见 表 S2)。寡核苷酸设计时包含4个核苷酸的突出端,以便插入p.......
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分子克隆可能耗时且繁琐,尤其是采用临时设计的克隆策略时。MoClo 工具包通过其模块化设计、分级组装以及高效的一锅法反应,可显著提升分子克隆效率。该方法依赖于Golden Gate连接反应实现DNA组装。由于采用标准化的黏性末端,分子元件文库可被重复使用并共享给其他研究者3,6。元件的可重用性使得构建混合或阵列化的多基因组合文库成为可能。例如,这有助于优化异源表达通路,以确定理想的启动子强度或酶的种类。该方法的标准化特性使其易于实现自动化,从而支持DNA的高通量组装。此外,In- & Out-Cloning MoClo 工具包中的Out-Cloning方案支持高效构建含有不同复制起点和筛选标记的受体质粒,使研究人员能够组装适用于其目标生物的质粒7。
此处使用了In- & Out-Cloning MoClo工具箱。
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作者无任何利益冲突需要披露。
TAL、STdV 和 DS 在 MaxGENESYS 项目框架内得到了马普学会的支持。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 氨苄青霉素 | Merck Life Science | A9518 | |
| 细菌琼脂 | Fisher Scientific | P0011B | |
| BbsI-HF | New England Biolabs | R3539 | |
| BsaI-HF V2 | New England Biolabs | R3733 | |
| E. coli DH5α 感受态细胞 | |||
| Eppendorf Mastercycler Nexus 热循环仪 | Eppendorf | 6333000014 | |
| EzDrop 1000 微量分光光度计 | Blue-Ray Biotech | BRED-1000 | |
| GeneJET 质粒小提试剂盒 | Thermo Scientific | K0503 | |
| In- & Out- Cloning Toolkit | |||
| 连接酶缓冲液 | New England Biolabs | B0216 | |
| NaCl | Fisher Scientific | BP358 | |
| New Brunswick Innova® 42/42R - 可堆叠培养摇床 | Eppendorf | M1335-0080 | |
| PhenoBooth+ | Singer Instruments | PHB-007 | |
| SapI | New England Biolabs | R0569 | |
| 壮观霉素 | Merck Life Science | S4014 | |
| 标准实验耗材 | |||
| T4 DNA 连接酶 | New England Biolabs | M0202 | |
| Thermomix MM | B. Braun Biotech International | ||
| 胰蛋白胨 | Fisher Scientific | LP0042B | |
| 酵母提取物 | Fisher Scientific | LP0021B |
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