分子遗传学与生物技术

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简介

基础分子遗传学研究为疾病诊断创造了全新的可能性。将研究成果转化为工业实践应用的潜力巨大。

分子遗传学是生物学的一个分支，研究动物多样性是如何由DNA分子结构或表达的差异产生的。在分子遗传学中，基因筛选常被用于“研究”生物体基因组中基因的结构和/或功能。

细胞生物学、分子生物学、生物化学和生物技术，以及传统的孟德尔遗传学，为该研究领域奠定了基础。研究人员寻找基因突变或有意导致基因异常，以将基因序列与特定症状联系起来。

分子遗传学是一种强大的工具，可以将突变与遗传异常联系起来，有助于寻找多种遗传疾病的治疗方法和治愈方法。

中心法则

中心法则构成了所有遗传学的基础，对分子遗传学的研究至关重要。根据中心法则，DNA自我复制，通过转录变成RNA，然后通过翻译变成蛋白质。

遗传密码与中心法则一起被用来理解RNA是如何被翻译成蛋白质的。DNA复制和从DNA到mRNA的转录发生在细胞核中，而RNA到蛋白质的翻译发生在核糖体中。

构成遗传密码的四个碱基对——腺嘌呤、胞嘧啶、鸟嘌呤和尿嘧啶——是冗余的，这意味着这些碱基对的不同组合（以三联体形式读取）产生相同的氨基酸。

分子遗传学技术

遗传学研究的重点是如何将生物特征遗传下来以及随着时间的推移发生变化。我们已经提到，遗传学研究可以在不直接检查DNA的情况下进行。事实上，一些最优秀的遗传学家依赖于表型、遗传模式及其在精心设计的杂交中的比率的研究，而不是任何专门的DNA知识。

分离基因组DNA

目前，分子生物学经常与传统遗传学相结合，形成分子遗传学，其中包括检查生物体的DNA和其他分离的大分子。在分子遗传学研究中，通常会分离和检查来自特定基因的DNA或RNA转录物，使用各种技术。

通过PCR检测特定序列

聚合酶链式反应（PCR）是一种在试管中复制DNA的技术。链式反应指的是该技术能够利用每个新复制的双螺旋作为模板合成两个新的DNA双螺旋，从而产生数百万个DNA分子的拷贝的能力。在这里，“聚合酶”指的是从细菌中分离和纯化的DNA聚合酶酶。因此，PCR是一种非常有效扩增DNA的方法。

限制性酶切和DNA连接

在许多细菌中发现的酶可以在识别特定DNA序列后切割双链DNA螺旋。这些酶被称为位点特异性限制性内切酶，或简称“限制性酶”，它们自然作为细菌抵御病毒和其他外源DNA来源的防御机制的一部分。研究人员使用来自不同细菌物种的限制性酶，这些酶可以从各种商业来源获得，在已知位点切割DNA。

克隆DNA

质粒是存在于多种细菌中的染色体外DNA成分。这些分子通常是环状的、双链的、很小的（几千个碱基对）、独立的复制子，可以在细胞内大量存在。质粒可以在细菌交配过程中在野外交换，有时甚至在不同物种之间交换。质粒中经常发现致病性和耐药性基因。

凝胶电泳

DNA溶液没有颜色，看起来就像水一样，除了在高浓度下会变得粘稠。为了找到和检查DNA，已经开发了凝胶电泳等方法。

印迹和杂交

只有当大多数DNA分子大小相同（例如，在PCR反应后或质粒的限制性酶切后），电泳凝胶中的DNA条带才会出现。有时，例如当染色体（基因组）DNA经历限制性酶切时，酶切产物将包含大量不同大小的片段，并且看起来更像是DNA的连续涂抹而不是不同的条带。

转基因操作

利用生物技术，将外源DNA插入转基因生物体中。因此，“外源DNA”（转基因）被定义为来自同一物种的重组DNA，在被重新引入之前经历了实验室操作。术语基因修饰生物（GMO）和转基因生物经常互换使用。

正向遗传学

正向遗传学是一种分子遗传学技术，用于确定导致特定表型的基因或遗传改变。在遗传测试中，在使用诱变剂或转座子产生随机突变后，对人们进行所需性状的测试。

诱变通常随后进行二次实验，即选择。可以使用荧光报告基因或抗生素抗性基因来改变细胞，以便从非突变体中选择出具有所需表型的突变体。

反向遗传学

反向遗传学指的是用于确定由感兴趣基因的故意突变引起的表型的分子遗传学技术。从表型中推断出未突变基因版本的功能。

感兴趣的基因可能会经历随机或有意的突变。突变可以是由于核苷酸添加或缺失引起的移码突变，由于核苷酸替换引起的错义突变，或者基因或基因区域的完全添加或缺失。