浙江大学博士入学考试分子生物学复习题.doc

RFLP（Restriction Fragment Length Polymorphism, RFLP）限制性片段长度多态性，当用限制性内切酶切割不同品种或个体的基因组DNA时，如果限制性内切酶的酶切位点的碱基发生突变，或者酶切位点之间DNA片段发生碱基的插入或缺失，导致酶切片断的大小、数量发生了变化，产生相当多的数目和大小不等的DNA片段。这种变化可以通过特定的探针杂交进行检测，从而可以比较不同品种或个体之间的DNA水平的差异（或多态性）。广泛用于基因组遗传图谱构建、基因定位以及生物的进化和分类关系研究。RAPD（Random Amplified Polymorphism DNA, RAPD）随机扩增多态性DNA，利用随即引物扩增寻找多态性DNA片段的分子标记方法。是建立在PCR技术基础上，利用一系列（通常数百）不同的随机排列碱基顺序的寡聚核苷酸单链（一般为10 bp）为引物，对所研究的基因组DNA进行PCR扩增，然后用凝胶电泳分开扩增片段，EB等染色剂染色后检测扩增产物DNA片段的多态性。与RAPD技术相类似的还有AP-PCR（Arbitrary Primed PCR）和DAF（DNA Amplified Fingerprints）2种标记技术。在AP-PCR分析中，所使用的引物较长（通常1050 bp），扩增分为3个部分，每个部分要求的条件和组分的浓度存在差异。DAF是一种改进的RAPD分析技术，与RAPD技术不同的是它使用引物浓度更高，长度更短（一般58 bp），只有2个温度循环，并常用聚丙烯酰胺凝胶电泳，所提供谱带信息比RAPD大得多。AFLP（Amplified fragment length polymorphism，AFLP） 扩增片段长度多态性，AFLP是RFLP和PCR结合的产物，其基本原理是：将基因组DNA进行限制性内切酶酶切，然后选择特定的片段进行PCR扩增，使用双链人工"接头"与基因组DNA的酶切片段相连接作为扩增反应模板，"接头"与"接头"相邻的酶切片段的几个碱基序列作为引物的结合位点。这样就只有那些两端序列能与选择碱基配对的限制性片段被扩增，再在高分辨力的测序胶上分开这些扩增产物。该技术的独特之处在于所用的专用引物可在不知道DNA信息的前提下就可对酶切片段进行PCR扩增。是目前一种十分理想有效的分子标记STS（Sequence-Tagged Site, STS）序列标签位点 是基因组上定位明确、作为界标并能通过PCR扩增被唯一操作的短的、单拷贝DNA 序列，用于产生作图位点，即测定一系列STS 的次序即可作出基因组区域的图谱。STS主要包括简单重复序列（Simple Sequence Repeat Polymorphisms, 简称SSR或SSRP）、锚定简单重复序列（ Anchored Simple Sequence Repeats, ASSR）、序列特异扩增区域（Sequence-characterized amplified regions）、酶切扩增多态性序列（Cleaved Amplified Polymorphism Sequences, CAPS）、单引物扩增反应（Single Primer Amplification Reaction, SPAR）等标记技术。SSR (SimpleSequenceRepeats，SSR) 简单重复序列 真核生物的基因组中散布大量的串联重复序列，其中24个bp的微卫星序列具有高度多态性，微卫星在结构上的最大特点是两端序列较保守，因此可设计与两端保守序列互补的引物进行PCE扩增，来揭示微卫星的多态性。SSR 是检测多态性的一种有效方法。SSCP（Single Strand Conformation Polymorphism, SSCP）单链构像多态性 是指相同长度的单链DNA因核苷酸序列的差异，甚至单个碱基不同，而产生的构像变异，在非变性聚丙烯酰胺中表现为电泳迁移率的差别。PCR产物变性处理，双链DNA分开成单链，再用非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳分离，根据条带位置变化来判断目的片段中是否存在突变。SSCP分析对DNA序列的改变非常敏感，常常一个碱基差别都能显示出来。SSCP结果判定是通过多个样品之间对比，观察条带之间位置改变，从而显示出不同生物个体的DNA特异性，达到指纹分析的目的。该技术已被广泛用于癌基因和抗癌基因变异的检测、遗传病的致病基因分析以及基因诊断、基因制图等领域。SNP（Single Nucleotide Polymorphism, SNP）单核苷酸多态性 是指DNA序列上单个核苷酸的差异，是单个核苷酸置换产生的遗传标记。根据从STS中确定SNP位点的经验，每千个核苷酸会出现一个标记位点，因SNP的分布密集。检测SNP的最佳方法是DNA芯片技术，如果能将所有SNP全部信息载入DNA芯片，就可制造基因组扫描仪，用来扫描各个个体并分析它们在基因组成上的差异。SCAR(Sequence-characterized amplified regions) SCAR标记是在RAPD技术的基础上发展起来的。目标RAPD片段克隆和测序，根据原RAPD片段两末端的序列设计特定引物进行PCR特异扩增。EST（expressed sequence tag，EST）表达序列标签 短的、单次（测序）阅读的cDNA 5或3端序列。也包括来自于差异显示和RACE实验的cDNA序列。一般是来自不同组织来源的cDNA序列，长度在300-500bp左右。Contig 重叠群或邻接片段 基因组测序中将许多序列片段经过比对找到重叠区，从而连接成长片段，这些片断称重叠连续群，简称重叠群。UniGene 被整理成簇的EST和全长mRNA序列，每一个代表一种特定已知的或假设的人类基因，有定位图和表达信息以及同其它资源的交叉参考。SAGE（serial analysis of gene expression,），基因表达系列分析 是近几年来发展起来的一种快速分析基因表达水平信息的技术。它通过快速和详细分析成千上万个EST来寻找出表达丰度不同的SAGE标签序列，从而接近完整地获得基因组的表达信息。基因组学（Genomics），指对所有基因进行基因组作图（包括遗传图谱、物理图谱、转录本图谱），核苷酸序列分析，基因定位和基因功能分析的一门科学。基因组研究应该包括两方面的内容：以全基因组测序为目标的结构基因组学和以基因功能鉴定为目标的功能基因组学，又被称为后基因组（postgenome）研究。蛋白质组（proteome）指全部基因表达的全部蛋白质及其存在方式，是一个基因、一个细胞或组织所表达的全部蛋白质成分，蛋白质组学是不同时间和空间发挥功能的特定蛋白质群体的研究。蛋白质组学（protemics）。蛋白质组学是不同时间和空间发挥功能的特定蛋白质群体的研究。它从蛋白质水平上探索蛋白质作用模式，功能机理、调节控制、药物开发、新陈代谢途径等提供理论依据和基础。功能基因组学（Functuionalgenomics）又称为后基因组学（Postgenomics），它利用结构基因组所提供的信息和产物，发展和应用新的实验手段，通过在基因组或系统水平上全面分析基因的功能，使得生物学研究从对单一基因或蛋白质得研究转向多个基因或蛋白质同时进行系统的研究。RNAi 和反义RNA RNA干扰(RNA interference，RNAi)是由双链RNA(double-strandedRNA，dsRNA)引发的转录后基因静默机制。 RNAi的机制可能是双链RNA进入细胞后，在Dicer酶的作用下，被切割成21-23 bp大小的小分子干扰RNA片段(small interfering RNAs，siRNAs)，siRNAs结合一个核酶复合物从而形成所谓RNA诱导沉默复合物（RNA-induced silencing complex, RISC）。激活的RISC可以精确降解与siRNAs序列相同的mRNA，完全抑制了该基因在细胞内的翻译和表达。生物体内的双链RNA可来自于RNA病毒感染，转座子的转录产物，外源导入的基因。这些来源的双链RNA诱发了细胞内的RNAi机制，结果是病毒被清除，转座子的表达被阻断，外源导入基因表达被阻断同时，与其同源的细胞基因组中的基因表达也被阻断。由于少量的双链RNA就能阻断基因的表达，并且这种效应可以传递到子代细胞中，研究者们推测细胞内存在RNAi效应的扩增系统。研究者们发现，在真核细胞中也存在能以RNA为模板指导RNA合成的聚合酶（RNA-directed RNA polymerase，RdRP）。在RdRP的作用下，进入细胞内的双链RNA通过类似于PCR的反应过程，呈指数级的数量扩增。双链RNA进入细胞后，一方面在Dicer酶的作用下被裂解成siRNA，另一方面在RdRP的作用下自身扩增后，再被Dicer酶裂解成siRNA。SiRNA的双链解开变成单链，并和某些蛋白形成复合物，此复合物同与siRNA互补的mRNA结合，一方面使mRNA被RNA酶裂解，另一方面以SiRNA作为引物，以mRNA为模板，在RdRP作用下合成出mRNA的互补链。结果mRNA也变成了双链RNA，它在Dicer酶的作用下也被裂解成siRNA。这些新生成的siRNA也具有诱发RNAi的作用，通过这个聚合酶链式反应，细胞内的siRNA大大增加，显著增加了对基因表达的抑制。从21到23个核苷酸的siRNA到几百个核苷酸的双链RNA都能诱发RNAi，但长的双链RNA阻断基因表达的效果明显强于短的双链RNA。反义RNA (antisense RNA) 是一种本身缺乏编码能力,但能与特异靶RNA(主要是mRNA) 互补的RNA 分子,它可通过配对碱基间氢键作用与靶RNA 的特定互补区域结合形成双链复合物,抑制靶RNA 的功能,从而调控基因的正常表达。反义RNA 技术的基本原理是利用自然存在的或人工合成的反义RNA,通过基因重组技术反向插入到合适的表达载体形成重组DNA ,然后转染受体细胞,则这一反向插入的序列就会随细胞周期产生大量反义RNA ,对基因的表达进行调控,从而抑制、封闭或破坏靶基因的表达。选择具有明显的生物学效应的靶序列后,反义RNA 即通过和相应的RNA 互补而达到阻断其功能的目的。YAC（yeast artificial chromosome，YAC） 一种能够克隆长达400Kb的DNA片段的载体，含有酵母细胞中必需的端粒、着丝点和复制起始序列。BAC (Bacterial Artifical Chromosome，BAC) BAC系统是基于大肠杆菌中可大容量容纳基因且稳定性良好的F因子衍生而来的载体系统，可容纳超过100kb的插入片段，BAC克隆的插入片段的平均长度为120kb，最大可达到240kb左右。良好的稳定性和操作的简便性是BAC系统的主要优点。PAC（P1 bacteriophage artificial cromosome，PAC） PAC系统是以噬菌体P1为基础的克隆系统，它可容纳70100kb的插入片段，并可选择性地区分重组子和非重组子，且同时有两套复制机制。单拷贝复制子可用于稳定克隆增殖，而多拷贝复制子则可在Lac操纵子的控制下用于DNA的制备。CAP 分解代谢活化蛋白，是原核E. coli细胞内作用最强的基因调节物之一，是控制营养代谢有关的一套操纵子的激活蛋白。CAP通过结合cAMP而形成活化的CAPcAMP复合物，能结合到操纵子的启动子上或附近的特异CAP结合位点，帮助RNA聚合酶有效的结合到启动子上，提高形成封闭起始复合物的速度，从而提高了转录效率。CAP的作用位点在它调控的各种操纵子中都处于离开转录起始位点不同的距离。物理图谱 是DNA片段上限制性内切酶酶切位点的图谱，表示各种限制性内切酶识别位点在DNA序列上的线性排列。DNA一级结构的差异往往反映出物理图谱的不同。因此物理图谱是分子结构特征的反映，也是研究分子克隆不可缺少的条件。遗传图谱 通过遗传重组所得到的基因线性排列图称为遗传连锁图。它是通过计算连锁的遗传标志之间的重组频率，确定他们的相对距离， 一般用厘摩（cM，即每次减数分裂的重组频率为1%）来表示。绘制遗传连锁图的方法有很多，早期RFLP、RAPD、AFLP、；80年代后出现的有STR、和90、SNP、。转录图谱 利用EST作为标记所构建的分子遗传图谱被称为转录图谱CG岛 基因组DNA中大部分CG二核苷酸对是高度甲基化的，但在仍有一簇簇稳定的非甲基化的CG小片段，称为CG岛，通常长度越12kbp，平均相距100kbp。特点是GC含量高，大多数CG岛缺乏甲基化。大约70的CG岛与持家基因偶联，其他的出现在组织特异性基因内。CG岛还常常易于同转录机构的蛋白质因子相互作用。阐述PCR的原理和方法P82阐述cDNA文库的构建方法P54 阐述基因组文库的构建方法P58阐述什么是基因突变？并说明产生基因突变有哪些途径？阐述DNA修复系统DNA修复(DNA repairing)是细胞对DNA受损伤后的一种反应，这种反应可能使DNA结构恢复原样，重新能执行它原来的功能；但有时并非能完全消除DNA的损伤，只是使细胞能够耐受这种DNA的损伤而能继续生存。原核和真核生物对于DNA的损伤都有很多的修复系统，如SOS系统。对不同的DNA损伤，细胞可以有不同的修复反应。(一)回复修复这是较简单的修复方式，一般都能将DNA修复到原样。1.光修复这是最早发现的DNA修复方式。修复是由细菌中的DNA光解酶(photolyase)完成，此酶能特异性识别紫外线造成的核酸链上相邻嘧啶共价结合的二聚体，并与其结合，这步反应不需要光；结合后如受300600nm波长的光照射，则此酶就被激活，将二聚体分解为两个正常的嘧啶单体，然后酶从DNA链上释放，DNA恢复正常结构。后来发现类似的修复酶广泛存在于动植物中，人体细胞中也有发现。2.单链断裂的重接DNA单链断裂是常见的损伤，其中一部分可仅由DNA连接酶(ligase)参与而完全修复。此酶在各类生物各种细胞中都普遍存在，修复反应容易进行。但双链断裂几乎不能修复。3.碱基的直接插入DNA链上嘌呤的脱落造成无嘌呤位点，能被DNA嘌呤插入酶(insertase)识别结合，在K存在的条件下，催化游离嘌呤或脱氧嘌呤核苷插入生成糖苷键，且催化插入的碱基有高度专一性、与另一条链上的碱基严格配对，使DNA完全恢复。4.烷基的转移在细胞中发现有一种O6甲基鸟嘌呤甲基转移酶，能直接将甲基从DNA链鸟嘌呤O6位上的甲基移到蛋白质的半胱氨酸残基上而修复损伤的DNA。这个酶的修复能力并不很强，但在低剂量烷化剂作用下能诱导出此酶的修复活性。(二)切除修复(excision repair)是修复DNA损伤最为普遍的方式，对多种DNA损伤包括碱基脱落形成的无碱基位点、嘧啶二聚体、碱基烷基化、单链断裂等都能起修复作用。这种修复方式普遍存在于各种生物细胞中，也是人体细胞主要的DNA修复机制。修复过程需要多种酶的一系列作用，基本步骤如图16?1所示，首先由核酸酶识别DNA的损伤位点，在损伤部位的5侧切开磷酸二酯键。不同的DNA损伤需要不同的特殊核酸内切酶来识别和切割。由53核酸外切酶将有损伤的DNA片段切除。在DNA聚合酶的催化下，以完整的互补链为模板，按53方向DNA链，填补已切除的空隙。由DNA连接酶将新合成的DNA片段与原来的DNA断链连接起来。这样完成的修复能使DNA恢复原来的结构。(三)重组修复(recombinational repair)上述的切除修复在切除损伤段落后是以原来正确的互补链为模板来合成新的段落而做到修复的。但在某些情况下没有互补链可以直接利用，例如在DNA复制进行时发生DNA损伤，此时DNA两条链已经分开，其修复可用图16?2所示的DNA重组方式：受损伤的DNA链复制时，产生的子代DNA在损伤的对应部位出现缺口。另一条母链DNA与有缺口的子链DNA进行重组交换，将母链DNA上相应的片段填补子链缺口处，而母链DNA出现缺口。以另一条子链DNA为模板，经DNA聚合酶催化合成一新DNA片段填补母链DNA的缺口，最后由DNA连接酶连接，完成修补。重组修复不能完全去除损伤，损伤的DNA段落仍然保留在亲代DNA链上，只是重组修复后合成的DNA分子是不带有损伤的，但经多次复制后，损伤就被“冲淡”了，在子代细胞中只有一个细胞是带有损伤DNA的。(四)SOS修复“SOS”是国际上通用的紧急呼救信号。SOS修复是指DNA受到严重损伤、细胞处于危急状态时所诱导的一种DNA修复方式，修复结果只是能维持基因组的完整性，提高细胞的生成率，但留下的错误较多，故又称为错误倾向修复(error prone repair)，使细胞有较高的突变率。当DNA两条链的损伤邻近时，损伤不能被切除修复或重组修复，这时在核酸内切酶、外切酶的作用下造成损伤处的DNA链空缺，再由损伤诱导产生的一整套的特殊DNA聚合酶SOS修复酶类，催化空缺部位DNA的合成，这时补上去的核苷酸几乎是随机的，但仍然保持了DNA双链的完整性，使细胞得以生存。但这种修复带给细胞很高的突变率。阐述杆状病毒表达系统阐述分离目的基因的方法一、常用的目的基因克隆技术1、通过已知基因产物的分析和鉴定这类技术主要通过生物化学和病理学研究分离鉴定有关基因的蛋白产物，并对蛋白质氨基酸顺序进行分析，推断出编码该蛋白质的基因序列，然后通过抗体、寡聚核苷酸探针或PCR制备的探针对文库进行筛选来分离目的基因。如植物抗病虫基因工程中常用的苏云金杆菌杀虫晶体蛋白基因（Bt基因）、病毒外壳蛋白基因（CP基因）等。当其他植物的同类基因已分离到并且核苷酸序列保守性较高时，也可直接用这些已知的基因片段作探针对未克隆到该基因的植物基因文库进行筛选，也可分离到未知的新基因。2、通过遗传表型分析（1）基因标鉴法。该法是利用转座子或T-DNA插入植物的基因组中引起某一基因失活产生一些突变体，然后用相应转座子或T-DNA对突变体文库进行筛选，以选到的阳性克隆片段为探针，再筛选野生型植物因文库分离目的基因。如将一株带有功能的转位因子系统的植物与另一株在遗传上有差异的同种植物杂交，在杂交后代中筛选由于转位因子插入到某一特定基因序列中导致表型破坏或改变的突变株，用该纯合突变株构建基因文库，然后将转位因子用同位素标记作探针，从该文库中筛选出带有同源转位因子的目的基因。该法主要限于二倍体的自花授粉作物如玉米、金鱼草等。应用该法已分离出与玉米种子发育有关的Viviparious-1基因及与金鱼草花发育有关的一些基因等。（2）激发子的寄主受体基因克隆技术。该技术是利用病菌无毒基因（avrgene）编码的激发子与寄主抗病基因编码的受体之间存在不亲和的互作关系，以病原激发子蛋白为线索分离和克隆出一些几丁质抗病基因，如番茄与无毒基因avr9对应的抗病基因cf9，与avrPto对应的抗病基因pto；拟南芥菜与avrRPS2对应的抗病基因rpS2等。3、以图谱为基础的定位克隆技术 以图谱为基础的定位克隆技术在分离未知产物的基因方面有广阔的应用前景。该法的基本前提是基因定位，然后以紧密连锁的分子标记如RFLP等为起点，通过染色体步移逐步向目标基因靠近，最终克隆基因。其主要步骤包括：（1）将目标基因定位在高密度的分子标记连锁群上；（2）利用PFGE将连销标记的遗传图谱距转换成物理距离；（3）构建YAC文库，找到含连锁标记的YAC克隆，并通过克隆的排序获得目标基因的DNA片段；（4）通过转化和功能互补试验证实基因所在的DNA片段。如用该技术已分离出番茄抗根结线虫mi基因和拟南芥菜抗细菌性茎腐病的RPM1基因等。二、发展中的基因克隆新技术 1、从研究缺失突变体的表型着手分离基因 （1）核DNA消减法。该法主要是利用许多缺失突变体与其未缺失的同源亲本只有1-2个DNA片段的差异，通过将大量特殊标记的突变体DNA与少量未缺失亲本DNA相混合，变性后在适当温度下复性，待反应体系中的单链DNA重新配对成双链后，除去标记的突变体DNA和与之杂交配对的亲本DNA。如此几轮选择后，反应体系中最后只剩下在突变体核DNA中所缺失的那一段亲本DNA，最后对亲本特异DNA片段进行克隆。(2)核DNA消减-PCR法。该法是核DNA消减法的发展，它将经特定限制性内切酶处理的未缺失亲本DNA（备测DNA）与大量经超声波切割、光敏生物素标记的突变体DNA(减法探针DNA)混合，经变性复性后加抗生物素蛋白包裹的多聚乙烯小球悬浮液除去各种杂合体，富集的亲本特异性DNA再经几轮筛选后加接头序列和T4DNA连接酶，然后加入单链接头序列作PCR引物进行PCR扩增，最后PCR产物直接克隆或32P标记后作探针与亲本DNA或核DNA文库杂交，确定出这些DNA片段所编码的基因，应用上述方法已分离出拟南芥菜与赤霉素合成有关的基因gal以及冰草的盐胁迫诱导基因等。2、从大的基因组区域直接分离编码序列真核生物基因组DNA中只有很小一部分编码mRNA，而大部分则为内含子、外显子和重复序列，目前通过大规模基因组测序来寻找和克隆新基因尚不可行。在已有一些分离表达序列的方法中，cDNA捕捉法是较成功的一种方法，已用于许多基因的定位克隆。（l）cDNA文库差示筛选法，这是一种直接分离组织或发育特异表达基因的方法，例如对于两种不同的组织细胞，先提取它们的poly(A)+mRNA，分别构建这两种组织的cDNA文库，然后以这些mRNA为模板，合成放射性标记的cDNA探针，再用这两种探针分别与一类cDNA文库的两套重复考贝杂交，跟两种探针都杂交的克隆是两种组织细胞中都表达的基因，而仅与一种探针杂交的克隆则是在一种组织细胞中特异表达的mRNA，再对这样的克隆进行测序比较和鉴定，就可分离到这种组织特异表达的基因。用这种方法已分离到许多根茎叶和生殖器官等特异表达的基因。(2)cDNA捕捉法。cDNA捕捉法是一种以表达为基础的基因分离技术。它直接用基因组DNA如酵母人工染色体(YACs)捕捉cDNA片段，从而达到快速地从大的基因组区域分离表达序列。其主要技术是用PCR扩增来自不同组织的混合cDNA池或已克隆的cDNA文库，扩增的cDNA片段与用生物素随机标记的基因组目标DNA杂交，捕获亲和素标记磁珠上的与目标DNA杂交的cDNA片段，然后洗脱磁钵上捕获的cDNA并进行PCR扩增，再进行第二轮筛选，并将筛选出的cDNA片段克隆到载体上。3、通过研究mRNA差异表达筛选克隆基因 1992年粱鹏等在mRNA差异表达通用方法即mRNA差减杂交技术基础上建立了mRNA差异显示反转录PCR技术(DDRT-PCR)，由于该技术所存在的缺陷和不足，已有许多研究在引物设计、Northern杂交和凝胶测序等方面对该技术进行了改进和优化，已发展了许多衍生的新技术，如用随机引物PCR扩增RNA指纹分析(RAP)、顺次差异显示法(ODD)、基因组差异显示法(GDD)、RC4D(RFLP一Coupled domain一direted DD)等。 mRNA的差异显示法已在发育和生理过程中差异表达基因的克隆方面得到广泛的应用，特别适用于进行数种平行材料之间的比较筛选。应用RC4D法可分析植物发育过程中某一组织的某一特定多基因家族不同成员的差异表达，如已从玉米花序中分离出6个雌雄花序中差异表达的MAD-box基因，从小麦和拟南芥中分别分离出HSP家族基因。4、表型克隆法 表型克隆法是以mRNA为起始材料，利用RT-PCR和接头技术，对差异显示的基因带纹进行回收后作探针，在cDNA或基因组DNA文库中扫描筛选新的基因。这方面最新发展起来的技术主要有：cDNA差式分析法(RDA)、标签接头竞争PCR技术（ATAC一PCR）、抑制消减杂交法(SSH)、基因表达连续分析法(SAGE)、cDNA3'端限制酶切片段显示法(RFD)等，这些技术省去了分子标记定位分析的繁琐程序，并同时能分离多个未知产物的差异表达基因。5、应用DNA芯片技术筛选新基因 DNA芯片技术是利用核酸杂交原理检测未知分子。它是由核酸片段如一系列用特定荧光标记的寡核苷酸探针，以预先设计排列方式固定在载玻片或尼龙膜上组成生物集成膜片，与不同标记的游离靶分子（DNA 或RNA）杂交，或生物集成膜片上的不同靶分子与游离的探针杂交，然后应用荧光信号检测器及处理器根据杂交分子或未杂交分子所发出的不同波长的光检测杂交信号。如完全杂交则发出强的荧光信号或特殊波长信号，不完全杂交信号较弱，若不能杂交则检测不到荧光信号或只检测到芯片上原有荧光信号。这些不同区域的荧光信号在芯片上组成荧光分布谱型，可被激光共聚焦显微镜激发和检测，经电脑软件处理检出DNA的序列及其变化。例如斯坦福大学从外周血淋巴细胞cDNA文库中用PCR法扩增插入基因，得到1046种未知序列扩增产物，将这些扩增产物作为靶DNA点样到经包被的玻片上，制成DNA芯片，经SDS、NaBH4等处理，95热变性后分别与热击T细胞及未处理T细胞的cDNA杂交，经激光共聚焦扫描系统分析，共发现17个差异表达的基因，其中11个是被热诱导的，其余6个是被热击抑制的，经序列分析表明其中3个为未发现的新基因。植物上最近已有应用cDNA芯片对草莓、矮牵牛进行基因表达的检测。DNA芯片技术在发现新基因及分析各个基因在不同时空表达方面是一项十分有用的技术，已有学者对其在农业上的应用作了展望，如应用DNA芯片技术有望更深入地了解植物生长发育的内在机制、植物生长激素的作用机制、转基因工程株的实验室快速分析、了解小分子对基因表达的影响及加速DNA多态性的检测等。综上所述的各种植物未知基因分离克隆技术，其研究和分析对象各有侧重且各有优缺点，有的在植物基因资源的研究开发上应用比较成熟，有的正逐渐应用到植物上。毫无疑问，发展中的这些植物基因分离技术在植物的分子生物学和基因工程中有着巨大的应用潜能，随着新的基因资源的不断发掘，作物的许多性状诸如产量、品质、抗性，植株的形态、熟期、花器发育的调节，以及一些复杂的生理生化性状等都可望得到进一步的改良。阐述噬菌体表面展示技术及其应用噬菌体表面展示(surface display)是一种基因表达筛选技术。即将目的基因克隆在特定的表达载体中，使基因表达产物呈现在活的噬菌体、细菌或细胞的表面，由此可直接检测表达产物的某些活性，并可根据其活性筛选、富集和克隆带有目的基因的噬菌体或细胞。噬菌体表面展示技术是由Smith 于1985年首先提出并建立和发展起来的利用丝状噬菌体在体外表达外源基因的一项新技术。以经过改造的噬菌体为载体，把外源基因插入噬菌体外壳蛋白质基因pIII或PVIII 区，从而使表达的外源肽显露在噬菌体颗粒的表面，并使表达产物呈现良好的空间构型，由此提供可用亲和免疫纯化法筛选表达特异肽的噬菌体，并通过测定插入的DNA序列，可推断出目的基因所表达的肽的氨基酸序列。这样就可利用活的噬菌体方便而高效率地筛选目的基因，或检测基因产物的活性。这一技术是在对丝状噬菌体结构、基因组及其生命周期的深入研究的基础上发展起来的。表面展示技术已用于抗体基因文库、cDNA文库、随机多肽基因文库和突变基因文序的构建和筛选等研究。利用表面展示技术构建的表达性基因文库，称为噬菌体呈现文库(phage dispplay library)。方法是利用呈现的多肽与特定的配基亲和结合的性质来高效率地筛选目的基因。一般先使亲相配基固项化，可将配基涂布在塑料板(如96孔板) 上或结合在琼脂糖珠或带铁芯的琼脂糖珠上，使文库的噬菌体与之反应，有亲合力的噬菌体就被固相化的配基所捕获，经过洗涤、洗脱的噬菌体可以再感染大肠杆菌而繁殖。这样的亲和结合、洗涤、洗脱、繁殖的富集过程称为“panning”， 一轮panning可以富集10倍，经过几轮“panning”后就能从106109的文库中筛选到目的克隆，其手续简便、快速、效率高，远非常规的表达性基因文库所能比拟。噬菌体展示技术的成功应用之一就是噬菌体短肽库构建。它是将化学合成的随机寡核苷酸序列与噬菌体外壳蛋白III或VIII进行融合，从而将各种短肽表达于不同的噬菌体的表面。一般来讲，在蛋白分子之间，以及蛋白分子与其他分子之间识别并结合的过程中，肽的长度在812个氨基酸之间；其中主要作用的是58个氨基酸残基。因此目前所构建的噬菌体短肽库随机短肽的长度一般为610个氨基酸。该技术已经成功地应用于能够与特定的“靶”分子相结合的特异性短肽的筛选，如抗体分子、受体分子、核酸分子以及某些碳水化合物等。由于特异性短肽是通过其对固相化“靶”分子的亲和力来筛选的，因而该技术不需要项先知到任何肽类结构的信息。噬菌体短肽库技术在分子间相互识别的研究、新型疫苗的研制以及药物的开发等方面具有广泛的应用前景。此外，表面展示技术可用于构建和筛选随机多肽基因文库(random peptide library)。通常基因文库都是从生物体内获取的，也可设计合成核苷酸随机排列的一段开读框，这样合成的“人工基因文库”容量很大，而且随机的人工基因编码多肽产物的功能多种多样甚至无法领言。但是这种随机排列的开放读框可插入噬菌体呈现载体，构建出随机多肽呈现文库，从文库中筛选人们所希望得到的东西，最常见的是获取具有特定亲合能力的多肽。例如用已有的单克隆抗体来筛选这种文库，从得到的结合配体去研究该单抗结合的抗原决定簇的结构，或获取对人生长激素、黏合素、生物素或抗生素等有高亲合力的多肽等。表面展示技术用于抗体基因文库的构建和筛选，亦显示出很大的优越性。用PCR从人和动物的B淋巴细胞cDNA扩增得到抗体可变区基因片段，将它插入噬菌体呈现载体可以构建到全套抗体可变区或Fab段基因表面呈现文库。从这些文库中不经过杂交瘤，其至不经过免疫就可以方便地获得特异地结合不同抗原的FV或Fab段抗体，这是单克隆抗体技术发展的新的里程碑。从其他组织得到的cDNA也可插入噬菌体呈现载体，构建cDNA表达呈现文库，以此可筛选出表达有生物活性产物的克隆。既然能从全套抗体基因文库或随机多肽基因文库中筛选得到任何针对某配基的配体，也就有可能把此法作为寻找新药物或新试剂的途径。例如，有人利用此法来寻找艾滋病毒某些蛋白质有亲合力的多肽或对某些酶的抑制剂，用于对该病诊断与治疗。 利用表面展示技术不仅能开发新药和试剂，还以改善实验或检测手段；代表是商品化的抗体基因库构建专利的噬菌体呈现载体及其克隆、筛选试剂药盒的出现。在抗病毒应用研究方面，在一些重要病毒的抗原表位分析、抗病毒抗体、病毒受体等研究方面取得令人满意的研究结果。这一研究及应用将对病毒病的检测、新型抗病毒药物的筛选及鉴定、病毒疫苗的合理设计及新一代疫苗的开发等，都将起到巨大的推动作用。表面呈现技术正在不断地发展，表面呈现技术不限于丝状噬菌体，其他噬菌体，甚至大肠杆菌的lamB基因也能用于构建成表面呈现的载体，其中许多领域还有待开发研究。阐述酵母双杂交系统原理及其应用酵母双杂交系统的建立是基于对真核生物调控转录起始过程的认识。细胞起始基因转录需要有反式转录激活因子的参与。真核细胞基因转录激活因子的转录激活作用是由功能相对独立的DNA结合结构域（DNA binding domain，DNA-BD）和转录激活结构域（activation domain，DNA-AD）共同完成的，这两个结构域通过共价或非共价连接建立的空间联系是导致结合和激活发生的关键。根据这一特点，如果使可能存在相互作用的两种蛋白X和Y分别以和BD/AD形成融合蛋白的形式的酵母中表达分布于细胞核中，X与Y之间的相互作用就可以将BD和AD在空间结构上重新联结为一个整体而与报告基因的上游激活序列（upstream activation sequence）结合，进而发挥激活转录的功能，使受调控的报告基因得到表达。根据这一原理，双杂交系统通过简便的酵母遗传分析对报告基因表型进行检测即可实现对于蛋白质间相互作用的研究。酵母转录因子GAL4的两个DNA结合功能域(DNA binding domain，DNA-BD)和转录激活结构域（activation domain，DNA-AD）分开时仍分别具有功能，但不能激活转录，只有当被分开的两者通过适当的途径在空间上较为接近时，才能重新呈现完整的GAL4转录因子活性，并可激活上游激活序列（upstream activating sequence, UAS）的下游启动子，使启动子下游基因得到转录。根据这个特性，将编码DNA-BD的基因与已知蛋白质Bait protein的基因构建在同一个表达载体上，在酵母中表达两者的融合蛋白BD-Bait protein。将编码AD的基因和cDNA文库的基因构建在AD-LIBRARY表达载体上。同时将上述两种载体转化改造后的酵母，这种改造后的酵母细胞的基因组中既不能产生GAL4，又不能合成LEU、TRP、HIS、ADE，因此，酵母在缺乏这些营养的培养基上无法正常生长。当上述两种载体所表达的融合蛋白能够相互作用时，功能重建的反式作用因子能够激活酵母基因组中的报告基因HIS、ADE、LACZ、MEL1，从而通过功能互补和显色反应筛选到阳性菌落。将阳性反应的酵母菌株中的AD-LIBRARY载体提取分离出来，从而对载体中插入的文库基因进行测序和分析工作。迄今为止，应用于筛选基因的双杂交体系已发展出很多版本。经验证明，应用不同体系进行检测的灵敏差异主要取决于控制报告基因表达的启动子和DNA结合序列的特点以及两种融合蛋白在酵母中的表达量。作为一种高度敏感、适用于细胞核内外以至于细胞内外多种蛋白质在体研究体系，双杂交系统主要应用于：验证通过其他方法发现的蛋白质间可能的相互作用；确定蛋白质特异相互作用的关键结构域和氨基酸；筛选文库以得到与已知蛋白质存在特异相互作用的蛋白质。由于具有相对简便、快速及不经蛋白质纯化即可相接获得编码基因的特点，采用双杂交体系从cDNA文库和基因文库中直接筛选出蛋白质间相互作用成为它最具优势之处。由此而鉴定的各种受体、转录因子、蛋白激酶、磷酸化酶、细胞骨架蛋白以及参与细胞周期调控、肿瘤发生的蛋白质已不胜枚举。RNAi实验原理与方法一、RNAi的分子机制RNA干扰(RNA interference，RNAi)是由双链RNA(double-strandedRNA，dsRNA)引发的转录后基因静默机制。 RNAi的机制可能是双链RNA进入细胞后，在Dicer酶的作用下，被切割成21-23 bp大小的小分子干扰RNA片段(small interfering RNAs，siRNAs)，siRNAs结合一个核酶复合物从而形成所谓RNA诱导沉默复合物（RNA-induced silencing complex, RISC）。激活的RISC可以精确降解与siRNAs序列相同的mRNA，完全抑制了该基因在细胞内的翻译和表达。生物体内的双链RNA可来自于RNA病毒感染，转座子的转录产物，外源导入的基因。这些来源的双链RNA诱发了细胞内的RNAi机制，结果是病毒被清除，转座子的表达被阻断，外源导入基因表达被阻断同时，与其同源的细胞基因组中的基因表达也被阻断。由于少量的双链RNA就能阻断基因的表达，并且这种效应可以传递到子代细胞中，研究者们推测细胞内存在RNAi效应的扩增系统。研究者们发现，在真核细胞中也存在能以RNA为模板指导RNA合成的聚合酶（RNA-directed RNA polymerase，RdRP）。在RdRP的