第七章外源基因的表达

外源基因的导入和表达研究随着生物技术的不断进步，人类利用基因工程技术已经可以人为地导入外源基因（即来自不同物种的基因）到特定的生物体中，并在其内部进行表达。

外源基因的导入和表达研究不仅在医学领域有重要的应用价值，而且可以用于植物和动物的育种、菌类的生产等多个领域，具有非常广泛的意义。

一、外源基因的导入方式外源基因的导入通常有三种方式：基因转染、基因克隆和基因突变。

其中基因转染是最常见的一种方法，其通过化学手段或物理手段将外源质粒导入到细胞内，使细胞内的染色体带有外源DNA序列，让生物体在遗传上发生变化。

基因克隆指的是利用重组DNA技术将外源基因插入到载体中，形成重组质粒，再将其导入到宿主细胞。

而基因突变指的是利用基因工程技术将目标基因的部分序列或全部序列进行基因剪切或点突变，从而在细胞内引入特定的改变。

二、外源基因的表达方式一旦外源基因成功地导入到宿主细胞后，就需要利用相应的机制使其被正确表达。

一般而言，外源基因的表达方式主要有两种：转录和翻译。

转录是指将某个基因的DNA序列转换成相应的mRNA序列，为后续的翻译打下基础。

而翻译则是将翻译RNA （tRNA）和核糖体结合，将mRNA的密码子转化成氨基酸序列，最终形成蛋白质。

在这个过程中，外源基因所编码的蛋白质需要能够正确地折叠和组装。

三、外源基因的应用外源基因的应用非常广泛。

在医学领域，外源基因的导入和表达技术已经成为了基因治疗的基础。

通过将正常的基因序列导入到受损或异常的细胞中，可以纠正基因缺陷，并且达到治疗某些遗传病的目的。

同时，外源基因导入技术也可以用于生产重组蛋白，如人类重组胰岛素、重组干扰素、重组免疫球蛋白等，这些蛋白对于多种疾病的治疗都有重要的作用。

在植物和动物育种领域，利用外源基因导入和表达技术也可以获得一些长期以来难以获得的农作物，如对抗虫害、抗病性更强的水稻、高营养价值的谷物等。

此外，外源基因导入技术还可以用于菌类的生产和制药领域。

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外源基因的导入和表达机制随着生物技术的飞速发展，外源基因的导入和表达成为了基因工程领域中的重要课题。

其涉及到基因治疗、转基因作物、药物生产等许多领域。

在导入和表达外源基因的过程中，要考虑到基因的适应性、表达的稳定性、特异性以及对宿主生物的影响等多个方面。

本文将探讨外源基因的导入和表达机制，包括基本原理、工具和技术以及存在的问题和挑战。

基本原理导入和表达外源基因的基本原理是将外源DNA序列引入到宿主细胞中，使其被转录和翻译成蛋白质。

具体而言，一般有两种方式：直接转染和向宿主基因组中嵌入外源基因，后者也称为基因整合。

直接转染是将外源DNA序列直接引入到细胞外，在细胞膜相关的受体介导下，外源DNA序列被进入到细胞质中。

直接转染的DNA所携带的信息将指导它在宿主细胞内的表达。

基因整合是将外源DNA序列整合到宿主细胞染色体上，使其成为宿主细胞的一部分。

基本原理是将外源DNA构建为一个适合于整合的载体，然后具体通过发生基因重组或嵌入基因导入宿主细胞的染色体中。

被整合的外源脱氧核糖核酸(DNA)序列将被遵循宿主细胞一样转录并翻译成蛋白质。

工具和技术导入和表达外源基因要解决的核心问题就是如何将外源DNA 送入宿主细胞。

为此，研究者现有许多的工具和技术可供选择。

电穿孔是将宿主细胞暴露在高电场的冲击下，使细胞膜通透性增强，外源DNA得以进入的技术。

这种技术既可以使用简单的电刺激来进行，也可以通过利用特殊设备专门进行。

这种技术在大多数细胞类型中都是有效的。

群粒化法是利用氟化物和离子溶液百炼生化学反应，在其中产生群粒化团块，通过进一步化学反应打开细胞膜，使外源DNA进入细胞内部。

这种技术适用于一些难以被电穿孔的细胞类型。

病毒载体是将外源DNA序列植入病毒中，通过感染宿主细胞扩增表达，使表达的目标基因在细胞内获得较高的表达水平。

存在的问题和挑战虽然外源基因的导入和表达在许多方面得到了极大的改进，但仍然存在着一些问题和挑战。

简述外源基因原核系统克隆表达的基本流程外源基因在原核系统中的克隆表达是通过一系列步骤来实现的。

以下是基本的流程：1. 选择质粒载体（Plasmid Vector）：-选择一个合适的质粒，通常是圆形DNA 分子，具有自主复制的能力。

质粒通常包含选择标记（例如抗生素抗性基因）和表达调控元件（例如启动子、终止子等）。

2. 准备目标基因：-获取外源基因，这可以是从其他生物中克隆得到的DNA 片段。

这个基因应该编码所需的蛋白质或RNA。

3. 限制性内切酶切割：-使用限制性内切酶切割质粒载体和目标基因。

选择适当的酶，以确保两者切口相互兼容。

4. 连接（Ligation）：-将切割后的质粒和目标基因连接在一起，形成重组质粒。

这一步通常涉及DNA 连接酶。

5. 转化（Transformation）：-将重组质粒导入宿主细菌中。

这可以通过热激冲击、电穿孔或其他方法实现。

质粒包含抗生素抗性基因，使得只有带有重组质粒的细菌能够在含有抗生素的培养基中生长。

6. 筛选（Screening）：-鉴定带有正确重组质粒的细菌。

这可以通过PCR、酶切鉴定等技术来进行。

7. 培养：-将筛选出的正常克隆株培养起来，以增大其数量。

8. 表达：-利用宿主细菌的生物机制，使得外源基因在细菌中表达。

这通常涉及到适当的启动子和终止子，以及其他调控元件。

9. 纯化：-如有必要，对表达的蛋白质进行纯化。

这可以通过各种方法，如层析、电泳等来实现。

整个流程的成功依赖于实验室技术的熟练操作和对基因工程原理的深刻理解。

这些步骤的每一步都需要谨慎操作，以确保最终得到具有期望表达产物的克隆。

外源基因表达的基本流程包括以下几个关键步骤：克隆：1.1.选择合适的限制性内切酶将外源基因从其原始DNA中切割出来。

2.将切割后的外源基因插入到表达载体（如质粒、病毒载体等）的多克隆位点，确保正确的阅读框和若为分泌型蛋白还需考虑信号肽序列的一致性。

重组载体构建：1.通过连接酶的作用将外源基因与线性化的载体连接起来形成重组DNA分子。

2.验证重组体是否成功构建，通常采用PCR、酶切分析或测序技术。

2.转化：1.将重组载体导入宿主细胞，常见宿主有大肠杆菌、酵母菌或其他哺乳动物细胞系。

2.转化方法可以是电穿孔法、热激法、PEG介导法或者原生质体融合法等。

3.筛选与鉴定：1.在含有合适选择标记（如抗生素抗性基因）的培养基上筛选转化成功的细胞。

2.进一步通过PCR验证、Southern blotting 或 Westernblotting等方法确认外源基因是否已整合入宿主染色体并正确表达。

4.诱导表达（对于可调控表达系统）：1.如果使用的是诱导型表达系统，会在适当时间加入诱导剂（如IPTG对 lac 操纵子的诱导），促使外源基因开始转录和翻译。

5.表达产物检测与纯化：1.表达出的蛋白质可以通过SDS-PAGE、Western blotting等方法进行定性和定量分析。

2.对于需要进一步应用的重组蛋白，还需要通过亲和层析、离子交换层析等多种纯化策略得到高纯度的目的蛋白。

功能鉴定：1.最后，对外源基因编码的蛋白质进行生物学功能的测定，以证明其活性和用途，比如在药物研发、疫苗生产或遗传疾病治疗中的应用。