DNA改组

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1、DNA改组及其研究进展周思(生工1101班201124340105)摘要：自1994年首次提出至今，DNA改组已经成为定向进化最为有效的方法之一。无论DNA、蛋白质还是生物体的进化，DNA改组都有十分突出的表现。ＤＮＡ改组技术已在新药物等领域取得了广泛的应用，极大地推动了现代生物科学和生物技术的发展。该技术同计算机强大的数据分析系统相结合，将会为后基因组学的发展提供强有力的技术平台。通过对十余年来DNA改组的发展作以简要综述，为日后相关研究的开展提供理论基础。关键词：DNA改组，定向进化，基因家族D

2、NAshufflinganditsresearchprogressZHOUSi(BioengineeringClass201101,201124340105)Abstract:DNAshufflinghasbeenoneofthemosteffectivedirectedevolutionmethodssincereportedin1994.DNAshufflingperformedwellintheevolutionofDNA,proteinandorganism.DNAshufflingproc

3、urebroadapplicationinmanyaspects,especiallyinpharmaceuticalproduction,anddrivethedevelopmentofbiologicalsciencesandbiotechnology.Moreover,takingadvantageoftremendousdataanalysispower,DNAshufflingasapostgenomicstechnologyplatformisbeingincreasinglyrecog

4、nized.DevelopmentofDNAshufflinginrecent10yearswassummarizedforresearch.Keywords:DNAshuffling,directedevolution,DNAfamily1前沿DNA改组是由美国的Sremmer于1994年首先提出，经后人的不断创新和改进，现已发展成为比较完善的技术体系［1-2］。作为一种高通量的突变和筛选技术，不仅可以实现基因序列的点突变，还可以实现其它突变技术不能实现的基因片段插入、缺失、倒转和整合等，而且可以

5、反复改组，实现突变的优势积累效应［3］。现阶段该技术以无以伦比的优越性已发展成为比较普遍的研究核酸和蛋白质体外定向分子进化的一种强有的技术［4-5］。并以强大的生命力，已在基础理论研究、医药研究和工业酶改造等方面取得了令人瞩目的成就。2DNA改组技术的基础研究2.1DNA改组的基本原理DNA改组可分为如下4步：1、以单个基因或一组同源基因为模板,用化学方法[如脱氧核糖核酸酶I酶切或物理方法(如超声破碎法)将基因切割成一定大小的片段；2、由于这些小片段间具有一定同源性，可互为引物，故而可在不加引物的情

6、况下通过PCR法将小片段组装成大片段，完成基因的重聚。当产物序列接近目的基因长度时，再加入合适的引物将大片段相连，得到一个重组基因文库，将此文库导入合适质粒，构建工程菌文库；3、选择合适的筛选方法(如平板筛选法、噬菌体表面展示技术等)，从工程菌文库中筛选出最佳的重组子；4、将得到的重组子基因，与初始的同源基因些小片段间具有一定同源性，混合在一起，作为第二轮DNA改组的模板，重复上述步骤，直至得到所需的突变基因［6］。2.2DNA改组的特点2.2.1DNA改组技术可在短时间内实现蛋白质分子的定向进化蛋

7、白质分子的自然进化需经历一段漫长岁月，往往长达几千年甚至几百万年。DNA改组技术的诞生使这个过程大大缩短，研究人员并不需要了解蛋白质进化过程的细节，只需在体外对基因进行随机诱变，然后从大量突变体中定向筛选出所需性质的突变体，工作效率更高。2.2.2DNA改组技术提高了分子进化的成功率在DNA改组技术诞生前，随机诱变和定向诱变为常用的变异手段。随机诱变是通过易错PCR法对目的基因上的碱基进行随机替换，具有很大盲目性；而定向诱变需先了解目的基因及其所表达蛋白产物的三级结构、蛋白质功能、关键氨基酸所在位置

8、等具体信息，若对此了解甚少，则很难采用该法。DNA改组技术是在易错PCR法基础上发展而来，得到的突变基因可和原型母本基因回交，通过多个循环使有益突变迅速积累，故能显著提高有益突变的产生频率［7］。2.2.3DNA改组对筛选技术的要求较高DNA改组后所构建的突变体库十分庞杂，若要迅速从中获得有益突变体，必须采用合适的、高灵敏度及高通量的筛选方法。例如，对酶的最适pH和最适温度进行改良时，需通过测定酶促反应速度的方式(如荧光法和比色法)进行筛选。3DNA改组技术在现代生物