如何獲得目的基因

基因是具有遺傳功能的DNA分子上的片段，平均長(zhǎng)度約1000bp。早在1946年就有人提出了“一個(gè)基因一種酶”的理論，即一個(gè)基因經(jīng)轉(zhuǎn)錄、翻譯后將表達(dá)一種蛋白質(zhì)分子。一個(gè)完整的基因應(yīng)該包括：結(jié)構(gòu)基因、調(diào)節(jié)基因、操縱基因、啟動(dòng)基因和終止基因，其中結(jié)構(gòu)基因含有所表達(dá)蛋白質(zhì)的全部信息。基因工程的目的是將性狀優(yōu)良的相關(guān)基因進(jìn)行重組獲得具有高度應(yīng)用價(jià)值的新物種。因此，基因工程的首要任務(wù)是從現(xiàn)有生物群體中分離出特定的目的基因，目的基因一般都是結(jié)構(gòu)基因。通過(guò)目的基因?qū)⑺璧耐庠催z傳信息額外流入宿主細(xì)胞中，使宿主表現(xiàn)出所需要的性狀。因此理想的目的基因應(yīng)不含多余的干擾成分、純度高，而且片段大小應(yīng)適合重組操作。

最傳統(tǒng)的獲得外源基因方法是手槍克隆法（shortgun cloning）。若對(duì)細(xì)胞的基因信息一無(wú)所知，從細(xì)胞中提取的DNA分子用若干種限制性內(nèi)切酶切割成片段，將這些片段進(jìn)行分離后分別克隆到宿主細(xì)胞進(jìn)行表達(dá)，從表達(dá)產(chǎn)物中鑒別每一DNA片段的生物活性以確定是否含有所需要的目的基因。顯然這種方法的工作量非常大。

從20世紀(jì)60年代起，科學(xué)家就開(kāi)展了測(cè)定DNA分子中核苷酸排列序列方法的研究工作，但是進(jìn)展不大。1975年Sanger等人發(fā)明了加減法，能夠直接分析100～500個(gè)核苷酸的 DNA 片段，取得了DNA測(cè)序的重大突破。1977年Maxam和Gilbert等人發(fā)明了化學(xué)降解法，能夠更快速地分析DNA序列。同年Sanger等人又提出了雙脫氧鏈終止法，該方法能快速、準(zhǔn)確、可靠地測(cè)量DNA序列，是目前DNA序列分析的重要手段。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，20世紀(jì)80年代實(shí)現(xiàn)了DNA的自動(dòng)測(cè)序，從而人類(lèi)能夠從各種生物體的 DNA中得到海量的序列信息，相繼完成了人類(lèi)基因組、水稻基因組及許多微生物基因組的測(cè)序，為基因的發(fā)現(xiàn)、合成和分離奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。通過(guò)幾十年來(lái)的努力和數(shù)據(jù)積累，世界上已經(jīng)建立了多個(gè)基因庫(kù)和基因文庫(kù)。