（一）外源ＤＮＡ和質粒載體的連接反應

　　外源ＤＮＡ片段和線狀質粒載體的連接，也就是在雙鏈ＤＮＡ５'磷酸和相鄰的3'羥基之間 形成的新的共價鏈。如質粒載體的兩條鏈都帶5'磷酸，可生成４個新的磷酸二酯鏈。但如果質粒ＤＮＡ已去磷酸化，則吸能形成２個新的磷酸二酯鏈。在這種情況下產生的兩個雜交體分子帶有２個單鏈切口，當雜本導入感受態細胞后可被修復。相鄰的５'磷酸和３'羥基間磷酸二酯鍵的形成可在體外由兩種不同的ＤＮＡ連接酶催化，這兩種酶就是大腸桿菌ＤＮＡ連接酶和Ｔ４噬菌體ＤＮＡ連接酶。實際上在有克隆用途中，Ｔ４噬菌體ＤＮＡ連接酶都是首選的用酶。這是因為在下沉反應條件下，它就能有效地將平端ＤＮＡ片段連接起來。
　　ＤＮＡ一端與另一端的連接可認為是雙分子反應，在標準條件下，其反應速度完全由互相匹配的ＤＮＡ末端的濃度決定。不論末端位于同一ＤＮＡ分子（分子內連接）還是位于不同分子（分子間連接），都是如此。現考慮一種簡單的情況，即連接混合物中只含有一種ＤＮＡ，也就是用可產生粘端的單個限制酶切割制備的磷酸化載體ＤＮＡ。在瓜作用的底物。如果反應中ＤＮＡ濃度低，則配對的兩個末端同一ＤＮＡ分子的機會較大（因為ＤＮＡ分子的一個末端找到同一分子的另一末端的概率要高于找到不同ＤＮＡ分子的末端的概率）。這倦，在ＤＮＡ濃度低時，質粒ＤＮＡ重新環化將卓有成效。如果連接反應中ＤＮＡ濃度有所增高，則在分子內連接反應發生以前，某一個ＤＮＡ分子的末端碰到另一ＤＮＡ分子末端的可能性也有所增大。因此在ＤＮＡ濃度高時，連接反的初產物將是質粒二聚體和更大一些的寡聚體。Dugaiczyk等(1975;同時參見Bethesda Res,Lab.出版的Focus第2卷，第２、３期合刊）從理論上探討了ＤＮＡ濃度對連接產物性質的影響。簡而言之，環化的連接產物與多聯體連接產物的比取決于兩個參數：j和i。j是ＤＮＡ分子的一個末端在同一分子的另一末端附近的有效濃度，j的數值是根據如下一種假設作出的：沉吟液中的ＤＮＡ呈隨機卷曲。這樣，j與ＤＮＡ分子的長度成反比（因為ＤＮＡ越長，某一給定分子的兩末端的越不可能相互作用），因此j對給定長度的ＤＮＡ分子來說是一個常數，與ＤＮＡ深度無關。j＝[3/(3πlb0)]3/2其中l是ＤＮＡ長度，以cm計，b是隨機卷曲的ＤＮＡ區段的長度。b的值以緩沖液的離子強度為轉移，而后者可影響ＤＮＡ的剛度。
i是溶液中所有互補末端的深度的測量值，對于具有自身互補粘端的雙鏈dna而言，i=2NoMx10-3末端/ml這里Ｎo是阿佛伽德羅常數，Ｍ是ＤＮＡ的摩爾濃度（單位：mol/L)。理論上，當j=i時，給定ＤＮＡ分子的一個末端與同一分子的另一末端，以及與不同分子的末端相接觸的可能性相等。因而在這樣的條件下，在反應的初始階段中，環狀分子與多聯體分子的生成速率相等。而當j>i時，有利于重新環化；當i>j，則有利于產生多聯體。圖1.9顯示了ＤＮＡ區段的大小與連接反應混合物中j:i之比分別為0.5、1、2和5時所需ＤＮＡ濃度之間關系（Ｄugaiczyk等，1985）。 現在考慮如下的連接反應混合物：其中除線狀質粒之外，還含有帶匹配末端的外源ＤＮＡ片段。對于一個給定的連接混合物而言，產生單體環狀重組基因組的效率不僅受反應中末端的絕對濃度影響， 而且還受質粒和外源ＤＮＡ末端的相對濃度的影響。當i是j的２－３倍（即末端的絕對濃度足以滿足分子間連接的要求，而又不致引起大量寡聚體分子的形成時）外源ＤＮＡ末端濃度的２倍時，有效重組體的產量可達到最大。這些條什下，連接反應終產物的大約40％都是由單體質粒與外源ＤＮＡ所形成的嵌合體。當連接混合物中線瘃質粒的量恒定（j:i=3）而帶匹配末端的外源ＤＮＡ的量遞增時，這種嵌合體在連接反應之末的理論產量。
涉及帶粘端的線狀磷酸化質粒ＤＮＡ的連接反應應包含：
１）足量的載體ＤＮＡ，以滿足j:i>1和j:i<3。對一個職pUC18一般大小的質粒，這意味著連接反應中應含有載體ＤＮＡ為20-60μg/ml。
２）未端濃度等于或稍高于載體ＤＮＡ的外源ＤＮＡ，如外源ＤＮＡ濃度比載體低得多，在效連接產物的數量會很低，這樣就很難別小部分帶重組抽粒的轉化菌落。這種情況下，可考慮采用一些步驟來減少帶非重組質粒的背景菌落。如用磷酸酶處理線狀質粒ＤＮＡ或發跡克隆策略以便通過定向克隆的方法構建重組質粒。

(二）粘端連接

１）用適當的限制酶消化質粒和外源ＤＮＡ。如有必要，可用凝膠電泳分離片段并（或）用堿性磷酸酶處理質粒ＤＮＡ。通過酚：氯仿抽提和乙沉淀來純化ＤＮＡ，然后用TE(pH7.6)溶液使其濃度為100/ml。
２）按如下所述設立連接反應混合物：
a．將0.1μl載體ＤＮＡ轉移到無菌微量離心管中，加等摩爾量的外源ＤＮＡ。
b．加水至7.5μl，于45℃加溫５分鐘以使重新退炎的粘端解鏈，將混合物冷卻到０℃。
c．加入：10xT4噬菌體ＤＮＡ連接酶緩沖液 １μl
Ｔ４噬菌體ＮＤＡ連接酶 0.1Weiss單位
５mmol/L ATP 1μl
于16℃溫育１－４小時

10xT4噬菌體ＤＮＡ連接酶緩沖液
200mmol/L同Tris.Cl(pH7.6)
50mmol/K MgCl2
50mmol/L二硫蘇糖醇
500μg/ml牛血清白蛋白（組分Ｖ.Sigma產品）（可用可不用）
該緩訓液應分裝成小份，貯存于－20℃。
另外，再設立兩個對照反應，其中含有（１）只有質粒載體；（２）只有外源ＤＮＡ片段。如果外源ＤＮＡ量不足，每個連接反應可用50-100ng質粒ＤＮＡ，并盡可能多加外源ＤＮＡ，同時保持連接反應體積不超過10μl。可用至少３種不同方法來測定Ｔ４噬菌體ＤＮＡ連接酶的活性。大多數制造廠商（除New England Biolabs公司外）現在都用Weiss等，１1968)對該酶進行標化。１個Weiss單位是指在37℃下20分釧內催化１mmol32P從焦磷酸根置換到[γ,β-32P]ATP所需酶時，１個Weiss單位相當于0.2個用外切核酸酶耐受試驗來定義的單位（Modrich和Lehman,1970)或者60個粘端單位（如Ｎew England Biolabs公司所定義）。因此，0.015Ｗeiss單位的Ｔ４噬菌體ＤＮＡ連接酶在16℃下30分鐘內可使50％的λ噬菌體HindⅢ片段（5μg）得以連接。在本書中，Ｔ４噬菌體ＤＮＡ連接酶一律用Weiss單位表示。\par 目前提供的Ｔ４噬菌體ＤＮＡ連接酶均為濃溶液（1-5單位/μl），可用20mmol/L Tris.Cl(pH7.6)、60mmol/L KCl、5mmol/L二硫蘇糖醇、500μg/ml牛血清白蛋白、50％甘稀釋成100單位/ml的濃度置存。處于這種濃度并在這種緩沖液中的Ｔ４噬體ＤＮＡ連接酶于-20℃保存３個月可保持穩定。
３）每個樣品各取１－２μl轉化大腸桿菌感受態細胞。

（三）平端ＤＮＡ連接

　　Ｔ４噬菌體ＤＮＡ連接酶不同于大腸桿菌ＤＮＡ連接酶，它可以催化平端ＤＮＡ片段的連接（Sgaramella和Khorana,1972;Sgaramella和Ehrlich,1978），由于ＤＮＡ很容易成為平端，所以這是一個極為有用的酶學物性。有了這樣的物性，才能使任何ＤＮＡ分子彼此相連。然而，相對而言，平端連接是低效反應，它要求以下４個條件：
１）低濃度（0.5mmol/L）的ATP(Ferretti和Sgaranekka,1981）。
２）不存在亞精胺一類的多胺。
３）極高濃度的連接酶（50Weiss單位．ml）。
４）高濃度的平端。
１．凝聚劑
　　在反應混合物中加入一些可促進大分子群聚作用并可導致ＤＮＡ分子凝聚成集體的物質，如聚乙二醇（Pheiffer和Zimmerman,1983;Zimmerman和Pheiffer,1983;ZimmermanT Ｈarrison,1985)或氯化六氨全高鈷（Rusche和Howard-Flanders,1985）,可以使如何取得適當濃度的平端ＤＮＡ的總是迎刃而解。在連接反應中，這些物質具有兩作用：
１）它們可使平端ＤＮＡ的連接速率加大１－３個數量級，因此可使連接反應在酶ＤＮＡ濃度不高的條件下進行。
２）它們可以改變連接產物的分布，分子內連接受到抑制，所形成的連接產物一律是分子間連接的產物。這樣，即使在有利于自身環化（j:i=10）的ＤＮＡ濃度下，所有的ＤＮＡ產物也將是線狀多聚體。\par 在設立含凝聚劑的連接反應時，下列資料可供參考。
（１）聚乙二醇（PEG8000）
１）用去離子水配制的ＰＥＧ8000貯存液（40％）分裝成小份，冰凍保存，但加入連接反應混合物之前應將其融化并使其達到室溫。在含15％PEG 8000的連接反應混合物中，對連接反刺激效應最為顯著。除PEG 800和Ｔ４噬菌體ＤＮＡ連接酶以外，其他所有連接混合物的組分應于０℃混合，然后加適當體積的PEG 8000（處于室溫），混勻，加酶后于20℃進行溫育。
２）連接混合物中含0.5mmol/L ATP和5mmol/L MgCl2時對連接反應的刺激效應最為顯著，甚至ATP濃度略有增加或ＭgCl2濃度略有降低，都會嚴重降低刺激的強度（Pheiffer和Zimmerman,1983）。
３）濃度為15％的PEG 8000可刺激帶粘端的ＤＮＡ分子的連接效率提高至原來的10-100倍，反應的主產物是串聯的多聯體。
４）PEG 8000可刺激短至８個核苷酸的合成寡聚物的平端連接，在這一方面，它與氯化六氨合高鈷有所不同。
（２）氯化六氨合高鈷
１）氯化六氨合高鈷可用水配成10mmol/L貯存液貯存于-20℃，它對連接反應的刺激具有高度的濃度信賴性。當連接反應混合物中鹽深度為1.0-1.5μmol/L時，其刺激作用最大。氯化六氨合高鈷可使平端連接的效率大約提高到原來的50W部，但只能使端連接的效率提高到原來的５倍（Rusche和Howard-Flanders,1985）。
２）在單價陽離子（30mmol/L KCl）存在下，它對平端連接仍有一定的刺激作用，但此時連接產物的分布有所改變。連接產物不再是清一色的分子間連接產物，相反，環狀ＤＮＡ將點盡優勢。
３）與ＰＥＧ 8000不同，氯化六氨合高鈷不能顯著提高合成寡核苷酸的連接速率。