新课标中关于基因表达载体的教学

【摘 要 】 高中生物新教材（人教版）现代生物科技专题中的“基因表达载体”,属于基因工程技术的原理和技术范畴,是基因工程的重要内容.本文从载体的定义、分类,基因表达载体的构件与作用,如何利用生物信息学软件进行绘制以及应用等方面进行资料查阅和总结,以供同行参考.

【关 键 词 】 基因表达载体 构件 绘制 应用

【中图分类号】G423 【文献标识码】 A 【文章编号】 1006-5962(2012)06(b)-0128-01

1.载体的定义及其分类

载体是指运载外源DNA有效的进入受体细胞内的工具.载体同外源DNA在体外重组成DNA重组分子,在进入受体后形成一个复制子,即形成在细胞内能独自进行自我复制的遗传因子.作为载体必须满足的条件:①有多种限制性内切酶的切点,但每一种酶最好只有一个切点；②外源DNA插入以后载体在受体细胞中自我复制；③有便于选择的标记基因；④具有促进外源DNA表达的调控区.根据载体的用途,将载体分成三类,即克隆载体,主要用于扩增或保存 DNA 片段,是最简单的载体；穿梭载体是指具有多个复制子能在两个以上的不同宿主细胞复制和繁殖的载体；表达载体是指能将目的基因在人工控制下置于生物宿主中大量生产的载体.根据所在生物体的不同,分为原核表达载体和真核表达载体.

2.基因表达载体的构件及其作用

基因表达载体是由目的基因（插入基因）﹢启动子﹢终止子﹢标记基因（抗生素基因）等组成.其系统包括DNA复制及质粒DNA的筛选、目的基因的转录和蛋白质的翻译三个部分.其中,DNA复制及质粒DNA的筛选有DNA复制起点ori、Amp和Tet抗性基因；目的基因的转录包括启动子,抑制物基因和转录终止子,启动子位于目的基因的上游,常用的如Placz等；蛋白质的翻译包括核糖体识别位点SD,翻译起始子和终止子.启动子（promoter）是一段有特殊结构的DN段,位于基因的首端,作用是RNA聚合酶识别和结合的部位,能驱动基因转录出mRNA,通过翻译最终获得所需要的蛋白质.终止子（terminater）位于基因的尾端,也是一段有特殊结构的DNA短片段,相当于一盏红色信号灯,使转录停止下来.抗生素基因作为其标记基因,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.

3.基因表达载体的构建

基因表达载体的构建（即目的基因与运载体结合）是实施基因工程的第二步,也是基因工程的核心.将目的基因与运载体结合的过程,实际上是不同来源的DNA重新组合的过程.如果以质粒作为运载体,首先要用一定的限制酶切割质粒,使质粒出现一个缺口,露出黏性末端.然后用同一种限制酶切断目的基因,使其产生相同的黏性末端（部分限制性内切酶可切割出平末端,拥有相同效果）.将切下的目的基因的片段插入质粒的切口处,首先碱基互补配对结合,两个黏性末端吻合在一起,碱基之间形成氢键,再加入适量DNA连接酶,催化两条DNA链之间形成磷酸二酯键,从而将相邻的脱氧核糖核酸连接起来,形成一个重组DNA分子.如人的胰岛素基因就是通过这种方法与大肠杆菌中的质粒DNA分子结合,形成重组DNA分子（也叫重组质粒）.

4.如何利用分子生物学软件绘制基因表达载体图

无论是制作幻灯片,还是发表文章,常常需要质粒图.基因表达载体质粒图谱的绘制软件很多,这里用DNAMAN软件对基因表达载体质粒作图过程进行说明.DNAMAN 是一种常用的核酸序列分析软件,其功能强大,使用方便,已成为一种普遍使用的DNA 序列分析工具.它所提供强大的绘质粒图功能,能满足需要.绘制方法如下.

打开DNAMAN软件,点击Draw a new map进入质粒绘图,双击图形区创建图谱,在General状态下选择线条粗细和直径,双击质粒图修改字体和字号,添加元素（Add element）进行色彩和元素类型的选择即可.

5.基因表达载体的运用

基因表达载体构建成功后,将目的基因导入受体细胞,并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程.导入植物细胞的方法有农杆菌转化法、基因法和花粉管通道法等；入动物细胞的方法有显微注射技术,此方法的受体细胞多是受精卵.重组细胞导入受体细胞后,筛选含有基因表达载体受体细胞的依据是标记基因是否表达.最后是目的基因的检测和表达,用DNA分子杂交技术检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因.用标记的目的基因作探针与mRNA杂交检测目的基因是否转录出了mRNA.最后检测目的基因是否翻译成蛋白质.有时还需进行个体生物学水平的鉴定.