淺談不同層次的 “雜交”

胡新宙

(廣東省廣州大學(xué)附屬中學(xué) 510050)

在高中生物學(xué)知識體系中涉及的“雜交”很多，一般情況下可分為：①個體雜交，例如孟德爾的豌豆雜交實(shí)驗(yàn)；②細(xì)胞雜交，例如植物體細(xì)胞雜交和動物細(xì)胞融合；③分子雜交，例如DNA分子雜交技術(shù)、抗原-抗體雜交技術(shù)。不同層次的雜交有著本質(zhì)的差異。

1 個體雜交

個體雜交是通過不同的基因型的個體之間的交配而獲得某些雙親基因重新組合的個體的方法，其實(shí)質(zhì)是通過生殖細(xì)胞相互融合而達(dá)到這一目的。產(chǎn)生的后代統(tǒng)稱為雜種。根據(jù)親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近，可分為種內(nèi)雜交和遠(yuǎn)緣雜交。

1.1 種內(nèi)雜交 種內(nèi)雜交就是指同一物種內(nèi)不同品種個體間的有性交配。例如，孟德爾的豌豆雜交實(shí)驗(yàn)，通過選取具有相對性狀的豌豆植株完成雜交實(shí)驗(yàn)。具體操作是通過人工異花傳粉，實(shí)現(xiàn)豌豆不同品種個體的花粉和卵細(xì)胞結(jié)合，從而產(chǎn)生雜交后代。在遺傳圖解中表示雜交的符號為“×”，例如，純合高莖(DD)和矮莖(dd)的雜交表示為： DD× dd。

一般雜種(即雜交子一代))的活力優(yōu)于雜交雙親，這種現(xiàn)象叫做雜種優(yōu)勢，優(yōu)勢可以表現(xiàn)在生活力、繁殖率、抗逆性以及產(chǎn)量和品質(zhì)上[1]。通過雜交的方法來育種即將兩個品種的優(yōu)良性狀通過交配集中在一起，再經(jīng)過選擇和培養(yǎng)獲得新的品種。例如，純合高桿抗銹病(DDRR)與矮桿易染病(ddrr)的小麥雜交，將獲得的矮桿抗銹病植株連續(xù)多代自交，直至性狀不發(fā)生分離，最終獲得矮桿抗病的優(yōu)良品種。

另外，人類的三個亞種：黃種人、白種人和黑種人之間的婚配，即人種內(nèi)的“雜交”產(chǎn)生的后代統(tǒng)稱為“混血兒”。動物雜交后代亦可稱作“混血種”。

1.2 遠(yuǎn)緣雜交 遠(yuǎn)緣雜交就是指不同種間、屬間甚至親緣關(guān)系更遠(yuǎn)的物種之間的雜交。產(chǎn)生的后代統(tǒng)稱為遠(yuǎn)緣雜種。由于不同種屬間存在著生殖隔離，致使遠(yuǎn)緣雜交常表現(xiàn)不親和或獲得的遠(yuǎn)緣雜種表現(xiàn)不育。例如，雌馬和雄驢的雜交后代——騾子，它比雙親都強(qiáng)健，適于勞役，且又耐粗食。但是，不育。

2 細(xì)胞雜交

細(xì)胞雜交也稱為體細(xì)胞雜交或細(xì)胞融合。是指在離體條件下，使用人工方法使兩個或兩個以上的單個體細(xì)胞融合形成一個細(xì)胞的過程。新產(chǎn)生的融合細(xì)胞稱為雜種細(xì)胞，含有原來兩個或者多個細(xì)胞的不同遺傳信息。個體雜交在實(shí)質(zhì)上也是一種“細(xì)胞雜交”——通過生殖細(xì)胞的融合實(shí)現(xiàn)。

2.1 植物體細(xì)胞雜交 植物體細(xì)胞雜交實(shí)際是指植物原生質(zhì)體的融合。植物細(xì)胞外面有一層細(xì)胞壁，這層細(xì)胞壁阻礙著細(xì)胞間的雜交，因此首先要利用纖維素酶和果膠酶去除細(xì)胞壁，獲得具有活力的原生質(zhì)體。

借助人工的方法(例如，物理法包括離心、震動和電激等；化學(xué)法一般用聚乙二醇(PEG)作為誘導(dǎo)劑)誘導(dǎo)細(xì)胞融合。雜種細(xì)胞再形成細(xì)胞壁后通過植物組織培養(yǎng)可以培育成雜種植株。這種技術(shù)克服了不同生物遠(yuǎn)緣雜交的障礙，已經(jīng)培養(yǎng)出如白菜-甘藍(lán)、胡蘿卜-羊角芹等種間或?qū)匍g雜種。

2.2 動物細(xì)胞融合 動物細(xì)胞融合與植物原生質(zhì)體融合的基本原理相同。誘導(dǎo)動物細(xì)胞融合的方法與植物原生質(zhì)體融合的方法也類似，有物理法(如電激)、化學(xué)法(聚乙二醇)和生物法(用滅活的病毒)。利用動物細(xì)胞融合技術(shù)發(fā)展起來的雜交瘤技術(shù)為制造單克隆抗體開辟了新途徑。

雜交瘤技術(shù)的基本原理就是將經(jīng)過免疫的小鼠脾臟細(xì)胞(B淋巴細(xì)胞)與小鼠骨髓瘤細(xì)胞融合，然后再用特定的選擇培養(yǎng)基進(jìn)行篩選，未融合的親本細(xì)胞和融合的具有同種核的細(xì)胞都會死亡，只有融合的雜種細(xì)胞才能生長。這種雜種細(xì)胞即雜交瘤細(xì)胞具有親代雙方的遺傳性能，既能迅速大量繁殖，又能產(chǎn)生專一抗體。經(jīng)過上述選擇培養(yǎng)的雜交瘤細(xì)胞還需進(jìn)行克隆化培養(yǎng)和抗體檢測，經(jīng)多次篩選后可獲得足夠數(shù)量的、能分泌所需抗體的細(xì)胞，再經(jīng)過體外培養(yǎng)或者動物腹腔接種培養(yǎng)，就可提取大量單克隆抗體。

3 分子雜交

分子雜交是指不同來源的核酸單鏈之間或蛋白質(zhì)亞基之間由于結(jié)構(gòu)互補(bǔ)而發(fā)生的非共價(jià)鍵的結(jié)合。根據(jù)這一原理發(fā)展起來的各種技術(shù)統(tǒng)稱為分子雜交技術(shù)。分子雜交分為核酸分子雜交和蛋白質(zhì)分子雜交。

3.1 核酸分子雜交 將從人細(xì)胞和小鼠細(xì)胞分離出的雙螺旋DNA分別通過加熱，使它們完全變性，然后混合在一起，慢慢降溫，降至65℃時并保持?jǐn)?shù)小時。結(jié)果很多小鼠的單鏈DNA與對應(yīng)互補(bǔ)的小鼠DNA重新形成小鼠雙螺旋DNA；同樣人的單鏈DNA與互補(bǔ)的人DNA鏈結(jié)合，重新形成人的雙螺旋DNA。然而有一些小鼠的單鏈DNA卻與人DNA鏈形成雜化的雙螺旋DNA，這種現(xiàn)象稱為核酸分子雜交[2]。即不同來源的DNA形成堿基配對區(qū)。當(dāng)然，并非是兩個物種整個序列的雜交。雜交雙鏈可以在DNA與DNA鏈之間，也可在RNA與DNA鏈之間形成。根據(jù)核酸分子雜交原理，可利用基因探針檢測核酸序列，待測核酸序列可以是克隆的基因片段，也可以是未克隆化的基因組DNA和細(xì)胞總RNA?；蛱结樣址Q核酸探針或探針，是指用放射性同位素、生物素或其他活性物質(zhì)標(biāo)記的，能與特定的核酸序列發(fā)生特異性互補(bǔ)的已知DNA或RNA片段。根據(jù)其來源和性質(zhì)可分為cDNA探針、基因組探針、寡核苷酸探針、RNA探針等[3]。

3.1.1 DNA-DNA分子雜交和RNA-DNA分子雜交 根據(jù)重組DNA分子中目的基因的部分DNA序列，人工合成(或用PCR技術(shù)合成)與之互補(bǔ)的一小段單鏈DNA(或RNA)，用放射性同位素標(biāo)記形成探針，使其與基因組DNA雜交，短小的探針通過氫鍵特異性地與目的基因相結(jié)合，使后者被同位素所標(biāo)記[4]。如果顯示出雜交帶(放射自顯影后在某位置出現(xiàn)的一條黑色條帶)，則表明目的基因已插入染色體中。

對于目的基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA的檢測方法，是采用RNA-DNA分子雜交。該方法與DNA-DNA分子雜交不同之處，是用探針與轉(zhuǎn)基因生物中的mRNA進(jìn)行雜交。

3.1.2 基因芯片 基因芯片又稱DNA芯片、生物芯片、DNA微陣列等。它是在基因探針的基礎(chǔ)上研制出的，它將大量探針分子固定于硅片、玻片等支持物上，構(gòu)成一個二維DNA探針陣列，然后與標(biāo)記的樣品進(jìn)行雜交，通過檢測雜交信號的強(qiáng)度及分布來進(jìn)行分析?；蛐酒膽?yīng)用非常廣泛，主要包括基因表達(dá)檢測、突變檢測、基因組多態(tài)性分析和基因文庫作圖、雜交測序以及疾病診斷和治療、藥物篩選等[5]。

3.2 蛋白質(zhì)分子雜交 蛋白質(zhì)分子雜交即抗原-抗體雜交，其原理是利用抗原抗體之間的特異性結(jié)合反應(yīng)。用于檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)。從轉(zhuǎn)基因生物中提取蛋白質(zhì)，用相應(yīng)的抗體與之雜交，若有雜交帶出現(xiàn)，表明目的基因已表達(dá)出蛋白質(zhì)。利用蛋白質(zhì)分子雜交技術(shù)，可檢測生物細(xì)胞內(nèi)目的蛋白的表達(dá)與否、表達(dá)量及分子量等情況。

上述各種“雜交”的知識，主要分布在人教版高中生物學(xué)教材必修二和選修三中。學(xué)生從學(xué)習(xí)孟德爾的豌豆雜交實(shí)驗(yàn)到學(xué)習(xí)基因工程專題和細(xì)胞工程專題，對各個層次“雜交”知識的理解不斷拓展。但由于前后的相互影響，難免會產(chǎn)生理解的偏差和錯誤。因此，建議在教學(xué)中，尤其是高三復(fù)習(xí)時，對各種“雜交”的實(shí)質(zhì)、特點(diǎn)和應(yīng)用，可以按各個層次水平構(gòu)建成一個完整的概念圖體系，形成知識網(wǎng)絡(luò)，便于讓學(xué)生有系統(tǒng)的理解。