差異培養基是含有能夠在視覺上區分生長在其上的微生物的化合物的培養基。這些培養基利用微生物的代謝和生化能力，導致外觀發生明顯變化。

差異化培養基通常包含指示劑，例如染料、pH 指示劑或可以被某些微生物代謝但不能被其他微生物代謝的特定底物。這些指示劑的存在或不存在或由此產生的顏色變化有助于辨別不同的微生物群或識別特定的代謝活動。

例如，使用含有 X-gal 的差異培養基進行藍白斑篩選，通過鑒定具有所需遺傳構建體的菌落來促進基因克隆。

選擇性培養基和差異培養基之間的差異與每種培養基如何用于篩選轉化細胞有關。選擇性培養基根據生長情況篩選細胞，而差異培養基根據外觀篩選細胞。

選擇性培養基和差異培養基都可以幫助您決定在克隆過程中繼續使用哪些菌落。

使用選擇性培養基，不需要的細胞無法存活。因此，選擇是基于增長的。

介導所需細胞和不需要細胞之間的分化的典型化合物是抗生素。

所需的細胞對這種抗生素具有抗性，即使在該抗生素存在的情況下也能生長。然而，不需要的細胞對抗生素敏感并且無法存活。

使用差異培養基，所需的和不需要的細胞都會生長，但可以根據集落的視覺特征來區分和篩選它們。

圖 1.選擇性媒體的工作原理與差異媒體的工作原理的圖示。只有幸存的菌落才能在選擇性培養基上生長。使用差異培養基，所有菌落都會生長，但可以被識別。

差異培養基的工作原理是它們含有特定酶的底物。

底物一旦被這種酶分解，就會產生有色產物。肉眼很容易發現顏色差異。

圖一的差異培養基示例顯示了結果中的這種顏色差異，其中白色菌落是所需菌落，而藍色菌落不是。

為了更深入地了解這一點，請查看圖 2，它演示了其工作原理。

您添加某種化合物（白色），我們在固體培養基板中將其稱為化合物 C。當化合物 C 被特定的酶（我們稱之為酶 E）分解時，產物是藍色化合物。

圖 2.差分媒體工作原理的概念表示。

現在，在這個特定的示例中，您設計的基因構建體使得具有所需基因構建體的細胞將產生酶 E。因此，一旦它們在平板上生長，它們的集落就會呈藍色。

另一方面，不需要的菌落——沒有所需基因構建的菌落不會產生酶 E，并且它們的菌落將是白色的。

圖 3.帶有藍色和白色菌落的平板照片。

在大多數克隆實驗中，具有所需基因構建體的菌落是白色的，不需要的菌落是藍色的。

這是通過稱為 α 互補（α-complementation）的概念來實現的——大多數克隆宿主菌株（例如DH5-α）的一個特征。

由于本文是為了說明差異培養基在基因克隆過程中如何發揮作用，因此我們不會過多討論藍白斑篩選背后的分子遺傳學。

為此，我們建議您查看這篇文章，其中我們詳細說明了藍白斑篩選的概念。

同樣，藍白斑篩選相關的實驗方案請參考這篇文檔。

然而，為了正確理解差異媒體的概念，這里簡要描述了藍白斑篩選過程中發生的情況。

β-半乳糖苷酶是藍白斑篩選的核心。 β-半乳糖苷酶由lacZ基因作為lac操縱子的一部分合成，β-半乳糖苷酶分解乳糖。

DH5-α 等克隆宿主菌株編碼 β-半乳糖苷酶的突變形式，其中氨基末端的氨基酸 11-41 被刪除。這種突變型 β-半乳糖苷酶被稱為ω-肽，它不能單獨分解乳糖或全功能 β-半乳糖苷酶（例如 X-gal）的其他底物。

同時，相應的克隆載體如pUC19在多克隆位點編碼一種稱為LacZ-α或α-肽的多肽。 LacZ-α / α-肽組成 β-半乳糖苷酶的 59 個氨基酸。

當宿主菌株的基因組表達ω-肽并且載體表達α-肽時，形成功能齊全的β-半乳糖苷酶，可以分解乳糖或其類似物。這稱為α-互補。

圖 4. α-互補示意圖。

因此，當帶有克隆載體的宿主細胞接種在含有 X-gal 的培養基上時，表現出 α-互補的集落會產生功能性 β-半乳糖苷酶，分解 X-gal，形成藍色產物。結果，菌落呈藍色。

圖 5.功能性 β-半乳糖苷酶在含有 X-gal 的培養基中形成藍色菌落，用于藍白斑篩選實驗。

另一方面，不具有克隆載體表達的α-肽的宿主細胞不會表現出α-互補，并且不會產生功能性β-半乳糖苷酶。因此，X-gal不會被這些細胞分解。他們的殖民地將是白色的。

請注意，α-肽的基因位于克隆載體的多克隆位點 (MCS)。因此，如果載體為空白，即 MCS 內沒有克隆轉基因，則仍會產生 α 肽。在此，將發生 α-互補，并且由于 X-gal 被功能性 β-半乳糖苷酶分解，集落呈藍色。

如果載體在其 MCS 內克隆了轉基因，則轉基因會破壞 α 肽的基因。該基因被破壞的結果是沒有產生功能性的β-半乳糖苷酶，并且X-gal不會被這些細胞分解。

圖 6.由于基因插入而破壞的lacZα序列不編碼 α 肽。

這就是為什么平板上 所需的菌落會是白色的——編碼 α 肽的基因被目標轉基因破壞，這正是我們想要的。

因此，在這種情況下，只需查看集落，您就可以輕松辨別哪些細胞具有空白質粒（它們是藍色的），哪些集落具有轉基因插入片段（這些集落是白色的）。

圖 7.示意圖顯示了在藍白斑篩選實驗中如何區分具有帶插入基因的質粒的菌落和不具有插入基因的菌落。

雖然這是在基因構建體克隆過程中使用藍白斑篩選的常見方法，但還有另一種藍白斑篩選方法。

這里，藍色菌落代表具有必要構建體的菌落，白色菌落不具有該構建體。

這是當遺傳構建體被克隆到宿主菌株的基因組中而不是我們上面討論的方式的克隆載體中時。

查看圖 8 中繪制的結構。

圖8.克隆到宿主菌株基因組中的基于LacZ的轉錄報告基因構建體。

該構建體描述了測量啟動子 P轉錄效率的報告基因。該啟動子越強， lacZ轉錄的水平就越高，最終細胞合成的 β-半乳糖苷酶的水平就越高。

因此，β-半乳糖苷酶活性可用作測量該啟動子強度的讀數。

這些類型的報告基因廣泛應用于分子生物學。

在此類構建體的基因工程過程中采用藍白斑篩選。 X-gal 平板上顯示為藍色的菌落的基因組中含有該構建體。它們就是我們想要的殖民地。白色菌落的基因組中沒有該構建體；他們是不受歡迎的殖民地。

一旦制備出所需菌株并使用差異培養基通過藍白斑篩選進行篩選，下一步將測試啟動子強度。

為此，測試菌株和對照菌株在液體培養物中培養至相等的細胞密度，然后使用米勒測定法測量β-半乳糖苷酶活性。

該測定的結果用作測量 lacZ 融合的啟動子強度的讀數（如上圖 8 所示）。通過觀察更多相應的β-半乳糖苷酶活性來指示啟動子強度越高。

這里需要注意的是，差異培養基和藍白斑篩選用于篩選具有必要遺傳構建體的菌落，但在實際酶測定中則不然，在實際酶測定中，實驗者使用不同的 β-半乳糖苷酶底物 - 例如 ONPG(2 -硝基苯基-β-D-吡喃半乳糖苷）。

紅白篩選培養基

紅白斑篩選在理論上和技術上與藍白斑篩選相同。

然而，β-半乳糖苷酶的底物化合物不是 X-gal，而是添加到培養基中的品紅色-gal。品紅半乳糖被β-半乳糖苷酶分解后形成的產物呈紅色。

因此，根據菌落是否產生功能性 β-半乳糖苷酶，它們會是紅色或白色。

與藍白斑篩選非常相似，紅白斑篩選用于基因克隆過程中，以檢查哪些集落克隆了必要的基因構建體。