基因库

见种质库。

基因库gene pool

在一个物种群体内，能产生正常配子的全部个体所含有的各种基因的总数。突变有可能产生新的基因，扩充基因库；通过远缘杂交或重组DNA技术，也可以将别的物种的基因导入基因库。库内基因愈丰富，为人类选择利用的价值愈大。

基因库gene pool

系指一个有性繁殖的生物群体中各成员所具有的全部遗传信息而言。为了维持物种的稳定，某一物种的遗传物质在自然条件下只能在该物种内相互作用。物种的维持与进化发展由基因库所决定的。一个完整的基因库应是一特定物种所具有的遗传信息的全部含量。

基因库

一个行有性生殖的生物群体各成员所共有的全部基因。一个完整的基因库应是一特定物种所具有的全部遗传信息量。

基因库gene pool

是在一个进行有性繁殖的群体内，所有有生殖能力的个体的遗传信息的总和。

基因库

基因库又名基因文库，是指含有某种生物基因组中不同基因片段的DNA重组体的一群克隆。把真核或原核细胞的染色体DNA（即基因组）切割成一定大小的片段，并和合适的载体（如质粒或噬菌体）进行重组，可得到一系列的重组DNA。当以质粒作载体时，重组DNA可被引入宿主细胞中而得到一大群各含不同重组DNA分子的转化菌。若采用噬菌体DNA作载体，重组的分子可在体外被包装成一群重组的噬菌体。虽然一个克隆只能含基因组内的一个片段，但只要切割基因组是随机的，而且得到重组体克隆数目足够大，所构建成的克隆群体就可能包含基因组内各种基因片段，成为基因组的代表。因此这样的克隆群体犹如一个贮存有基因组内多种基因的库。
在基因工程中，首要的步骤是分离所研究的基因。基因库是提供所需基因的来源之一。生物体的遗传信息都贮存于其自身的基因组(即染色体DNA)中，不同生物体的基因组各不相同。简单的生物体如大肠杆菌其基因组分子大小为2.6×106bp，包含3000～4000个以上的基因；真核细胞尤其哺乳动物细胞的基因组更复杂，有3×10⁹bp长度，所含基因的数目在10⁶以上。因此要从如此庞大、包含有全部基因的分子中分离到某一特殊基因比较困难，单拷贝基因尤甚。由于克隆筛选方法的发展，譬如分子杂交技术、基因表型筛选方法等等，现在从基因库中筛选特定的基因就不很困难了。近年来随着蛋白质纯化和肽链测序工作的进展，以及人工合成DNA技术的成熟，利用人工合成相应氨基酸序列的寡核苷酸探针，使基因的筛选和分离更为简便。基因库的构建过程（图）如下：
1，从细胞中制备染色体DNA (称供体DNA)，并把DNA剪切成片段。制备DNA时要维持染色体DNA一定大小，使基因序列尽可能不被随机断裂。
2. 剪切DNA，目前大部分采用识别四核苷酸的限制性核酸内切酶(AluⅠ、HaeⅢ、MboⅠ或Sau3AI的部分降解)。后两种酶更好，因为产生与BamHI相同的粘性末端结构，可插入到载体上BamHI位点。从理论上讲，识别四核苷酸的酶切随机排列DNA，每256(4⁴)个碱基对就有一个切口，因此采用部分酶解作用，可能提供带有完整基因结构的各种DNA片段。也有人采用识别六核苷酸的限制性核酸内切酶，例EcoRⅠ、HindⅢ、BamHⅠ等的彻底和部分降解产物组建基因库，但它们的随机性不如四核苷酸的酶解作用。组建基因库的另一种剪切供体DNA的方法是用超声波等机械作用切割DNA，这种切割的随机率很高，但是片段末端的结构极不一致，需要把末端切成平末端，并接上合适的限制性核酸内切酶的连接子，才能与载体DNA相连。

基因库构建示意图

3. DNA重组。切割的DNA片段大小会影响与载体DNA重组时的连接效率。若采用质粒DNA作载体时，小片段容易插入，而分子量大于10kb的片段则重组效率很低。如使用噬菌体替代型载体时，重组DNA体外包装噬菌体的效率与重组DNA分子大小有关。重组体DNA长度只有相当于野生型DNA长度(全长为48kb)的78～105%范围之内，才能有效地被包装成噬菌体，过长或过短的DNA链均不能被包装。因此插入片段必须有一定的大小，使之重组DNA的长度符合有效包装的限定长度。λDNA的长度则取决于λ载体上可被取代的那部分DNA的长度，例如目前应用比较多的是λEMBL3和L4的载体，插入片段可为14～20kb，最大不能超过22kb。而对于cosmid，其可容纳的片段大至45kb。总之，为了有效连接和有效包装或转化到细胞中，插入片段要进行分级，取得相对一致的大小以提高重组效率。
4. 大肠杆菌的克隆体系中，常用的载体有三类：质粒、λ噬菌体和Cosmid。而在构建基因库时，主要选用替代型的λ噬菌体载体，例如λEMBL3和λEMBL4、Charone4A、Charone 28等等。目前新发展的载体为Charone34、35。根据λ噬菌体基因组的结构特点，其线性分子两侧(常称为左、右两臂)的各基因是噬菌体存活所必需的，而中间一部分基因可被其他DNA替换，并不影响其噬菌体的生存。因此选用合适的限制性核酸内切酶位点可将λ噬菌体DNA两臂切割下来，而与外源性DNA片段重组连接，构成的重组体可用含噬菌体全部外壳蛋白的抽提液在体外包装成完整的噬菌体颗粒，以此感染大肠杆菌宿主细胞。重组噬菌体繁殖形成了噬菌斑。
选用λ噬菌体DNA作载体的优点是： 可接受较大分子量的外源性DNA片段(18～22kb)；使插入片段可包含有完整的基因结构，而且噬菌体的体外包装效率高，一般每微克正常的λDNA可达到10⁸pfu （噬斑形成单位）以上，重组体DNA也可达到5～10×10⁵pfu；用λ噬菌体感染大肠杆菌的效率也高，形成的噬菌斑适合于采用分子杂交技术来筛选克隆。因此，选用替代型λ载体构建基因库较为常见。
Cosmid是一种含有λ噬菌体cos位点序列的人工构建的质粒。它分子量不大，可容纳更大的插入片段，最大片段可达45kb。重组的cosmid借助其λ噬菌体cos位点的序列结构而可在体外包装成噬菌体颗粒。此颗粒如同噬菌体一样具有感染大肠杆菌的能力，进入宿主细胞后，则按质粒DNA的方式进行复制。但是用cosmid作载体来构建基因库，其难度比λ噬菌体的载体大。因为提供插入片段的供体DNA分子必须足够大，否则重组效率太低；其次，用DNA杂交技术筛选cosmid克隆时，其效率（菌落杂交法）低于噬菌体的噬菌斑杂交法。至于质粒DNA虽然其可容纳的外源性基因大小受到限制，但由于质粒比较容易操作，因此它也是构建基因库常用的载体，特别是用富集某种特殊基因的部分基因库的构建。

不同来源基因组在被构建基因库时所需要的克隆数目的理论值

基因组来源	单倍体基因组 的大小(bp)	插入片段为20kb* 所需克隆数目	插入片段为45 kb** 所需克隆数目
大肠杆菌（细菌） (Escherichia coli)	4.2×105	9.2×102	4.3×102
酵母（低等真核细胞） (Saccharomyces cerevisiae)	1.4×107	3.2×103	1.4×102
果蝇（真核细胞） (Drosophia melanogaster)	1.4×103	3.2×104	1.4×104
海胆（真核细胞） (Stonglyocentrotus purpuratus)	8.6×103	2.0×105	8.8×104
人类 (Homo sapients)	3.3×109	7.6×105	3.4×105
Triticum aestium （六倍体麦子）	1.7×1010	3.9×106	1.7×105

* 适用于λ替代型载体的插入片段平均大小；
** 适用于cosmid载体的插入片段大小。
5. 基因库中每一个克隆只含有所克隆的生物体基因组中某一特定片段。那么要构建多少数目的克隆才能使其真正具有该基因组的代表性呢？ 这将取决于克隆的外源基因组大小以及切割成插入片段的大小。Clarke和Carbon提出如下的计算公式：

P为所希望的具有代表全基因组的可能性，f是插入片段的大小对全基因组大小的一个比值，N为所必需的重组体克隆的数目。例如为了要达到基因库对基因组有99%的代表性，p=0.99，而待克隆的基因组片段的平均大小为17kb，哺乳动物基因组长度为3×10⁹bp,

N=8.1×10⁵，意思是对于长度为3×10⁹bp的基因组当切割成平均大小为17kb DNA片段来构建基因库时，要8.1×10⁵数目的克隆才能保证基因库的代表性是99%。按照此公式，我们可以计算出对于不同来源的基因组构建基因库时需要克隆数目的理论值（表）。
表中列举的构建一个完整的基因库(即p=0.99)所需的克隆数。虽然这是以供体DNA可被随机切割的假设下计算出来的，并不完全符合真实情况，但有很大参考价值。
对原核细胞和低等真核细胞来说，基因结构比较简单，基因库就可作为提供各种有兴趣基因的重要来源。而较高等的真核细胞，尤其是人和哺乳动物细胞，基因结构较复杂，一个结构基因往往可被几个以上插入序列 （内含子）分割，因此从基因库中分离基因片段很难直接作为研究表达产物用的模板材料。但是它对分析基因结构、研究基因表达有重要作用。

基因库gene pool

有性生殖生物的一个种群中所有基因的总和。为了维持物种的稳定，某一物种的遗传物质在自然条件下只能在该物种内相互作用。物种的维持和进化发展由基因库决定，一个完整的基因库应是一特定物种所具有的遗传信息的总量。

基因库Gene Pool

在任一有性繁殖的生物群体中，所有具有繁殖能力的个体所含有的基因或遗传信息的总和。它具有一定的平衡结构，在一序列世代中保持一个固定的组成。生物的基因型决定表现型和生物的遗传性状。因此，基因库是种质资源在分子水平的体现，是进行品种改良的分子依据。现代遗传育种的方法如杂交育种、辐射育种、激光育种、染色体工程、基因工程等，都是通过改变物种基因库的组成，即改变基因的结构或组成，而获得优质、高产、抗性强的品种。对基因库的组成、结构、特性及演化规律的研究，不仅对研究生物遗传、生物进化等有重要意义，而且是基因工程、品种选育等的理论基础。

基因库

gene bank (/pool)