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提取目的基因的两条途径使用条件有所不同—杨新合 李联联

减小字体 增大字体 作者:杨新合 李联联  来源:本站整理  发布时间:2011-12-05 10:21:25

提取目的基因的两条途径使用条件有所不同

杨新合 李联联

  摘要:在基因工程中,提取原核细胞的目的基因,一般用从供体细胞中直接分离基因:提取真核细胞的目的基因,一般用人工合成基因的原因。

  关键词:目的基因 转录 翻译 原核细胞 真核细胞

  基因工程又叫基因拼接技术或DNA重组技术。这种技术是在生物体外,通过对DNA分子进行人工“剪切”或“拼接”,对生物的基因进行改造和重新组合,然后导入受体细胞内进行无性繁殖,使重组基因在受体细胞内表达,产生出人体所需要的基因产物。通俗的说就是按照人的意愿,把一种生物的个别基因复制出来,加以修饰改造,然后放到另一种生物的细胞里,定向的改造生物的遗传性状,通过此项工程就有可能让禾本科的植物有了固氮的本领,让“细菌”吐出蚕丝,让微生物产生出人的胰岛素,干扰素等珍贵的药物,……你若对此项工程没有一个全面系统的了解,必将认为这是天方夜谭,多么荒谬的神话故事,是根本不可能的,也是常人难以想象的。然而伴随着科学技术的进步经过千百万生命科学工作者大胆的探索长期不懈的实践,终于使生命科学与工程技术有机的结合起来,兴起生命工程这门综合性的科学技术,并将这些技术迅速的转化为生产力,目前已经形成了一个年产值上千亿美元的新兴产业。这是多么激动人心,令人鼓舞难眠的伟大创举,它的兴起标志着人们从认识生命活动的奥秘,到按照人们的愿望改造生物的巨大飞跃。因此我们有何理由不去学习这方面的基础理论知识,进而掌握这项生命科学技术呢?

  在高中生物(选修)教材里,在介绍基因工程的内容中指出,获取原核细胞的目的基因,一般是从供体细胞中直接分离基因,获取真核细胞的目的基因,一般是用人工合成基因,其原因何在?引起了我的深思。欲借此刊之一角,暴露自己的丑感,还望各位行家高手,不厌其烦,给予指教。

  获取原核细胞的目的基因,常采用从供体细胞的DNA中直接分离基因之法。

  在基因工程中提取目的基因主要有两种途径:一条是从供体细胞的DNA中直接分离基因;另一条是人工合成基因获取原核细胞的基因时,一般是用前一种方法,在获取真核细胞中的目的基因时,一般是用后一种方法,这是为什么呢?直接分离基因最常用的方法是“鸟枪法”又叫“散弹射击法”。其具体的做法是用限制酶把供体细胞中的DNA切成许多片段,将这些片段分别载入运载体,然后通过运载体分离转入不同的受体细胞,让供体细胞所提供的DNA(外源DNA)的所有片段在各个受体细胞中大量复制(在遗传学中叫扩增),从中找出含有目的的基因的细胞,再用一定的方法把带有目的基因的DNA片段分离出来。用此法获取目的基因的优点是操作简便,缺点是工作量大,具有一定的盲目性无疑于大海捞针,但由于原核生物属低等生物,控制性状遗传的基因数量相对较少,也就是说,此“海”相对较小,捞到“针的可能性较大”。对真核生物来说,控制性状遗传的基因数量相对较多,此海相对较大,捞到针几乎是不可能的。

  获取真核细胞的目的基因,常采用人工合成基因之法。

  首先,在基因工程的操作中,许多是选择原核生物作为受体细胞,这是因为原核细胞较原始,适应环境的能力较差,故其繁殖能力必然较强,将目的基因导入此类细胞中,在它们的大量繁殖过程中,使目的基因得到迅速表达,能在较短的时间内,获得人们所需要的大量的基因产物。但由于真核细胞基因的编码区有外显子和内含子之别,其基因表达的调控机制较原核生物复杂得多。例如,真核生物中转录产生的信使RNA,必须经过加工,将内含子转录的部分剪切掉。将外显子转录部分拼接起来,才能成为有功能的成熟的信使RNA。而原核生物的基因由于不含内含子和外显子,因此,转录产生的信使RNA不需要剪切和拼接的加工过程。再有原核生物基因的转录和翻译通常在同一时间同一地点进行的,即在转录未完成之前翻译便开始进行。真核细胞由于有细胞核,核膜将核质和细胞质分离开来,因此,转录是在细胞核中进行的,翻译则是在细胞质中进行的。可见,真核生物基因转录和翻译具有时间和空间上的分隔。上述真核生物基因转录后的剪切、拼接转移等过程都需要有调控序列的调控。这种调控作用是原核生物所没有的。因此,真核生物的目的基因,若要在真核生物中表达,则可用从供体细胞中直接分离基因,若要在原核生物细胞中表达,就必须采用人工合成基因之法获之。

  另外,人工合成目的基因的方法主要有两条途径。一条途径是以目的基因转录成的信使RNA为模板,反转录成互补的单链DNA,然后在酶的作用下合成双链DNA,从而获得所需要的基因。另一条途径是根据已知的蛋白质的氨基酸序列推测出相应的信使RNA序列,然后按照碱基互补配对原则,推测出它的结构基因的核苷酸序列,再通过化学方法以单核苷酸为原料合成目的基因,用这种方法获得目的基因的编码区,自然就没有了内含子部分,只有外显子部分,就与原核细胞的基因结构相同了,将其导入原核细胞中进行表达。即能表达出与真核生物所对应的基因的遗传性状或基因产物,又避免了真核生物基因转录后的剪切、拼接和翻译等过程所需要的调控序列的调控,因原核生物细胞中没有这样的调控机制。从而使真核细胞的基因在原核生物细胞的表达成为可能。

  综上所述,获取原核生物细胞的目的基因,一般是从供体细胞DNA中直接分离基因之法;获取真核细胞的目的基因,一般采用人工合成目的基因之法。

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