基因点突变
基因点突变指的是DNA序列中单个碱基的改变。这种突变可以是碱基对的替换(如将A替换为G),插入,或缺失。点突变是最常见的基因突变形式,可以自然发生,也可以通过外部诱变因素(如辐射、化学物质)引起。
特点:
变化细微:仅涉及一个或少数碱基的改变,不会大规模改变基因的长度或结构。
多样性:可以发生在基因的任何部分,包括编码区、调控区或非编码区。
影响程度可变:取决于突变发生的位置和类型,可能导致无影响、错义突变(氨基酸变化)、无义突变(形成终止密码子)或移码突变(引起阅读框变化)。
疾病关联:许多遗传性疾病,如镰状细胞贫血和囊性纤维化,都是由基因点突变引起的。
慢病毒包装
慢病毒包装是一种利用慢病毒(如HIV-1)的病毒颗粒将外源基因引入宿主细胞的技术。慢病毒包装系统通常分为包装质粒和载体质粒,前者提供包装所需的病毒结构蛋白,后者则携带目的基因。
特点:
高效转染:适合转染难以感染的细胞类型,如神经元、干细胞和原代细胞。
稳定表达:慢病毒能整合到宿主基因组中,实现外源基因的稳定表达。
携带大插入片段:能够包装较大基因插入物(通常达到8-10 kb)。
生物安全性:第三代慢病毒包装系统大大降低了复制型病毒生成的风险,提高了实验安全性。
细胞干扰
细胞干扰(RNA干扰,RNAi)是一种通过小干扰RNA(siRNA)或短发夹RNA(shRNA)来特异性沉默基因表达的技术。这些RNA分子会与目标mRNA配对并导致其降解,从而抑制相应蛋白质的表达。
特点:
高特异性:siRNA或shRNA序列能够特异性地与目标mRNA结合,导致精确的基因沉默。
可逆性:RNAi通常不会引起基因组的永久改变,基因沉默是暂时的,可以恢复。
应用广泛:广泛用于基因功能研究、疾病模型构建和潜在治疗手段的开发。
操作简单:通过转染合成的siRNA或表达shRNA的质粒,可轻松实现目标基因的沉默。
细胞基因敲除
细胞基因敲除是指通过CRISPR/Cas9、TALEN或ZFN等基因编辑工具,将特定基因从细胞基因组中删除或使其失活。这种技术用于研究基因功能和疾病模型的建立。
特点:
永久性改变:基因敲除导致基因功能的永久丧失,因此适合于长时间的生物学研究。
高效性:新兴的CRISPR/Cas9技术提供了高效且特异的基因敲除手段。
精准性:通过设计特定的导向RNA(gRNA)序列,可以实现对目标基因的精确敲除。
应用广泛:广泛应用于基础研究、遗传疾病研究、药物开发和农业改良。
细胞基因敲入
细胞基因敲入是指将外源基因精确插入到细胞基因组的特定位点,以实现基因修复或新基因的表达。常用的基因敲入技术包括同源重组和CRISPR/Cas9介导的基因编辑。
特点:
精准整合:通过同源臂的设计,外源基因可以精确整合到特定基因组位点,避免随机整合带来的风险。
功能研究:用于研究基因的表达调控、基因功能分析及疾病模型的创建。
基因治疗潜力:基因敲入技术为遗传性疾病的基因修复和替代提供了可能性。
灵活性:可用于插入报告基因、标记序列或特定调控元件。
细胞稳转
细胞稳转(稳定转染)是指将外源基因整合到宿主细胞基因组中,确保基因在细胞分裂过程中稳定传递给子代细胞。常用的方法包括慢病毒载体和抗生素筛选。
特点:
长期表达:通过基因组整合,外源基因能够在多个细胞代次中稳定表达。
筛选:使用抗生素筛选系统,可有效筛选出稳定表达外源基因的细胞株。
一致性:稳转细胞株提供一致的基因表达水平,适合长期实验研究。
应用广泛:广泛用于功能研究、药物筛选和生产重组蛋白等应用。
载体构建
载体构建是指通过分子生物学技术,将目的基因插入到适当的载体(如质粒、病毒载体)中,以便于基因的表达、转染或转导。载体通常包括启动子、终止子、选择标记和多克隆位点(MCS)。
特点:
多功能性:载体可以携带不同的功能元件,如增强子、报告基因和筛选标记,以实现不同的研究需求。
易于操作:分子克隆技术(如限制性酶切、PCR扩增、连接反应)使载体构建过程相对简单。
表达控制:载体可以设计成不同的表达系统,如强启动子驱动的高效表达或诱导启动子控制的受控表达。
定制化:可根据实验需要,定制设计载体的各个组成部分,以优化目的基因的表达水平和功能。