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基因工程简单地说就是采用目前知道的新技术,在大分子(DNA分子)水平上将个别基因的分子基础输入到另一种生物的细胞以定向改变其遗传特性。
一般来讲,基因工程的实现主要分为三个步骤:1)以人工方法在现有的生物中取得所需要的DNA片断,利用mRNA复制所需的DNA,即人工合成基因。2)将人工合成的基因输入到新细胞当中去,并使其与新细胞中原有的DNA相组合,即DNA的重组。3)筛选和培养有外源基因的细胞或组织,使其产生正常健康的转基因植物,通过有性繁殖将优良性状传递给下一代。
实现以上三步需要进行以下工作:
1) 寻找目标基因。众所周知,生物细胞中基因的数量是惊人的,在如此多的基因中如何取得需要的基因呢?首先,要知道含有目标基因的生物都有哪些;其次,通过复杂的方法确定该生物体内有哪些基因与其优良性状有关。
2) 取得目标基因。可以采用基因分离或人工合成的方法取得所需要的DNA片断。利用内切酶或逆转录酶可以将生物细胞中的天然基因分离出来。亦可以通过确定所需基因的遗传密码排列顺序来人工合成DNA链。
3) 基因的载体问题。基因从一种生物体内转移到另外一种生物体内需要一定的载体。现有质粒载体、病毒载体、脂质载体、原生质载体等多种方法;其中以质粒载体最为常见。质粒可以认为是一种可以与细菌共生的遗传物质,一般情况下对细菌的生命和遗传没有影响;但在特定情况下,质粒中的DNA可以替代宿主细菌的DNA。所以通过内切酶和逆转录酶可以将质粒的DNA分子改为所需的结构,如此即可将宿主细菌DNA变为所需DNA,再感染目标生物体即可达到基因转移的目的了。
以上是对植物基因工程实现过程的一个简单介绍。事实上,植物的基因工程远远没有这么简单,在转基因的过程中,不仅需要生物知识,也需要操作设备和技巧;所以,生物学尤其是生物工程学是一门十分尖端的科学,需要大量优秀的人才方能取得突破性的进展。
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