Cell & Molecular Biology Laboratory Molecular biology module (PDF

Report 26 Downloads 379 Views
BIOB12H3S:  Cell  &  Molecular  Biology  Laboratory       Molecular  biology  module  (PDF  #5)     Introduction  and  Terminology  

In  the  molecular  biology  module,  we  wish  to  acquaint  you  with  some  of  the  most   basic  (but  some  of  the  most  powerful)  techniques  in  molecular  biology,  and  help  you   to  understand  how  clones  are  generated  and  how  they  can  be  characterized  and   used  to  examine  gene  expression.     To  begin  to  understand  how  powerful  cloning  tools  can  be,  one  must  have  some   background  in  several  areas.  These  concern  recombinant  DNA  techniques,  host  cell   transformation  and  selection  of  recombinant  clones.    We  will  discuss  these  aspects   and  you  will  perform  some  of  them  in  the  lab.  Recombinant  DNA  technology  is  a   battery  of  techniques,  which  continues  to  grow  as  clever  scientists  discover  new   methods.    One  of  the  most  used  techniques  of  molecular  biology  is  the  ability  to   propagate  individual  DNA  molecules.  We  refer  to  this  as  ‘cloning’,  for  in  essence,  a   clone  of  host  cells  is  generated  which  contains  only  one  type  of  recombinant  DNA   molecule.    Here  are  some  terms  that  are  commonly  used  in  molecular  biology   laboratories:     1.  Restriction  enzymes:  Enzymes  isolated  from  prokaryotes  which  recognize  specific   DNA  sequences  and  act  as  endonucleases  to  break  the  phosphodiester  backbone  of   DNA  at  specific  sites.    The  type  II  restriction  enzymes  recognize  palindromic   sequences.    Palindromes  are  regions  of  two  fold  symmetry  and  the  nucleotide   sequence  is  identical  on  both  strands  if  read  from  the  same  direction.    For  example,   the  double  stranded  DNA  below  contains  the  palindrome  AAGCTT.         5’  CCTGTCAGAATTGTAAGCTTCAATGGCGCATATCG3’     3’  GGACAGTCTTAACATTCGAAGTTACCGCGTATAGC5’     2.  Library:  A  collection  of  clones  representing  either  the  entire  genome  of  an   organism  or  the  genes  that  are  expressed  as  mRNA  (see  below)   • cDNA  library:  the  target  DNA  is  generated  by  making  a  DNA  copy  of  mRNA   from  the  organism  (or  tissue  or  developmental  stage)  of  interest.   • genomic  library:  the  target  DNA  is  generated  (usually)  by  restriction  enzyme   digestion  of  genomic  DNA.     3.  Vector:  A  plasmid  or  a  bacteriophage  molecule  that  has  at  least  three  distinct   properties:   • an  origin  of  DNA  replication  such  that  the  vector  can  replicate  autonomously.   • single  restriction  enzyme  sites  for  the  introduction  of  the  target  DNA.   • a  selectable  marker  gene  (usually  one  conferring  antibiotic  resistance).  

1

4.  Host:  A  bacterium  (or  sometimes  a  yeast  strain),  which  is  used  to  propagate   individual  DNA  molecules.       5.  Target  or  insert  DNA:  The  foreign  DNA  fragment  inserted  into  a  vector.       6.   Multiple   cloning   site:   A   region   of   a   vector   which   contains   several   unique   restriction  enzyme  recognition  sites  which  may  be  used  to  clone  target  sequences.   When   incubated   with   a   specific   endonuclease,   the   enzyme   will   make   a   double   stranded   cut   at   its   site   in   the   MCS,   resulting   in   a   linear   plasmid.   The   gene   of   interest   is  also  digested  using  the  same  endonuclease.  When  the  gene  and  linear  vector  are   mixed   together,   the   vector   will   reform   a   loop   with   the   gene   of   interest   in   its   MCQ.   Note  that  the  total  size  of  the  vector  will  thus  increase.     7.   Antibiotic-­‐resistance   genes:   A   sequence   of   bases   in   the   plasmid   that   encodes   a   protein  that  makes  the  bacterial  cell  resistance  to  a  select  antibiotic.  The  antibiotic   resistance   gene   is   critical   for   maximizing   the   efficiency   of   DNA   cloning.   When   bacteria   are   transformed   with   the   modified   plasmids,   all   bacteria   will   not   take   up   the  plasmid.  The  bacteria  that  fail  to  do  so  are  of  no  use  to  us  and  should  be  killed  to   maximize   the   growth   of   the   bacteria   that   did   take   up   the   vector.   After   transformation,  the  bacterial  cells  are  exposed  to  this  antibiotic.  Only  the  cells  that   have  taken  up  the  vectors  will  survive,  and  these  can  then  be  cultured  to  clone  our   gene  of  interest.     Some  helpful  reference  material  on  recombinant  DNA  and  cloning:   Look  in  the  Karp  textbook  (used  for  BIO  B10/B11)  at  figures  in  chapter  18.  (the   formation  of  a  recombinant  plasmid  produced  by  ligating  a  restriction  fragment  to  a   plasmid  vector;  the  production  of  a  library  of  human  DNA  fragments  (genomic   library);  colony  filter  hybridization;    a  cDNA  library).       Molecular  biology  module  labs:   In   this   module,   you   will   grow   bacteria   and   then   make   them   competent   to   take   up   foreign   DNA   (4A).     You   will   transform   them   with   an   unknown   plasmid   DNA,   and   plate   them   on   selective   medium.     Later,   (4B)   you   will   prepare   plasmid   DNA   from   these  bacteria  and  use  restriction  enzymes  to  generate  a  restriction  map  of  the  clone   (5A).   By   comparing   the   banding   pattern   to   that   of   the   known   restriction   map,   you   should  be  able  to  identify  which  unknown  you  were  given  (5B).       Lab  4A:  Preparation  of  competent  cells,  transformation  with  unknown  plasmid  DNA.     Lab  4B:  Preparation  of  plasmid  DNA  from  cells.   Lab  5A:  Restriction  enzyme  digestion,  gel  electrophoresis  analysis  of  fragments   from  digestion.   Lab  5B:  Analysis  of  data  and  restriction  mapping.     Plasmids  used:  (see  Appendix  1  on  page  22)   pKNAT1         pOpaque  2           pLIM9a   pKNAT3         pM1-­‐9   2

Lab  4A:  Preparation  of  competent  host  cells  for  transformation  

E.  coli  is  the  host  cell  used  in  most  molecular  biology  laboratories.    A  substantial   amount  of  what  we  know  about  basic  molecular  processes  is  the  result  of  research   on  E.  coli.    Plasmids  and  bacteriophages,  which  infect  E.  coli  have  been  studied  for   over  60  years,  and  within  the  past  25  years  a  variety  of  different  methods  have  been   employed  to  make  bacteria  competent  (capable  of  taking  up  DNA).    One  of  the   simplest  techniques  centres  on  the  use  of  CaCl2.    The  calcium  ions  are  thought  to   serve  two  purposes.    First,  they  interact  with  the  negatively  charged  phosphates  in   the  phospholipid  molecules  of  the  E.  coli  cell  membrane.    At  low  temperature,  this   creates  a  relatively  rigid  membrane  structure  that  has  the  propensity  to  form   minute  pores  where  the  positive  charges  of  the  calcium  shield  the  negative  charges   of  the  phospholipids.    Since  DNA  also  has  a  phosphate  backbone,  it  interacts  with   the  CaCl2  and  forms  a  complex  that  precipitates  onto  the  cells.  This  is  the  second   role  that  calcium  plays.    After  a  short  time,  a  heat  shock  is  given  which  is  thought  to   generate  transient  holes  in  the  membrane  and  permit  the  plasmid  DNA  to  ‘rush  in’.     Now  the  plasmid  is  inside  the  cell.    If  the  plasmid  confers  some  new  and   advantageous  property  to  the  bacterium,  these  cells  may  then  be  able  to  grow  under   conditions  that  would  not  ordinarily  allow  for  growth.     In  the  classical  procedure,  bacteria  are  grown  to  mid  log  phase,  harvested,  and   resuspended  in  a  small  amount  of  sterile,  ice-­‐cold  50mM  CaCl2.    They  are  left  on  ice   for  about  20  minutes,  harvested,  and  resuspended  in  fresh  CaCl2.  The  cells  are  then   left  overnight  in  the  refrigerator  to  ‘season’,  which  generally  increases   transformation  efficiency  by  5  to  10  fold.    Such  high  efficiency  competent  cells  are   necessary  when  there  is  only  a  small  amount  of  DNA  available  or  one  wants  to   obtain  as  many  clones  as  possible  (for  example  in  constructing  a  library).  Under   optimal  conditions  such  cells  may  give  rise  to  over  107  transformants  per   microgram  of  supercoiled  DNA.       In  most  labs,  libraries  are  carefully  generated,  and  eventually  useful  clones  are   selected  from  the  library.    Consider  a  genomic  library  in  bacteriophage  lambda  (λ).     The  genomic  clone  selected  may  contain  as  much  as  23kbp  of  insert  DNA,  yet  very   little  of  this  may  be  relevant  to  the  ultimate  goal  (for  example,  one  might  want  the   promoter  of  a  gene  which  could  account  for  only  about  1kbp  of  the  total).    Thus,  it  is   of  interest  to  take  the  long  λ  clone  and  make  smaller  subclones  from  it.    For  this   purpose,  there  is  generally  a  lot  of  DNA  available,  and  its  complexity  is  low  (that  is,   there  are  many  copies  of  a  small  number  of  different  fragments  present).    In   practice,  this  means  that  the  transformation  efficiency  does  not  need  to  be  high  for   typical  subcloning  purposes.    There  is  a  simple  procedure  that  can  be  carried  out  in   less  than  an  hour  beginning  with  a  bacterial  stock  on  a  solid  medium.    In  the  lab,  you   will  prepare  competent  E.  coli  by  this  method,  and  transform  with  one  of  the   plasmids  diagrammed  in  Appendix  1.  You  will  then  need  to  identify  which  plasmid   your  group  was  given  after  molecular  analyses.      

  3

Transformation  of  E.  coli  with  plasmid  DNA  

This  experiment  must  be  performed  under  sterile  conditions.    Use  sterile  tubes,   pipette  tips  and  solutions,  and  wear  gloves  when  handling  the  tubes.     Each  pair  will  need:         Other  reagents  &  equipment   XL-­‐1  blue  culture           Inoculating  loop   sterile  10mM  Tris,  50mM  CaCl2  solution     Bunsen  burner   50ng/ul  solution  of  plasmid  unknown     P1000,  P20  micropipettors   LB  broth             sterile  pipette  tips  (200/1000ul)   2  LB  plates             ice  bucket  with  crushed  ice   2  LB  +  Ampicillin  plates         sterile  1.5  ml  (Epi)  tubes                   Epi  tube  rack                       beaker  with  95%  ethanol                 cell  spreader                 Sharpie  marker                 37°C  and  42°C  water  bath   Procedure:   1. Wearing  gloves,  take  2  sterile  Epi  tubes  from  the  stock  beaker,  close  them  and   label  them  on  the  top:   * “+”  =experimental,  contains  plasmid  DNA,  or     * “-­“    =control,  does  not  contain  plasmid  DNA   2. Using  sterile  technique  and  a  sterile  1ml  blue  tip,  take  1ml  of  bacteria  from  the   XL-­‐1  blue  culture  and  place  in  each  of  the  two  sterile  Epi  tubes.    Spin  in  a   microfuge  for  30  seconds  to  pellet  the  bacteria.    Take  off  the  supernatant  with  a   Pasteur  pipette.    Turn  tube  upside  down  on  a  KimWipe  and  tap  to  remove  all   liquid.    Immediately  return  tube  to  ice  bucket.   3. Use  another  sterile  pipette  tip  and  add  250µl  of  the  sterile,  cold  CaCl2  solution   into  the  tube  marked  “+”.     * Keep  the  tube  cold.    You  might  try  leaving  the  tube  in  the  ice  (if  it  is   packed  ice  and  the  tube  won’t  sink  into  it).     * Gently  mix  the  bacteria  by  pipetting  with  a  P1000  to  obtain  a   homogeneous  suspension.   4. Repeat  step  3  for  the  tube  marked  “-­“.    Now  you  have  an  experimental  and  a   control  sample  ready.   5. Using  a  P20  and  a  sterile  tip,  take  10µl  of  the  unknown  plasmid  DNA  and   introduce  it  directly  into  the  cell  suspension  in  the  tube  marked  “+”.      Mix  gently   by  tapping  lightly  with  your  finger.     6. Leave  the  samples  on  ice  for  15  minutes.   7. While  the  samples  are  incubating,  use  a  Sharpie  marker  to  write  your  name  on   each  of  the  plates.    For  each  of  the  LB  plates,  write  “+”  or  “-­‐“  (one  of  each)  and  for   each  of  the  LB  +  ampicillin  plates,  write  “+”  or  “-­‐“  (one  of  each).    You  will  plate   equal  amounts  of  each  sample  on  each  of  the  two  types  of  plates.  (Total  number   of  plates  =  4).   8. Now  for  the  heat  shock.    It  is  imperative  that  the  cells  are  shocked.    Take  your  ice   bucket  to  the  42°C  water  bath,  and  plunge  the  tube  into  the  water  such  that  the   cell  suspension  is  covered.    Do  not  shake  or  tap  the  tube,  just  hold  it  in  place  for  

4

90  seconds  (and  no  longer!).    Return  the  tube  to  the  ice  bucket  for  one  minute   and  do  not  shake  or  tap  the  tube.     9. Using  a  sterile  tip,  add  250µl  of  LB  to  each  tube.    Place  in  the  37°C  water  bath  for   30  minutes.   10. Collect  your  samples,  and  spread  100µl  of  each  onto  the  appropriate  plates  (LB   or  LB  +  ampicillin  which  are  marked  +  or  -­‐).     11. Take  your  plates  to  the  37°C  incubator  and  stack  them  upside  down.  Why  is  it   important  to  do  this?  (record  your  answer  in  your  notebook).     12. Clean  up  your  lab  bench  and  dispose  of  materials  properly.       **Proper  disposal:  All  materials  which  have  bacteria  in/on  them  (pipette  tips,  paper   towels,  etc.)  are  to  be  placed  in  a  AUTOCLAVE  bag  to  be  sterilized.   The  technician  will  take  the  plates  out  of  the  incubator  tomorrow  and  start  liquid   cultures  from  an  isolated  colony.    In  the  next  lab  period,  your  group  will  receive  a   liquid  culture  of  bacteria  harboring  the  unknown  plasmid.      For  lab  4B  of  this   module,  you  will  harvest  the  bacteria  and  purify  plasmid  DNA  from  them.        

Plasmid  DNA  conformations    

 

The  result  of  SSB  and  DSB  on  supercoiled  DNA.  This  forms  the  basis  of  analyzing  DNA  fragments  with  SDS-­‐ PAGE.  Adapted  from  http://www.biochemsoctrans.org/bst/037/0893/bst0370893f01.htm  

  Plasmids  are  typically  small  molecules,  usually  not  more  than  10kbp  in  length.     Replication  in  most  E.  coli  strains  generates  molecules  that  are  supercoiled.     Supercoiling  refers  to  the  topology  of  the  molecule,  and  is  described  by  a  solenoid  or   coiled  coil.    This  superhelical  tension  gives  the  molecule  a  smaller  surface  area  than   a  circular,  non-­‐supercoiled  or  linear  molecule.    Superhelical  tension  can  be   illustrated  by  taking  a  rubber  band  and,  while  holding  one  end  immobile,  twisting   the  other  end  around.  The  rubber  band  quickly  adopts  a  supercoil,  which  makes  it   shorter.    More  twisting  of  the  free  end  will  produce  additional  supercoils  and  the   rubber  band  will  assume  a  very  compact  conformation.  Plasmids  are  found  in  E.  coli   as  supercoiled  molecules,  but  during  the  purification  process,  nicking  can  occur.     Nicking  can  occur  by  physical  forces  or  can  be  due  to  the  action  of  nucleases   (endonuclease  activity),  with  the  result  being  the  relaxation  of  superhelical  density  

5

(for  one  end  of  the  double  helix  is  now  free  to  rotate)  and  the  formation  of  open   circular  DNA.    

 

Formation  of  an  open  circle  due  to  a  SSB    

                        Supercoiled:  Is  very   compact  and  rapidly   moves  through  the   gel  matrix                  

-

Open circle: Has greatest surface area and is least flexible. Linear: can easily pass through gel matrix but may become tangled.

+

The  3  forms  of  DNA  travel  different  distances  during  gel  electrophoresis  

    Another  form  of  DNA  that  you  will  encounter  in  this  laboratory  is  linear  DNA.  A   double  stranded  break  will  generate  linear  DNA  from  either  supercoiled  or  open   circular  forms,  and  is  often  generated  by  restriction  enzyme  digestion  (where  the   restriction  enzyme  cuts  the  target  DNA  only  once).    If  there  are  two  sites  in  the   target  molecule,  linear  DNA  is  generated,  but  it  is  in  the  form  of  two  (linear)   fragments.    If  these  three  forms  are  available  you  can  see  the  effect  of  the   conformation  on  the  migration  of  the  molecules  in  gel  electrophoresis.    Keep  in   6

mind  that  these  different  forms  are  all  the  same  size,  but  their  conformation  dictates   how  effectively  they  can  move  through  a  gel  matrix.  After  you  have  purified  your   unknown  plasmid  DNA,  you  will  subject  it  to  restriction  enzyme  digestion  and  will   run  the  products  of  digestion  on  a  gel.    Cleavage  with  a  restriction  enzyme  (once  or   multiple  times)  will  render  all  fragments  linear  and  the  migration  of  these   fragments  through  the  gel  can  be  directly  compared  to  linear  size  standards  (usually   purchased  commercially,  but  can  be  made  in  the  lab  if  you  know  the  nucleotide   sequence  of  an  appropriate  molecule).      

Plasmid  DNA  purification    

  The   cells   are   harvested   and   re-­‐suspended   in   Solution   1,   which   contains   a   buffer   (Tris)   to     stabilize   the  pH.    This  buffer  also  contains  EDTA,  which  chelates  cations.  The  effect  of  this  is     to  deprive  endogenous  (or  exogenously  introduced)  nucleases  of  the  cations  they  require     for     activity  and  thus  prevent  the  degradation  of  the  plasmid  DNA.   Glucose   is   present   to   stabilize   the   osmotic   environment   of   the   cells   and   prevent   premature     lysis.                 Solution   2   is   then   added.     It   is   a   strongly   basic   solution   (0.2   N   NaOH)   and   so   denatures     macromolecules   and  disrupts  hydrogen  bonding  between  the  DNA  strands.    It  also  contains    SDS,  a  detergent,  which  also  denatures  proteins  and  solubilizes  lipids.    The  effect  of  these     two   reagents  is  to  lyse  the  cell  and  denature  nucleic  acids  and  proteins.                 Solution  3  is  a  concentrated  potassium  acetate  salt  solution  at  low  pH.    Upon  addition,  this     has  a  two-­‐fold  effect.    First,  the  low  pH  neutralizes  the  basic  pH  introduced  by  Solution  2.      Second,   the   potassium   salt   forms   a   complex   with   SDS   and   the   molecules   to   which   it   is     bound.    This  results  in  a  precipitate  containing  most  of  the  membranes  and  chromosomal     DNA  of  the  cell.    The  plasmid  DNA,  in  part  due  to  the  fact  that  it  is  supercoiled,  can  rapidly     renature   and  it  remains  soluble.      

      Centrifugation  removes  most  of  the  precipitate.    Finally,  the  addition  of  ethanol  dehydrates     the   plasmid   DNA,   and   it   can   be   collected   as   a   precipitate,   washed   with   70%   ethanol   to     remove  excess  salt,  and  resuspended  in  an  aqueous  buffer  for  further  analysis.       7

Lab  4B:  Purification  of  Plasmid  DNA  

In  this  lab  you  will  purify  plasmid  DNA  from  bacteria.    A  few  words  of  caution  first:     1.  Remember  to  dispose  of  bacteriological  waste  properly,  by  putting  it  in  the   BIOHAZARD  bag.    An  EXCEPTION  are  glass  Pasteur  pipettes-­‐these  go  in  a  special   ‘sharps’  container  that  is  separately  autoclaved-­‐your  TA  will  advise  you.   2.  You  haven’t  yet  used  the  microcentrifuge.    Your  TA  will  talk  to  you  about  it,  but   there  are  two  rules:  be  sure  the  caps  of  your  tubes  are  on  securely,  and  be  sure  that   the  rotor  is  balanced  (i.e.  there  is  equal  weight  distribution.  An  Epi  tube  with  the   appropriate  amount  of  water  is  a  good  balance  tube).  

 

Reagents  Needed   Solution  1:  50mM  Tris  pH8.0,  10mM  EDTA,  50mM  glucose   Solution  2:  1%  SDS,  0.2N  NaOH   Solution  3:  5M  potassium  acetate/acetic  acid   70%  and  95%  ethanol   1X  TE  (10mM  Tris  pH7.5,  1mm  EDTA)   E.  coli  culture  harboring  unknown  plasmid     Supplies  and  Apparatus  Needed   1.5ml  microfuge  (Epi)  tubes       Sharpie  marker     Micropipettors         Epi  tube  rack         Pasteur  pipettes         Disposable  gloves       Waste  beaker           Ice  

Microfuge     Ice  bucket   Vortex  

 

Procedure:   1. You  will  work  in  2  groups  per  bench.     2. Position  a  waste  beaker,  and  place  two  paper  towels  on  your  bench  surface.   Using  the  Sharpie  marker,  label  the  tops  of  3  Epi  tubes  with  some  label  that   identifies  you.     3. Put  on  a  pair  of  disposable  gloves  and  wear  them  throughout  the  experiment.   4. Take  out  approximately  1ml  of  your  bacterial  culture  with  a  pasteur  pipette  and   dispense  into  the  first  labelled  Epi  tube.     5. Close  the  cap  and  place  in  a  microfuge.    Be  sure  that  your  partner  has  his/her   tube  in  a  position  to  balance  the  rotor.    Spin  for  30  seconds.     6. Take  the  tube  out  of  the  rotor,  open  the  cap  and  pour  the  medium  (the   supernatant)  into  the  waste  beaker.    Tap  the  tube  on  the  paper  towels  several   times  to  dislodge  the  last  drops.       7. Place  the  tube  in  the  ice  bucket  with  the  cap  open.    You  should  have  a  small   brownish  pellet.    Note:  it  is  essential  that  you  keep  the  sample  cold  during  the   next  several  steps.    There  are  times  when  you  need  to  take  it  out  of  the  ice   bucket,  but  do  your  manipulations  quickly  and  return  the  sample  to  the  ice  to   chill.   8. Using  a  micropipettor  set  for  100µl,  take  out  100µl  of  Solution  1  and  add  it  to  the   tube.    Close  the  cap.    Vortex  the  tube  vigorously  for  5  seconds  and  return  to  ice.   Try  to  position  the  tube  at  a  45°  angle  to  the  vortexer  cup  to  get  the  best  mixing  

8

action.  This  will  likely  not  dislodge  all  the  bacteria,  but  remember  it  is  important   to  keep  them  cold.    Hold  it  tightly  near  the  top  (so  your  hand  doesn’t  transfer   heat  to  the  sample).    Repeat  the  vortex  step  until  the  suspension  is  uniform.   9. Now  add  200µl  of  Solution  2.    Mix  by  gentle  inversion  (DO  NOT  VORTEX!!!).    You   should  see  the  solution  clear.    Return  it  to  ice  and  wait  5  minutes.   10. Add  150µl  of  Solution  3,  recap  the  tube.    Now  vortex  vigorously  for  10  seconds.   You  should  see  lots  of  white  stringy  material.    Return  to  the  ice  for  5  minutes.   11. Working  quickly,  wipe  the  outside  of  the  tube  with  a  KimWipe™,  and  place  it  in   the  microfuge.  Be  sure  the  rotor  is  balanced.    Spin  for  3  minutes.    During  this   time  open  the  second  of  your  Epi  tubes  and  get  your  micropipettor  (P1000)  or  a   pasteur  pipette  ready  to  transfer  the  supernatant  to  the  new  tube.     12. The  sample  will  have  a  large  pellet  along  one  of  the  walls  of  the  tube  and  some  of   the  precipitated  material  may  be  floating  on  the  top  of  the  sample.    Avoid  this   precipitate  and  draw  off  the  clear  liquid  into  the  second  Epi  tube.     13. Estimate  the  volume  (it  should  be  about  0.5ml).    Using  a  P1000  micropipette,   add  approximately  2  volumes  (1ml)  of  95%  ethanol  (liquid  should  come  up  to   the  1.5ml  mark).    Vortex  10  seconds.      Let  sit  on  the  bench  for  10  minutes.   14. Place  the  tube  in  the  microfuge  and  balance  it.    Spin  for  3  minutes.    As  in  step  5,   pour  the  supernatant  into  the  waste  beaker  and  tap  the  tube  on  the  paper  towel.   15. Using  a  new  pasteur  pipette,  add  approximately  1ml  of  70%  ethanol.    Vortex  for   10  seconds  and  spin  for  3  minutes.    Quickly  decant  the  supernatant  and  tap  tube   on  the  paper  towels.      Let  the  DNA  pellet  dry.    Note:  this  is  important!   16. When  the  pellet  is  dry,  resuspend  it  in  25µl  of  1XTE.  Label  the  tube  side  with   your  name  and  the  date  and  “ML”  (minilysate).      Place  it  in  the  refrigerator  in  the   box  marked  for  your  lab  section.   17. Now  there  is  a  mess  to  clean  up.  The  pasteur  pipettes  are  to  be  placed  (not   thrown)  into  the  decontamination  solution.  Carefully  place  any  sharps  and   liquids  in  the  appropriate  waste  bins.  This  leaves  the  rest  of  the  solid  waste  (Epi,   paper  towels,  etc).  Be  sure  there  are  no  sharps  in  it.    Now  take  a  wet  paper  towel   and  wipe  down  the  bench  area  where  you  were  working.    Your  gloves  can  be   thrown  in  the  garbage.   18. Be  sure  to  wash  your  hands  well  with  soap  before  you  leave.                            

9

Lab  5A:  Restriction  Enzyme  Digestion  &  Agarose  Gel   electrophoresis  

In  today’s  lab,  you  will  take  set  up  restriction  enzyme  digests  on  aliquots  of  your   plasmid  DNA  and  separate  the  products  of  digestion  by  agarose  gel  electrophoresis.       Restriction  enzymes  are  found  in  prokaryotes  and  have  greatly  assisted  molecular   biologists  by  permitting  the  reproducible  cleavage  of  DNA  at  defined  sites.     Hundreds  of  restriction  enzymes  can  be  purchased  from  commercial  sources.    The   type  II  restriction  enzymes  recognize  short,  palindromic  sequences  and  make  two   single  stranded  cuts  at  the  target  site.    These  may  generate  5’  overhangs,  3’   overhangs  or  blunt  ends.    Examples  of  each  of  these  are  shown  below.     Eco  RI  (5’  overhang)     Pst  I  (3’  overhang)     Sca  I  (blunt  ends)       5’-­‐GAATTC-­‐3’           5’-­‐CTGCAG-­‐3’     5’-­‐AGTACT-­‐3’   3’-­‐CTTAAG-­‐5’           3’-­‐GACGTC-­‐5’     3’-­‐TCATGA-­‐5’             5’-­‐G         5’-­‐CTGCA-­‐3’     5’-­‐AGT     3’-­‐CTTAAG-­‐5’       3’-­‐G       3’-­‐TCA                         (Note:  3’  halves  are  not  shown)     Restriction  enzymes  are  commonly  employed  for  DNA  gel  blots  (Southern  blots)  to   reproducibly  fragment  large  chromosomal  DNA  molecules,  and  they  are  important   in  molecular  cloning  schemes  to  prepare  both  the  vector  and  the  target  DNA   molecules  for  ligation.  Often  after  the  subcloning  of  a  fragment  from  a  larger  DNA   molecule,  restriction  enzymes  are  used  to  determine  if  the  proper  fragment  has   been  cloned.  In  some  cases,  large  DNA  fragments  are  subjected  to  restriction   enzyme  mapping  to  determine  the  linear  order  of  restriction  sites.    This  is  useful  in   determining  the  orientation  of  the  cloned  fragment  in  the  vector  and  the   information  can  be  used  to  decide  on  the  subcloning  strategy  (i.e.,  which  enzymes   might  be  useful  for  generating  small  pieces  for  subcloning).       In  this  laboratory  exercise,  you  will  subject  aliquots  of  the  DNA  (you  extracted  in  lab   4B)  to  restriction  digests.    You  will  also  use  electrophoresis  to  separate  the  DNA   fragments  by  size,  in  order  to  get  information  to  permit  you  to  identify  which   plasmid  you  were  given.    

        10

Electrophoresis  

For  most  purposes,  agarose  gel  electrophoresis  is  the  method  used  to  separate  DNA   fragments.  Agarose  is  a  neutral  polysaccharide  isolated  from  certain  seaweeds,   which  when  cooled  forms  a  solid  matrix  that  will  carry  an  electrical  current.    DNA   molecules  have  a  phosphate  backbone  and  thus  carry  a  negative  charge.  During   electrophoresis  they  move  towards  the  positive  electrode.    When  a  gel  is  cast,  the   agarose  is  dissolved  in  the  appropriate  buffer  [usually  0.5X  TBE  (Tris,  boric  acid,   EDTA)]  by  heating  (in  a  microwave  oven),  and  after  it  cools  to  approximately  50-­‐ 60°C,  ethidium  bromide  is  added  and  the  gel  is  poured  into  a  mold.  A  comb  is   inserted  which  creates  ‘wells’.    When  the  comb  is  removed,  these  wells  are  observed   as  small  rectangular  troughs.       Agarose Gel DNA fragments   with wells separated by size     (-­‐)                    (+)              (-­‐)                 (+)             Buffer   Chamber     Small  DNA  fragments  can  easily  move  through  the  gel,  but  larger  molecules   encounter  more  resistance  and  therefore  migrate  more  slowly.    In  most  cases,  one   also  runs  a  molecular  size  standard  on  the  gel  (we  will  use  the  1kb  ladder  which  is   commercially  purchased).  The  migration  of  these  standard  fragments  through  the   gel  can  be  measured  and  a  graph  can  be  constructed  which  plots  the  distance   migrated  versus  the  logarithm  of  the  molecular  weight.  By  measuring  the  distance   migrated  and  correlating  this  to  the  plot  of  the  standards,  one  can  determine  the   antilog  and  hence  the  molecular  size  of  the  restriction  fragments.    In  order  to  do   this,  you  need  to  know  one  ‘constant’,  which  is  that  the  molecular  weight  of   1basepair  (bp)  is  approximately  660g/mole.  Therefore  a  fragment  of  4000bp:  4000   x  660  =  2.64  x  106g/mole.    Of  course  when  you  plot  the  migration  of  the  restriction   fragments  to  get  the  logarithm  value  and  take  the  antilogarithm,  you  will  need  to   divide  by  660  in  order  to  get  the  length  of  the  fragment.       After  you  run  your  gel,  you  will  visualize  the  fragments  by  taking  your  gel  to  the  UV   light  box.    Incorporated  into  the  gel  is  a  dye  called  ethidium  bromide.  Ethidium   bromide  is  a  small  molecule  that  intercalates  between  the  DNA  bases  and  fluoresces   orange  upon  excitation  with  ultraviolet  (UV)  light.    This  gives  the  DNA  fragments  an   orange  appearance  against  a  black  background.          

11

There  are  two  safety  notes  associated  with  this  procedure:   1. Ethidium  bromide  is  a  mutagen  and  possibly  a  carcinogen.  The  TA  will   handle  the  chemical  but  you  are  required  to  wear  gloves  when  handling   the  gel.  The  gel  must  be  disposed  of  in  the  bag  marked  “ethidium  bromide   waste”.   2. The  second  caution  relates  to  the  use  of  the  UV  light  source.    The  light  box   emits  light  in  the  UV  range  (260-­‐360nm),  and  this  causes  damage  to  the   retina  of  the  eye.    To  avoid  this,  we  will  take  three  precautions.       * First,  you  are  required  to  have  your  lab  partner  or  the  TA  with  you   when  viewing  the  gel  as  a  ‘buddy  system’  to  prevent  exposure.       * Second,  before  you  turn  on  the  light  box,  be  sure  the  protective   plastic  cover  is  in  place.  This  will  block  most  of  the  harmful  UV   rays.       * Lastly,  you  are  required  to  wear  a  full  face  UV  shield.    This  is  to   protect  not  only  your  eyes  but  also  your  entire  face  from  UV   irradiation.    

Procedures:   Notes  on  the  restriction  enzyme  digest   Restriction  enzymes  need  the  proper  buffer  in  order  to  work.  The  buffer  usually  is   20mM  Tris  at  pH  7.5-­‐8.5,  and  has  MgCl2  (divalent  cations  are  required  for  activity).     It  may  contain  NaCl.    Commerically  supplied  enzymes  are  shipped  with  a  10X  buffer   stock.  You  should  also  be  aware  that  the  plasmid  miniprep  technique  results  in  a   DNA  preparation  contaminated  by  E.  coli  RNA,  so  you  need  to  include  some  RNAse   in  your  digests.  Note  that  some  of  the  volumes  you  will  use  are  very  small  and  you   need  to  be  aware  of  what  a  microlitre  looks  like  in  the  micropipettor  tip.  It  is   difficult  to  measure  0.5ul,  but  if  you  can  see  any  liquid  at  all  in  the  tip,  that  will  be   enough,  as  enzymes  are  very  efficient.       Logistics  of  this  lab   In  order  to  be  most  efficient,  arrange  your  experiment  as  follows:   1. Set  up  the  restriction  digests   2. Cast  the  gel  (your  TA  will  likely  help  you  do  this):  make  sure  to  take   careful  notes  about  how  to  do  this  in  your  notebook.     3. Wait  50  minutes  and  during  this  time  set  up  the  buffer  tank  and  get  the   marker  DNA  ready.    During  this  time  you  can  get  some  practice  in  loading   a  gel  with  some  marker  dye.   4. Load  your  gel  and  perform  electrophoresis   5. View  gel,  take  photos  (TA  will  assist)   6. Clean  up  your  apparatus  with  DIW  and  clean  the  benches     Each  group  will  be  required  to  build  a  restriction  digest,  using  the  enzymes  EcoRI,   Pst  I,  Hind  III,  and  Xho  I.    Decide  amongst  yourselves  which  digest  each  person  will   do.    In  the  interest  of  time  and  because  we  don’t  have  enough  micropipettes  for  each   person  to  have  one,  do  the  following.       12

1. Each  person  labels  a  reaction  (Epi)  tube.    Build  the  reaction  in  the  order   given  below  (e.g.  DNA  is  first).       2. Everyone  adds  their  DNA,  so  no  time  is  lost  in  adjusting  the  micropipette.   3. Then  everyone  adds  the  water,  etc.     A  typical  reaction  contains:          5.0ul  of  DNA         IMPORTANT!!        5.0ul  of  DIW           Add  the  reagents  in  this  order,  using  a            5.0ul  of  4X  buffer  with  RNAse     different  tip  for  each  component.  Be  sure        5.0ul  of  diluted  enzyme       not  to  contaminate  the  4X  buffer,          20.0ul  total  volume         or  the  restriction  enzyme  with                     your  DNA.           Place   your   tube   in   37°C   for   60   minutes.   Then   add   5ul   of   loading   dye   [contains   glycerol  to  make  the  solution  denser  than  water  so  that  it  will  sink  into  the  well;  and   tracking  dyes  to  monitor  progress  of  electrophoresis].  Centrifuge  the  tube  and  then   prepare  to  load  the  gel.  

  Loading  the  gel    

CAUTION:  Wear  gloves  while  handling  the  gel     While  your  digest  is  proceeding,  obtain  a  tube  containing  an  aliquot  of  the  1kb   ladder.  When  you  are  ready,  fill  the  electrophoresis  tank  with  0.5X  TBE.  With  gloves   on,  gently  take  the  comb  out  of  your  gel  with  one  smooth  motion  (after  the  gel  has   set  up  for  60  minutes),  take  the  tape  off  of  the  ends  (and  place  in  the  ethidium   bromide  waste)  and  place  the  tray  in  the  buffer.  Be  sure  there  is  enough  buffer  to   cover  the  gel.  (If  there  is  too  much  buffer,  pour  some  off  before  adding  the  gel  tray).       To  load  the  gel,  first  note  that  your  digest  and  the  loading  dye  accounts  for  about   25µl,  which  is  too  much  to  load  with  a  P20  micropipettor.  There  are  two  choices:     (1)  Load  half  the  volume  twice,  or  (2)  use  a  P200.  One  other  thing  to  be  careful  of  is   not  to  ‘stab’  the  bottom  of  the  well  with  the  pipette  tip.      It  is  obviously  important  to   know  ‘which  lane  is  which’,  that  is,  to  remember  the  order  of  the  digests  loaded   on  the  gel.  A  simple  way  to  do  this  is  to  load  the  marker  lane  first,  then  load  the   digests  in  alphabetical  order.  Each  gel  should  also  have  one  uncut  plasmid  lane   so  you  can  tell  if  your  restriction  digests  actually  worked.  For  example,  1  10-­‐ lane  gel  could  be  loaded  with  1  lane  of  marker,  1  lane  of  uncut  DNA  and  8   Restriction  digests  (4  from  each  group).       Hint:  In  order  to  effectively  load  the  gel,  you  need  to  have  a  steady  hand.    Most   people  cannot  hold  the  micropipettor  still  enough  to  do  this,  but  there  is  an  easy   way  to  ensure  good  loading.    If  you  are  right-­‐handed,  place  your  left  hand  on  the  gel   tank  and  extend  your  index  finger  over  the  gel.    Balance  the  barrel  of  the   micropipettor  on  your  extended  finger  to  steady  it  and  slowly  introduce  the  liquid  

13

into  the  well.  While  your  samples  are  digesting,  you  can  practice  your  loading   technique  on  some  gels  the  TA  has  cast,  so  when  the  time  comes,  you  will  be  familiar   with  the  loading  technique.    

Running  the  gel    

CAUTION:  Wear  gloves  while  handling  the  gel  

 

After  the  gel  is  loaded,  attach  the  top  with  the  electrical  leads.  Be  sure  that  the  DNA   is  traveling  toward  the  positive  pole  (the  electrodes  are  color  coded;  be  sure  the   DNA  runs  toward  the  red  pole  and  be  sure  that  the  appropriate  electrical  lead  is   plugged  into  the  red  panel  on  the  power  supply).    Turn  on  the  power  supply  and  run   at  100  volts.  It  should  take  about  an  hour  for  the  bromophenol  blue  tracking  dye  to   reach  the  end.  Your  TA  will  assist  you  in  taking  a  photograph  (this  is  your  data  for   today).  When  you  are  finished  with  the  gel,  dispose  of  it  in  the  ethidium  bromide   waste.      

                                                14

Lab  5B:  How  do  I  determine  the  identity  of  my  unknown?  

Your  goal  in  this  lab  is  to  examine  the  restriction  digests  from  Lab  5A  and  determine   the  identity  of  your  unknown  plasmid  DNA.     First,  you  need  to  look  at  the  plasmid  maps  in  Appendix  1  (page  22).    They  show  that   the  inserts  for  all  of  the  plasmids  vary  between  1.2  and  2.2kbp  in  length.  Obviously   they  are  different  molecules  and  thus  have  different  restriction  maps.  Take  a  look  at   the  maps  and  see  if  you  can  cut  with  a  single  restriction  enzyme,  which  will  give  you   a  diagnostic  fragment.  For  example,  suppose  one  of  the  plasmids  has  an  Eco  RI  site   about  800bp  from  the  multiple  cloning  site,  which  also  has  an  Eco  RI  site.  If  this   plasmid  is  your  unknown,  digestion  with  Eco  RI  would  give  rise  to  a  0.8kpb   fragment  on  a  gel.  Think  about  what  patterns  you  would  get  if  you  were  to  digest   with  different  restriction  enzymes.  What  if  you  did  a  double  digest  (used  two   restriction  enzymes  in  the  same  reaction)?    In  some  cases  a  particular  plasmid  may   not  contain  a  particular  restriction  enzyme  site.  Thus  it  will  remain  uncut  and   migrate  differently  than  linearized  molecules  or  molecules  which  have  been  cleaved   at  more  than  one  site  (see  page  5).        

  How  can  I  determine  the  sizes  of  the  fragments  I  see?    

Scientists  always  run  molecular  size  standards  when  performing  restriction   mapping.  You  can  make  your  own  by  performing  the  appropriate  restriction  enzyme   digest  on  a  plasmid  of  known  sequence  (like  a  vector  for  example),  or  you  can   purchase  size  standards  commercially.    The  marker  we  will  use  is  called  the  ‘1kb-­‐ plus’  ladder  (see  diagram  below).    Note  that  the  intensity  of  the  1.6kbp  band  is   double  that  of  the  others,  and  this  provides  a  means  for  you  to  know  “which  band  is   which”.    You  will  run  5µl  of  this  marker  on  your  gel  and  compare  the  sizes  of  the   marker  to  those  of  your  digests.  Your  TA  will  take  a  photograph  of  the  gel  and  give   you  a  photocopy.  Plot  the  distance  migrated  verses  the  logarithm  of  the  molecular   weight  (you  can  use  semi-­‐log  paper  to  convert  values  to  log)  and  determine  the  size   of  your  fragments  by  reading  off  the  graph.    

                          15

Plasmid  Maps  and  their  interpretation  

Plasmid  maps  can  be  drawn  in  several  ways,  with  the  two  most  common  ones   shown  below.    They  can  be  sparse  in  information  (for  example,  if  little  is  known   about  the  insert),  or  they  can  be  very  dense,  with  many  restriction  sites,  the   boundaries  of  genes  (if  any  exist),  and  other  information  convenient  to  the   investigator.       Here  are  two  ways  that  a  plasmid  can  be  drawn:     1.  As  a  circle  with  insert  in  an  arc,  where  it  is  difficult  to  measure  distances.    

                             

 

16

2.  With  the  insert  displayed  as  a  line  above  the  plasmid,  so  that  measurements  are   readily  made.  Using  graph  paper  makes  it  easier  to  draw  it  to  scale.    

  Restriction  mapping  strategy  

 

Restriction  mapping  is  generally  used  to  determine  whether  sites  for  particular   restriction  enzymes  exist  and  then  to  determine  the  linear  order  of  sites.    A  few   complications  can  arise.  For  example,  if  an  enzyme  cuts  more  than  once,  how  do  you   determine  where  the  sites  occur?  Regardless  of  whether  an  enzyme  cuts  once,  twice,   or  multiple  times,  one  thing  that  must  be  done  is  to  determine  where  some  sites   exist  (anchor  points),  and  then  try  to  determine  where  the  unknown  sites  lie  in   relation  to  these  anchor  points.  Often  restriction  sites  comprising  part  of  the   multiple  cloning  site  (MCS)  can  be  used  as  anchor  points.       Example  Question     Consider   the   plasmid   map   above.   A   5kbp   Bam   H1/   Hind   III   fragment   (insert)   is   cloned   into   a   3kbp   vector.   If   the   plasmid   is   cut   with   Eco   R1   and   two   fragments   of   2.0kbp  and  6.0kbp  are  generated  as  a  result,  where  are  the  Eco  R1  sites?     Solution:  Since  there  is  only  one  Eco  RI  site  in  the  vector  (in  the  MCS)  and  the  vector   is  3kb  in  length,  it  is  not  possible  for  the  2.0kb  fragment  to  be  generated  by  the   vector.    Instead,  the  EcoRI  site  must  be  located  in  the  insert,  2.0kb  from  the  site  in   the  vector.  Thus,  you  have  established  that  an  EcoRI  site  is  2kb  from  one  end.          

17

Use  of  a  second  anchor  point  and  the  value  of  double  digests  

This  information  can  now  be  used  as  a  second  anchor  site  to  find  where  unknown   sites  lie  in  the  target  fragment.  For  example,  you  know  that  when  you  cut  with   EcoRI,  you  will  get  2kb  and  6kb  fragments.  What  happens  if  you  cut  with  Spe  I?     Suppose  that  you  get  an  8kbp  linear  fragment  and  that  you  know  that  there  is  no   Spe  I  site  in  the  vector.  In  order  to  place  this  site  on  the  map,  one  of  the  things  you   could  do  is  to  perform  a  double  digest  with  EcoRI  and  Spe  I.    Suppose  that  you  get   fragments  of  0.5kbp,  2.0kbp,  and  5.5kbp.    Right  away  this  tells  you  that  the  Spe  I  site   lies  near  one  of  the  ends  of  the  6kbp  EcoRI  fragment.    But  which  end?    The  answer   is:  you  know  that  there  is  no  Spe  I  site  in  the  vector  and  the  vector  comprises  half  of   the  6kbp  fragment.    Therefore,  the  Spe  I  site  must  be  located  at  the  other  end  of  the   6kbp  fragment,  0.5kbp  away  from  the  EcoRI  site,  as  shown  below.                          EcoRI         6kb             2kb             5.5kb          0.5kb     2kb                        Spe  I                EcoRI     A  similar  strategy  can  be  used  for  other  enzymes,  but  be  wary!  There  may  be  more   than   one   possible   position   for   a   site,   and   it   may   not   be   possible   to   determine   the   exact   location   based   on   the   double   digest.   Several   double   digests   with   different   combinations  of  restriction  enzymes  may  be  necessary  to  identify  restriction  sites.  

    Restriction  Mapping  Example  

Suppose  that  you  have  cloned  a  12kbp  Eco  RI/Bam  HI  fragment  into  a  cloning   vector.  Other  analyses  have  indicated  that  the  gene  you  are  interested  in  cloning  lies   within  this  fragment.  Now  you  need  to  determine  it’s  restriction  map  so  that  you  can   subclone  (make  smaller  clones)  fragments  and  begin  molecular  analyses.  You   already  know  the  entire  sequence  of  the  cloning  vector,  so  you  know  where  certain   restriction  sites  exist  in  this  sequence.  Because  you  have  cloned  the  12kbp  fragment   in  a  particular  direction  (Eco  RI  to  Bam  HI),  you  also  know  the  orientation  of  the   insert  with  respect  to  the  known  sites  in  the  vector  molecule.  Now  you  perform   single  and  double  digests,  separate  the  fragments  by  electrophoresis,  and  calculate   how  large  they  are.  From  this  information  you  can  deduce  the  relative  order  of   restriction  sites  within  the  insert.               18

Figure  1:  The  vector  and  insert    

    The  data:   Alu  I:  2200,  4790,  8000       Xmn  I:  4770,  10225   Pvu  I:  5900,  9100         Sac  I/Xmn  I:  250,  500,  1500,  4000,  8725   Hind  III:  2500,  12500       Alu  I/Bam  HI:1800,  2200,  3000,  8000   Sac  I:  2000,  4000,  9000       Bam  HI:  15000   Pvu  I/Bam  HI:  1110,  5900,  8000     The  solution:    I  will  give  you  an  example  of  how  to  deduce  where  the  Pvu  I  site  is   within  the  insert,  and  then  I  will  give  you  the  solution  to  the  map  on  the  following   page.  You  should  work  through  the  data  and  convince  yourself  that  you  know  how   to  do  this  exercise.    Pvu  I  cuts  the  plasmid  vector  at  a  position  1612bp  away  from   the  site  designated  zero.  The  multiple  cloning  site  is  between  500-­‐530,  with  the  Eco  

19

RI  site  at  515  and  the  Bam  HI  site  at  525.    Cutting  with  Pvu  I  gives  two  fragments   (5900  and  9100bp).    Thus,  as  this  is  a  circular  molecule,  and  since  there  is  one  site  in   the  vector  there  must  be  one  site  in  the  insert.  However,  there  are  two  possibilities.   The  site  could  be  5900bp  away  from  the  vector  site  in  the  clockwise  direction,  or  it   could  be  in  the  counterclockwise  direction.  It  is  impossible  to  determine  from  this   information  which  possibility  is  correct.  Thus,  one  must  employ  a  double  digest  to   decide.  The  Pvu  I/Bam  HI  double  digest  is  informative.  This  digest  gives  rise  to   fragments  of  110,  5900,  and  8000bp.    Note  that  the  5900bp  Pvu  I  fragment  does  not   get  cleaved  by  Bam  HI,  whereas  the  9100  gets  cleaved  into  1100  and  8000bp   fragments.    Since  you  know  that  the  only  Bam  HI  site  is  the  one  used  for  cloning,  and   you  can  measure  the  distance  from  the  vector  Pvu  I  site  to  the  Bam  HI  site  in  the   multiple  cloning  site  as  1087bp,  this  indicates  that  the  Pvu  I  site  in  the  insert  is   located  9100bp  away  from  the  vector  Pvu  I  site  in  the  counter-­‐clockwise  direction.     In  other  words  it  is  8000bp  away  from  the  Bam  HI  cloning  site.       Take  a  look  at  the  solution  to  the  problem  on  the  next  page.        

How  can  I  get  some  practice  at  this?  

1. There  are  several  websites  of  other  courses,  which  have  tutorials.    Try  these:     http://faculty.plattsburgh.edu/donald.slish/RestMap/RestMapTutorial.html   http://faculty.plattsburgh.edu/donald.slish/Restmap.html     2. The  best  way  to  practice  as  well  as  appreciate  the  pitfalls  of  generating  problems   is  to  make  up  the  problem  yourself,  beginning  with  the  answer.  On  a  graph  sheet,   draw  an  insert  DNA  and  position  some  sites  A,  B,  and  C.  If  you  want  to  increase   the  difficulty,  put  two  A  sites  in.    Connect  this  linear  map  to  the  backbone  of  a   common  vector  (see  page  23  and  appendix  2).    You  might  consider  placing  a  site   for  A,  B,  and/or  C  in  the  vector,  either  at  an  end  of  the  insert  (as  part  of  a   multiple  cloning  site),  or  elsewhere.  Now  do  your  measuring  and  generate  the   data  for  each  enzyme  or  enzyme  pair.  Now  forget  you  know  where  the  sites  are   and  try  to  solve  the  problem  just  from  the  data.  Often  there  are  ambiguities  and   often  you  realize  that  the  problem  cannot  be  solved  without  giving  more  data   (e.g.  a  double  digest  with  an  additional  enzyme  pair).  By  troubleshooting  your   own  problem,  you  get  some  practice  with  “molecular  logic”  and  appreciate  how   to  approach  a  mapping  problem.                      

20

Solution  to  problem  on  page  19:        

 

21

 

22

23