第一节 概 述 在自然条件下,很多质粒都可通过细菌接合作用转移到新的宿主内,但在人工构建的质粒 载体中,一般缺乏此种转移所必需的 mob 基因,因此不能自行完成从一个细胞到另一个细胞 的接合转移。如需将质粒载体转移进受体细菌，需诱导受体细菌产生一种短暂的感受态以 摄取外源 DNA。转化(Transformation)是将外源 DNA 分子引入受体细胞,使之获得新的遗传性状的一种 手段,它是微生物遗传、分子遗传、基因工程等研究领域的基本实验技术。 转化过程所用的受体细胞一般是限制修饰系统缺陷的变异株，即不含限制性内切酶和 甲基化酶的突变体(R,M),它可以容忍外源 DNA 分子进入体内并稳定地遗传给后代。受 体细胞经过一些特殊方法(如电击法,CaCl2 ,RbCl(KCl)等化学试剂法)的处理后,细胞膜的通 透性发生了暂时性的改变,成为能允许外源 DNA 分子进入的感受态细胞(Compenent cells)。 进入受体细胞的 DNA 分子通过复制,表达实现遗传信息的转移,使受体细胞出现新的遗传性 状。将经过转化后的细胞在筛选培养基中培养，即可筛选出转化子(Transformant,即带有异 源 DNA 分子的受体细胞)。目前常用的感受态细胞制备方法有 CaCl2 和 RbCl(KCl)法， RbCl(KCl)法制备的感受态细胞转化效率较高,但 CaCl2 法简便易行,且其转化效率完全可以 满足一般实验的要求,制备出的感受态细胞暂时不用时,可加入占总体积 15的无菌甘油于-70保存(半年),因此 CaCl2 法为使用更广泛。为了提高转化效率, 实验中要考虑以下几个重要因素： 1. 细胞生长状态和密度: 不要用经过多次转接或储于的培养菌，最好从70或-20甘油保存的菌种中直接转接用于制备感受态细胞的菌液。细胞生长密度以刚进入对数 生长期时为好，可通过监测培养液的 OD600 来控制。DH5 菌株的 OD600 为 0.5 时,细 胞密度在 5107 个/ml 左右(不同的菌株情况有所不同),这时比较合适。密度过高或不足均 会影响转化效率。2. 质粒的质量和浓度: 用于转化的质粒 DNA 应主要是超螺旋态 DNA(cccDNA)。转化 效率与外源 DNA 的浓度在一定范围内成正比,但当加入的外源 DNA 的量过多或体积过大 时,转化效率就会降低。1ng 的 cccDNA 即可使 50l 的感受态细胞达到饱和。一般情况下, DNA 溶液的体积不应超过感受态细胞体积的 5。 3. 试剂的质量: 所用的试剂,如 CaCl2 等均需是最高纯度的(GR.或 AR.),并用超纯水配 制,最好分装保存于干燥的冷暗处。 4. 防止杂菌和杂 DNA 的污染：整个操作过程均应在无菌条件下进行, 所用器皿, 如离 心管, tip 头等最好是新的,并经高压灭菌处理,所有的试剂都要灭菌,且注意防止被其它试剂、 DNA 酶或杂 DNA 所污染, 否则均会影响转化效率或杂 DNA 的转入, 为以后的筛选、鉴定 带来不必要的麻烦。 本实验以 E.coli DH5a 菌株为受体细胞,并用 CaCl2 处理,使其处于感受态,然后与 pBS 质 粒共保温,实现转化。由于 pBS 质粒带有氨苄青霉素抗性基因(Ampr )，可通过 Amp 抗性来筛选转化子。如受体细胞没有转入 pBS，则在含 Amp 的培养基上不能生长。能在 Amp 培 养基上生长的受体细胞（转化子）肯定已导入了 pBS。转化子扩增后，可将转化的质粒提 取出，进行电泳、酶切等进一步鉴定。本实验以 E.coli DH5a 菌株为受体细胞,并用 CaCl2 处理,使其处于感受态,然后与 pBS 质 粒共保温,实现转化。由于 pBS 质粒带有氨苄青霉素抗性基因(Ampr )，可通过 Amp 抗性来 筛选转化子。如受体细胞没有转入 pBS，则在含 Amp 的培养基上不能生长。能在 Amp 培 养基上生长的受体细胞（转化子）肯定已导入了 pBS。转化子扩增后，可将转化的质粒提 取出，进行电泳、酶切等进一步鉴定。 第二节 材料、设备及试剂 一. 材料E. coli DH5 菌株: R,M,Amp；pBS 质粒 DNA: 购买或实验室自制，eppendorf 管。 二. 设备 恒温摇床,电热恒温培养箱,台式高速离心机,无菌工作台,低温冰箱, 恒温水浴锅, 制冰机, 分光光度计,微量移液枪。 三. 试剂 1.LB 固体和液体培养基：配方见第一章。 2.Amp 母液：配方见第一章。 3.含 Amp 的 LB 固体培养基:将配好的 LB 固体培养基高压灭菌后冷却至 60左右,加 入 Amp 储存液,使终浓度为 50ug/ml,摇匀后铺板。 4.麦康凯培养基(Maconkey Agar):取 52g 麦康凯琼脂,加蒸馏水 1000ml,微火煮沸至完全 溶解,高压灭菌，待冷至 60左右加入 Amp 储存液使终浓度为 50ug/ml,然后摇匀后涂板。 5.0.05mol/L CaCl2 溶液:称取 0.28g CaCl2(无水,分析纯),溶于 50ml 重蒸水中,定容至 100ml,高压灭菌。6.含 15%甘油的 0.05mol/L CaCl2: 称取 0.28g CaCl2(无水,分析纯),溶于 50ml 重蒸水中, 加入 15ml 甘油,定容至 100ml,高压灭菌。 第三节 操作步骤 一、 受体菌的培养 从 LB 平板上挑取新活化的 E. coli DH5 单菌落,接种于 3-5ml LB 液体培养基中,37 下振荡培养 12 小时左右,直至对数生长后期。将该菌悬液以 1:100-1:50 的比例接种于 100ml LB 液体培养基中,37振荡培养 2-3 小时至 OD600 0.5 左右。 二、 感受态细胞的制备 ( CaCl2 法) 1、将培养液转入离心管中,冰上放置 10 分钟,然后于 4下 3000g 离心 10 分钟。2、 弃去上清,用预冷的 0.05mol/L 的 CaCl2 溶液 10ml 轻轻悬浮细胞,冰上放置 15-30 分钟后,4下 3000g 离心 10 分钟。 3、弃去上清,加入 4ml 预冷含 15%甘油的 0.05mol/L 的 CaCl2 溶液,轻轻悬浮细胞,冰上 放置几分钟,即成感受态细胞悬液。4、 感受态细胞分装成 200l 的小份,贮存于-70可保存半年。 三、 转化 1、从-70冰箱中取 200l 感受态细胞悬液,室温下使其解冻,解冻后立即置冰上。2、 加入 pBS 质粒 DNA 溶液(含量不超过 50ng,体积不超过 10l),轻轻摇匀,冰上放置 30 分钟后。 3、42水浴中热击 90 秒或 37水浴 5 分钟,热击后迅速置于冰上冷却 3-5 分钟。 4、向管中加入 1ml LB 液体培养基(不含 Amp),混匀后 37振荡培养 1 小时,使细菌恢 复正常生长状态,并表达质粒编码的抗生素抗性基因(Ampr )。 5、将上述菌液摇匀后取 100l 涂布于含 Amp 的筛选平板上,正面向上放置半小时,待 菌液完全被培养基吸收后倒置培养皿,37培养 16-24 小时。 同时做两个对照: 对照组 1: 以同体积的无菌双蒸水代替 DNA 溶液,其它操作与上面相同。此组正常情况 下在含抗生素的 LB 平板上应没有菌落出现。 对照组 2: 以同体积的无菌双蒸水代替 DNA 溶液,但涂板时只取 5l 菌液涂布于不含 抗生素的 LB 平板上，此组正常情况下应产生大量菌落。 四、 计算转化率 统计每个培养皿中的菌落数。 转化后在含抗生素的平板上长出的菌落即为转化子，根据此皿中的菌落数可计算出转 化子总数和转化频率，公式如下： 转化子总数菌落数稀释倍数转化反应原液总体积涂板菌液体积 转化频率（转化子数每 mg 质粒 DNA）转化子总数质粒 DNA 加入量(mg) 感受态细胞总数对照组菌落数稀释倍数菌液总体积涂板菌液体积 感受态细胞转化效率转化子总数感受态细胞总数 注意 本实验方法也适用于其它 E.coli 受体菌株的不同的质粒 DNA 的转化。但它们的转 化效率并不一定一样。有的转化效率高，需将转化液进行多梯度稀释涂板才能得到单菌落 平板,而有的转化效率低,涂板时必须将菌液浓缩(如离心),才能较准确的计算转化率。 思考题 1. 制备感受态细胞的原理是什么？ 2. 如果实验中对照组本不该长出菌落的平板上长出了一些菌落，你将如何解释这种现 象？