第三章 创世纪的工程——人类基因组计划解读
物理图的绘制需要用遗传工程的手段来解决,对年代以来遗传工程所产生的技术,在制作物理图时被利用上了。其中最主要的是克隆技术和分子剪刀。
克隆技术简单说就是不经过亲代的交配,以一个个体的自身为模板复制一个自我的过程。DNA的分子克隆以生物体的细胞为载体,随着细胞的克隆自身也克隆出来。现在使用的技术是DNA片段克隆,就是说,在塑料试管里,克隆出长几百个乃至几十万个碱基对的片段,这是基因工程的基本技术。
做DNA片段克隆需要一种“载体”,最早人们采用质粒作为DNA片段的载体,它把一段段DNA拼接起来,实现自我复制。后来,又有了病毒载体、酵母载体和细菌载体。有的运载量大,有的功能稳定,有的制造容易。使DNA片段的复制手段多样化了。
基因剪接是基因工程最基本的一种手段,长长的DNA分子是一条条键,最短的第22号染色体也有3000万个孩着酸。如何把他们剪开呢?这就要用分子剪刀了。这种剪刀就是酶。它能把DNA从内部切开并能识别特殊的序列。
剪刀有两种,一种是万能的,在任何地方都能剪,另外一种是只能在特殊的地方剪开,这种剪刀叫做限制性内切酶。现在已经发现的内切酶已经有300多种。有趣的是不同的内切酸切开的链子刀口不同。在两条链子组成的DNA中,有的内功酸能把片段的切口仅成平头,有的切成换头,易于重新级结。
除了剪开DNA分子的酶,还有级结DNA分子的酶。有了这些工具,就可以进行基因剪接了。
人类基因组计划要完成的另外一个图谱就是转录图。我们说在人类大约有7一周万个基因。但这么多基因中,只有1%一5%的基因是指导蛋白质编码的。因为各种生命的现象都是通过蛋白质来表现和实现自己的功能的。因此,抓住了这些能编码蛋白质的DNA,就大致抓住了人类的基因,这就是转录图所要做的事情。
人的每个细胞里所有的DNA决定将近10万个基因,那么在每一种组织的细胞中,只有10%的DNA能表达。
转录是表达的第一阶段,DNA转录后,成为只有一根键的RNA,这个RNA携带信息,所以他被称为mRNARNA根据遗传密码决定蛋白质。因此抓住这些携带信息的mRNA就成为重要任务。可以说,转录图是基因图的雏形。
在人类基因组计划中,DNA片段的部分序列,被称为可表达的标签序列,到目前为止,在国际合作的人类基因组计划中,这些dJNA片段已经被发现了160万,这160万个经过分析和剪接,至少已经代表了上万个不同基因的部分DNA序列。
由于转录图中的这些基因是有表达功能的基因。再者,转录本身是有组织与时间特异性的,它来源于已知的某一生育阶段的某一组织,因此可以给制出在正常条件下基因表达的数目、种类及结构、功能的信息。将来还可以了解不同组织在不同水平、不同表达、不同时间内的表达,这样有了正常和异常的转录图,就可以在此基础上构建基因表达谱了。
由于这种转录的DNA,可以为DNA序列鉴定哪些部分是编码DNA提供可靠的信息,而且这是序列分析中效益最高、收获最快的方案,再者,它本身就有经济价值,可以为基因诊断或基因克隆作为工具,因此转录图的构建和从川队片段的分高竞争是十分剧烈。
美国私人公司在这方面提出共达40多万个dZNIA片段的专利申请。
遗传图是根据经典遗传学的原理,结合现代分子生物学的进展,以现象来追踪本质的重要工具。
经典遗传学的精髓是遗传分析,在基因和表现之间发现遗传的联系。经过基因组的分析,人们发现