基因库、基因组、基因文库的概念辨析

秦四哥

                              

1基因库

1.1基因库的概念

基因库，就是基因的“仓库”，它是指一个种群中全部个体所带有的全部基因（包括全部等位基因）的总和。对基因库这个概念的注意要点是:

①是一个完整独立的种群;

②是种群中所有存活的个体；

③是全部基因，包括中性的基因、有利的基因与有害的基因。所以，若携带某种基因的个体全部死亡，那么这种基因将在该种群基因库中消失。

1.2基因库的应用领域

基因库这一概念属于种群遗传学范畴，它研究的对象不是细胞和个体，而是由一群可交配繁殖的个体组成的群体，该群体中的个体具有共同的基因库。一个种群基因库中的基因不会因为个体死亡而丢失，可以通过种群中雌雄个体的有性生殖进行基因交流，从而将基因保留。种群基因库常用基因频率和基因型频率来描述。在一个自然环境中，种群中某个基因的频率和基因型的频率总是在发生变化的，进而影响种群基因库的变化，实质上就是这一种群的进化。因此，研究种群基因库的变化有助于了解生物进化的机制。

2基因组

2.1基因组的概念

基因组的早期译名为染色体组，指的是单倍体细胞中所包含的整套染色体。近年来，学术界用基因组这个名词替代了染色体组。在遗传学中对基因组的定义是：一个单倍体细胞核中、一个细胞器（动、植物细胞质中的线粒体，植物细胞质中的叶绿体）中或一个病毒毒粒中所含的全部DNA(或RNA)分子的总称。基因组包括编码序列和非编码序列在内的全部DNA分子，是某个特定物种细胞全部遗传信息的集合。

2.2基因组的分类

根据DNA在不同生物中的分布，可将基因组分为真核生物基因组、原核生物基因组和病毒基因组。真核生物基因组又分为核基因组和细胞器基因组，前者是指单倍体的细胞核内整套染色体所含的DNA分子：后者则区分为线粒体基因组和叶绿体基因组。原核生物基因组就是原核细胞内的拟核和质粒，一大一小两个环状DNA分子。从上可知，不同生物的基因组差别很大。例如，人类核基因组包括22条常染色体和X或Y两条性染色体中的全部DNA分子：而霍乱弧菌的基因组只由一大一小两个环状DNA分子构成。从整体上看，同种生物的不同个体的基因组是相同的，因此，可以说“一个物种只有一个基因组”，但由于不同个体可能拥有不同的等位基因，这就决定了个体之间的差异。

2.3基因组的应用领域

基因组研究主要包括两个方面：

①以全基因组进行测序为目标的结构基因组学，它的目的是建立生物体高分辨率遗传、物理和转录图谱。结构基因组学是通过基因作图，核苷酸序列分析以确定基因组成、基因定位的一门科学，它代表基因组分析的早期阶段。

②功能基因组学相关的研究包括基因功能发现、基因表达分析及突变检测。它以高通量、大规模实验方法及计算机统计分析为特征，对成千上万的基因表达进行分析和比较，力图从基因组整体水平上对基因的活动规律进行阐述。自从1990年正式启动人类基因组计划以来，基因组学的研究已发展成生命科学研究的前沿和热点领域。

3基因文库

3.1基因文库的概念

指将某种生物的全部基因组的遗传信息贮存在可以长期保存的稳定的重组体中，以备需要时能够随时从中分离出所需要的目的基因，这种保存基因遗传信息的材料，就称为基因文库又称DNA文库。基因文库由外源DNA片段、载体和宿主细胞组成。通常是将某生物不同基因用适当的工具酶剪切后拼接到低等微生物如细菌的质粒、噬菌体等载体上，将这些载体导入到受体细菌或细胞中，使得各受体细胞中分别含有这种生物的不同基因：经过繁殖扩增，许多细胞一起包含了该生物全部基因组序列，建构成该生物的基因文库。例如，带有人类所有基因克隆的大肠杆菌细胞构成了人类基因文库，可从这个文库中筛选、鉴定和研究人类的各种基因。

3.2基因文库的分类

基因文库可分为基因组文库和rDNA文库。基因组文库就是把某生物的整个基因组DNA切成适当大小的片段（包括目的基因在内），分别与载体DNA组合，导入微生物细胞，进行克隆繁殖后收集在一起作为长期保存的遗传物质库。cDNA文库就是以生物细胞的mRNA为模板经反转录形成稳定的双螺旋DNA(即cDNA)，再将这些cDNA插入到载体DNA中，导入微生物细胞，所建立起来的克隆群。一个高质量的cDNA文库只代表了生物体某一器官或组织mRNA所含有的全部或绝大部分遗传信息。cDNA文库与基因组文库相比，其突出特点在于cDNA来自反转录的mRNA,不含冗余序列，通过特异性探针筛选cDNA文库，可以较快地分离到相关基因。而基因组文库特别是真核生物的基因组文库非常庞大，而且含有大量重复序列，无论采用何种分离方法都难以直接分离到靶基因片段。

3.3基因文库的应用领域

基因文库属于基因工程范畴，在很多情况下，目的基因的分离都离不开基因文库，主要用于获得未知序列的目的基因。目前两种基因文库在基因工程中都有广泛的应用，可根据研究目的选择其中一种。在分离RNA病毒基因、研究功能蛋白序列、分离特定发育阶段或特定组织特异性表达的基因时应构建rDNA文库。在研究mRNA分子中不存在的序列及复杂基因组作图时必须构建基因组文库。从基因文库中分离出目的基因后，还必须对其进行必要的检测与分析。例如，进行序列测定、体外转录及翻译、功能互补实验等。通过这些实验确定出基因的结构及功能，到这时才能算分离到了目的基因。所以，基因的克隆、克隆基因的分离、分离基因的鉴定是利用基因文库技术分离目的基因的主要内容。

——全刚.基因库、基因组、基因文库的概念辨析.生物学教学.2017年第1期