酵母单杂交实验方法.docx
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酵母单杂交实验方法
酵母单朵交技术是体外分析DNA与细胞内蛋白质相互作用的一种方法，通过对酵母细胞内报告基因表达状况的分析来鉴别DNA结合位点并发现潜在的结合蛋白基因，或对结合位点进行分析。
运用此技术能筛选到与DNA结合的蛋白质，并可直接从基因文库中得到编码该蛋白质的核昔酸序列而无需复杂的蛋白质分离纯化操作，故在蛋口质研究中具有一定的优势；而且酵母属真核细胞，通过酵母系统得到的结果比其它体外技术获得的结果更能体现真核细胞内基因表达调控的悄况。
【实验目的】
了解酵母单杂交的基本原理和应用，掌握酵母单杂交的主要步骤及注意事项，学会酵母感受态的制作与转化，基因文库的构建及筛选。
【实验原理】
酵母单杂交方法是根据DNA结合蛋口（即转录因子）与DNA顺式作用元件结合调控报告基因表达的原理来克隆编码U的转录因子的基因（CDNA）。
该方法也是细胞内分析鉴定转录因子与顺式作用元件结合的有效方法。
如图所示，将已
知的特定顺式作用元件构建到最基本启动子（minimalpromoter,Pmin）上游,
Pmin启动子下游连接报告基因。
进行cDNA融合表达文库时，编码U的转录因子
的CDNA融合表达载体被转化进入酵母细胞后，其编码产物（转录因子）与顺式作用元件结合，就可以激活Pmin启动子，并促使报告基因表达。
根据报告基因的表达，筛选出与已知顺式元件结合的转录因子。
"MatchmakerGoldYeastOne-HybridLibraryScreeningSystem"提供了一个简单高效的构建cDNA文库并进行酵母单杂交筛选的方法，它使用aureobasidinA
抗性基因作为报告基因，筛选效率高，背景低。
单朵交筛选是从酵母双朵交筛选发展而来，利用单杂交筛选可以对CDNA文库进行筛选直接获得与U的顺式作用
元件相结合的蛋口质。
TheMatchmakerGoldOne-HybridLibraryScreeningprocess主要包括以下步骤:
1将己知序列（bait）克隆到pAbAi载体。
2PBait-AbAi质粒转化YlHGold酵母菌株，使其与酵母基因组发生重组，生成
bait/reporter酵母菌株。
3检测YlHGoldbait菌株AbM基因的本底表达水平。
4合成cDNA并通过cDNA和pGADT7-Rec载体共转化酵母进行细胞内同源®组
筛选cDNA文库。
5筛选结果的验证和分析。
【实验准备】
1仪器设备
微量取液器（L；20L；50L；100L；200L；1000L）、PCR仪、低温离心机、台式离心机、CHROMASPIN™+TE-400纯化柱、琼脂糖凝胶电泳系
统、凝胶成像系统、恒温摇床、恒温孵箱、通风橱、制冰机、振荡器、恒温金属浴、酒精浴、无菌接种环、10cm培养皿、25cm培养皿等。
2实验材料
YlHGold酵母株、TOP10大肠杆菌菌株、各种方法提取的RNA、pGADT7-Rec
质粒和pBait-AbAi质粒等。
3主要试剂
（1）
（2）
Advantage2PCR试剂盒、EasyYeastPlasmidIsolation试剂盒、Matchmaker
InsertCheckPCRMix1、MatchmakerInsertCheckPCRMix2。
各种基础培养基和营养缺陷培养基：
minimalSDbaserminimalSDagar
base,YPDmedium,YPDagarmedium,-LeuDOsupplement.-UraDOsupplement,腺昔酸（adwninw）,PEG8000,carringDNA,aureobasidinA,
LB培养基，氨卞西林。
NaCI溶液（％）、sodiumacetate（3mol/L）、50%PEG、lOXLiAc（1mol/L）、10XTEbuffer.DTT（100mmol/L）.RNaseH、限制性内切酶。
【实验方法】
1pBait-AbAi载体的构建（酵母报道子的构建）
注：
酵母报道子（pBait-AbAi）包含U的顺式作用元件的一个或多个拷贝,且插入到pAbAi载体AbA产报告基因的上游。
大量研究表明最有效的构建应包含
U的DNA三个以上的首尾连接的拷贝。
首尾连接的拷贝产生方式很多，但对于
长度小于20bp的调控元件，人工合成寡核昔酸是最方便可靠的途径。
<1）设il•并合成包含U的序列的两条反向平行的寡核昔酸序列，且两端加上与
pAbAi载体酶切产物一致的粘性末端（建议合成一个U的序列的突变序列
作为对照，以排除可能的假阳性）。
（2）用TEbuffer溶解寡核昔酸至终浓度100mol/L。
<4>将正向链和反向链按照1:
1的比例混合（退火后的双链寡核昔酸最大浓度为
注：
缓慢退火，有助于双链寡核昔酸的形成。
（7）
冰上放置。
退火后的产物可贮存在-20C冰箱备用。
⑼酶切1LpAbAi载体，用凝胶回收纯化或柱纯化的方式纯化酶切产物。
注：
回收前，可用琼脂糖凝胶检测是否酶切完全。
（11）在连接反应管中加入如下成分:
总体积
15L
注：
如果有必要，可用1Lnuclease-freeH20代替寡核昔酸作为阴性对
照。
（12）将反应体系室温放置连接3h,转化Ecoli,采用常规方法检测阳性克隆。
注：
可用酶切或测序进行检测。
2质粒转化酵母细胞，生成Bait-Reporter酵母菌株（图）
图3Bait-Reporter酵母菌株生成原理示意图
▼
（1）
（2）
用BstBI或者BbsI酶切2LpBait-AbAhpMutant・AbAi,p53-AbAi质粒.
使其在URAB基因处断开，纯化酶切产物。
按MatchmakerYwstTransformationSystem2的步骤用1I酶切后的质粒
转化YlHGold酵母。
稀释每个转化体系至1/101/100、1/1000,分别取每个稀释物均匀涂于
SD/-Ura琼脂平板上。
3d后挑取5个单克隆，用MatchmakerInsertCheck
PCRMixl进行PCR检测阳性克隆，用YlHGold的单克隆做阴性对照。
（5>在PCR管中加25IPCR-gradeH2OO（6）用干净的枪头轻轻接触酵母单克隆，以获得非常少量的酵母细胞。
将枪头
伸进PCR-gradeH2O中搅拌，使酵母细胞散开。
注：
切忌挑取整个酵母单克隆，因为细胞过多会阻止PCR反应的进行。
如
果加入细胞后水变浑浊，证明加入了过多的酵母细胞。
（7）向每个管中加入25IMatchmakerInsertCheckPCRMixr混匀，离心。
每
个PCR管中现已含有如下反应物:
95
C
1min
98
C
10s>
55
C
30s
A30cycles
68
C
2min“
（8）按下述程序进行PCR反应;
注：
引物与AbA基因以及URA3下游的YlHGold基因组结合，扩增片段长约
kb。
URA3
图4PCR检测PBait-AbAi的插入情况
正确的PCR检测结果应是:
（10）分别挑取PCR检测呈阳性的诱饵克隆和P53-AbAi对照克隆，在SD/-Ura
平板上划线培养。
30C孵育3d后，将平板置于4C保存，即为新构
建的YlHGold［Bait/AbAi］菌株和［pSVAbAi］对照菌株。
（11）经过长期放置后，挑取单克隆在YPDA液体培养基中过夜培养，离心收
集菌体，用ImL预冷培养基（100ml灭菌的YPDA与50ml灭菌的75%
甘油混合）重悬菌体，速冻后与-70C保存。
3检测诱饵菌株Ab々基因的表达
在不存在捕获物的情况下，山于克隆到pAbAi载体中的诱饵序列不同，诱饵菌株报告基因的本底表达水平也不相同©例如：
p53・AbAi对照的最低aureobasidin
A抑制浓度为100ng/mio
注：
酵母单朵交实验成功的前提是没有内源转录因子能够与U的序列结合或者结合能力非常弱。
因此在进行文库筛选之询，检测所构建的诱饵菌株Ab"基因的表达宿况十分重要。
所以需要进行实验以确定进行文库筛选时抑制诱饵菌株报告基因本底表达所需的AbA浓度。
<2>分别挑取诱饵克隆和对照克隆，用％NaCi重悬细胞，调节A600至Ij（大约2000
个细胞/100Do
（3）在下述培养基上分别涂布100I重悬后的菌液，30C培养2・3d。
SDAUra
预期结果如下所示:
表1AM，基因预期本底表达结果
[AbA]/（ng/mL）YlHGold[p53-AbAi]克隆数
YlHGold[pBait-AbAi]克隆数
Baitdependent
（4）在进行文库筛选时，使用AbA的浓度应为最低抑制浓度，或使用比最低
抑制浓度稍高的AbA浓度（高约50-100ng/mL）,以彻底抑制诱饵菌株的
生长。
注：
如果200ng/mLAbA不能抑制本底表达，可以尝试提高AbA浓度至
500-1000ng/mLo然而，在不存在捕获物的悄况下，如果1000ng/mL的AbA浓
度仍无法抑制基因的表达，那么很可能存在能够识别并与U的序列结合的内源调控因子，因而该U的序列无法用来进行酵母单杂交筛选。
4文库cDNA的合成
提取试材总RNA,进行反转录合成cDNAo合成的cDNA末端具有与
pGADT7-Rec相同的酶切位点。
（1）
⑵cDNA第一链的合成
①准备高质量的polyA和/或总RNA,用humanplacentapolyA+RNA作为阳性对照。
注：
RNA的质量决定文库的质量，RNA应为所要研究的特定时期和特定组织
的RNAo
②在微量离心管中加入如下反应物:
RNA模板（」0gpolyA和/或20g总RNA）
1.0
1-2
CDSIII（oligo-dT）orCDSlll^（random）弓|物
DeionizedH2O（使总体积达到4.0I）
4.0
总体积
在另外一支管中加入对照cDNA反应物，即RNA使用1I（1g）controlpoly
A+RNAo
③72C孵育2min。
④冰上放置2min,轻轻混匀，立即加入步骤⑤中的试剂。
⑤每一个反应加入如下试剂，轻轻混匀离心。
5.0
SMARTM-MIVRT
总体积
注：
步骤⑤中的试剂可在步骤②之前加好置于冰上。
此步是CDNA合成的
起始关键步骤，变性后的RNA/引物mix冰上放置的时间不应超过2mine
⑥如果用的是CDSI咗随机引物，25-30C保温10mine如果用的是CDSIII引物，省略此步，进行步骤⑦。
⑦42C保温lOmino
⑧加入1ISMARTIIIoligo,充分混合，42C保温Ih。
⑨75C保温10min终止第一链的合成。
⑩降至室温，加入1IRNaseH（2U）。
1137C保温20min。
12cDNA第一链合成产物应于-20C保存，可用3个月。
（2）longdistancePCR（LD-PCR）合成cDNA第二链
根据合成cDNA第一链时使用的RNA量，下表给出了进行LD-PCR时最佳的热循环数。
使用的热循环数越少，非特异性PCR产物越少。
表2RNA量与最佳热循环数
总RNA/g
⑴LD-PCR反应混合物中加入如下物质（每个样品做2个100I体系，对照做1
个100I体系）:
First-strandcDNA（fromprotocolA）
70
10
DeionizedH2O
10Xadvantage2PCRbuffer
SOXdNTPmix
5'RACE引物
3卞ACE引物
10
100
Meltingsolution
SOXadvantage2polymerasemix
总体积
2个循环
95
C30S
X个循环
95
CIOs、
68
C6min
2个循环
68
C5min
⑵按照以下程序进行PCR反应:
Y
⑶取7IPCR产物用％的琼脂糖凝胶检测，检测时使用1kbDNAladdero
（3）使用CHROMASPIN+TE-400柱纯化dscDNA
⑴为每一个要纯化的cDNA样品准备一个CHROMASPIN+TE-400柱。
⑵将纯化柱翻转儿次，充分悬浮gelmatrixo
⑶移去柱的顶盖和底盖，将柱放入2ml收集管中。
⑷将柱放入离心机，7006离心5min以消除平衡缓冲液，弃掉收集管中的液体。
⑸将柱放入新的收集管中，把CDNA加到g€lmatrix的中央，切勿使样品沿柱的
内壁流下。
注：
加到边上易使样品沿柱内壁流下，易混有小片段CDNA。
（6）700g离心5min,纯化的cDNA收集到管中。
⑺将两个纯化的CDNA样品合并到一管，测量体积。
⑻加入V10体积3mol/L醋酸钠（），混匀。
⑼加入倍体积无水乙醇。
（10）-20C冰冻Ih。
（11）室温，14000r/min离心20min。
⑫小心弃去上清液，切勿碰到沉淀。
（13）14000r/min瞬时离心，去除残留上清液。
（14）沉淀于空气中干燥10min。
注：
一般干燥至无乙醇味，不可过度干燥，否则很难溶解。
（15）用20I灭菌去离子水溶解沉淀，此CDNA可用来进行同源巫组构建文库。
纯
化后的cDNA用1%的琼脂糖电泳检测。
5构建并筛选酵母单朵交文库（cDNA融合表达文库的构建及筛选）
（1）构建并在SD/-Leu/AbA培养基上检测YlHGoid[Bait/AbAi]菌株。
注：
AbA的浓度根据构建诱饵载体时转入酵母抑制本底表达时的浓度而定。
（2）（3》按SMARTtechnology步骤合成dscDNA,其浓度为2-5g/20L。
（4）用YeastTransformationSystem2的方法转化酵母，在转化体系中加入如下
物质：
①cDNA文库转化YlHGold[Bait/AbAi]菌株
20ISMART-amplifieddscDNA（2-5g）
6IpGADT7-Rec»（Smal-linearized）（3g）@YlHGold[SVAbAi]的转化
5Ip53fragment（125g）
2IpGADT7・Rec,（Smal-linearized）<1g）
将转化体系分别稀释至”10、1/100、1/1000.VlOOOO后，各取100I涂100mm平板。
文库转化涂SD/-Leu和SD/-Leu/AbA平板，对照p53转化涂SD/-Leu和
SD/・Leu/AbA200平板。
将剩余的所有文库转化混合物（约15ml）涂在150mmSD/-Leu/AbA平板
上，每板涂150L
（7）
3・5d后，通过统计SD/・L€ui00mm平板上的克隆数U来计算筛选的克隆
数。
注：
所筛选的克隆数至少应该达到1百万，否则会降低筛选到U的产物的可
能性。
筛选的克隆数=[cfu/mlonSD/-Leu]X[dilutionfactor]X[resuspension
volume（15ml）]
例如：
resuspensionvolume=15ml
Platingvolume=100I
250coloniesgrewonthe3/100dilutiononSD/-Leuplates
Thenumberofclonesscreened=250cfu/mlX100X15ml=million
（8）预期结果
阳性对照试验：
SDALeu和SD/・Leu/AbA200培养基上的克隆数相近。
文库筛选试验：
根据SD/・Leu平板上的克隆数计算所筛选的克隆数，其结果
应大于1百万且SD/-Leu/AbA平板上的克隆数远远少于1百万，阳性克隆数U取
决于诱饵序列。
6阳性克隆的鉴定及cDNA质粒的分离
（1）阳性克隆重新划线培养，进行表型确认
①将阳性克隆在SD/-Leu/AbA培养基上重新划线，产生新的单克隆。
@2-4d后，选择能够正常生长的克隆进行后续分析。
（2）酵母克隆PCR消除重复克隆
①用MatchmakerInsertCheckPCRMix2（）进行PCR.对插入到pGADT7载体
中的cDNA片段进行扩增。
PCR管中加入以下反应物：
MatchmakerInsertCheckPCRMix
25
H2O/Yeast
25
总体积
50
②按下述程序进行PCR反应:
94
C
1min
98
C
10s
%
68
C
3min
③PCR产物在1%的琼脂糖凝胶上进行电泳分析。
产物不是单一的条带很正常,这表明在同一酵母细胞不存在一种捕获载体
注：
为了确认大小相近的条带是否是同一种插入片段，用Alul或HaeIII或者
其它常用的限制性内切酶消化PCR产物,产物用2%的琼脂糖凝胶进行电泳分析。
④如果大量的克隆含有同一插入片段，则另取50个克隆进行PCR分析。
⑤为了快速验证克隆，PCR产物可经过纯化后用T7引物测序。
（3）阳性cDNA质粒的分离获取
①酵母中文库质粒的分开。
与转化的大肠杆菌不同，转化的酵母细胞可以含多种相关质粒，这就意味着阳性克隆里不只含有能激活Ab"报告基因的质粒，还可能含有一种或多种不表达相互作用蛋白的CDNA质粒。
如果不事先将非互作质粒分开出去而直接通过转化大肠杆菌获取质粒，那么很有可能获取到非相互作用的质粒。
为了增加获取阳性克隆捕获质粒的儿率，可以将阳性克隆在SD/-Leu/AbA培养基上重复涂布2-3次，每次都挑取单一的克隆进行下一步涂布。
②从酵母中获取阳性CDNA质粒
为了鉴定阳性互作相关的基因，用EasyYeastPlasmidIsolationKit＜）从酵母
中获取阳性质粒。
③转化Ecoll并分离阳性cDNA质粒
用常用的克隆菌株对阳性cDNA质粒进行克隆，用LB加100g/mlampicillin
进行选择。
（4）鉴别阳性和假阳性互作
酵母单朵交筛选可能会检测到假阳性，用以下标准可以区分阳性和假阳性阳性：
正确的诱饵序列和捕获物都是激活报告基因所必需的。
假阳性：
在诱饵序列突变的悄况下，诱饵仍可以激活Ab"报告基因。
用下述程序在选择培养基上对阳性和假阳性相互作用进行确认：
①用YeastmakerTransformationSystem2的试剂和small-scale转化程序将100ng获取的捕获质粒转化到YlHGold[Bait/AbAi]和YlHGold[Mutant/AbAi]菌株中。
注：
阳性对照和阴性对照实验应该一起进行。
I转化混合物1/10和1/100的稀
②在SDALeu和SD/-Leu/AbA培养基上涂100释物。
③30C恒温培养3・5d后，预期结果如表所示。
表3阳性和假阳性相互作用验证结果
A阳性
样品
选择培养基
2mm清晰的克隆
酵母菌
SD/-Leu
有
YlHGold［诱饵/AbAi］+靶
SD/-Leu/AbA
有
酵母菌
SD/-Leu
有
YlHGold［突变/AbAiH靶
SD/-Leu/AbA
无（或者很小）
B假阳性
样品
选择培养基
2mm清晰的克隆
酵母菌
SD/-Leu
有
YlHGold［诱饵/AbAi］+靶
SD/-Leu/AbA
有
酵母菌
SD/-Leu
有
YlHGold［突变/AbAiH靶
SD/-Leu/AbA
有
（5）阳性克隆的测序分析
一旦相互作用被验证为阳性，就可以测序鉴定捕获载体的插入CDNA片段,
验证与GAL4AD序列融合的开放阅读框（ORF）序列，并与GenBank、EMBL或
其他数据库中的序列进行比较。
【注意事项与建议】
1进行一轮酵母单杂交筛选后，得到的阳性克隆可能非常少或者非常多，在这种
悄况下，建议做如下处理。
⑴阳性克隆太少：
检査所筛选的克隆数是否大于1million
通过阳性对照和阴性对照检査培养基是否正常重新检测诱饵的最低AbA抑制浓度试着增加U的序列的拷贝数，通常U的序列的拷贝数为3时，试验效果最好。
⑵阳性克隆太多：
检查是否使用了最佳AbA抑制浓度；如果使用了lOOng/mlAbA,使用200ng/ml
的AbA浓度重新筛选通过阳性对照和阴性对照检查培养基营养缺陷是否正常可能文库中存在大量能编码与诱饵序列结合蛋口的cDNAo可通过酵母PCR将其克隆分类，每一类中的代表可用来进行阳性互作分析。
2对阳性克隆进行测序之前需进行以下试验。
⑴用新鲜的选择性培养基对阳性克隆®新划线培养，进行表型确认:
⑵酵母克隆PCR,对重复的克隆进行分类；
⑶阳性cDNA质粒的分离；
（4）阳性和假阳性互作的辨别。
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