在基因操作中，载体的选择至关重要，因为它直接影响到基因的表达效率、稳定性、目标细胞的转染或转化效率以及实验结果的可靠性。载体通常是用来携带目标基因并在宿主细胞中进行表达的DNA分子。基因操作中应该如何选用载体呢？

 

一、 目标应用的确定

 

1、基因表达

 

如果目的是表达某个基因产物，需要选择表达载体。这类载体含有启动子、终止子、翻译起始序列等，能够驱动外源基因在宿主细胞中进行高效表达。

 

 

2、基因敲除或敲入

 

如要实现基因敲除（knockout）或敲入（knock-in），应选择相应的载体，如CRISPR/Cas9系统载体或同源重组载体。

 

3、基因组编辑

 

用于基因组编辑的载体（如CRISPR、TALEN或ZFN）需要特定的导向RNA（sgRNA）或编码这些核酸酶的基因。

 

4、报告基因实验

 

如果目的是监测特定基因的表达或调控机制，报告基因载体（如绿色荧光蛋白GFP载体）是合适的选择。

 

二、考虑载体的类型

 

1、质粒载体

 

质粒是一种常见的小型环状 DNA 分子，具有独立复制的能力。它们相对容易操作和制备，适用于较小基因片段的克隆和表达。例如，pUC 系列质粒常用于基因克隆和测序。

 

优点：操作简单、成本低；缺点：承载能力有限，一般不超过 10kb。

 

 

2、病毒载体

 

病毒载体能够高效地将外源基因导入宿主细胞，并且可以实现长期稳定的表达。常见的病毒载体包括腺病毒、逆转录病毒和慢病毒等。

 

1）腺病毒载体能够感染多种类型的细胞，但它的基因表达通常是短暂的。例如，在基因治疗中用于短期表达治疗性基因。

 

2）逆转录病毒载体可以整合到宿主细胞的基因组中，实现长期稳定的表达，但它只能感染分裂活跃的细胞。

 

3）慢病毒载体具有更广泛的宿主细胞感染范围，包括非分裂细胞，并且整合到基因组中的风险相对较低。

 

3、噬菌体载体

 

噬菌体如 λ 噬菌体常用于构建基因文库。它们可以容纳较大的外源 DNA 片段。

 

三、根据目的基因的大小选择载体

 

如果目的基因较小（通常小于 10kb），质粒载体可能是一个不错的选择。然而，对于较大的基因片段（超过 10kb），则需要考虑噬菌体载体或病毒载体。例如，在构建人类基因组文库时，由于人类基因组非常庞大，通常会选择 λ 噬菌体或 cosmid 等能容纳较大 DNA 片段的载体。

 

四、考虑宿主细胞的类型

 

不同的载体对宿主细胞有不同的偏好。例如：

 

1）大肠杆菌：常用的原核宿主，适合质粒扩增和重组蛋白的初步表达。载体通常含有高效的启动子如T7或lac。

 

2）酵母：适用于真核表达系统，载体通常包含GAL1启动子或α-因子信号序列，适合进行糖基化修饰的蛋白表达。

 

3）昆虫细胞：利用杆状病毒载体系统表达复杂的真核蛋白。

 

4）哺乳动物细胞：适用于表达高等真核蛋白质，载体通常含有强启动子如CMV、EF1α或SV40。

 

五、表达调控元件

 

1、启动子

 

选择具有合适强度和细胞特异性的启动子对于目的基因的有效表达至关重要。例如，在肌肉细胞中表达基因，可以选择肌肉特异性启动子。

 

强启动子如 CMV 启动子常用于需要高水平基因表达的情况，而弱启动子则适用于需要精细调控基因表达的研究。

 

2、增强子和沉默子

 

增强子可以提高基因的表达水平，而沉默子则可以抑制基因表达。根据实验需求，选择含有适当增强子和沉默子的载体。

 

3、终止子

 

有效的终止子有助于确保转录的正确终止，避免产生不必要的转录本。

 

六、筛选标记

 

载体通常携带筛选标记，以便于筛选出成功转化的细胞。常见的筛选标记包括抗生素抗性基因（如氨苄青霉素抗性基因、卡那霉素抗性基因）和荧光蛋白基因（如绿色荧光蛋白 GFP）等。在选择载体时，需要根据实验条件和后续的筛选方法选择合适的筛选标记。

 

载体的选择应基于实验的具体需求、宿主系统、目标基因特性以及后续的应用。合适的载体不仅可以提高基因操作的效率，还能确保实验结果的可靠性和重复性。详细考虑每个元素的选择和载体的功能，可以有效地推动基因操作实验的成功。

 

来源：实验老司机

关键词： 基因操作