最初发布于2014年1月14日，更新于2020年4月14日。
毫无疑问，任何新加入分子生物学实验室的人都会被要求设计、修改或构建质粒。质粒是在细菌细胞中发现的一小块环状DNA，对质粒不熟悉的人可能需要一些额外的指导来理解构成质粒的特定成分以及为什么每个成分都很重要。
我们的“质粒101”系列旨在教育各级科学家和质粒爱好者-作为质粒的介绍。质粒101将为您提供一般分子生物学知识和技术的概述，并使您有一个坚实的基础知识的理解。我们的任务是策划一个一站式的质粒参考指南，这样你可以花更少的时间研究基础，花更多的时间开发巧妙设计的实验和创新的解决方案，以推进该领域。
什么是质粒？
在最基本的水平上，质粒是独立于宿主染色体DNA复制的小型环状DNA片段。他们主要存在于细菌中，但也自然存在于古细菌和真核生物如酵母和植物中。在自然界中，质粒为宿主提供一种或多种功能上的好处，例如对抗生素的耐药性、降解功能和/或毒性。所有天然质粒包含起源的复制（控制质粒的宿主范围和拷贝数）并且通常包括有利于存活的基因，例如抗生素抗性基因。
相比之下，实验室中使用的质粒通常是人工的，旨在将外源DNA导入另一个细胞。至少，实验室创建的质粒有复制来源、选择标记和克隆位点。质粒的易修饰性以及质粒在细胞内自我复制的能力使其成为生命科学家或生物工程师的理想工具。
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| 图1：质粒及其元件的图谱如下所述。 |
| 向量元素 | 描述 |
| 复制起源(ORI) | DNA序列，允许通过招募复制机械蛋白在质粒内启动复制 |
| 抗生素抗性基因 | 允许选择含有质粒的细菌。 |
| 多克隆位点（MCS） | 含有几个限制位点的DNA短片段，使DNA易于插入。在表达质粒中，MCS通常位于启动子的下游。 |
| 插入 | 将基因、启动子或其他DNA片段克隆到MCS中进行进一步研究。 |
| 启动子区域 | 驱动目标基因的转录。表达载体的重要组成部分：确定基因表达的细胞类型和获得的重组蛋白量。 |
| 选择标记 | 抗生素抗性基因允许细菌进行选择。然而，许多质粒也有可选择的标记用于其他细胞类型。 |
| 引物结合位点 | 作为PCR扩增或测序起始点的短单链DNA序列。利用引物对质粒进行序列验证。 |
在实验室里如何构建质粒？
由于它们的人工性质，实验室质粒通常被称为“载体”或“构建物”。为了将感兴趣的基因插入载体中，科学家可能会利用多种方法中的一种克隆方法（限制性内切酶、非连接、Gateway、Gibson等）。这个最终选择克隆方法基于你想要克隆到的质粒。无论如何，一旦克隆步骤完成，含有新插入基因的载体就会转化为细菌细胞，并选择性地在抗生素平板上生长。
重要的是，由于分离出质粒的细菌生长迅速，并在生长过程中制造出更多的质粒，因此科学家可以很容易地将质粒分离出来制造大量的质粒在以后的工作中操纵和使用
科学家如何使用质粒？
通常，科学家使用质粒来操纵靶细胞中的基因表达。特点如灵活性、多功能性、安全性和成本效益，使分子生物学家能够广泛应用质粒。一些常见的质粒类型包括克隆质粒，表达质粒，基因敲除质粒，报告质粒，病毒质粒,基因组工程质粒。
质粒可以用来做的许多事情包括：
- 生产大量的蛋白质，这样科学家就可以在控制的环境下提纯和研究它。阅读更多:
- 产生发光的蛋白质，以便科学家能够追踪其在细胞内的位置或数量
- 监测特定环境中某一化学物质的水平
- 产生能对生物体基因组进行特定、可控改变的酶(基因组工程)
- 生产合成纤维病毒可以用于研究或治疗
Addgene已编制各种教育资源，以促进质粒在实验室的使用。Addgene分子生物学参考包括有关分子克隆、如何选择质粒载体、分子生物学工具和参考资料以及如何维护质粒库的信息。该指南还包含多种协议和疑难解答提示，以使质粒的使用尽可能简单明了。
如果你有一个具体的质粒元素的问题，你想回答或任何主题建议质粒101系列，请在评论中告知我们。
注：Marcy Patrick为本文的撰写做出了贡献。
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