專題1基因工程基因工程是指按照人們的愿望，進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計，并通過 和 等技術(shù)，賦予生物以新的遺傳特性，從而創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。由于基因工程是在 水平上進(jìn)行設(shè)計和施工的，因此又叫做 。科技探索之路基礎(chǔ)理論和技術(shù)的發(fā)展催生了基因工程。20世紀(jì)中葉，基礎(chǔ)理論取得了重大突破?DNA是遺傳物質(zhì)的證明1944年，艾弗里等人通過不同類型肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，不僅證明了 ，還證明了 。?DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)和中心法則的確立1953年，沃森和克里克建立了 模型。1958年，梅塞爾松和斯塔爾用實(shí)驗(yàn)證明 。隨后不久確立的中心法則，解開了DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯過程之謎，闡明了遺傳信息流動的方向。?遺傳密碼的破譯1963年，尼倫伯格和馬太破譯編碼氨基酸的遺傳密碼。1966年，霍拉納用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了尼倫伯格提出的遺傳密碼的存在。這些成果不僅使人們認(rèn)識到，自然界中從微生物到人類共用一套 ，而且為基因的分離和合成等提供了理論依據(jù)。技術(shù)發(fā)明使基因工程的實(shí)施成為可能。?基因轉(zhuǎn)移載體的發(fā)現(xiàn)1967年，羅思和赫林斯基發(fā)現(xiàn)細(xì)菌擬核DNA之外的質(zhì)粒有 能力，并可以在 間轉(zhuǎn)移，這一發(fā)現(xiàn)為基因轉(zhuǎn)移找到了一種運(yùn)載工具。?工具酶的發(fā)現(xiàn)1970年，阿爾伯、內(nèi)森斯，史密斯在細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)了第一個限制性內(nèi)切酶（簡稱限制酶）后，20世紀(jì)70年代初相繼發(fā)現(xiàn)了多種限制酶和連接酶，以及逆轉(zhuǎn)錄酶，這些發(fā)現(xiàn)為DNA的切割、連接以及功能基因的獲得創(chuàng)造了條件。?DNA合成和測序技術(shù)的發(fā)明自1965年，桑格發(fā)明氨基酸序列分析技術(shù)后，1977年，科學(xué)家又發(fā)明了DNA序列分析的方法，為基因序列圖的繪制提供了可能，之后，DNA合成儀的問世又為 、 和 的獲得提供了方便。?DNA體外重組的實(shí)現(xiàn)1972年伯格首先在體外進(jìn)行了DNA改造的研究，成功地構(gòu)建了第一個體外重組DNA分子。重組ADNA表達(dá)實(shí)驗(yàn)的成功1973年，博耶和科恩選用僅含單一EcoRI酶切位點(diǎn)的載體質(zhì)粒pSClOl,使之與非洲爪蟾核糖體蛋白基因的DNA片段重組。重組的DNA轉(zhuǎn)入大腸桿菌DNA中，轉(zhuǎn)錄出相應(yīng)的mRNAo這個實(shí)驗(yàn)證明了① ，② ，③ 。至此，基因工程正式問世。第一例轉(zhuǎn)基因動物問世1980年，科學(xué)家首次通過 培育出世界上第一個轉(zhuǎn)基因小鼠。1983年，科學(xué)家又采用 法,培育出世界上第一例轉(zhuǎn)基因煙草。此后，基因工程進(jìn)入了迅速發(fā)展階段。RPCR故術(shù)的發(fā)明基因工程問世后，1988年由穆里斯發(fā)明的PCR技術(shù)，使基因工程技術(shù)得到了進(jìn)一步發(fā)展和完善。ADNA重組技術(shù)的基本工具我國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的培育，首先要在體外對含有 基因的DNA分子進(jìn)行“切割”、改造、修飾和“拼接”，然后，導(dǎo)入 細(xì)胞內(nèi)，并使重組DNA在細(xì)胞中 o限制性核酸內(nèi)切酶——“分子手術(shù)刀”切割DNA的工具是限制性核酸內(nèi)切酶，又稱 。這類酶主要是從____生物中分離純化出來的。它們能夠識別雙鏈DNA分子的 ，并且使每一條鏈中特定部位的 之間的 斷開。大多數(shù)限制酶的識別序列由6個核苷酸組成,例如，EcoRI、SmaI限制酶識別的序列均為6個核苷酸，也有少數(shù)限制酶的識別序列由4、5或8個核苷酸組成。DNA分子經(jīng)限制酶切割產(chǎn)生的DNA片段末端通常有兩種形式一—末端和____末端。當(dāng)限制酶在它識別序列的 將DNA的兩條鏈分別切開時，產(chǎn)生的是黏性末端，而當(dāng)限制酶在它識別序列的 處切開時，產(chǎn)生的則是平末端。尋根問底：根據(jù)你所掌握的知識，你能推測限制酶存在于原核生物中的作用是什么嗎？提示：原核生物容易受到自然界外源DNA的入侵。限制酶就是細(xì)菌的一種防御性工具，限制酶在原核生物中主要起到 、使之失效，從而達(dá)到保護(hù)自身的目的。生物技術(shù)資料卡：限制酶的命名用生物 名的頭一個字母與 名的頭兩個字母，組成了3個字母的略語，以此來表示這個酶是從哪個生物中分離出來的。例如，一種限制酶是從大腸桿菌（Escherichiacoli）的R型菌株分離來的，就用字母 表示；如果它是從大腸桿菌R菌株中分離出來的第一個限制酶，則進(jìn)一步表示成 。ADNA連接酶——“分子縫合針”將切下來的DNA片段拼接成新的DNA分子，是靠DNA連接酶來完成的。根據(jù)酶的來源不同，可以將這些酶分為兩類：一類是從 中分離得到的，稱為E?coliDNA連接酶；另一類是從 中分離出來的，稱為T4DNA連接酶。這兩類酶都是將雙鏈DNA片段“縫合”起來，恢復(fù)被切開的兩個核苷酸之間的 。E?coliDNA連接酶只能將雙鏈DNA片段互補(bǔ)的 末端之間連接起來。而T4DNA連接酶既可以“縫合”雙鏈DNA片段互補(bǔ)的黏性末端，又可以“縫合”雙鏈DNA片段的平末端，但連接___末端之間的效率比較低。尋根問底：DNA連接酶與DNA聚合酶是一回事嗎？為什么？提示：（1）DNA聚合酶將 加到已有的核酸片段的3,末端的羥基上，形成磷酸二酯鍵；而DNA連接酶是在 之間形成磷酸二酯鍵。（2）DNA聚合酶起作用時需要以一條DNA鏈為 ；而DNA連接酶是將DNA雙鏈上的兩個缺口同時連接起來。因此DNA連接酶不需要 。旁欄思考：想一想，具備什么條件才能充當(dāng)“分子運(yùn)輸車”？提示： 、 、 及對受體細(xì)胞無害等。基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體——“分子運(yùn)輸車”通常是利用 作為載體，將基因送入細(xì)胞中。質(zhì)粒是一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡單、獨(dú)立于細(xì)菌擬核DNA之外，并具有 能力的很小的雙鏈 狀DNA分子。質(zhì)粒DNA分子上有一個至多個限制酶切割位點(diǎn)，TOC\o"1-5"\h\z供 。攜帶外源DNA片段的質(zhì)粒進(jìn)入受體細(xì)胞后，在細(xì)胞中進(jìn)行 ，或整合到 上，隨染色體DNA進(jìn)行同步復(fù)制。質(zhì)粒DNA分子上有特殊的 ，如四環(huán)素抗性基因、氨芐青霉素抗性基因等標(biāo)記基因，供 。在基因工程中使用的載體除質(zhì)粒外，還有 、 等。在進(jìn)行基因工程操作中，真正被用作載體的質(zhì)粒，都是在天然質(zhì)粒的基礎(chǔ)上進(jìn)行過 的。2.聯(lián)系你已有的知識，想一想，為什么限制酶不剪切細(xì)菌本身的DNA?提示：生物在長期演化過程中，含有某種限制酶的細(xì)胞，其DNA分子中或者 ，或者 ，使限制酶不能將其切開。這樣，盡管細(xì)菌中含有某種限制酶也不會使自身的DNA被切斷，并且可以防止3.天然的DNA分子可以直接用做基因工程載體嗎？提示：自然存在的質(zhì)粒DNA分子并不完全具備作為運(yùn)載體的條件，都要進(jìn)行 后才能用于基因工程操作。3基因工程的基本操作程序求異思維：你能推測出由mRNA反轉(zhuǎn)錄形成cDNA的過程大致分為哪些步驟嗎？提示：第一步， 酶以RNA為模板合成一條與RNA互補(bǔ)的DNA單鏈，形成RNA-DNA雜交分子。第二步，核酸酶H使RNA-DNA雜交分子中的RNA鏈 ，使之變成單鏈的DNA。第三步，以單鏈DNA為模板，在 的作用下合成另一條互補(bǔ)的DNA鏈，形成雙鏈DNA分子。目的基因的獲取獲取目的基因是實(shí)施基因工程的第一步。目的基因可以從 中分離出來，也可以 。目的基因主要是 的基因，例如，與生物抗逆性相關(guān)的基因、與優(yōu)良品質(zhì)相關(guān)的基因、與生物藥物和保健品相關(guān)的基因、與毒物降解相關(guān)的基因，以及與工業(yè)所需用酶相關(guān)的基因等，也可以是一些具有 作用的因子。從基因文庫中獲取目的基因?qū)⒑心撤N生物不同基因的許多DNA片段，導(dǎo)入 中儲存，各個受體菌分別含有這種生物的不同的基因，稱為基因文庫?；蛭膸炀拖褚蛔鶊D書館，每一個基因就是一本書。如果一座“圖書館”中包含了一種生物的基因，那么，我們就可以說這個基因文庫很大，就像國家圖書館，這種基因文庫叫做基因組文庫。也有一些基因文庫比較小，就像某個市或某個單位的圖書館，只包含了一種生物的 基因，這種基因文庫叫做部分基因文庫，如 。怎樣從基因文庫中得到我們所需的目的基因呢？這還是一件比較復(fù)雜的事情，簡單地說就是根據(jù) 的有關(guān)信息，例如，根據(jù)基因的 、基因的 、基因在 上的位置、基因的 mRNA，以及基因的 蛋白質(zhì)等特性來獲取目的基因。?尋根問底：為什么要構(gòu)建基因文庫？直接從含目的基因的生物體內(nèi)提取不行嗎？提示：構(gòu)建基因文庫是獲取目的基因的方法之一，并不是惟一的方式。如果所需要的目的基因序列已知，就可以通過PCR方式從含有該基因的生物的DNA中，直接獲得。也可以通過反轉(zhuǎn)錄，用PCR方式從mRNA中獲得，不一定要構(gòu)建基因文庫。但如果所需要的目的基因的序列完全不知，或只知道目的基因序列的一段，或想從一種生物體內(nèi)獲得許多基因，或者想知道這種生物與另一種生物之間有多少基因不同，或者想知道一種生物在個體發(fā)育的不同階段表達(dá)的基因有什么不同，或者想得到一種生物的全基因組序列，往往就需要構(gòu)建基因文庫。生物技術(shù)資料卡：基因文庫的構(gòu)建將某種生物體內(nèi)的DNA全部提取出來，選用適當(dāng)?shù)?，將DNA切成一定范圍大小的DNA片段，然后，將這些DNA片段分別與 連接起來，導(dǎo)入 中儲存，每個受體菌都含有了一段不同的DNA片段。也就是說，這個群體包含了這種生物的所有基因，叫做這種生物的基因組文庫。如果用某種生物發(fā)育的某個時期的 反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的多種互補(bǔ)DNA（也叫 ）片段，與載體連接后儲存在一個受體菌群中，那么，這個受體菌群體就叫做這種生物的cDNA文庫。文庫類型cDNA文庫基因組文庫丈庫芙暨lI）W文伶臺固ffll工耳+轄因中啟劭子無疽 !塞觀申糊會子無育甚匡蚩護(hù)臬坤生精的和舟基1S工種生物的全梆基（g利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因PCR是 的縮寫°PCR是一項(xiàng)在生物體 復(fù)制特定DNA片段的核酸合成技術(shù)。通過這一技術(shù)，可以在短時間內(nèi)大量 目的基因。PCR的原理和做法并不難，它是利用 的原理，將基因的核苷酸序列不斷地加以復(fù)制，使其數(shù)量呈指數(shù)方式增加。利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因的前提，是 ，以便根據(jù)這一序列合成 擴(kuò)增的過程是：目的基因DNA 后解鏈為單鏈， 與單鏈相應(yīng)互補(bǔ)序列結(jié)合，然后在 作用下進(jìn)行延伸，如此重復(fù)循環(huán)多次。由于延伸后得到的產(chǎn)物同樣可以和引物結(jié)合，因而每一次循環(huán)后目的基因的量可以增加一倍，即成指數(shù)形式擴(kuò)增（約為2n,其中n為擴(kuò)增循環(huán)的次數(shù)）。上述過程可以在 中自動完成。此外，如果 ， ，也可以通過DNA合成儀用化學(xué)方法直接 基因表達(dá)載體的構(gòu)建核心。其目的是基因表達(dá)載體的構(gòu)建是實(shí)施基因工程的第二步，也是基因工程的核心。其目的是 。因此，一個基因表達(dá)載體的組成，除了目的基因外，還必須有 、 以及 等。啟動子是一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段，位于基因的首端，它是 的部位，有了它才能驅(qū)動基因 ，最終獲得所需要的蛋白質(zhì)。終止子相當(dāng)于一盞紅色信號燈，使轉(zhuǎn)錄在所需要的地方停止下來。終止子位于基因的尾端，也是一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA短片段。標(biāo)記基因的作用是為了 ，如抗生素抗性基因就可以作為這種基因。尋根問底：將生物的所有DNA直接導(dǎo)入受體細(xì)胞不是更簡單嗎？如果這么做，結(jié)果會怎樣？提示：有人采用總DNA注射法進(jìn)行遺傳轉(zhuǎn)化，即將一個生物中的總DNA提取出來，通過注射或花粉管通道法導(dǎo)入受體植物，沒有進(jìn)行表達(dá)載體的構(gòu)建，這種方法針對性差，完全靠運(yùn)氣，也無法確定什么基因?qū)肓耸荏w植物。此法目前爭議頗多，嚴(yán)格來講不算基因工程。將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi)，并且在受體細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)的過程，稱為 。將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞采用最多的方法是 。農(nóng)桿菌是一種在土壤中生活的微生物，能在自然條件下感染 植物和 植物，而對大多數(shù)單子葉植物沒有感染能力。當(dāng)植物體受到損傷時，傷口處的細(xì)胞會分泌大量的 化合物，吸引農(nóng)桿菌移向這些細(xì)胞，這時農(nóng)桿菌中的 上的 可轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞，并且整合到受體細(xì)胞 上。根據(jù)農(nóng)桿菌的這種特點(diǎn)，如果將 插入到Ti質(zhì)粒的T-DNA上，通過農(nóng)桿菌的轉(zhuǎn)化作用，就可以使目的基因進(jìn)入植物細(xì)胞，并將其插入到植物細(xì)胞中染色體的DNA上，使目的基因的遺傳特性得以穩(wěn)定維持和表達(dá)。由于這種方法比較經(jīng)濟(jì)和有效，迄今為止，約80%的轉(zhuǎn)基因植物都是通過這種方法獲得的。除此之外，還有基因槍法和花粉管通道法等?；驑尫ǎ夯驑尫ㄓ址Q 法，是利用壓縮氣體產(chǎn)生的動力，將包裹在金屬顆粒表面的 打入受體細(xì)胞中，使目的基因與其整合并表達(dá)的方法。常用的金屬顆粒有 粒子和 粒子。這是 植物中常用的一種基因轉(zhuǎn)化方法，但是成本較高?；ǚ酃芡ǖ婪ǎ哼@是我國科學(xué)家獨(dú)創(chuàng)的一種方法。在植物受粉后，花粉形成的 還未愈合前，剪去柱頭，然后，滴加DNA（含 ）,使目的基因借助花粉管通道進(jìn)入受體細(xì)胞。我國的轉(zhuǎn)基因 就是用此種方法獲得的，花粉管通道法是一種十分簡便經(jīng)濟(jì)的方法。將目的基因?qū)雱游锛?xì)胞基本的操作程序是：首先將 提純，并使DNA濃度保持在1?3gm/mL；然后，從雌性動物體內(nèi)取出卵（卵可以在受精，也可以在—受精），采用顯微注射儀進(jìn)行 ；再將注射了目的基因的受精卵，經(jīng) 一段時間后，再移植到雌性動物的 或 內(nèi)，使其發(fā)育成為具有新性狀的動物。將目的基因?qū)⑸锛?xì)胞由于原核生物具有一些其他生物沒有的特點(diǎn)： 、 、 等，因此，早期的基因工程操作都用原核生物作為受體細(xì)胞，其中以 應(yīng)用最為廣泛。大腸桿菌細(xì)胞最常用的轉(zhuǎn)化方法是：首先用 處理細(xì)胞，使細(xì)胞處于一種能 的生理狀態(tài)，這種細(xì)胞稱為 細(xì)胞。第二步是將重組表達(dá)載體DNA分子溶于 中與感受態(tài)細(xì)胞混合，在一定的溫度下促進(jìn)感受態(tài)細(xì)胞吸收DNA分子，完成 過程。目的基因的檢測與鑒定首先，要檢測轉(zhuǎn)基因生物的DNA上 ，這是目的基因能否在受體細(xì)胞中穩(wěn)定遺傳的關(guān)鍵。檢測方法是采用DNA分子雜交技術(shù)，即將轉(zhuǎn)基因生物的 提取出來，在含有目的基因的DNA片段上用 等作標(biāo)記，以此作為探針，使探針與基因組DNA雜交，如果顯示出 ，就表明目的基因已插入染色體DNA中。其次，還需要檢測目的基因 ，這是檢測目的基因是否發(fā)揮功能作用的第一步。檢測方法同樣是采用 技術(shù)，與上述方法不同之處是從轉(zhuǎn)基因生物中提取的是mRNA,用 作探針，與mRNA雜交，如果顯示出雜交帶，則表明目的基因轉(zhuǎn)錄出了mRNA。最后，檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)。檢測的方法與上述方法有所不同，是從轉(zhuǎn)基因生物中提取蛋白質(zhì)，用相應(yīng)的抗體進(jìn)行 雜交，若有 出現(xiàn)，表明目的基因已形成蛋白質(zhì)產(chǎn)品。除了上述的分子檢測外，有時還需要進(jìn)行 水平的鑒定。例如，一個抗蟲或抗病的目的基因?qū)胫参锛?xì)胞后，是否賦予了植物抗蟲或抗病特性，需要做 實(shí)驗(yàn)，以確定是否具有抗性以及抗性的 。又如，有的基因工程產(chǎn)品需要與天然產(chǎn)品的功能進(jìn)行 比較，以確定轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的 是否與天然產(chǎn)品相同。作為基因工程表達(dá)載體，只需含有目的基因就可以完成任務(wù)嗎？為什么？答：不可以。因?yàn)槟康幕蛟诒磉_(dá)載體中得到表達(dá)并發(fā)揮作用，還需要有其他控制元件，如啟動子、終止子和標(biāo)記基因等。必須構(gòu)建上述元件的主要理由是：生物之間進(jìn)行基因交流，只有使用 的啟動子才能比較有利于基因的表達(dá);通過 文庫獲得的目的基因沒有啟動子，只將編碼序列導(dǎo)入受體生物中無法轉(zhuǎn)錄；目的基因是否導(dǎo)入受體生物中需要有 標(biāo)記;為了增強(qiáng)目的基因的表達(dá)水平，往往還要增加一些其他調(diào)控元件，女 等;有時需要確定目的基因表達(dá)的產(chǎn)物存在于細(xì)胞的什么部位，往往要加上可以標(biāo)識存在部位的基因（或做成目的基因與標(biāo)識基因的融合基因），如 基因等。根據(jù)農(nóng)桿菌可將目的基因?qū)腚p子葉植物的機(jī)理，你能分析出農(nóng)桿菌不能將目的基因?qū)雴巫尤~植物的原因嗎？若想將一個抗病基因?qū)雴巫尤~植物，如小麥，從理論上說，你應(yīng)該如何做？提示：雙子葉植物對根瘤農(nóng)桿菌敏感。裸子植物對該菌也敏感。近年來，也有報道該菌對單子葉植物也有侵染能力。根瘤農(nóng)桿菌具有趨化性，即植物的受傷組織會產(chǎn)生一些糖類和 物質(zhì)吸引根瘤農(nóng)桿菌向受傷組織集中。這些酚類物質(zhì)通常不存在于 植物中，這也是單子葉植物不易被根瘤農(nóng)桿菌侵染的原因。利用農(nóng)桿菌侵染單子葉植物進(jìn)行遺傳轉(zhuǎn)化時，是需要加上述 物質(zhì)的，同時單子葉植物種類不同，農(nóng)桿菌侵染進(jìn)行遺傳轉(zhuǎn)化的效果也有很大差異。如果想將一個抗病毒基因轉(zhuǎn)入小麥，也可以用農(nóng)桿菌，但要注意兩點(diǎn)：①要選擇合適的農(nóng)桿菌菌株，因?yàn)椴皇撬械霓r(nóng)桿菌菌株都可以侵染單子葉植物；②要加趨化和誘導(dǎo)的物質(zhì)，目的是使農(nóng)桿菌向植物組織的受傷部位靠攏（趨化性）和激活農(nóng)桿菌的Vir區(qū)（誘導(dǎo)）的基因，使T-DNA轉(zhuǎn)移并插入到 上。利用大腸桿菌可以生產(chǎn)出人的胰島素，聯(lián)系前面有關(guān)細(xì)胞器功能的知識，結(jié)合基因工程操作程序的基本思路，思考一下，若要生產(chǎn)人的糖蛋白，可以用大腸桿菌嗎？提示：有些蛋白質(zhì)肽鏈上有共價結(jié)合的糖鏈，這些糖鏈?zhǔn)窃?和 上加工完成的，大腸桿菌不存在這兩種細(xì)胞器，因此，在大腸桿菌中生產(chǎn)這種糖蛋白是不可能的。4?卩-珠蛋白是動物血紅蛋白的重要組成成分。當(dāng)它的成分異常時，動物有可能患某種疾病，如鐮刀形細(xì)胞貧血癥。假如讓你用基因工程的方法，使大腸桿菌生產(chǎn)出鼠的卩-珠蛋白，想一想，應(yīng)如何進(jìn)行設(shè)計？提示：基本操作如下：從小鼠中克隆出卩-珠蛋白基因的編碼序列（cDNA）。將cDNA前接上在大腸桿菌中可以適用的 ，另外加上抗四環(huán)素的基因，構(gòu)建成一個 。將表達(dá)載體導(dǎo)入無四環(huán)素抗性的大腸桿菌中，然后在含有 的培養(yǎng)基上培養(yǎng)大腸桿菌。如果培養(yǎng)基上長出大腸桿菌 ，則表明卩-珠蛋白基因已進(jìn)入其中。培養(yǎng)進(jìn)入了卩-珠蛋白基因的大腸桿菌，收集 ，破碎后從中提取卩-珠蛋白。拓展視野：歷史不能忘記中國科學(xué)家對PCR的貢獻(xiàn)將PCR變成真正成熟技術(shù)的“臨門一腳”,則是 國科學(xué)家錢嘉韻完成的，是她發(fā)現(xiàn)并分離了 酶。錢嘉韻是我國臺灣的科學(xué)家，她是第一個報道分離耐高溫DNA聚合酶工作的。知識拓展基因工程載體的構(gòu)建需要考慮哪些方面的因素？道理何在？基因的特點(diǎn)：如果一個來自動物的目的基因含有內(nèi)含子，就不能用于轉(zhuǎn)基因 ，因?yàn)閯游镏袃?nèi)含子的剪接系統(tǒng)與植物的不同，植物不能將動物基因的內(nèi)含子剪切掉，只能用該基因的 。基因的產(chǎn)物如果是一個糖蛋白，那么該基因在 生物細(xì)菌中表達(dá)出來的蛋白就可能不具備天然狀態(tài)下的活性，因?yàn)樘堑鞍咨系奶擎準(zhǔn)窃?和 上加上的，而細(xì)菌無這些細(xì)胞器。要選擇強(qiáng)啟動子或組織特異性啟動子。啟動子有強(qiáng)有弱，選擇強(qiáng)啟動子可以增加 活性，使基因產(chǎn)物量增多。如果希望基因在生物的某個組織表達(dá)，如只在植物種子中表達(dá)就要選擇種子中 的啟動子。要有選擇標(biāo)記基因，如抗生素基因，以便選擇出真正的轉(zhuǎn)基因生物。什么是分子雜交技術(shù)的顯示帶？Southern雜交——DNA和DNA分子之間的雜交。目的基因是否整合到受體生物的染色體DNA中，這在真核生物中是目的基因可否穩(wěn)定存在和遺傳的關(guān)鍵?；咀龇ㄊ牵旱谝徊剑瑢⑹荏w生物DNA提取出來，經(jīng)過適當(dāng)?shù)拿盖泻?，走瓊脂糖凝膠電泳，將不同大小的片段分開；第二步，將凝膠上的DNA片段轉(zhuǎn)移到硝酸纖維素膜上；第三步，用標(biāo)記了 （或生物素）的目的DNA片段作為 與硝酸纖維素膜上的DNA進(jìn)行 ；第四步，將X光底片壓在硝酸纖維素膜上，在暗處使底片 ；第五步，將X光底片沖洗，如果在底片上出現(xiàn)黑色條帶，則表明Northern雜交——DNA和RNA分子之間的雜交。它是檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA的方法，具體做法與Southern雜交相同，只是第一步從受體植物中提取的是 而不是DNA,雜交帶的顯現(xiàn)也與Southern雜交相同。Western雜交——蛋白質(zhì)分子（抗原一抗體）之間的雜交。它是檢測目的基因是否表達(dá)出蛋白質(zhì)的一種方法。具體做法是：第一步,將目的基因在大腸桿菌中表達(dá)出蛋白質(zhì)；第二步,將表達(dá)出的蛋白質(zhì)注射動物進(jìn)行免疫,產(chǎn)生相應(yīng)的抗體,并提取出抗體（一抗）；第三步,從轉(zhuǎn)基因生物中提取蛋白質(zhì),走凝膠電泳；第四步,將凝膠中的蛋白轉(zhuǎn)移到硝酸纖維素膜上；第五步,將抗體（一抗）與硝酸纖維素膜上的蛋白雜交,這時抗體（一抗）與目的基因表達(dá)的蛋白（抗原）會特異結(jié)合。由于這種抗原—抗體的結(jié)合顯示不出條帶,所以加入一種稱為二抗的抗體,它可以與一抗結(jié)合,二抗抗體上帶有特殊的 。如果目的基因表達(dá)出了蛋白質(zhì),則結(jié)果為陽性?；蚬こ痰膽?yīng)用一、植物基因工程碩果累累植物基因工程技術(shù)主要用于提高農(nóng)作物的 能力（如抗除草劑、抗蟲、抗病、抗干旱和抗鹽堿等）,以及改良農(nóng)作物的品質(zhì)和利用植物生產(chǎn)藥物等方面。1抗蟲轉(zhuǎn)基因植物對農(nóng)業(yè)害蟲的防治,大多是依靠化學(xué)農(nóng)藥。大量使用化學(xué)農(nóng)藥不僅造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染,損害了人類健康,而且大大增加了生產(chǎn)成本。因此,從某些生物中分離出具有殺蟲活性的基因,將其導(dǎo)入作物中,使其具有抗蟲性,已成為防治作物蟲害的發(fā)展趨勢。用于殺蟲的基因主要是 、 、 、 等。例如,我國轉(zhuǎn)基因抗蟲棉就是轉(zhuǎn)入 培育出來的,它對棉鈴蟲具有較強(qiáng)的抗性。Bt毒蛋白基因是從蘇云金芽孢桿菌中分離出來的抗蟲基因。當(dāng)害蟲食用含有轉(zhuǎn)基因的植物時,Bt基因編碼的蛋白質(zhì)會進(jìn)入害蟲的腸道,在消化酶的作用下,蛋白質(zhì)能夠降解成相對分子質(zhì)量比較小的、有毒的多肽。多肽結(jié)合在腸上皮細(xì)胞的 上,會導(dǎo)致細(xì)胞膜穿孔，細(xì)胞腫脹裂解，最后造成害蟲死亡。由于Bt毒蛋白對哺乳動物無毒害作用，因而廣泛用于抗蟲轉(zhuǎn)基因植物。蛋白酶抑制劑基因廣泛存在于植物中，它產(chǎn)生的 可與害蟲消化道中的蛋白酶結(jié)合形成復(fù)合物，從而阻斷或降低蛋白酶的活性，使昆蟲不能正常消化食物中的蛋白質(zhì)。這種復(fù)合物還能剌激昆蟲分泌過量的消化酶，引起害蟲的厭食反應(yīng)。淀粉酶抑制劑基因產(chǎn)生的 可以抑制昆蟲消化道中的淀粉酶活性，使害蟲不能消化所攝取的淀粉，從而阻斷害蟲的能量來源。植物凝集素基因控制植物合成一種糖蛋白，這種糖蛋白可與昆蟲腸道黏膜上的某種物質(zhì)結(jié)合，從而影響害蟲對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和利用。2、抗病轉(zhuǎn)基因植物植物像人一樣也會生病。引起植物生病的微生物稱為 ，主要有 、 和 等。抗病轉(zhuǎn)基因植物所采用的基因，使用最多的是 和 ；抗真菌轉(zhuǎn)基因植物中可使用的基因有 和 。由于鹽堿和干旱對農(nóng)作物的危害與細(xì)胞內(nèi)滲透壓調(diào)節(jié)有關(guān)，目前科學(xué)家們正在利用一些可以調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓的基因，來提高農(nóng)作物的 的能力，這在煙草等植物中已獲得了比較明顯的成果?？茖W(xué)家將魚的 基因?qū)霟煵莺头?，使煙草和番茄的耐寒能力均有提高。此外，?基因?qū)舜蠖埂⒂衩椎茸魑?，噴灑除草劑時，殺死田間雜草而不損傷農(nóng)作物。3、利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)許多食品含有的營養(yǎng)成分并不平衡，例如，豆類食品中，含有蛋氨酸比較少，大米、玉米、小麥則含賴氨酸比較少。這些人體必需的氨基酸缺少后對人的健康不利?？茖W(xué)家將 基因，導(dǎo)入植物中，或者改變這些氨基酸合成途徑中某種關(guān)鍵酶的活性，以提高氨基酸的含量。番茄含有豐富的維生素，但不耐儲存。我國科學(xué)家將控制番茄果實(shí)成熟的基因?qū)敕眩@得轉(zhuǎn)基因延熟番茄。我國科學(xué)家還成功地將與植物 代謝有關(guān)的基因?qū)牖ɑ苤参锇珷颗Ｖ校D(zhuǎn)基因矮牽牛呈現(xiàn)出自然界沒有的顏色變異，大大提高了花卉的觀賞價值。二、 動物基因工程前景廣闊1、用于提高動物生長速度由于 的表達(dá)可以使轉(zhuǎn)基因動物生長得更快，因此，科學(xué)家們將這類基因?qū)雱游矬w內(nèi)，以提高動物的生長速率。2、用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)例如，有些人食用牛奶后，對牛奶中的乳糖不能完全消化；也有些人食用牛奶后會出現(xiàn) 、腹瀉、惡心等不適癥狀。為了解決這一問題，科學(xué)家將 基因?qū)肽膛；蚪M，使獲得的轉(zhuǎn)基因牛分泌的乳汁中，乳糖的含量大大減低，而其他營養(yǎng)成分不受影響。3、用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物最令人興奮的是利用基因工程技術(shù)，還可以使哺乳動物本身變成“批量生產(chǎn)藥物的工廠”?？茖W(xué)家將 基因與 的啟動子等調(diào)控組件重組在一起，通過 等方法，導(dǎo)入哺乳動物的 中，然后，將受精卵送入母體內(nèi)，使其生長發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動物。轉(zhuǎn)基因動物進(jìn)入泌乳期后，可以通過分泌的乳汁來生產(chǎn)所需要的藥品，因而稱為 或 。4、用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植的供體豬的內(nèi)臟構(gòu)造、大小、血管分布與人極為相似，而且豬體內(nèi)隱藏的、可導(dǎo)致人類疾病的病毒要遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于靈長類動物，是否可以用豬的器官來解決人類器官的來源問題呢？實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的最大難題是 。目前，科學(xué)家正試圖利用基因工程方法對豬的器官進(jìn)行改造，采用的方法是將器官供體基因組導(dǎo)入某種調(diào)節(jié)因子，以抑制 基因的表達(dá)，或設(shè)法除去 ，再結(jié)合克隆技術(shù)，培育出沒有免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官。5、 基因工程藥物異軍突起工程菌：通過基因工程的方法，使外源基因得到 的菌類細(xì)胞株系一般稱為“工程菌”。干擾素是動物或人體細(xì)胞受到病毒侵染后產(chǎn)生的一種 。由于干擾素幾乎能抵抗 引起的感染，因此，它是一種抗病毒的特效藥。6、基因治療曙光初照基因治療是把正?；?qū)氩∪梭w內(nèi)，使該基因的 發(fā)揮功能，從而達(dá)到治療疾病的目的，這是治療遺傳病的最有效的手段。復(fù)合型免疫缺陷癥是一種遺傳疾病。一名患有嚴(yán)重復(fù)合型免疫缺陷癥的女童由于 缺失，造成體內(nèi)缺乏腺苷酸脫氨酶；而腺苷酸脫氨酶是人體免疫系統(tǒng)發(fā)揮正常功能作用所必需的，因此，女童不能抵抗病原微生物的威脅。研究人員將腺苷酸脫氨酶基因轉(zhuǎn)入取自患者的 細(xì)胞中，使淋巴細(xì)胞能夠產(chǎn)生腺苷酸脫氨酶，然后，再將這種淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)入患者體內(nèi)。半年后，在血液中檢測出了 ，女童體內(nèi)產(chǎn)生的腺苷酸脫氨酶也越來越多，女童產(chǎn)生抗體的能力顯著改善。大部分基因治療的臨床試驗(yàn)，都是先從病人體內(nèi)獲得某種細(xì)胞，例如T淋巴細(xì)胞，進(jìn)行培養(yǎng)，然后，在體外完成基因轉(zhuǎn)移，再篩選成功轉(zhuǎn)移的細(xì)胞擴(kuò)增培養(yǎng)，最后重新輸入患者體內(nèi)。上述方法雖然操作復(fù)雜，但效果較為可靠，稱為 。同時，科學(xué)家們又千方百計設(shè)計出更加簡便的基因治療方法。直接向人體組織細(xì)胞中轉(zhuǎn)移基因的治病方法叫做 。值得提出的是，無論哪一種基因治療，目前都處于初期的臨床試驗(yàn)階段。用于基因治療的基因有三類。第一類是從健康人體上分離得到的 ，用以取代病變基因，或依靠其 ，來彌補(bǔ)病變基因帶來的生理缺陷。第二類是 ，即通過產(chǎn)生的 ，與病變基因產(chǎn)生的mRNA進(jìn)行互補(bǔ)，來阻止 的合成。第三類是編碼可以殺死癌變細(xì)胞的蛋白酶基因，又叫做 。7、神奇的基因芯片基因芯片又叫做DNA芯片，寡核苷酸芯片，或DNA微陣列。通過微加工技術(shù)，將數(shù)以萬計、乃至百萬計的特定序列的DNA片段（基因探針），有規(guī)律地排列固定于2cm2的硅片、玻片等支