基因工程中標記基因作用辨析

李均民

在人教版高中生物選修三《現代生物科技專題》這本書第11頁，關于標記基因在基因工程中的作用有這么一句話：“標記基因的作用是為了鑒別受體細胞中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細胞篩選出來。”我認為這句話是錯誤的，僅靠標記基因并不能檢測出受體細胞中是否含有目的基因，僅能檢測出受體細胞中是否含有載體。原因有以下幾個方面。

一、載體的結構和功能決定標記基因不能檢測目的基因是否導入受體細胞。

標記基因在載體上。基因工程中常用的載體有以下幾種：質粒、噬菌體、動植物病毒、粘粒，而要成為載體必須具備四個條件：1.分子小；2.有限制酶切位點；3.能在宿主細胞內復制并保存；4.有標記基因。從這里可以很明顯地看出標記基因在載體上而不在目的基因上，如果有的載體目的基因沒有連上，而只是載體進入了細胞，就不能說明標記基因可以檢測目的基因是否導入受體細胞。

二、載體和目的基因的連接方式決定標記基因不能檢測目的基因是否導入受體細胞。

在基因工程中通常用同一種限制性核酸內切酶同時切割目的基因和載體，如果是黏性末端，切下的端口在DNA連接酶的作用下就可以連接起來；如果是平末端，更能連接起來。所以導致在DNA連接酶的作用下可能形成以下四種連接方式：1.目的基因之間的連接；2.載體DNA之間的連接；3.載體DNA頭尾之間的連接；4.載體與目的基因之間的連接。如果僅僅是載體與目的基因之間的連接導入受體細胞，我們完全可以說用標記基因就可以檢測受體細胞是否導入目的基因；但是載體DNA之間的連接和載體DNA頭尾之間的連接也會導入不同的受體細胞，這時很明顯受體細胞中有標記基因，但沒有目的基因。

三、篩選機制決定標記基因不能檢測目的基因是否導入受體細胞。

并不是所有的受體細胞都能導入目的基因和載體，而且真正導入載體或目的基因的受體細胞非常少，所以必須把沒有導入目的基因的大量細胞取掉，這里就存在篩選。初步篩選就要靠標記基因，在一般用做轉基因植物的載體都有某種篩選抗性，比如抗生素（例如抗四環素或者抗氨芐青霉素）或除草劑等。篩選的方法就是把受體細胞放在含有抗性物質的培養基上培養，沒有導入抗性基因的細胞就會死亡，而含有抗性基因的就會存活下來，再經過組織培養形成新的個體。但是這樣篩選出來的細胞可能存在以下三種情況：第一種是導入載體和目的基因連接的情況；第二種是導入載體和載體連接的情況；第三種是導入載體自身連接的情況。其中第二種情況和第三種情況，細胞雖然有抗性，但明顯沒有目的基因進入受體細胞。所以標記基因只能檢測載體是否進入受體細胞，不能檢測目的基因是否進入受體細胞，同時篩選掉大量載體沒有進入的受體細胞。

四、基因工程的目的決定標記基因不能檢測目的基因是否導入受體細胞。

基因工程的目的是基因的最終表達，即有蛋白質生成，而不是說將目的基因導入受體細胞就完成了整個基因工程。所以首先要檢測目的基因是否導入受體細胞，檢測目的基因已導入受體細胞后工作是不是就完成了呢？到了這一步還不能這么說，還必須檢測受體細胞中是否有目的基因轉錄的信使RNA，因為生命過程太復雜了，我認為可能是有了DNA，不一定就能轉錄出RNA，檢測是否有RNA可用分子雜交法。同理，有了信使RNA，也不一定就能夠翻譯出蛋白質，所以還要進行蛋白質鑒定，蛋白質鑒定可用抗原—抗體雜交法。當檢測有了蛋白質是不是整個基因工程就圓滿結束了呢？其實也不是這樣的，還必須進行個體生物學水平的鑒定？為什么要進行個體生物學水平的鑒定呢？原因是這樣的：雖然有了翻譯的蛋白質，但是量太少，起不到應起的作用。例如抗蟲蛋白或抗病蛋白太少，不能有效地抵抗蟲害和病害。從這里可以明顯地看出目的基因是否導入受體細胞不靠標記基因起作用。

五、檢測目的基因是否導入受體細胞的常用方法。

檢測目的基因是否導入受體細胞有很多方法。這里簡要介紹幾種常用的方法。首先，可以用Southerbolting法，即DNA分子雜交技術，即將轉基因生物的基因組DNA提取出來，在含有目的基因的DNA片段上用同位素做標記，以此作為探針，使探針與基因組DNA進行雜交，如果顯示出雜交帶，就表明目的基因已導入受體細胞。其次，還可以提取受體細胞的總DNA，根據目的基因的序列，設計引物，進行PCR擴增。注意設定好陰性和陽性對照。一般情況下能夠擴增出特異性條帶和你設計的一致的話，就表明目的基因已進入受體細胞。同時還可以利用報告基因（reportergene）來檢測目的基因是否導入受體細胞。報告基因是一種編碼可被檢測的蛋白質或酶的基因，也就是說，是一個其表達產物非常容易被鑒定的基因。把它的編碼序列和基因表達調節序列相融合形成嵌合基因，或與其他目的基因相融合，在調控序列控制下進行表達，從而利用它的表達產物來確定目的基因的是否進入受體細胞。另外還有其他檢測目的基因是否進入受體細胞的方法，這里就不一一詳述。

從以上幾點可以很清楚地看出，標記基因不能檢測目的基因是否導入受體細胞，只能檢測載體是否進入受體細胞，同時篩選載體進入的受體細胞。

參考文獻:

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