分子生物学综述.doc

动物遗传性状复制与整合研究方法综述 柯 荣 （南昌大学，药学系08药学一班，6301708002）摘要：植物通过嫁接的形式可保持原品种性状不变。引伸到动物体甚至人类，在基因序列检测、基因重组以及基因转导等技术的前提下，将两个机体各自的特殊性状整合到一个集体当中，最终在该机体中同时能够表达出上一代亲代的性状，从而可实现动物遗传性状的复制与整合。关键字：遗传性状、复制与整合、基因序列测定、基因重组、基因转导 正文：1、引言进入21世纪，生命科学以及基因工程技术获得了许多重大性的突破。基因工程又有基因拼接技术或DNA重组技术之称，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一中生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。但现今它的应用主要有：基因工程与作物育种；基因工程与药物研制；人们可以利用基因工程获得高产，稳产和具有优良品质的农作物，培育出各种具有抗逆性的作物新品种；利用基因技术还可以高效率的生产各种高质量，低成本的药品，如：胰岛素，干扰素和乙肝疫苗等。经过嫁接技术的植物嫁接苗生长发育快，增强了适应不良环境的能力，增强植株的抗病虫害能力，且能获得两亲代的共同性状。由嫁接技术我们联想到如果能将动物体的优良性状整合到一个机体中则大大提高了动物体的生长机能以及增加其特殊性状。从植物分类学上讲，亲缘关系越近的植物嫁接越易成活，这是植物组织结构的不同造成的。这就如同器官的移植一样，二者之间会存在一定的排斥效应。理论上，如果要求某一特殊性状在没有此性状的其他机体内得以表达，则需要将表达此性状的基因提取出来再注入机体，或者破译出控制此性状的基因的碱基对排列顺序再重组一条新的碱基序列注入机体，使得进入机体并能够完好的表达，则可达到遗传性状的复制和整合。2、电泳及PCR技术先用DNA限制性内切酶将控制某一形状的基因剪成单个的游离的碱基，在通过电泳的方法排列出碱基的排列顺序。基因扩增技术（PCR）聚合酶链反应（polymerase chain reaction简称PCR）又称无细胞分子克隆系统或特异性DNA序列体外引物定向酶促扩增法，是基因扩增技术的一次重大革新。可将极微量的靶DNA特异地扩增上百万倍，从而大大提高对DNA分子的分析和检测能力，能检测单分子DNA或对每10万个细胞中仅含1个靶DNA分子的样品。 PCR扩增DNA的原理是：先将含有所需扩增分析序列的靶DNA双链经热变性处理解开为两个寡聚核苷酸单链，然后加入一对根据已知DNA序列由人工合成的与所扩增的DNA两端邻近序列互补的寡聚核苷酸片段作为引物，即左右引物。此引物范围就在包括所欲扩增的DNA片段，一般需20-30个碱基对，过少则难保持与DNA单链的结合。引物与互补DNA结合后，以靶DNA单链为模板，经反链杂交复性（退火），在Taq DNA聚合酶的作用下以4种三磷酸脱氧核苷（dNTP）为原料按5到3方向将引物延伸、自动合成新的DNA链、使DNA重新复制成双链。然后又开始第二次循环扩增。引物在反应中不仅起引导作用，而且起着特异性的限制扩增DNA片段范围大小的作用。新合成的DNA链含有引物的互补序列，并又可作为下一轮聚合反应的模板。如此重复上述DNA模板加热变性双链解开引物退火复性在DNA聚合酶作用下的引物延伸的循环过程，使每次循环延伸的模板又增加1倍，亦即扩增DNA产物增加1倍，经反复循环，使靶DNA片段指数性扩增。3、基因重组技术由于不同DNA链的断裂和连接而产生DNA片段的交换和重新组合，形成新DNA分子的过程。指整段DNA在细胞内或细胞间,甚至在不同物种之间进行交换,并能在新的位置上复制、转录和翻译。在此条理论的基础上，可以实现通过对不同机体上的各自的基因碱基序列的重组，再注入另以机体中从而表达是可以实现的。在进化、繁殖、病毒感染、基因表达以致癌基因激活等过程中,基因重组都起重要作用。基因工程是在试管内按人为的设计实施基因重组的技术,也称为重组DNA。有目的的将一个个体细胞内的遗传基因转移到另一个不同性状的个体细胞内DNA分子，由于基因的独立分配或连锁基因之间的交换而在后代中出现亲代所没有的基因组合。原核生物的基因重组有转化、转导和接合等方式。受体细胞直接吸收来自供体细胞的DNA片段，并使它整合到自己的基因组中，从而获得供体细胞部分遗传性状的现象，称为转化。通过噬菌体媒介，将供体细胞DNA片段带进受体细胞中，使后者获得前者的部分遗传性状的现象，称为转导。自然界中转导现象较普遍，可能是低等生物进化过程中产生新的基因组合的一种基本方式。供体菌和受体菌的完整细胞经直接接触而传递大段DNA遗传信息的现象，称为接合。高等动植物中的基因重组通常在有性生殖过程中进行，即在性细胞成熟时发生减数分裂时同源染色体的部分遗传物质可实现交换，导致基因重组。基因重组是杂交育种的生物学基础，对生物圈的繁荣昌盛起重要作用，也是基因工程中的关键性内容。基因工程的特点是基因体外重组，即在离体条件下对DNA分子切割并将其与载体DNA分子连接，得到重组DNA。此后，运用基因重组技术生产医药上重要的药物以及在农牧业育种等领域中取得了很多成果，预计下世纪在生产治疗心血管病、镇痛和清除血栓等药物方面基因重组技术将发挥更大的作用。4、基因导入把剪切的外源性基因或者人工组合的基因转移到真核细胞,并且整合到基因组中得到稳定表达的技术,称为基因导入。曾经就有科学家利用显微镜操作把这些基因注入到小鼠受精卵的原核中,再把受精卵植入到生殖管道中,发育成的个体不仅能表达注入基因决定的性状,而且能把该基因传到第二代。这方面最成功的例子是“超级小鼠”的诞生。这些小鼠生长快,74 d时的体重就接近同窝正常小鼠的两倍。4.1物理方法4.1.1 DNA直接注射法: 是目的基因导入的最简单方法, 但注入量有限, 直接利用显微注射技术将目的基因导入机体中。4.1.2 颗粒轰击技术: 将目的基因包被金属以后,利用高压发射装置, 加速包裹目的基因的金属颗粒进入细胞。4.2 化学方法即用化学方法构建非病毒载体系统，借之完成基因转导。主要包括以下两种。4.2.1 脂质体载体：适用于注射方法进行器官靶向性转移并有一定的转移效率。是除病毒载体转移方法之外的另一种有价值的体内基因转移方法。它可自发的与DNA形成复合物，保护外源DNA不被核酸酶降解，具有制备简单、安全无毒、无免疫原性、重复性、对基因片段大小无限制且转染操作方便等优点，它可与细胞膜直接融合而能有效地避免溶酶体破坏。 4.2.2 受体介导法：利用肝细胞上富含转移因子和糖蛋白受体的特点，人工合成多聚阳离子氨基酸，进而连接转移因子(或糖蛋白)和目的基因构成复合物，通过与肝细胞表面的受体结合来实现目的基因的转移。此法靶向性好，但受体介导的内吞小泡会被转运到溶酶体，易被溶酶体降解而造成目的基因表达时间短暂，表达效率低下。利用氯哇抑制溶酶体酶或腺病毒与内吞小泡相融合而将其破坏释放出外源DNA，可提高转化效率。4.3 生物学方法主要通过构建病毒载体来完成。5、结语随着分子生物科技的不断前进与发展，随着基因工程的不断进步，在动物甚至人体之间进行遗传性状的复制与整合将能够逐步走向完善，即便两机体之间亲缘关系较远。通过精密的程序，实现基因段的重组，并注入到接受机体中表达出来，中间可能会有许多的不足与缺点不断显现出来，但是随着科学技术的不断完善，许多的困难都会被克服。一旦性状的复制与整合技术能够得以完全成为现实，机体的特异性以及各方面都将得到很好的提升，这将是人类动物界的一大进步。参考文献：1 沈关心.微生物学与免疫学，人民卫生出版社，2008.4,第6版2吴梧桐.生物化学.人民出版社（第6版）.2008.43 伊文思.分子生物学术语汇编.1974 4 王琳芳，杨克恭等.医学分子生物学原理.北京：高等教育出版社.19995 盛祖嘉.分子生物学浅释.科学出版社.1978（4）6 黄留玉.PCR最新技术原理、方法及应用.化学工业出版社 .2005 7 朱玉贤，李毅.现代分子生物学M.北京：高等教育出版社，1997.8-128 姜军平.实用PCR基因诊断技术.世界图书出版公司.1996-8-19 王廷华.PCR理论与技术.科学出版社.2009.3-110 王廷华.基因克隆理论与技术（第二版）.科学出版社.2009.3-111 吴乃虎.基因工程原理.第二版（上、下）.科学出版社.200112 史济平.分子生物学基础.人民卫生出版社.200013 杨歧生编著.分子生物学基础.浙江大学出版社.199414 刘谦，朱鑫泉.生物安全.北京：科学出版社，200115 (美)乔纳森佩夫斯纳译者:孙之荣.生物信息学与功能基因组学.化学工业出版社.2006.06 16 C.W.迪芬巴赫美，G.S.德维克斯勒美.PCR技术实验指南（第二版影印版）.200417 (英)T.斯特罗恩/A.P.里德译者:孙开来.人类分子遗传学. 科学出版社.2007.01-0118 Sambrook J,Russel D W .Molecular Cloning(3rd ed).New York:Cold Spring Harbor Laboratory Pt.