全 剛

(浙江省湖州中學(xué) 313000)

1 基因庫(kù)

1.1 基因庫(kù)的概念 基因庫(kù)，就是基因的“倉(cāng)庫(kù)”，它是指一個(gè)種群中全部個(gè)體所帶有的全部基因(包括全部等位基因)的總和[1]。對(duì)基因庫(kù)這個(gè)概念的注意要點(diǎn)是：①是一個(gè)完整獨(dú)立的種群；②是種群中所有存活的個(gè)體；③是全部基因，包括中性的基因、有利的基因與有害的基因。所以，若攜帶某種基因的個(gè)體全部死亡，那么這種基因?qū)⒃谠摲N群基因庫(kù)中消失。

1.2 基因庫(kù)的應(yīng)用領(lǐng)域 基因庫(kù)這一概念屬于種群遺傳學(xué)范疇，它研究的對(duì)象不是細(xì)胞和個(gè)體，而是由一群可交配繁殖的個(gè)體組成的群體，該群體中的個(gè)體具有共同的基因庫(kù)。一個(gè)種群基因庫(kù)中的基因不會(huì)因?yàn)閭€(gè)體死亡而丟失，可以通過種群中雌雄個(gè)體的有性生殖進(jìn)行基因交流，從而將基因保留。種群基因庫(kù)常用基因頻率和基因型頻率來描述。在一個(gè)自然環(huán)境中，種群中某個(gè)基因的頻率和基因型的頻率總是在發(fā)生變化的，進(jìn)而影響種群基因庫(kù)的變化，實(shí)質(zhì)上就是這一種群的進(jìn)化。因此，研究種群基因庫(kù)的變化有助于了解生物進(jìn)化的機(jī)制。

2 基因組

2.1 基因組的概念 基因組的早期譯名為染色體組，指的是單倍體細(xì)胞中所包含的整套染色體。近年來，學(xué)術(shù)界用基因組這個(gè)名詞替代了染色體組。在遺傳學(xué)中對(duì)基因組的定義是：一個(gè)單倍體細(xì)胞核中、一個(gè)細(xì)胞器(動(dòng)、植物細(xì)胞質(zhì)中的線粒體，植物細(xì)胞質(zhì)中的葉綠體)中或一個(gè)病毒毒粒中所含的全部DNA(或RNA)分子的總稱[2]?；蚪M包括編碼序列和非編碼序列在內(nèi)的全部DNA分子，是某個(gè)特定物種細(xì)胞全部遺傳信息的集合。

2.2 基因組的分類 根據(jù)DNA在不同生物中的分布，可將基因組分為真核生物基因組、原核生物基因組和病毒基因組。真核生物基因組又分為核基因組和細(xì)胞器基因組，前者是指單倍體的細(xì)胞核內(nèi)整套染色體所含的DNA分子；后者則區(qū)分為線粒體基因組和葉綠體基因組。原核生物基因組就是原核細(xì)胞內(nèi)的擬核和質(zhì)粒，一大一小兩個(gè)環(huán)狀DNA分子。從上可知，不同生物的基因組差別很大。例如，人類核基因組包括22條常染色體和X或Y兩條性染色體中的全部DNA分子；而霍亂弧菌的基因組只由一大一小兩個(gè)環(huán)狀DNA分子構(gòu)成。從整體上看，同種生物的不同個(gè)體的基因組是相同的，因此，可以說“一個(gè)物種只有一個(gè)基因組”，但由于不同個(gè)體可能擁有不同的等位基因，這就決定了個(gè)體之間的差異。

2.3 基因組的應(yīng)用領(lǐng)域 基因組研究主要包括兩個(gè)方面：①以全基因組進(jìn)行測(cè)序?yàn)槟繕?biāo)的結(jié)構(gòu)基因組學(xué)，它的目的是建立生物體高分辨率遺傳、物理和轉(zhuǎn)錄圖譜。結(jié)構(gòu)基因組學(xué)是通過基因作圖，核苷酸序列分析以確定基因組成、基因定位的一門科學(xué)，它代表基因組分析的早期階段[3]。②功能基因組學(xué)相關(guān)的研究包括基因功能發(fā)現(xiàn)、基因表達(dá)分析及突變檢測(cè)。它以高通量、大規(guī)模實(shí)驗(yàn)方法及計(jì)算機(jī)統(tǒng)計(jì)分析為特征，對(duì)成千上萬的基因表達(dá)進(jìn)行分析和比較，力圖從基因組整體水平上對(duì)基因的活動(dòng)規(guī)律進(jìn)行闡述。自從1990年正式啟動(dòng)人類基因組計(jì)劃以來，基因組學(xué)的研究已發(fā)展成生命科學(xué)研究的前沿和熱點(diǎn)領(lǐng)域。

3 基因文庫(kù)

3.1 基因文庫(kù)的概念 指將某種生物的全部基因組的遺傳信息貯存在可以長(zhǎng)期保存的穩(wěn)定的重組體中，以備需要時(shí)能夠隨時(shí)從中分離出所需要的目的基因，這種保存基因遺傳信息的材料，就稱為基因文庫(kù)又稱DNA文庫(kù)[4]?；蛭膸?kù)由外源DNA片段、載體和宿主細(xì)胞組成。通常是將某生物不同基因用適當(dāng)?shù)墓ぞ呙讣羟泻笃唇拥降偷任⑸锶缂?xì)菌的質(zhì)粒、噬菌體等載體上, 將這些載體導(dǎo)入到受體細(xì)菌或細(xì)胞中，使得各受體細(xì)胞中分別含有這種生物的不同基因；經(jīng)過繁殖擴(kuò)增，許多細(xì)胞一起包含了該生物全部基因組序列，建構(gòu)成該生物的基因文庫(kù)。例如，帶有人類所有基因克隆的大腸桿菌細(xì)胞構(gòu)成了人類基因文庫(kù)，可從這個(gè)文庫(kù)中篩選、鑒定和研究人類的各種基因。

3.2 基因文庫(kù)的分類 基因文庫(kù)可分為基因組文庫(kù)和cDNA文庫(kù)?；蚪M文庫(kù)就是把某生物的整個(gè)基因組DNA切成適當(dāng)大小的片段(包括目的基因在內(nèi))，分別與載體DNA組合，導(dǎo)入微生物細(xì)胞，進(jìn)行克隆繁殖后收集在一起作為長(zhǎng)期保存的遺傳物質(zhì)庫(kù)[5]。cDNA文庫(kù)就是以生物細(xì)胞的mRNA為模板經(jīng)反轉(zhuǎn)錄形成穩(wěn)定的雙螺旋DNA(即cDNA)，再將這些cDNA插入到載體DNA中，導(dǎo)入微生物細(xì)胞，所建立起來的克隆群[4]。一個(gè)高質(zhì)量的cDNA文庫(kù)只代表了生物體某一器官或組織mRNA 所含有的全部或絕大部分遺傳信息。cDNA文庫(kù)與基因組文庫(kù)相比，其突出特點(diǎn)在于cDNA來自反轉(zhuǎn)錄的mRNA，不含冗余序列，通過特異性探針篩選cDNA文庫(kù)，可以較快地分離到相關(guān)基因。而基因組文庫(kù)特別是真核生物的基因組文庫(kù)非常龐大，而且含有大量重復(fù)序列，無論采用何種分離方法都難以直接分離到靶基因片段。

3.3 基因文庫(kù)的應(yīng)用領(lǐng)域 基因文庫(kù)屬于基因工程范疇，在很多情況下，目的基因的分離都離不開基因文庫(kù), 主要用于獲得未知序列的目的基因。目前兩種基因文庫(kù)在基因工程中都有廣泛的應(yīng)用，可根據(jù)研究目的選擇其中一種。在分離RNA病毒基因、研究功能蛋白序列、分離特定發(fā)育階段或特定組織特異性表達(dá)的基因時(shí)應(yīng)構(gòu)建cDNA文庫(kù)。在研究mRNA分子中不存在的序列及復(fù)雜基因組作圖時(shí)必須構(gòu)建基因組文庫(kù)。從基因文庫(kù)中分離出目的基因后，還必須對(duì)其進(jìn)行必要的檢測(cè)與分析。例如，進(jìn)行序列測(cè)定、體外轉(zhuǎn)錄及翻譯、功能互補(bǔ)實(shí)驗(yàn)等。通過這些實(shí)驗(yàn)確定出基因的結(jié)構(gòu)及功能，到這時(shí)才能算分離到了目的基因。所以，基因的克隆、克隆基因的分離、分離基因的鑒定是利用基因文庫(kù)技術(shù)分離目的基因的主要內(nèi)容[4]。