基因探索的五种基本工具

基因操作的工具

用什么样的工具才能准确无误地对基因进行剪切和拼接呢？这是从事基因工程研究的科学家首先遇到的难题。例如，通过基因工程培育抗虫棉时，就需要将抗虫的基因从某种生物(如苏云金芽孢杆菌)中提取出来，“放入”棉的细胞中，与棉细胞中的DNA结合起来，在棉中发挥作用。这里遇到的难题主要有两个：首先是苏云金芽孢杆菌的一个DNA分子有许多基因，怎样从它的DNA分子的长链上辨别出所需要的基因，并且把它切割下来。其次是如何将切割下来的抗虫基因与棉的DNA“缝合”起来。为了突破这些难关，科学家进行了许多试验，最后他们发现了一种“基因剪刀”和“基因针线”，可以用来完成基因的剪切和拼接。

基因的剪刀——限制性内切酶 基因的剪刀指的是DNA限制性内切酶(以下简称限制酶)。限制酶主要存在于微生物中。一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割DNA分子(如图)。例如，从大肠杆菌中发现的一种限制酶只能识别GAATTC序列，并在G和A之间将这段序列切开。目前已经发现了二百多种限制酶，它们的切点各不相同。苏云金芽孢杆菌中的抗虫基因，就能被某种限制酶切割下来。

基因的针线——DNA连接酶 从图中可以看出，被限制酶切开的DNA两条单链的切口，带有几个伸出的核苷酸，它们之间正好互补配对，这样的切口叫做黏性末端。可以设想，如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶来切割，然后让两者的黏性末端黏合起来，似乎就可以合成重组的DNA分子了。但是，实际上仅仅这样做是不够的，互补的碱基处虽然连接起来，但是这种连接只相当于把断成两截的梯子中间的踏板连接起来，两边的扶手的断口处还没有连接起来(如图)。要把扶手的断口处连接起来，也就是把两条DNA末端之间的缝隙“缝合”起来，还要靠另一种极其重要的工具——DNA连接酶。

基因的运输工具——运载体 要将一个外源基因，如上面所说的抗虫基因，送入受体细胞，如棉细胞，还需要有运输工具，这就是运载体。作为运载体的物质必须具备以下条件：能够在宿主细胞中复制并稳定地保存；具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接；具有某些标记基因，便于进行筛选。目前，符合上述条件并经常使用的运载体有质粒、噬菌体和动植物病毒等。

质粒是基因工程最常用的运载体，