可以直接从细胞中提取目的基因吗？

 

来源公众号：高中生物教与学

人教版高中生物学选择性必修3教材中提到的获取目的基因的方法有：利用PCR获取、人工合成和构建基因文库获取。分别出现在教材第77页和第82页（见下图）。

可以说，教材中提到的上述三个获取目的基因的途径都比较复杂，那么，能不能直接从细胞中提取到目的基因呢？

一、在基因工程操作中，可以从原核细胞中直接提取目的基因

在基因工程操作中，可以从原核细胞中直接提取目的基因，且方法相对真核细胞更为直接高效。

1.科学原理：原核基因结构的优势

（1）无内含子干扰

原核基因的编码区是连续的（无内含子），转录后无需剪切即可直接翻译为蛋白质。因此，从原核细胞中提取的基因组 DNA 若包含完整的目的基因（含启动子等调控序列），可直接导入原核受体细胞（如大肠杆菌）表达，无需像真核基因那样依赖 cDNA 技术。

（2）基因定位简单

原核细胞基因组相对较小（如大肠杆菌约 4.6 Mb），且常以操纵子形式组织基因（功能相关基因成簇排列），便于通过酶切或 PCR 快速定位目的基因。此外，原核细胞常含质粒，质粒上的目的基因（如抗药基因、工业酶基因）提取更便捷。

2.核心操作方法：直接提取的三种路径

（1）基因组 DNA 直接提取法

步骤：
① 裂解原核细胞（如大肠杆菌），提取基因组 DNA；
② 用限制性内切酶切割 DNA，获取含目的基因的片段；
③ 通过电泳分离、胶回收纯化目的基因。适用场景：①已知目的基因在基因组中的酶切位点（如从细菌中提取 β- 半乳糖苷酶基因）；②目的基因含自身启动子，需在原核系统中天然表达。案例：从土壤农杆菌中提取 T-DNA 片段（用于植物转基因），直接酶切基因组 DNA 即可获得。

（2）质粒 DNA 提取法

步骤：
① 使用质粒提取试剂盒（如碱裂解法）分离质粒 DNA；
② 酶切质粒，分离目的基因（若目的基因位于质粒上，如重组质粒中的外源基因）。优势：① 质粒拷贝数高，提取效率远高于基因组 DNA；②天然存在于原核细胞中，常携带可筛选标记（如氨苄青霉素抗性基因），便于后续操作。教材中 “从大肠杆菌中提取质粒载体” 即为此法，是基因工程最常用的基础操作。

（3）PCR 扩增法（已知序列时）

步骤：
① 设计目的基因特异性引物；
② 以原核基因组 DNA 或质粒 DNA 为模板，通过 PCR 直接扩增目的基因。优势：① 无需构建文库，快速高效（如已知抗冻蛋白基因序列，从极地细菌中直接 PCR 获取）；②可通过引物引入酶切位点或突变，方便后续载体构建。

二、在基因工程操作中，从真核细胞中提取目的基因通常不直接提取基因组 DNA

在基因工程操作中，从真核细胞中提取目的基因通常不直接提取基因组 DNA，而是根据具体需求选择不同的方法。以下从科学原理、操作逻辑和教学要点三个层面展开说明：

1.科学原理：真核基因结构的特殊性

（1）内含子的存在

真核基因普遍含有内含子（非编码序列），而原核生物（如大肠杆菌）缺乏切除内含子的机制。若直接将真核基因组 DNA 导入原核细胞，会导致转录产物无法正确加工为成熟 mRNA，进而无法表达出功能性蛋白质。因此，若需在原核系统中表达真核基因，必须通过逆转录法获取不含内含子的 cDNA。

（2）调控序列的需求

若研究目标是基因的表达调控机制（如启动子、增强子的功能），则必须保留基因组 DNA 中的调控元件。此时需通过构建基因组文库的方式直接提取真核细胞的基因组 DNA。

2.核心操作方法：

（1）cDNA 文库法（逆转录法）

① 原理：以真核细胞的 mRNA 为模板，通过逆转录酶合成 cDNA，再构建文库筛选目的基因。

②优势：排除内含子干扰，适用于原核表达系统。仅包含表达的基因，文库复杂度低，筛选效率高。

③ 局限：无法获取基因的调控序列（如启动子）。依赖 mRNA 的质量，且需特定组织或发育阶段的 mRNA。

（2）基因组文库法

①原理：将真核细胞的基因组 DNA 切割成片段，与载体连接后导入受体菌，形成包含全部基因的文库。

②优势：保留完整的基因结构（内含子、调控序列等），适用于基因结构研究或真核表达系统。可通过染色体步移等技术获取未知侧翼序列。

③ 局限：文库容量大，筛选难度高。原核细胞无法处理内含子，需搭配真核表达系统（如酵母、哺乳动物细胞）。

（3）人工合成法

①原理：根据已知的基因序列（或蛋白质氨基酸序列反推），通过化学方法直接合成 DNA。

②优势：完全排除内含子和冗余序列，可优化密码子以提高表达效率。适用于已知序列的小基因（如胰岛素、生长激素基因）。

③ 局限：成本高，不适用于长基因（>10 kb）。需预先获取基因序列信息。公众号”高中生物教与学“整理

来源网址：可以直接从细胞中提取目的基因吗？