基因工程技术的开发应用及其重要性

基因工程技术通过人工操作基因，打破了生物种间以及动、植物间的遗传屏障，阐明了有关代谢、发育、调控及亚细胞结构方面的信息，在动植物改良、化学工业、医疗卫生、生态环境、资源利用等方面都引发了新的革命。

基因工程技术一般分为四个步骤：一是提取目的基因，取得符合人们要求的DNA 片段，这种DNA 片段被称为“目的基因”；二是目的基因与运载体结合，将目的基因与质粒或病毒DNA 连接成重组DNA；三是将目的基因导入受体细胞，把重组DNA 引入某种细胞；四是目的基因的检测和表达，把能表达目的基因的受体细胞挑选出来。

（一）核酸分子提取技术

核酸（nucleic acid）是遗传信息的携带者，核酸包括DNA 和RNA 两种分子，在细胞中它们都以与蛋白质结合的状态存在。核酸分子是基因工程的主要研究对象，无论是进行核酸结构研究还是进行核酸功能研究，首先需要对核酸进行分离和纯化，核酸样品的质量高低直接关系到试验的成败。真核生物的染色体DNA 为双链线性分子，原核生物的“染色体”、质粒及真核细胞器DNA 为双链环状分子。RNA 分子在大多数生物体内均是单链线性分子。95% 的真核生物DNA主要存在于细胞核内，其余5%为细胞器DNA，如线粒体DNA、叶绿体DNA 等。RNA 分子主要存在于细胞质中，约占75%，另有10%在细胞核内，15%在细胞器中。核酸分子的提取技术包括总DNA 的提取、RNA 的提取和质粒DNA 的提取，提取的基本思路是利用DNA、RNA、蛋白质和脂质等在理化性质方面的差异分离出DNA 和RNA，去除其他杂质。

（二）电泳技术

带电物质在电场中向相反电极移动的现象称为电泳（electrophoresis，EP）。利用带电粒子在电场中移动速度不同而达到分离的技术称为电泳技术。电泳技术是19 世纪初发明的，但直到1937 年瑞典科学家Arne Tiselius 创造纸电泳以后，才迅速发展起来。人们采用各种材料作为支持电泳介质，创造出许多新方法，其中以琼脂糖和聚丙烯酰胺为支持介质的凝胶电泳最为突出，主要包括琼脂糖凝胶电泳、聚丙烯酰胺凝胶电泳、脉冲电场凝胶电泳。许多生物分子都带有电荷，其电荷的多少取决于分子结构及所在介质的pH 和组成。由于混合物中各种组分所带电荷性质、电荷数量以及相对分子质量的不同，在同一电场的作用下，各组分泳动的方向和速率也各异。因此，电泳技术就是利用混合物各组分在一定时间内移动距离的不同，从而达到分离鉴定各组分的目的。电泳主要用于分离各种有机物（如氨基酸、多肽、蛋白质、脂类、核苷酸、核酸等）和无机盐，也可用于分析某种物质纯度，还可用于相对分子质量的测定。电泳技术的这项特殊功能，已被广泛地应用于基础研究、农业科学、医药卫生、工业生产、国防科研、法医刑侦、食品检测、环境保护等各个领域。(www.xing528.com)

（三）基因的分子克隆

分子克隆是指分离一个已知DNA 序列，并以活体内方式获得许多复制品的过程。分子克隆需要对DNA 分子进行切割，并连接到合适的载体上进行体外重组。核酸内切酶和DNA 连接酶的发现与应用，为DNA 分子的克隆提供了有力的工具。基因分子的克隆技术包括基因克隆所需的核酸酶、基因克隆的主要载体类型、DNA 的体外重组。分子克隆技术打开了人类了解、识别、分离和改造基因，创造新物种的大门，对医学、工业和农业的发展均产生了深远影响。

（四）重组体的筛选与鉴定

将目的基因与载体连接形成重组子，然后通过各种方法将重组子导入宿主细胞，得到所需要的带有重组DNA 的转化子（导入外源DNA 后获得新的遗传标记的细菌细胞或其他受体细胞）是基因工程的目的所在。但在转化反应中，并非所有的细胞都能转入重组DNA 分子，因此，在成千上万个转化子中，真正含有期望的重组DNA 分子的比例很少，为了将含有外源DNA 的宿主细胞和不含外源DNA 的宿主细胞分开，以及将含有正确重组子的宿主细胞和含有其他外源DNA的宿主细胞分开，就需要进行筛选与鉴定。重组子的筛选与鉴定主要包括遗传检测法、物理检测法、菌落或噬菌斑杂交筛选法、免疫化学检测法、DNA-蛋白质筛选法及转译筛选法等技术。