（1）DNA芯片可以通过杂交来检测样品中的核酸，也可以 利用双链DNA与蛋白质的相互作用来检测蛋白质。
（2）蛋白质芯片利用蛋白质间的相互作用如抗原-抗体反 应或受体-配体之间的特异作用来进行检测。
（3）其它生物芯片有样品制备芯片、核酸扩增芯片、毛 细管电泳芯片等，即在芯片上分别进行样品的分离、扩增、 生化反应等过程。
酵母双杂交体系在细胞周期调节、信号传导、 肿瘤基因表达等诸多的研究领域，都有着广泛的应 用。
➢ 转录因子的两个主要结构域
a. DNA结合域(DNA binding domain, BD)，它可识别 效应基因上游的一段特定的区段，即上游激活序列 (up-stream activating sequence, UAS)，并与之 结合。
进而激活其下游报告基因（如lacZ）的表达。若X与Y不发生
相互作用，则报告基因不表达。即，通过检测报告基因是否 表达，就可分析蛋白X与Y二者之间是否发生了相互作用。
4 基因芯片
➢ 生物芯片的概念及其种类和作用
生物芯片（biochip）是指通过微电子、微加工技术在芯 片表面构建的微型生物化学分析系统，以实现对细胞、DNA、 蛋白质及其它生物组分的快速、敏感、高效的处理。生物芯 片可以分为DNA芯片、蛋白质芯片和其它芯片三类。其中前两 者属于检测种有功能的GAL4转录因子。
2）这种有功能活性的GAL4转录因子能识别GAL4效应基因上游
的激活序列(GAL4 UAS)，从而启动下游报告基因(lacZ或 his3)的表达。 3）若报告基因是lacZ, 则可通过显色反应筛选阳性克隆。
为猎物蛋白质(prey protein)
（2）酵母双杂交体系的寄主菌株
将酿酒酵母基因组中的GAL4的编码基因剔除掉，发展成 酵母双杂交体系转化系统的寄主菌株。例如SFY526和HF7c 等。
SFY526菌株：
(a) 丧失了表达内源GAL4转录因子的能力。
(b) 具有lacZ报告基因。 (c) trp1和leu2转化标记，在无Trp和Leu的培养基中不生长。
当某个DNA片段与细胞提取物混合之后，若它在 凝胶电泳中的移动距离变小了，就说明它可能已与 提取物中的某种特殊蛋白质分子相结合了。
*
*
放射性标记的DNA
*
凝胶电泳
* B* * ** *
B
A
C
细胞蛋白质提取物
* 蛋白质与DNA结合
DNA-蛋白质结合物 电泳迁移缓慢
放射自显影
滞后带表明DNA与蛋 白质结合
➢ 检测原理和步骤举例
(1)制作芯片：将核苷酸序列探针，固定于芯片 上，芯片上可固定成千上万个探针。
（2）从被测对象的细胞中提取DNA，用酶切成较 小的片段，并对DNA作荧光标记，并熔解成单链。
（3）将样品滴加到芯片上并与芯片上的探针杂交， 凡是与探针互补的酶切片段会固定于特定位置上， 不能互补的片段会被洗脱掉。
b. 转录激活域(Transcriptional activation domain, AD)，它通过与转录机器(transcription machinery)中其它成分的结合作用，以启动UAS下 游基因进行转录。
➢ 酵母半乳糖苷酶基因的转录因子-GAL4
研究发现，真核生物的转录因子大多是由两个结构上分开、 功能上独立的结构域组成的。
第六章
分子生物学研究方法(下)
本章主要内容
基因表达研究技术 蛋白质组学及研究技术
1 基因改造技术
（1）体外改造
1）缺失：DNA→限制酶酶切→外切酶Bal 31酶切
→连接酶。 2）点突变：DNA→变性→与突变的引物杂交→聚
合反应，连接反应。
➢ 定点突变（site-directed mutagenesis） 是指通过
若蛋白质提取物中不存在与DNA结合的特异蛋白 质，经DNaseI消化之后便会产生出距放射性标记末端 1个、2个、3个核苷酸等一系列长度仅相差一个核苷 酸的连续的DNA片段梯度群体。若有一种蛋白质已经 结合到DNA分子的某一特定区段上，那么，它将保护 这一区段的DNA免受DNaseI的消化作用，因而也就不 能产生出相应长度的切割条带。在电泳凝胶的放射自 显影图片上，相应于蛋白质结合的部位是没有放射标 记条带的空白区域，人们形象地称之为“足迹”。
➢ 基因芯片
DNA芯片技术是指在固相支持物上原位合成（in situ synthesis）寡核苷酸探针，或者直接将大量的DNA探针以 显微打印的方式有序的固化于支持物表面，然后与标记的 样品杂交，通过对杂交信号的检测分析即可得出样品的遗 传信息（基因序列及表达的信息）。由于常用计算机硅芯 片作为固相支持物，所以称为DNA芯片。DNA芯片又称为基 因芯片（gene chips）、DNA微阵列（DNA microarray）、 cDNA芯片（cDNA chips）、寡核苷酸阵列 （oligonucleotide array）等。
PCR等方法向目的DNA片段中引入点突变，使已克隆基因或 DNA片段中的任何一个特定碱基发生取代、插入或缺失等。 定点突变能迅速和高效地改变DNA所表达的目的蛋白的性状， 是基因工程和蛋白质工程的重要研究手段。
基因的体外改造
（2）体内改造
➢ 基因敲除：是一种基因打靶技术。主要是 应用DNA同源重组原理，用设计的同源片段替 代靶基因片段；也可通过插入突变,使靶基因 失活。
HF7c菌株： (a) 丧失了表达内源GAL4转录因子的能力。
(b) 具有His3和LacZ报告基因。 (c) trp1和leu2转化标记，在无Trp和Leu的培养基中不生长。
（3）共转化
从大肠杆菌细胞中分别提取杂种质粒I和杂种质粒Ⅱ，并 共转化酵母菌株(例如)HF7c。
涂布在选择培养基(缺少His、Leu和Trp三种氨基酸)上，以 便筛选那些表达相互作用的杂种蛋白质的菌落。
在酵母GAL4的N端1-147位氨基酸区有一个DNA结合域(DNABD)；在GAL4的C端768-881位氨基酸区有一个转录激活域(AD)。 一般情况下，BD能与GAL4效应基因启动子上游的特定DNA区段
（UAS）相结合，AD则推动了转录起始。
按照所用转录因子的异同，可将酵母双杂交体系分 为LexA和GAL4两个类型，在此以GAL4类型为例。
凝胶阻滞实验的基本原理图 放射性标记的DNA由于与一种细胞蛋白质结合，于是在凝胶 电泳中移动速度变慢，在放射自显影中呈现滞后的条带
2.2 DNaseI足迹试验（DNA foot-printing assay）
将待检测的双链DNA分子用32P作末端标记，并用限制性内 切酶去掉其中的一个末端，得到只有一条链单个末端标记的 双链DNA分子，与细胞蛋白质提取物混合。待二者结合之后， 再加入少量的DNaseI（它可沿着靶DNA作随机单链切割）消化 DNA分子，并控制酶的用量使之达到平均每条DNA单链只发生 一次磷酸二酯键断裂。
➢ siRNA（small interfering RNAs）是一种由 Dicer酶切dsRNA而来的短片断双链RNA分子(21-23bp)， 参与RAN干扰过程。
➢ Dicer：是一种RNaseIII,能特异识别和逐步切割 外源双链RNA，将RNA降解为21-23bp的双链RNAs (siRNAs)。
若将BD和AD这两个结构域的编码区分别克隆到两个载体 中,再把它们转入同一寄主细胞中进行表达，由此产生的GAL4 DNA-BD和GAL4 AD多肽，由于彼此之间不直接发生相互作用， 所以不能激活其相关的效应基因进行转录。
若将上述分开的两种结构域在体内重新组装成具有功能 活性的转录因子，则能激活下游报告基因进行表达。
（4）对芯片上的荧光作扫描和分析。
DNA微阵列技术示意图
微阵列杂交图
5 RNAi(RNA interference)技术
（1）相关概念
➢ RNAi (RNA interference，RNAi): 是正常生物 体内抑制特定基因表达的一种现象。当向细胞中 导入与内源性mRNA编码区同源的dsRNA时，该mRNA 发生降解而导致基因表达沉默。 RNAi具有特异性 和高效性。此现象发生在转录后水平，又称为转 录后基因表达沉默。 RNAi是真核生物中存在的一种抗病毒入侵、 抑制转座子活动、调控基因表达的监控机制，具 有重大生物学意义。
➢ 总结：酵母双杂交系统是一项研究蛋白质之间相互作用
的实验技术。其系统组成及原理如下：GAL4蛋白是酵母的转 录激活因子，具有DNA结合结构域（DNA binding domain， BD；位于氨基端1～147氨基酸）和转录激活结构域 （transcriptional activating domain，AD；位于羧基端 768～881氨基酸）。为了研究已知蛋白X与未知蛋白Y之间是 否能够相互作用，则将GAL4的BD编码区cDNA与蛋白X的cDNA 按正确的ORF阅读框连接在一起，构建一重组质粒；同理， 将GAL4的AD的cDNA与蛋白Y的cDNA连接在一起，构建另一重 组质粒。将两种质粒共转化工程酵母菌（其编码GAL4的基因 已缺损），则二者分别表达融合蛋白“BD-X”（“诱饵”， bait）和“AD-Y”）（“猎物”或靶蛋白，prey or target protein)。若蛋白X和Y二者之间在酵母细胞核内能够发生相 互作用，则相当于将原来已拆开的BD和AD又连在了一起， GAL4的活性被恢复，识别并结合于特异的DNA调控元件上，
➢ 酵母双杂交体系的构建过程
（1）构建两种E.coli-Yeast穿梭质粒载体
1）第一种质粒载体pGBT9，这种质粒载体又叫做诱饵质粒
载体或DNA-BD质粒载体(具trp基因) 。
把已知的 靶蛋白质编码 基因克隆到 pGBT9的多克隆 位点上。
通常将此种与BD融合的蛋白质叫做诱饵蛋白质(Bait protein)
1）同源重组
2）非同源重组
2 DNA与蛋白质相互作用研究
2.1 凝胶阻滞试验（gel retardation assay）