基因工程中标记基因作用辨析
基因工程中标记基因作用辨析 基因工程中标记基因作用辨析 在人教版高中生物选修三《现代生物科技专题》这本书第11 页,关于标记基因在基因工程中的作用有这么一句话:“标记基因的 作用是为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因,从而将含有目的基因 的细胞筛选出来。”我认为这句话是错误的,仅靠标记基因并不能检 测出受体细胞中是否含有目的基因,仅能检测出受体细胞中是否含有 载体。原因有以下几个方面。 一、载体的结构和功能决定标记基因不能检测目的基因是否导入 受体细胞。 标记基因在载体上。基因工程中常用的载体有以下几种:质粒、 噬菌体、动植物病毒、粘粒,而要成为载体必须具备四个条件:1. 分子小;2.有限制酶切位点;3.能在宿主细胞内复制并保存;4.有标 记基因。从这里可以很明显地看出标记基因在载体上而不在目的基因 上,如果有的载体目的基因没有连上,而只是载体进入了细胞,就不 能说明标记基因可以检测目的基因是否导入受体细胞。 二、载体和目的基因的连接方式决定标记基因不能检测目的基因 是否导入受体细胞。 在基因工程中通常用同一种限制性核酸内切酶同时切割目的基 因和载体,如果是黏性末端,切下的端口在DNA连接酶的作用下就可 以连接起来;如果是平末端,更能连接起来。所以导致在DNA连接酶 的作用下可能形成以下四种连接方式:1.目的基因之间的连接;2. 载体DNA之间的连接;3.载体DNA头尾之间的连接;4.载体与目的基 因之间的连接。如果仅仅是载体与目的基因之间的连接导入受体细胞, 我们完全可以说用标记基因就可以检测受体细胞是否导入目的基因; 但是载体DNA之间的连接和载体DNA头尾之间的连接也会导入不同的 受体细胞,这时很明显受体细胞中有标记基因,但没有目的基因。 三、筛选机制决定标记基因不能检测目的基因是否导入受体细胞。 并不是所有的受体细胞都能导入目的基因和载体,而且真正导入 载体或目的基因的受体细胞非常少,所以必须把没有导入目的基因的 大量细胞取掉,这里就存在筛选。初步筛选就要靠标记基因,在一般 用做转基因植物的载体都有某种筛选抗性,比如抗生素(例如抗四环 素或者抗氨节青霉素)或除草剂等。筛选的方法就是把受体细胞放在 含有抗性物质的培养基上培养,没有导入抗性基因的细胞就会死亡, 而含有抗性基因的就会存活下来,再经过组织培养形成新的个体。但 是这样筛选出来的细胞可能存在以下三种情况:第一种是导入载体和 目的基因连接的情况;第二种是导入载体和载体连接的情况;第三种 是导入载体自身连接的情况。其中第二种情况和第三种情况,细胞虽 然有抗性,但明显没有目的基因进入受体细胞。所以标记基因只能检 测载体是否进入受体细胞,不能检测目的基因是否进入受体细胞,同 时筛选掉大量载体没有进入的受体细胞。 四、基因工程的目的决定标记基因不能检测目的基因是否导入受 体细胞。 基因工程的目的是基因的最终表达,即有蛋白质生成,而不是说 将目的基因导入受体细胞就完成了整个基因工程。所以首先要检测目 的基因是否导入受体细胞,检测目的基因已导入受体细胞后工作是不 是就完成了呢?到了这一步还不能这么说,还必须检测受体细胞中是 否有目的基因转录的信使RNA,因为生命过程太复杂了,我认为可能 是有了 DNA,不一定就能转录出RNA,检测是否有RNA可用分子杂交 法。同理,有了信使RNA,也不一定就能够翻译出蛋白质,所以还要 进行蛋白质鉴定,蛋白质鉴定可用抗原一抗体杂交法。当检测有了蛋 白质是不是整个基因工程就圆满结束了呢?其实也不是这样的,还必 须进行个体生物学水平的鉴定?为什么要进行个体生物学水平的鉴 定呢?原因是这样的:虽然有了翻译的蛋白质,但是量太少,起不到 应起的作用。例如抗虫蛋白或抗病蛋白太少,不能有效地抵抗虫害和 病害。从这里可以明显地看出目的基因是否导入受体细胞不靠标记基 因起作用。 五、检测目的基因是否导入受体细胞的常用方法。 检测目的基因是否导入受体细胞有很多方法。这里简要介绍几种 常用的方法。首先,可以用Southerbolting法,即DNA分子杂交技 术,即将转基因生物的基因组DNA提取出来,在含有目的基因的DNA 片段上用同位素做标记,以此作为探针,使探针与基因组DNA进行杂 交,如果显示出杂交带,就表明目的基因已导入受体细胞。其次,还 可以提取受体细胞的总DNA,根据目的基因的序列,设计引物,进行 PCR扩增。注意设定好阴性和阳性对照。一般情况下能够扩增出特异 性条带和你设计的一致的话,就表明目的基因已进入受体细胞。同时 还可以利用报告基因(reportergene)来检测目的基因是否导入受体 细胞。报告基因是一种编码可被检测的蛋白质或酶的基因,也就是说, 是一个其表达产物非常容易被鉴定的基因。把它的编码序列和基因表 达调节序列相融合形成嵌合基因,或与其他目的基因相融合,在调控 序列控制下进行表达,从而利用它的表达产物来确定目的基因的是否 进入受体细胞。另外还有其他检测目的基因是否进入受体细胞的方法, 这里就不一一详述。 从以上几点可以很清楚地看出,标记基因不能检测目的基因是否 导入受体细胞,只能检测载体是否进入受体细胞,同时筛选载体进入 的受体细胞。 参考文献: [1] 王改云.基因工程技术[J] .化工进展,2002, 21. [2] 良小友,米景九.植物基因工程技术研究进展[J] .生物工 程进展,1993, 13. [3] 钟卫鸿.基因工程技术全套技术.化学工业出版社,2010, 7. [4] 曾佑炜,揭广川,李家洲.基因工程技术.中国轻工业出版 社,2010, 7. [5] 朱正威,赵占良.现代生物科技专题.人民教育出版社,2007, 2. [6] 朱正威,赵占良.遗传与进化.人民教育出版社,2007, 1.