基因工程學(xué)習(xí)過程中的幾個(gè)常見誤區(qū)

周毓

摘 要 對學(xué)生在基因工程學(xué)習(xí)過程中存在的幾個(gè)概念誤區(qū)進(jìn)行分析討論，并對有關(guān)知識進(jìn)行補(bǔ)充，以幫助學(xué)生更好地理解和掌握相關(guān)概念。

關(guān)鍵詞 限制酶 DNA聚合酶 篩選基因 解旋酶

中圖分類號 Q-49 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 E

人教版高中生物選修3包括：基因工程、細(xì)胞工程、胚胎工程、生態(tài)工程四個(gè)專題，基因工程是其他三個(gè)專題的基礎(chǔ)，同時(shí)也是近年高考選考部分必會出現(xiàn)的內(nèi)容，考查學(xué)生對實(shí)際問題的解決能力。由于基因工程是從分子的角度來考慮問題，概念比較抽象，學(xué)生對一些知識點(diǎn)的理解感覺很困難，做題時(shí)屢屢出現(xiàn)問題。筆者通過查閱資料，對教師教學(xué)以及學(xué)生學(xué)習(xí)過程中存在的幾個(gè)誤區(qū)進(jìn)行分析。

1 限制酶只能切割一種核苷酸序列

人教版高中生物選修3第一節(jié)“DNA重組技術(shù)的基本工具”對限制酶的專一性是這樣描述的，“它們能夠識別雙鏈DNA的某種特定核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開”。很多學(xué)生認(rèn)為限制酶只能識別一種核苷酸序列。

表1展示了在歷年考試中出現(xiàn)的部分限制酶及其識別序列。大部分限制酶僅識別一種核苷酸序列，比如BamH I只識別G↓GATCC。但是還有少數(shù)限制酶識別的序列不止一種，比如Hind II識別的序列一共有四種：GTT↓AAC、GTT↓GAC、GTC↓AAC、GTC↓ GAC。這四種序列并不是四種核苷酸的隨機(jī)組合，而有一定的規(guī)律可循，即符合GT（T/C）↓（A/G）AC這樣一種模式。所以，對于書中“限制酶能夠識別雙鏈DNA的某種特定核苷酸序列”，筆者認(rèn)為還需要教科書編寫者用更精確的語言來描述。

2 DNA復(fù)制時(shí)，DNA聚合酶不需要引物

人教版高中生物必修3第三章第三節(jié)“DNA的復(fù)制”的教材，圖3-13展示了DNA分子的復(fù)制過程。這個(gè)圖可以幫助學(xué)生理解DNA復(fù)制的基本過程，但同時(shí)也給部分學(xué)生一種誤導(dǎo)：DNA聚合酶結(jié)合到模板DNA后，可以將游離的脫氧核苷酸連接起來，形成與模板DNA互補(bǔ)的DNA單鏈。由于這種理解上的偏差，導(dǎo)致學(xué)生在理解PCR技術(shù)時(shí)很困惑：如果DNA聚合酶可以將單個(gè)脫氧核苷酸連接成DNA單鏈，為什么還要在PCR反應(yīng)體系中再添加引物呢？

事實(shí)上，無論在體外還是體內(nèi)，DNA復(fù)制都只能沿著已存在的核苷酸鏈延伸，不能從頭合成DNA鏈。在體內(nèi)進(jìn)行DNA復(fù)制時(shí)，RNA聚合酶先與DNA模板結(jié)合，合成一小段RNA鏈，作為引物；接著DNA聚合酶再以RNA引物3′端作為起始端，合成新的DNA鏈；當(dāng)DNA復(fù)制完成后，RNA引物會被DNA聚合酶I或者核糖核酸酶切掉。在體外進(jìn)行DNA復(fù)制時(shí)，直接以人工合成的一段DNA片段作為引物，在復(fù)制結(jié)束時(shí)，不需要再將引物切掉。

3 運(yùn)載體上的標(biāo)記基因都是抗性基因

重組DNA構(gòu)建后，緊接著就是導(dǎo)入到受體細(xì)胞。在實(shí)際操作中，并不能保證所有的重組DNA都能進(jìn)入到受體細(xì)胞，也不能保證導(dǎo)入到受體細(xì)胞中的質(zhì)粒都是重組DNA，也可能含有空載體。所以在技術(shù)上要求重組DNA上必須有標(biāo)記基因來鑒定生物是否成功轉(zhuǎn)化。在平時(shí)教學(xué)時(shí)，筆者習(xí)慣于以抗性基因用作標(biāo)記基因，比如青霉素抗性基因、氯霉素抗性基因等。這就給學(xué)生造成一種誤解，認(rèn)為只有抗性基因才能作為標(biāo)記基因。

事實(shí)上，在實(shí)驗(yàn)過程中，能夠使用的標(biāo)記基因的種類有很多，除了抗性基因，還有顏色反應(yīng)基因、代謝缺陷型互補(bǔ)基因等。比如，藍(lán)白斑篩選法（圖1），其原理是載體中含有LacZ基因，外源DNA克隆位點(diǎn)位于在LacZ基因內(nèi)部。若無外源DNA分子插入，LacZ基因在IPTG（異丙基硫代-β-D-半乳糖苷）誘導(dǎo)下，表達(dá)的β-半乳糖苷酶能將X-gal（5-溴-4-氯-3-吲哚-β-D-半乳糖苷）切割成半乳糖和深藍(lán)色的物質(zhì)5-溴-4-靛藍(lán)。5-溴-4-靛藍(lán)可使整個(gè)菌落顯藍(lán)色。若外源DNA分子插入運(yùn)載體中，LacZ基因失活，因而不能表達(dá)出β-半乳糖苷酶，在X-gal的培養(yǎng)基上菌落顯白色。根據(jù)菌落藍(lán)白顏色的不同，篩選出需要的轉(zhuǎn)化子。在教學(xué)的時(shí)候，教師應(yīng)該補(bǔ)充其他的質(zhì)粒的一些標(biāo)記基因，開拓學(xué)生的視野。學(xué)生在碰到類似的信息題時(shí)，就不會感覺手足無措。

4 轉(zhuǎn)錄過程需要解旋酶

人教版高中生物必修3第三章第三節(jié)“DNA的復(fù)制”教材的，圖3-13展示了DNA分子的復(fù)制過程。DNA復(fù)制開始時(shí)，在解旋酶的作用下，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)被打開，DNA聚合酶以一條鏈為模板合成DNA單鏈。自然地，學(xué)生會形成一種定勢，即只要是DNA雙鏈解旋的過程，就必定需要解旋酶。因此學(xué)生會理所當(dāng)然地認(rèn)為，在DNA轉(zhuǎn)錄形成mRNA的時(shí)候，也需要解旋酶。事實(shí)上，并非如此。

原核細(xì)胞內(nèi)只有一種RNA聚合酶，它負(fù)責(zé)所有mRNA、rRNA、tRNA的合成。此RNA聚合酶由α、β、β′、ω、σ亞基聚而成的全酶。其中α亞基具有解開前方DNA雙螺旋以及恢復(fù)后面DNA雙螺旋的作用。因此，原核細(xì)胞中的RNA聚合酶具有解旋酶的活性，能夠打開DNA雙鏈。而真核細(xì)胞的RNA聚合酶有三種，三種RNA聚合酶都無解旋作用。只有RNA聚合酶II可以轉(zhuǎn)錄形成mRNA。RNA聚合酶II要實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄形成mRNA，需要至少7種輔助因子參與（表2）。真核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄時(shí)，輔助因子與模板DNA上的TATA框結(jié)合，形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物。該復(fù)合物具有依賴于ATP供能的DNA解旋酶活性，在轉(zhuǎn)錄鏈延伸中發(fā)揮作用?？傊?，原核細(xì)胞中RNA聚合酶起解旋作用，真核細(xì)胞中RNA聚合酶無解旋作用，它依靠某些輔助因子將DNA雙鏈打開。

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