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17.1: 生物技术

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    培养技能

    • 描述凝胶电泳
    • 解释分子和生殖克隆
    • 描述生物技术在医药和农业中的用途

    生物技术是使用生物制剂促进技术进步。 早在人们了解这些技术的科学基础之前，生物技术就被用于繁殖牲畜和农作物。 自 1953 年发现 DNA 结构以来，生物技术领域通过学术研究和私营公司迅速发展。 该技术的主要应用是医学（疫苗和抗生素的生产）和农业（作物的基因改造，例如提高产量）。 生物技术还有许多工业应用，例如发酵、漏油处理和生物燃料生产（图\(\PageIndex{1}\)）。

    图\(\PageIndex{1}\)：抗生素是由真菌、细菌和其他具有抗菌特性的生物产生的化学物质。 发现的第一种抗生素是青霉素。 抗生素现已商业化生产，并测试了其抑制细菌生长的潜力。 （来源 “广告”：美国国立卫生研究院对作品的修改；信用 “试板”：唐·斯塔隆斯/疾病控制中心对作品的修改；来自马特·罗素的比例尺数据）

    操纵遗传物质（DNA 和 RNA）的基本技术

    要了解用于处理核酸的基本技术，请记住核酸是由通过磷酸二酯键连接的核苷酸（糖、磷酸盐和含氮碱）组成的大分子。 这些分子上的磷酸基团各有净负电荷。 细胞核中的一整组 DNA 分子被称为基因组。 DNA有两条互补链，通过配对碱基之间的氢键相连。 这两条链可以通过暴露在高温下（DNA 变性）分离，也可以通过冷却进行再退火。 DNA 可以通过 DNA 聚合酶复制。 与位于真核细胞核中的 DNA 不同，RNA 分子会离开细胞核。 分析的最常见的RNA类型是信使RNA（mRNA），因为它代表活跃表达的蛋白质编码基因。 但是，RNA分子还面临其他一些分析挑战，因为它们的稳定性通常不如DNA。

    DNA 和 RNA 提取

    要研究或操纵核酸，必须首先从细胞中分离或提取DNA或RNA。 使用各种技术提取不同类型的DNA（图\(\PageIndex{2}\)）。 大多数核酸提取技术都涉及分解细胞并使用酶促反应摧毁所有不需要的大分子（例如降解有害分子和从 DNA 样本中分离）的步骤。 使用裂解缓冲液（一种主要是洗涤剂的溶液）破坏细胞；裂解意味着 “分裂”。 这些酶会分解细胞膜和核膜中的脂质分子。 使用分解蛋白质的蛋白酶和分解 RNA 的核糖核酸酶（RNases）等酶来灭活大分子。 然后用酒精沉淀DNA。 人类基因组DNA通常表现为凝胶状的白色肿块。 DNA样本可以在—80°C的温度下冷冻储存数年。

    此插图显示了 DNA 提取的四个主要步骤。 在第一步中，使用破坏质膜的洗涤剂裂解试管中的细胞。 在第二步中，用蛋白酶处理细胞内容物以破坏蛋白质，用RNAase处理以破坏RNA。 对所得浆料进行离心处理，使细胞碎片颗粒。 然后，含有 DNA 的上清液或液体被转移到干净的试管中。 DNA 是用乙醇沉淀出来的。 它形成粘稠的、粘液状的股线，可以在玻璃棒上缠绕
    图\(\PageIndex{2}\)：此图显示了用于提取 DNA 的基本方法。

    进行 RNA 分析以研究细胞中的基因表达模式。 RNA 自然非常不稳定，因为 RNases 通常存在于自然界中，而且很难失活。 与 DNA 类似，RNA 提取涉及使用各种缓冲液和酶来灭活大分子并保存 RNA。

    凝胶电泳

    由于核酸在水环境中是中性或碱性 pH 值下带负电荷的离子，因此它们可以通过电场激活。 凝胶电泳是一种使用这种电荷根据大小分离分子的技术。 核酸可以作为整条染色体或片段分离。 核酸被加载到半固态多孔凝胶基质负极附近的槽中，然后向凝胶另一端的正电极拉动。 较小的分子在凝胶孔隙中的移动速度比较大的分子快；这种迁移速率的差异会根据大小将碎片分开。 有些分子量标准样品可以与分子一起运行以进行大小比较。 可以使用各种荧光或彩色染料观察凝胶基质中的核酸。 不同的核酸片段根据其大小在距离凝胶顶部（负极端）的特定距离处以条带形式出现（图\(\PageIndex{3}\)）。 不同大小的基因组DNA片段的混合物以长涂片的形式出现，而未切割的基因组DNA通常太大，无法穿过凝胶，在凝胶顶部形成一条大带。

    照片显示了在紫外线下照亮的琼脂糖凝胶。 凝胶包含从左到右的九条通道。 每条通道都装有包含不同大小的 DNA 片段的样本，这些片段在从上到下穿过凝胶时会分开。 DNA 在黑色背景上呈现为细长的白色条带。 一号和九号通道包含来自DNA标准的许多波段。 这些带子向顶部间隔得很紧，在凝胶下方间隔得更远。 二至八通道各包含一个或两个波段。 其中一些带的大小相同，进入凝胶的距离相同。 其他跑步距离略有不同，表明大小差异很小。
    图\(\PageIndex{3}\)：显示的是来自七个样本的DNA片段，这些片段在凝胶上运行，用荧光染料染色，并在紫外线下观察。 （来源：汤普金斯科特兰社区学院的詹姆斯·雅各布）

    通过聚合酶链反应扩增核酸片段

    尽管批量提取基因组DNA时肉眼可见，但DNA分析通常需要关注基因组的一个或多个特定区域。 聚合酶链反应 (PCR) 是一种用于扩增 DNA 特定区域以供进一步分析的技术（图\(\PageIndex{4}\)）。 聚合酶链反应在实验室中有多种用途，例如克隆基因片段以分析遗传疾病，鉴定样本中的污染物外来DNA，以及扩增用于测序的DNA。 更实际的应用包括确定亲子关系和检测遗传疾病。

    插图显示了通过聚合酶链反应扩增 DNA 序列的情况。 聚合酶链反应包括三个步骤：变性、退火和 DNA 合成，分别在高、低和中温下进行。 在步骤 1（变性步骤）中，将样品加热至高温，这样 DNA 链就会分离。 在步骤 2（退火）中，样品被冷却，这样两个引物就可以退火到两条 DNA 链。 引物的间隔使得它们之间的目标序列将被放大。 在步骤3（DNA合成）中，将样品加热到Taq聚合酶的最佳温度，Taq聚合酶合成从引物到分子3'末端的互补链。 这个循环一次又一次地重复。 每次，新合成的链都充当模板，因此每个周期的DNA量都会翻一番。 随着循环的继续，越来越多的股线大小相当于两个引物之间的距离；最终，绝大多数股线都是这个大小。
    图\(\PageIndex{4}\)：聚合酶链反应（PCR）用于扩增特定的 DNA 序列。 引物——与靶序列两端互补的短片段DNA——与基因组DNA、Taq聚合酶和脱氧核苷酸结合在一起。 Taq 聚合酶是一种从耐高温细菌 Thermus aquaticus 中分离出来的 DNA 聚合酶，能够承受 PCR 中使用的高温。 Thermus aquaticus 生长在黄石国家公园的下间歇泉盆地。 逆转录酶聚合酶链反应（RT-PCR）与聚合酶链反应类似，但cDNA是在聚合酶链反应开始之前由RNA模板制成的。

    也可以通过一种称为逆转录酶聚合酶链反应（RT-PCR）的过程从R NA模板中扩增DNA片段。 第一步是通过将 DNA 核苷酸应用于 mRNA 来重现原始的 DNA 模板链（称为 cDNA）。 这个过程称为逆转录。 这需要存在一种叫做逆转录酶的酶。 产生 cDNA 后，可以使用常规聚合酶链反应对其进行扩增。

    链接到学习

    点击这个互动练习，加深你对聚合酶链反应的理解。

    杂交、南方印迹和北方印迹

    核酸样本，例如片段化基因组DNA和RNA提取物，可以探测是否存在某些序列。 称为探针的短 DNA 片段采用放射性或荧光染料设计和标记，以帮助检测。 凝胶电泳根据核酸片段的大小将其分离。 然后通过一种称为印迹的程序将凝胶中的碎片转移到尼龙膜上（图\(\PageIndex{5}\)）。 然后，可以使用特定的放射性或荧光标记探针序列探测与膜表面结合的核酸片段。 当 DNA 转移到尼龙膜时，这种技术被称为南方印迹，当 RNA 转移到尼龙膜时，它被称为北方印迹。 南方印迹用于检测给定基因组中是否存在某些 DNA 序列，而北方印迹用于检测基因表达。

    在 Southern blotting 中，通过琼脂糖凝胶电泳根据大小分离 DNA。 碎片从上到下穿过凝胶。 在这张图所示的凝胶中，有太多的 DNA 片段，它们以涂片的形式出现在每个通道中。 凝胶中的DNA被转移到尼龙膜中。 为此，将凝胶夹在滤纸和膜之间，然后放入杂交缓冲液中。 凝胶上方的纸巾可吸收水分并帮助转移。 然后用放射性或荧光标记的探针对尼龙膜进行孵育，该探针与目标序列互补。 离散波段出现在目标序列所在的位置。
    图\(\PageIndex{5}\)：Southern blotting 用于在 DNA 样本中寻找特定的序列。 DNA片段在凝胶上分离，转移到尼龙膜上，然后用与目标序列互补的DNA探针孵育。 Northern blotting 与南方印迹相似，但是 RNA 是在凝胶上运行的，而不是 DNA。 在免疫印迹法中，蛋白质在凝胶上运行并使用抗体进行检测。

    分子克隆

    一般来说，“克隆” 一词意味着创造出完美的复制品；但是，在生物学中，整个生物体的再现被称为 “生殖性克隆”。 早在尝试克隆整个生物体之前，研究人员就学会了如何繁殖所需的基因组区域或片段，这一过程被称为分子克隆。

    克隆基因组的小片段允许单独操纵和研究特定基因（及其蛋白质产物）或非编码区域。 质粒（也称为载体）是一种小圆形 DNA 分子，可独立于染色体 DNA 复制。 在克隆中，质粒分子可用来提供一个 “文件夹”，在其中插入所需的DNA片段。 质粒通常被引入细菌宿主以进行增殖。 在细菌背景下，来自人类基因组（或正在研究的另一种生物的基因组）的DNA片段被称为外源DNA 或转基因，以将其与细菌的DNA（称为宿主DNA）区分开来。

    质粒自然存在于细菌群体（例如大肠杆菌）中，其基因可以为生物体带来有利特征，例如抗生素耐药性（不受抗生素影响的能力）。 质粒已被重新利用和改造为分子克隆和大规模生产胰岛素和人类生长激素等重要试剂的载体。 质粒载体的一个重要特征是可以轻松地通过多克隆位点 (MCS) 引入外来的 DNA 片段。 MCS 是一种包含多个位点的短 DNA 序列，可使用不同的常用限制性内切核酸酶来切割这些位点。 限制性内切核酸酶识别特定的DNA序列并以可预测的方式切割它们；它们是由细菌自然产生的，是抵御外来DNA的防御机制。 许多限制性核酸内切酶在两条 DNA 链上交错切开，因此切口端有 2 或 4 碱基的单链悬垂。 由于这些悬伸能够通过互补悬伸进行退火，因此它们被称为 “粘性末端”。 添加一种叫做 DNA 连接酶的酶通过磷酸二酯键永久连接 DNA 片段。 通过这种方式，限制性核酸内切酶裂解产生的任何 DNA 片段都可以在使用相同限制性内切酶切割的质粒 DNA 的两端之间拼接（图\(\PageIndex{6}\)）。

    重组 DNA 分子

    插入外来DNA的质粒被称为重组DNA 分子，因为它们是人工产生的，不存在于自然界中。 它们也被称为嵌合分子，因为分子不同部分的起源可以追溯到不同种类的生物体，甚至可以追溯到化学合成。 由重组 DNA 分子表达的蛋白质称为重组蛋白。 并非所有的重组质粒都能够表达基因。 重组 DNA 可能需要转移到另一个更适合基因表达的载体（或宿主）中。 也可以对质粒进行改造，使其仅在受到某些环境因素刺激时才表达蛋白质，这样科学家就可以控制重组蛋白的表达。

    艺术连接

    该图说明了分子克隆到称为克隆载体的质粒中的步骤。 该载体具有代谢乳糖所必需的LacZ基因和氨苄西林耐药的基因。 LacZ 基因中有限制位点，即由特定限制酶切割的 DNA 序列。 要克隆的DNA和质粒都被同一个限制酶切开。 限制酶会错开两条 DNA 链的切口，这样每条链都有一个悬垂的单链 DNA 位。 在一条链上，悬垂的顺序是 GATC，另一条链上的序列是 CTAG。 这两个序列是互补的，允许外来 DNA 的片段与质粒一起退火。 一种叫做连接酶的酶将这两部分结合在一起。 然后，结扎质粒被转化为缺乏 LacZ 基因且对抗生素氨苄青霉素敏感的细菌菌株。 细菌被培养在含有氨苄青霉素的培养基上，因此只有吸收了质粒（具有氨苄西林耐药基因）的细菌才能生长。 该培养基还含有X-gal，这是一种以与乳糖相同的方式代谢的化学物质。 缺少插入物的质粒能够代谢 X-gal，从 X-gal 中释放出一种染料，使菌落变为蓝色。 带有插入物的质粒具有破坏的 LacZ 基因，会产生白色菌落。 因此，可以根据颜色选择含有克隆DNA的菌落。
    图\(\PageIndex{6}\)：此图显示了分子克隆所涉及的步骤。

    你在分子生物学实验室工作，你不知道，你的实验室伙伴将你计划克隆的外来基因组 DNA 留在实验室工作台上过夜，而不是存放在冰箱里。 结果，它被核酸酶降解，但仍在实验中使用。 另一方面，质粒很好。 您期望从分子克隆实验中获得什么结果？

    1. 细菌板上不会有菌落。
    2. 只会有蓝色殖民地。
    3. 会有蓝白菌落。
    4. 只会是白色殖民地。

    链接到学习

    在 DNA 学习中心观看克隆过程中重组的动画。

    细胞克隆

    单细胞生物，例如细菌和酵母，通过二元裂变进行无性复制时自然会产生自身的克隆；这就是所谓的细胞克隆。 核 DNA 通过有丝分裂过程复制，从而创建了遗传物质的精确复制品。

    生殖性克隆

    生殖性克隆是一种用于制作整个多细胞生物的克隆或相同副本的方法。 大多数多细胞生物是通过性方式繁殖的，这涉及两个个体（父母）的遗传杂交，因此无法生成父系任何一方的相同副本或克隆。 生物技术的最新进展使得在实验室中人工诱导哺乳动物的无性繁殖成为可能。

    单性生殖或 “处女出生” 发生在胚胎在没有卵子受精的情况下生长和发育时；这是一种无性繁殖。 单性生殖的一个例子发生在雌性产卵的物种中，如果卵子受精，则是二倍体卵，个体发育成雌性；如果卵没有受精，它仍然是单倍体卵并发育成雄性。 未受精卵被称为孤雌卵或处女卵。 一些昆虫和爬行动物会产下单性雌雄卵，这些卵可以发育成成虫。

    有性生殖需要两个细胞；当单倍体卵和精子细胞融合时，会产生二倍体合子。 合子核包含产生新个体的遗传信息。 但是，早期的胚胎发育需要卵细胞中所含的细胞质物质。 这个想法构成了生殖性克隆的基础。 因此，如果卵细胞的单倍体核被来自同一物种的任何个体（称为捐赠者）的细胞中的二倍体核所取代，它将成为遗传上与捐赠者相同的合子。 体细胞核转移是一种将二倍体核转移到去核卵中的技术。 它既可以用于治疗性克隆，也可以用于生殖性克隆。

    第一个克隆的动物是多莉，一只出生于1996年的绵羊。 当时生殖性克隆的成功率很低。 多莉活了七年，死于呼吸系统并发症（图 17.1.7）。 有人猜测，由于细胞DNA属于年龄较大的个体，因此DNA的年龄可能会影响克隆个体的预期寿命。 自多莉以来，已经成功克隆了几种动物，例如马、公牛和山羊，尽管这些动物经常表现出面部、肢体和心脏异常。 有人试图制造克隆的人类胚胎作为胚胎干细胞的来源，有时也称为治疗目的的克隆。 治疗性克隆会产生干细胞，试图补救有害的疾病或缺陷（与生殖性克隆不同，其目的是繁殖生物体）。 尽管如此，出于生物伦理方面的考虑，治疗性克隆努力遇到了阻力。

    艺术连接

    为了克隆绵羊多莉，一只苏格兰黑脸绵羊被用作细胞质捐赠者。 从这只绵羊身上提取了卵子，并去除了细胞核。 芬兰-多塞特郡的一只绵羊被用作核捐赠者。 细胞核是从乳腺细胞中提取的，并使用直流电将核 DNA 与供体卵融合。 然后允许卵分裂到囊胚阶段，在这个阶段，细胞球的一侧包含一簇细胞。 囊胚被植入代孕妈妈身上，从而产生了绵羊多莉。
    图\(\PageIndex{7}\)：绵羊多莉是第一个被克隆的哺乳动物。 为了制造多莉，从捐赠卵细胞中取出了细胞核。 然后，第二只绵羊的细胞核被引入细胞，允许细胞分裂到囊胚阶段，然后再植入代孕母体。 （来源：“Squidonius” /Wikimedia Commons 对作品的修改）

    你认为多莉是芬兰多塞特郡还是苏格兰黑脸绵羊？

    基因工程

    基因工程是使用重组 DNA 技术改变生物体的基因型，以修改生物体的 DNA 以获得理想的特征。 以分子克隆产生的重组 DNA 载体的形式添加外来的 DNA 是最常见的基因工程方法。 接收重组 DNA 的生物被称为转基因生物（GMO）。 如果引入的外来DNA来自不同的物种，则宿主生物被称为转基因。 自20世纪70年代初以来，细菌、植物和动物已经过基因改造，用于学术、医学、农业和工业目的。 在美国，转基因生物，例如Roundup就绪型大豆和抗菌玉米，是许多常见加工食品的一部分。

    基因靶向

    尽管研究基因功能的传统方法始于给定的表型并确定了该表型的遗传基础，但现代技术允许研究人员从DNA序列层面开始，并问：“这个基因或DNA元素有什么作用？” 这种被称为逆向遗传学的技术导致了传统的遗传方法的逆转。 这种方法类似于损坏身体部位以确定其功能。 失去翅膀的昆虫无法飞行，这意味着机翼的功能是飞行。 传统的遗传方法会将无法飞行的昆虫与能飞的昆虫进行比较，并观察到非飞行昆虫已经失去了翅膀。 同样，突变或删除基因为研究人员提供了有关基因功能的线索。 用于禁用基因功能的方法统称为基因靶向。 基因靶向是使用重组 DNA 载体来改变特定基因的表达，要么通过在基因中引入突变，要么通过从生物体基因组中删除部分或全部基因序列来消除某个基因的表达。

    医药和农业中的生物技术

    不难看出生物技术如何用于医疗目的。 对我们物种基因构成的了解、遗传性疾病的遗传基础以及操纵和修复突变基因的技术的发明为治疗该疾病提供了方法。 农业中的生物技术可以增强对疾病、害虫和环境压力的抵抗力，并提高作物产量和质量。

    遗传诊断和基因疗法

    在进行治疗之前检测可疑遗传缺陷的过程称为通过基因检测进行遗传诊断。 根据致病基因的遗传模式，建议家庭成员接受基因检测。 例如，通常建议被诊断患有乳腺癌的女性进行活检，以便医疗小组能够确定癌症发展的遗传基础。 治疗计划以确定癌症类型的基因检测结果为基础。 如果癌症是由遗传基因突变引起的，还建议其他女性亲属接受基因检测和定期乳腺癌筛查。 还为胎儿（或体外受精的胚胎）提供基因检测，以确定患有特定衰弱性疾病的家族中是否存在致病基因。

    基因疗法是一种用于治疗疾病的基因工程技术。 在最简单的形式中，它涉及在基因组中的随机位置引入一个好的基因，以帮助治愈由突变基因引起的疾病。 好的基因通常作为病毒传播的载体的一部分引入患病细胞，该载体可以感染宿主细胞并传递外来DNA（图\(\PageIndex{8}\)）。 更先进的基因疗法试图纠正基因组原始位点的突变，例如严重联合免疫缺陷（SCID）的治疗。

    为了使用腺病毒载体治疗疾病，一种旨在替代有缺陷基因的新基因与腺病毒基因组一起封装。 使病毒致病的基因被移除。 修改后的DNA被放入病毒的衣壳或蛋白质外壳中。 待治愈的人感染了改良病毒。 病毒DNA进入细胞核，修改后的基因可以在那里取代有缺陷的基因。
    图\(\PageIndex{8}\)：使用腺病毒载体的基因疗法可用于治疗某些遗传疾病，其中一个人的基因缺陷。 （来源：美国国立卫生研究院）

    疫苗、抗生素和激素的生产

    传统的疫苗接种策略使用弱化或非活性形式的微生物来增加初始免疫反应。 现代技术使用克隆到载体中的微生物基因来批量生产所需的抗原。 然后将抗原引入体内，以刺激初级免疫反应并触发免疫记忆。 从流感病毒中克隆的基因已被用来对抗这种病毒不断变化的菌株。

    抗生素是一种生物技术产品。 它们由微生物（例如真菌）自然产生，以获得相对于细菌种群的优势。 抗生素是通过培养和操纵真菌细胞大规模产生的。

    早在1978年，重组DNA技术就被用于在大肠杆菌中产生大量的人胰岛素。 以前，只能用猪胰岛素治疗糖尿病，由于基因产物的差异，猪胰岛素会引起人类的过敏反应。 此外，人类生长激素（HGH）用于治疗儿童生长障碍。 HGH 基因是从 cDNA 文库中克隆出来的，并通过将其克隆到细菌载体中插入到大肠杆菌细胞中。

    转基因动物

    尽管药物中使用的几种重组蛋白是在细菌中成功产生的，但有些蛋白质需要真核动物宿主才能进行适当的处理。 因此，所需的基因被克隆并在动物（如绵羊、山羊、鸡和老鼠）中表达。 经过改造以表达重组 DNA 的动物被称为转基因动物。 几种人类蛋白质在转基因绵羊和山羊的牛奶中表达，有些则在鸡的卵中表达。 小鼠已被广泛用于表达和研究重组基因和突变的影响。

    转基因植物

    操纵植物的DNA（即创造转基因生物）有助于创造理想的特征，例如抗病、抗除草剂和农药性、更好的营养价值和更长的保质期（图\(\PageIndex{9}\)）。 植物是人类最重要的食物来源。 早在现代生物技术实践建立之前，农民就想出了选择具有理想性状的植物品种的方法。

    照片显示了不同颜色的玉米棒，包括黄色、白色、红色以及这些颜色的混合物。
    图\(\PageIndex{9}\)：玉米是一种主要的农作物，用于为各种行业生产产品，通常通过植物生物技术进行改性。 （来源：美国农业部 Keith Weller）

    从其他物种获得重组 DNA 的植物被称为转基因植物。 由于它们不是天然的，因此转基因植物和其他转基因生物受到政府机构的密切监测，以确保它们适合人类食用，不会危及其他动植物的生命。 由于外来基因可以传播到环境中的其他物种，因此需要进行大量测试以确保生态稳定。 玉米、土豆和西红柿等主食是最早经过基因改造的农作物植物。

    使用 Agrobacterium tumefaciens 转化植物

    基因转移自然发生在微生物种群中的物种之间。 许多导致人类疾病（例如癌症）的病毒通过将其DNA纳入人类基因组而起作用。 在植物中，由 Agrobacterium tumefaciens 细菌引起的肿瘤是通过将DNA从细菌转移到植物中而发生的。 尽管肿瘤不会杀死植物，但它们会使植物发育迟缓，更容易受到恶劣环境条件的影响。 许多植物，例如核桃、葡萄、坚果树和甜菜，都受到 A. tumefaciens 的影响。 由于植物细胞壁很厚，将DNA人工引入植物细胞比在动物细胞中更具挑战性。

    研究人员利用DNA从农杆菌向植物宿主的自然转移将他们选择的DNA片段引入植物宿主。 在自然界中，致病的 A. tumefaciens 有一组质粒，称为钛质粒（诱发肿瘤的质粒），其中含有在植物中产生肿瘤的基因。 来自钛质粒的DNA整合到受感染的植物细胞的基因组中。 研究人员操纵钛质粒去除致肿瘤的基因，并将所需的DNA片段转移到植物基因组中。 钛质粒携带抗生素耐药基因以帮助选择，也可以在大肠杆菌细胞中繁殖。

    有机杀虫剂苏云金芽孢杆菌

    苏云金@@ 芽孢杆菌（Bt）是一种在孢子形成过程中产生蛋白质晶体的细菌，对许多影响植物的昆虫有毒。 昆虫必须摄入毒素才能激活毒素。 吃了Bt毒素的昆虫会在几个小时内停止以植物为食。 毒素在昆虫的肠道中被激活后，几天之内就会死亡。 现代生物技术使植物能够编码自己的水晶 Bt 毒素，对昆虫起作用。 晶体毒素基因是从 Bt 中克隆出来并引入植物的。 已发现Bt毒素对环境安全，对人类和其他哺乳动物无毒，并被有机农民批准用作天然杀虫剂。

    Flaver Save 番茄

    第一个投放市场的转基因作物是 1994 年生产的 Flavr Savr Tomato。 Antisense RNA技术被用来减缓真菌感染引起的软化和腐烂过程，从而延长了转基因番茄的保质期。 额外的基因改造改善了这种番茄的味道。 由于农作物的维护和运输问题，Flavr Savr番茄未能成功留在市场上。

    摘要

    核酸可以从细胞中分离出来，通过分解细胞和酶破坏所有其他主要大分子，进行进一步分析。 通过凝胶电泳，可以根据大小分离片段或整条染色体。 短片段的 DNA 或 RNA 可以通过聚合酶链反应扩增。 南方和北方印迹可用于检测 DNA 或 RNA 样本中是否存在特定的短序列。 “克隆” 一词可以指克隆小DNA片段（分子克隆）、克隆细胞群（细胞克隆）或克隆整个生物体（生殖性克隆）。 进行基因检测以识别致病基因，基因疗法用于治愈可遗传的疾病。

    转基因生物拥有来自不同物种的DNA，通常由分子克隆技术产生。 疫苗、抗生素和激素是通过重组 DNA 技术获得的产品的示例。 转基因植物通常是为了改善作物植物的特性而创建的。

    艺术联系

    图\(\PageIndex{6}\)：你在分子生物学实验室工作，你不知道，你的实验室伙伴将你计划克隆的外来基因组 DNA 留在实验室工作台上，而不是将其存放在冰箱里。 结果，它被核酸酶降解，但仍在实验中使用。 另一方面，质粒很好。 您期望从分子克隆实验中获得什么结果？

    1. 细菌板上不会有菌落。
    2. 只会有蓝色殖民地。
    3. 会有蓝白菌落。
    4. 只会是白色殖民地。
    回答

    B. 该实验只会产生蓝色菌落。

    图\(\PageIndex{7}\)：你认为多莉是芬兰多塞特郡还是苏格兰黑脸绵羊？

    回答

    多莉是芬兰-多塞特郡的绵羊，因为尽管原始细胞来自苏格兰黑脸羊，代孕母亲是苏格兰黑脸，但DNA来自芬兰多塞特郡。

    词汇表

    抗生素抗性
    生物体不受抗生素作用影响的能力
    生物技术
    使用生物制剂促进技术进步
    细胞克隆
    通过二元裂变产生相同的细胞群
    克隆
    精确副本
    外来 DNA
    属于不同物种的 DNA 或人工合成的 DNA
    凝胶电泳
    用于使用电荷根据大小分离分子的技术
    基因靶向
    通过在载体上引入修改版本来改变特定基因序列的方法
    基因疗法
    用于通过用好基因代替突变基因来治愈可遗传性疾病的技术
    遗传诊断
    通过分析致病基因诊断疾病发展潜力
    基因工程
    生物体基因构成的改变
    基因检测
    检测是否存在致病基因的过程
    转基因生物 (GMO)
    其基因组被人为改变的生物体
    宿主 DNA
    存在于相关生物体基因组中的 DNA
    裂解缓冲液
    用于破坏细胞膜和释放细胞内容物的溶液
    分子克隆
    DNA 片段的克隆
    多克隆位点 (MCS)
    可被多种限制性内切核酸酶识别的部位
    北方印迹
    将 RNA 从凝胶转移到尼龙膜
    聚合酶链反应 (PCR)
    用于扩增 DNA 的技术
    探测
    用于确定 DNA 样本中是否存在互补序列的小型 DNA 片段
    蛋白酶
    分解蛋白质的酶
    重组 DNA
    分子克隆产生的自然界中不存在的 DNA 片段组合；也称为嵌合分子
    重组蛋白
    分子克隆衍生的基因的蛋白质产物
    生殖性克隆
    克隆整个生物
    限制性核酸内切酶
    可以识别和分裂特定 DNA 序列的酶
    逆向遗传学
    通过从基因本身开始而不是从基因产物开始来确定基因功能的方法
    逆转录酶聚合酶链反应 (RT-PCR)
    聚合酶链反应技术，涉及通过逆转录酶将 RNA 转化为 DNA
    核糖核酸酶
    分解 RNA 的酶
    南方印迹
    将 DNA 从凝胶转移到尼龙膜
    钛质粒
    源自 Agrobacterium tumifaciens 的质粒系统，已被科学家用来将外来 DNA 引入植物细胞
    转基因
    接收来自不同物种的 DNA 的生物