大腸桿菌Red基因編輯重組技術總結
一、技術簡介
Red基因重組技術，能使外源同源線性DNA片段快速與基因組DNA相應基因同源重組，主要包括pKD46、pKD3、pCP20三個協助質粒。pKD46質粒由exo、beta、gam三個基因組成，它們分別編碼Exo、Beta、Gam三種蛋白質，在一定濃度阿拉伯糖誘導下或誘導表達此三種蛋白。通過外源構建同源線性片段，導入受體菌，在這三種蛋白的協助下與受體菌基因發生同源重組，最終實現基因的突變和缺失。同時pKD46質粒是溫度敏感型質粒，42°C條件下其會自動丟失。pKD3為克隆氯霉素抗性基因提供模板,與此同時在此質粒中，Cm兩側有FRT位點，該位點能夠被FLP重組酶識別，當重組酶存在時會將此位點之，間的片段進行剪接，從而實現了Cm'去除，因此不僅為實驗進行引入抗性標記，方便了重組菌的篩選，更重要的是此抗性標記會在因FRT位點的引入在需要時被酶切剔除。pCP20能夠表達FLP重組酶，進而識別重組到基因組上的FRT位點，由此酶切掉兩位點之間引入的抗性基因片段片段，最終實現目的基因的缺失。pCP20同為溫敏型質粒，培養條件高于42°C時自動丟失。
與Red同源重組基因敲除相關的3個酶：
1、Exo蛋白：Exo蛋白是一種核酸外切酶，單亞基的分子量為24 kD，Exo蛋白的活性形式是一種環狀三聚物分子，中間有一中空的通道，通道的一端可容納雙鏈DNA分子，另一端只可容納單鏈DNA。Exo蛋白可結合在雙鏈DNA的末端，從DNA雙鏈的5’端向3’端降解DNA，使DNA分子形成3’粘性末端。
2、Beta蛋白：Beta蛋白在Red同源重組中起著決定性作用，具有介導互補單鏈DNA退火的功能，是一種退火蛋白，單亞基的分子量為25.8 kD。在溶液中，Beta蛋白自發地形成環狀結構，緊緊地結合在單鏈DNA的3’突出端，防止DNA被單鏈核酸酶降解，并介導互補單鏈DNA的退火。雙鏈DNA退火完成后，Beta蛋白從DNA雙鏈上解離下來。
3、Gam蛋白：Gam蛋白為16kD的多肽分子，可與RecBCD核酸外切酶結合，抑制其對外源DNA的降解作用，防止外源DNA 進入細胞后被宿主降解。
二、實驗步驟
1、制備pKD46/宿主菌電轉感受態。
2、制備抗性基因打靶片段。
3、電轉，篩選陽性克隆。
4、導入PCP20質粒消除抗性，無痕敲除。
三、相關質粒（點擊可查看圖譜和序列）
pKD46，氨芐抗性，阿拉伯糖誘導表達Red系統重組酶
pKD46-Tet，四環素抗性，阿拉伯糖誘導表達Red系統重組酶
pKD20，氨芐抗性，阿拉伯糖誘導表達Red系統重組酶
pREDKI，卡那抗性，I-SceI,阿拉伯糖誘導表達Red系統重組酶
pKDsgRNA-ack 阿拉伯糖誘導表達Red系統重組酶，四環素誘導轉錄sgRNA
pREDCas9：攜帶針對氨芐基因的gRNA
pKD13，提供卡那霉素抗性重組模板
pKD4，提供卡那霉素抗性重組模板
pKD3，提供氯霉素抗性重組模板
pCP20：FLP重組酶消除抗性
四、參考文獻
[1] Datsenko KA1, Wanner BL. One-step inactivation of chromosomal genes in Escherichia coli K-12 using PCR products. Proc Natl Acad Sci USA. 2000,97(12):6640-6645.
[2] Doublet B, Douard G, Targant H, et al. Antibiotic marker modifications of lambda Red and FLP helper plasmids, pKD46 and pCP20, for inactivation of chromosomal genes using PCR products in multidrug-resistant strains. J Microbiol Methods. 2008,75(2):359-361. Doi: 10.1016/j.mimet.2008.06.010
