基因庫、基因組、基因文庫的概念辨析

全 剛

(浙江省湖州中學 313000)

1 基因庫

1.1 基因庫的概念 基因庫，就是基因的“倉庫”，它是指一個種群中全部個體所帶有的全部基因(包括全部等位基因)的總和[1]。對基因庫這個概念的注意要點是：①是一個完整獨立的種群；②是種群中所有存活的個體；③是全部基因，包括中性的基因、有利的基因與有害的基因。所以，若攜帶某種基因的個體全部死亡，那么這種基因將在該種群基因庫中消失。

1.2 基因庫的應用領域 基因庫這一概念屬于種群遺傳學范疇，它研究的對象不是細胞和個體，而是由一群可交配繁殖的個體組成的群體，該群體中的個體具有共同的基因庫。一個種群基因庫中的基因不會因為個體死亡而丟失，可以通過種群中雌雄個體的有性生殖進行基因交流，從而將基因保留。種群基因庫常用基因頻率和基因型頻率來描述。在一個自然環境中，種群中某個基因的頻率和基因型的頻率總是在發生變化的，進而影響種群基因庫的變化，實質上就是這一種群的進化。因此，研究種群基因庫的變化有助于了解生物進化的機制。

2 基因組

2.1 基因組的概念 基因組的早期譯名為染色體組，指的是單倍體細胞中所包含的整套染色體。近年來，學術界用基因組這個名詞替代了染色體組。在遺傳學中對基因組的定義是：一個單倍體細胞核中、一個細胞器(動、植物細胞質中的線粒體，植物細胞質中的葉綠體)中或一個病毒毒粒中所含的全部DNA(或RNA)分子的總稱[2]。基因組包括編碼序列和非編碼序列在內的全部DNA分子，是某個特定物種細胞全部遺傳信息的集合。

2.2 基因組的分類 根據DNA在不同生物中的分布，可將基因組分為真核生物基因組、原核生物基因組和病毒基因組。真核生物基因組又分為核基因組和細胞器基因組，前者是指單倍體的細胞核內整套染色體所含的DNA分子；后者則區分為線粒體基因組和葉綠體基因組。原核生物基因組就是原核細胞內的擬核和質粒，一大一小兩個環狀DNA分子。從上可知，不同生物的基因組差別很大。例如，人類核基因組包括22條常染色體和X或Y兩條性染色體中的全部DNA分子；而霍亂弧菌的基因組只由一大一小兩個環狀DNA分子構成。從整體上看，同種生物的不同個體的基因組是相同的，因此，可以說“一個物種只有一個基因組”，但由于不同個體可能擁有不同的等位基因，這就決定了個體之間的差異。

2.3 基因組的應用領域 基因組研究主要包括兩個方面：①以全基因組進行測序為目標的結構基因組學，它的目的是建立生物體高分辨率遺傳、物理和轉錄圖譜。結構基因組學是通過基因作圖，核苷酸序列分析以確定基因組成、基因定位的一門科學，它代表基因組分析的早期階段[3]。②功能基因組學相關的研究包括基因功能發現、基因表達分析及突變檢測。它以高通量、大規模實驗方法及計算機統計分析為特征，對成千上萬的基因表達進行分析和比較，力圖從基因組整體水平上對基因的活動規律進行闡述。自從1990年正式啟動人類基因組計劃以來，基因組學的研究已發展成生命科學研究的前沿和熱點領域。

3 基因文庫

3.1 基因文庫的概念 指將某種生物的全部基因組的遺傳信息貯存在可以長期保存的穩定的重組體中，以備需要時能夠隨時從中分離出所需要的目的基因，這種保存基因遺傳信息的材料，就稱為基因文庫又稱DNA文庫[4]。基因文庫由外源DNA片段、載體和宿主細胞組成。通常是將某生物不同基因用適當的工具酶剪切后拼接到低等微生物如細菌的質粒、噬菌體等載體上, 將這些載體導入到受體細菌或細胞中，使得各受體細胞中分別含有這種生物的不同基因；經過繁殖擴增，許多細胞一起包含了該生物全部基因組序列，建構成該生物的基因文庫。例如，帶有人類所有基因克隆的大腸桿菌細胞構成了人類基因文庫，可從這個文庫中篩選、鑒定和研究人類的各種基因。

3.2 基因文庫的分類 基因文庫可分為基因組文庫和cDNA文庫。基因組文庫就是把某生物的整個基因組DNA切成適當大小的片段(包括目的基因在內)，分別與載體DNA組合，導入微生物細胞，進行克隆繁殖后收集在一起作為長期保存的遺傳物質庫[5]。cDNA文庫就是以生物細胞的mRNA為模板經反轉錄形成穩定的雙螺旋DNA(即cDNA)，再將這些cDNA插入到載體DNA中，導入微生物細胞，所建立起來的克隆群[4]。一個高質量的cDNA文庫只代表了生物體某一器官或組織mRNA 所含有的全部或絕大部分遺傳信息。cDNA文庫與基因組文庫相比，其突出特點在于cDNA來自反轉錄的mRNA，不含冗余序列，通過特異性探針篩選cDNA文庫，可以較快地分離到相關基因。而基因組文庫特別是真核生物的基因組文庫非常龐大，而且含有大量重復序列，無論采用何種分離方法都難以直接分離到靶基因片段。

3.3 基因文庫的應用領域 基因文庫屬于基因工程范疇，在很多情況下，目的基因的分離都離不開基因文庫, 主要用于獲得未知序列的目的基因。目前兩種基因文庫在基因工程中都有廣泛的應用，可根據研究目的選擇其中一種。在分離RNA病毒基因、研究功能蛋白序列、分離特定發育階段或特定組織特異性表達的基因時應構建cDNA文庫。在研究mRNA分子中不存在的序列及復雜基因組作圖時必須構建基因組文庫。從基因文庫中分離出目的基因后，還必須對其進行必要的檢測與分析。例如，進行序列測定、體外轉錄及翻譯、功能互補實驗等。通過這些實驗確定出基因的結構及功能，到這時才能算分離到了目的基因。所以，基因的克隆、克隆基因的分離、分離基因的鑒定是利用基因文庫技術分離目的基因的主要內容[4]。