一 基因工程的基本内容
基因工程又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。这种技术是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物。通俗地说，就是按照人们的主观意愿，把一种生物的个别基因复制出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。
基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的。DNA分子的直径只有20nm(粗细只有头发丝的十万分之一)，其长度也是极其短小的。如流感嗜血杆菌的DNA，长度只有083m，即使是较大的大肠杆菌，其长度也只有136m。要在如此微小的DNA分子上进行剪切和拼接，是一项非常精细的工作，必须要有专门的工具。
基因 *** 作的工具
用什么样的工具才能准确无误地对基因进行剪切和拼接呢？这是从事基因工程研究的科学家首先遇到的难题。例如，通过基因工程培育抗虫棉时，就需要将抗虫的基因从某种生物(如苏云金芽孢杆菌)中提取出来，“放入”棉的细胞中，与棉细胞中的DNA结合起来，在棉中发挥作用。这里遇到的难题主要有两个：首先是苏云金芽孢杆菌的一个DNA分子有许多基因，怎样从它的DNA分子的长链上辨别出所需要的基因，并且把它切割下来。其次是如何将切割下来的抗虫基因与棉的DNA“缝合”起来。为了突破这些难关，科学家进行了许多试验，最后他们发现了一种“基因剪刀”和“基因针线”，可以用来完成基因的剪切和拼接。
基因的剪刀——限制性内切酶 基因的剪刀指的是DNA限制性内切酶(以下简称限制酶)。限制酶主要存在于微生物中。一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割DNA分子(如图)。例如，从大肠杆菌中发现的一种限制酶只能识别GAATTC序列，并在G和A之间将这段序列切开。目前已经发现了二百多种限制酶，它们的切点各不相同。苏云金芽孢杆菌中的抗虫基因，就能被某种限制酶切割下来。
基因的针线——DNA连接酶 从图中可以看出，被限制酶切开的DNA两条单链的切口，带有几个伸出的核苷酸，它们之间正好互补配对，这样的切口叫做黏性末端。可以设想，如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶来切割，然后让两者的黏性末端黏合起来，似乎就可以合成重组的DNA分子了。但是，实际上仅仅这样做是不够的，互补的碱基处虽然连接起来，但是这种连接只相当于把断成两截的梯子中间的踏板连接起来，两边的扶手的断口处还没有连接起来(如图)。要把扶手的断口处连接起来，也就是把两条DNA末端之间的缝隙“缝合”起来，还要靠另一种极其重要的工具——DNA连接酶。
基因的运输工具——运载体 要将一个外源基因，如上面所说的抗虫基因，送入受体细胞，如棉细胞，还需要有运输工具，这就是运载体。作为运载体的物质必须具备以下条件：能够在宿主细胞中复制并稳定地保存；具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接；具有某些标记基因，便于进行筛选。目前，符合上述条件并经常使用的运载体有质粒、噬菌体和动植物病毒等。
质粒是基因工程最常用的运载体，它广泛地存在于细菌中，是细菌染色体外能够自主复制的很小的环状DNA分子，大小只有普通细菌染色体DNA的百分之一(如图)。质粒能够“友好”地“借居”在宿主细胞中。一般来说，质粒的存在与否对宿主细胞生存没有决定性的作用。但是，质粒的复制则只能在宿主细胞内完成。
大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌等细菌中都有质粒。因为土壤农杆菌很容易感染植物细胞，所以科学家培育转基因植物时，常常用土壤农杆菌中的质粒做运载体。
基因 *** 作的基本步骤
进行基因 *** 作一般要经历四个基本步骤，也就是基因 *** 作的“四步曲”。
提取目的基因 基因 *** 作的第一步，是取得人们所需要的特定基因，也就是目的基因(如图)。如前
面提到的苏云金芽孢杆菌中的抗虫基因，还有植物的抗病(抗病毒、抗细菌)基因、
种子的贮藏蛋白的基因，以及人的胰岛素基因、干扰素基因等，都是目的基因。
要从浩瀚的“基因海洋”中获得特定的目的基因，犹如大海捞针，是十分不易的。科学家们经过不懈地探索，想出了许多办法，概括地说，主要有两条途径：一条是从供体细胞的DNA中直接分离基因；另一条是人工合成基因。
直接分离基因最常用的方法是“鸟q法”，又叫“散d射击法”。这种方法犹如用猎q发射的散d打鸟，无论哪一颗d粒击中目标，都能把鸟打下来。鸟q法的具体做法是：用限制酶将供体细胞中的DNA切成许多片段，将这些片段分别载入运载体，然后通过运载体分别转入不同的受体细胞，让供体细胞所提供的DNA(外源DNA)的所有片段分别在各个受体细胞中大量复制(在遗传学中叫做扩增)，从中找出含有目的基因的细胞，再用一定的方法把带有目的基因的DNA片段分离出来。如许多抗虫、抗病毒的基因都可以用上述方法获得。
用“鸟q法”获取目的基因的缺点是工作量大，具有一定的盲目胜。又由于真核细胞的基因含有不表达的DNA片段，不能直接用于基因的扩增和表达，因此，在获取真核细胞中的目的基因时，一般是用人工合成基因的方法。
目前人工合成基因的方法主要有两条途径。一条途径是以目的基因转录成的信使RNA为模板，反转录成互补的单链DNA，然后在酶的作用下合成双链DNA，从而获得所需要的基因。另一条途径是根据已知的蛋白质的氨基酸序列，推测出相应的信使RNA序列，然后按照碱基互补配对原则，推测出它的结构基因的核苷酸序列，再通过化学的方法，以单核苷酸为原料合成目的基因(如图)。如人的血红蛋白基因、胰岛素基因等就可以通过人工合成基因的方法获得。
20世纪80年代以后，随着DNA核苷酸序列分析技术的发展，人们已经可以通过DNA序列自动测序仪(见本章题图左上照片)对提取出来的基因进行核苷酸序列分析，并且通过一种扩增DNA的新技术(也叫PCR技术)，使目的基因片段在短时间内成百万倍地扩增。上述新技术的出现大大简化了基因工程的 *** 作技术。
目的基因与运载体结合 将目的基因与运载体结合的过程，实际上是不同来源的DNA重新组合的过程。如果以质粒作为运载体，首先要用一定的限制酶切割质粒，使质粒出现一个切口，露出黏性末端。然后用同一种限制酶切断目的基因，使其产生相同的黏性末端。将切下的目的基因的片段插入到质粒的切口处，再加入适量的DNA连接酶，质粒的黏性末端与目的基因DNA片段的黏性末端就会因碱基互补配对而结合，形成了一个重组DNA分子(如图)。如人的胰岛素基因就是通过这种方式与大肠杆菌中的质粒DNA分子结合，形成重组DNA分子(也叫重组质粒)的。
将目的基因导入受体细胞 目的基因的片段与运载体在生物体外连接形成重组DNA分子后，下一步是将重组DNA分子引入受体细胞中进行扩增(如图)。
基因工程中常用的受体细胞有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞等。
用人工的方法使体外重组的DNA分子转移到受体细胞，主要是借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。例如，如果运载体是质粒，受体细胞是细菌，一般是将细菌用氯化钙处理，以增大细菌细胞壁的通透性，使含有目的基因的重组质粒进入受体细胞。目的基因导入受体细胞后，就可以随着受体细胞的繁殖而复制，由于细菌繁殖的速度非常快，在很短的时间内就能够获得大量的目的基因。
目的基因的检测和表达 以上步骤完成以后，在全部受体细胞中，真正能够摄入重组DNA 分子的受体细胞是很少的。因此，必须通过一定的手段对受体细胞中是否导入了目的基因进行检测。检测的方法有很多种，例如，大肠杆菌的某种质粒具有青霉素抗性基因，当这种质粒与外源DNA组合在一起形成重组质粒，并被转入受体细胞后，就可以根据受体细胞是否具有青霉素抗性来判断受体细胞是否获得了目的基因。
重组的DNA分子进入受体细胞后，受体细胞必须表现出特定的性状，才能说明目的基因完成了表达过程。例如，科学家最初做抗虫棉试验时，虽然已经检测出棉的植株中含有抗虫的基因，但让棉铃虫食用棉的叶片时，棉铃虫并没有被杀死，这说明抗虫基因还不能在高等植物中表达。科学家在研究的基础上，又一次对棉植株中的抗虫基因进行了修饰，然后再让棉铃虫食用棉的叶片，结果食用的第二天棉铃虫就中毒死亡了。这说明抗虫基因在棉植株中得到了表达有多个剪切体的基因，如何构建表达质粒
骨桥蛋白（osteopontin, OPN）是一种蛋白质，广泛的分布于多种组织和细胞中，能够参与组织修复，自身代谢等功能。
基因剪切,又称基因拼接技术和DNA重组技术,是以分子遗传学为理论基础,以分子生物学和微生物学的现代方法为手段,将不同来源的基因按预先设计的蓝图,在体外构建杂种DNA分子,然后导入活细胞,以改变生物原有的遗传特性、获得新品种、生产新产品基因工程技术为基因的结构和功能的研究提供了有力的手段二十一世纪世界十大科技成果和中国十大科技成果
2000年
世界
一、科学家公布人类基因组“工作框架图”
二、美研制出最先进的量子计算机和生物计算机
三、美开发出12万亿次超级计算机
四、国际空间站迎来第一批长住宇航员
五、科学家发现τ子中微子存在的直接证据
六、科学家发现存活了25亿年的细菌
七、法国实施基因疗法首获成功
八、艾滋病研究取得重要进展 科学家在实验室中发现了两种能遏制整合酶运动的物质——二酮酸抑制剂的化合物家族成员。试验表明，它们能阻止艾滋病毒遗传物质与人体白细胞遗传物质相结合。
九、美科学家研制出分子开关
十、科学家制造出直径04纳米的碳纳米管
中国
一、袁隆平主持超级杂交稻研究取得重大成果
二、在世界上率先破译对虾病毒遗传密码
三、中科院金属所在世界上首次观察到纳米金属材料室温下的超塑延展性
四、上海有机化学所率先合成高活性抗癌物质
五、高性能计算机开发应用取得重大突破
六、首次发现新的物质波干涉现象。
七、中国网通宽带高速互联网开通
八、在世界上首次完成生物制氢中试研究
九、我国在世界上首创电磁式生物芯片
十、国防科技大学研制成功我国第一台类人型机器人。
2001年
世界
一．纳米技术领域获得多项重大成果。
二．科学家发现RNA（核糖核酸）多才艺。它不仅是遗传物质的信使，还能执行其他工作。例如，1科学家去年发现一些RNA小片段能够使植物基因处于关闭状态。2今年又在老鼠和人身上发现了类似的“RNA干扰”现象。3细胞生物学家还发现信使RNA是如何拼接在一起的，而信使RNA是DNA信息和蛋白质信息之间的生化连接。
三．太阳中微子的失踪之谜被揭示。
四．“人类基因组计划”同时公布进一步完善后的人类基因组图，提前完成人类基因组测序计划。另 外，还有60多种生物的基因组在2001年被测定。
五．两项超导发现将超导温度推向更高水平，科学家在实现室温零电阻电流的道路上又迈进一步。 六．科学家在发育中的神经系统里发现了分子信号如何诱导和压制神经轴突的生长，这将有助于科学家找到修复受损成年神经的方法。
七．一种新的抗癌药物、特效“智能炸d”出现，专门对付致癌的明确生化缺陷。该药能抑制与某种白血病有关的缺陷酶。
八．玻色－爱因斯坦理论取得进展。
九．国际气候变化专家调查组首次正式表明，过去50年中的全球变暖现象很可能是由大气中的温室气体聚集造成的，人类、而非自然是全球变暖的原因。
十．确定二氧化碳沉降。二氧化碳沉降吸收了美国当前温室气体排放量的约三分之一。
中国
一、我国第一艘无人飞船“神舟二号”发射成功。
二、人类基因组“中国卷”率先绘制完成 “中国卷”完成图的覆盖率从90％提高到100％，准确率从99％提高到9999％。
三、我国首次独立完成水稻基因组“工作框架图”和数据库
四、我国建成世界上最大种质资源库。 保存种质资源数量处于世界第一，长期贮存的种子数量达到33万多份。
五、性能最高的超级服务器“曙光3000”研制成功
六、科学家成功直接观察分子内部结构
七、我国早期生命研究获重要成果 《中国澄江化石库中发现新的后口动物门》，并将这一奇特的绝灭类群命名为“古虫动物门”。这是《自然》杂志近年来第6次公布舒德干等在“寒武纪生命大爆 发”研究这一重大前沿领域的系列性科学发现，为全面、准确揭示寒武纪生命大爆发的属性和力度提供了可靠证据。
八、我国新核素合成研究获突破
九、全国土地资源“家底”摸清
十、我国创世界棉花单产“三连冠”
2002年
世界
一．“小分子核糖核酸（ micro－RNA）”被列为今年最重要的新发现。
二太阳中微子丢失之谜被揭破；
三水稻和蚊子等基因组测序工作完成；
四成功拍摄宇宙“婴儿”期照片；
五冷热体验机理研究获新突破；
六超快速摄影捕捉到绕原子核旋转的电子；
七发现有助于实现人体生物钟调节的新型光敏细胞；
八开发出太空摄影新技术；
九开发出拍摄细胞三维图像的新技术；
十发现600万年前的古人类头盖骨。
中国
一中国科学家率先绘制出水稻基因组精细图和水稻第四号染色体精确测序图。
二"神舟"三号、四号飞船发射成功。
三中国发现首个世界级大气田，探明储量六千多亿立方米。
四三峡工程导流明渠截流成功。
五中国第三代移动通信系统研制成功。
六中国已初步掌握当代CPU关键设计制造技术。
七浙江省农科院培育出世界上含油量最高的油菜新品系。
八"神光二号"巨型激光器研制成功。
九北京大学医学部科学家初步揭开人类细胞衰老之谜。
十联想推出首台实测速度超过万亿次计算机。
2003年
世界
一、美国科学家研制出世界最小的纳米电动机
二、世界卫生组织正式确认冠状病毒的一个变种是引起非典型肺炎的病原体。科学家还完成了“非典”病毒基因组测序。
三、多国科学家相继破译人类第十四号、七号、六号和Y染色体。
四、科学家首次测出引力速度。这次实验再次证实了爱因斯坦的理论是正确的。科学家确信引力传播的速度与光速相等。
五、国际科研小组创造世界最低温度纪录。国际科研小组，在实验室内达到了仅仅比绝对零度高零点五纳开尔文的温度,这是人类历史上首次达到绝对零度以上一纳开以内的极端低温。
六、世界第一个修补大脑的芯片问世(美国)。
七、二00三年六月二日欧洲和美国火星探测器发射成功。
八、干细胞研究取得一系列突破性进展。美国科学家首次对人类胚胎干细胞完成了基因工程 *** 作，在干细胞应用于医疗研究上前进了一大步；日本科学家用猴子胚胎干细胞成功生成血管和神经，大大拓宽了再生医疗的前景，日本科学家还首次培育出人体胚胎干细胞；法国科学家首次用胚胎干细胞培育出生殖细胞；澳大利亚科学家首次用胚胎干细胞培育出肺细胞；中国科学家首次将人类皮肤细胞与兔子卵细胞融合，培植出人类胚胎干细胞；美国科学家发现鼠的胚胎干细胞在培养皿中既能发育成精子也能发育成卵子，新发现对研究生殖细胞发育和某些不育症也许会有帮助。
九、日本研制出量子计算机基本电路。
十、美国科学家发现暗能量存在的直接证据。
中国
一．首次载人航天飞行获得圆满成功。
二．科学家揭示出水稻高产的分子奥秘和超级杂交稻研究取得重大突破，超级杂交水稻示范田平均亩产达800多公斤。
三．抗击非典科研取得阶段性重大成果；
四 金属材料表面纳米化技术和全同金属纳米团簇取得突破进展，在300摄氏度的环境中成功实现纯铁块表面氮化，研制成功一种新纳米材料—全同金属纳米团簇；
五．上海建成世界上第一条商业化运营的磁浮列车示范线并运行成功；
六．三峡水库蓄水成功、永久船闸通航、首批发电机组全部投产。
七．中国科技大学在量子通信实验领域取得重大进展，为未来远距离量子通信等奠定了基础；
八．百万亿数据处理超级服务器研制成功；
九．中国科学院等离子所可控热核聚变实验研究获重大突破，继续保持世界领先地位；
十．发现长着4个翅膀的恐龙，为鸟类飞行起源于树栖动物、经历了一个滑翔阶段的假说提供了关键性证据。
2004年
世界
一．“勇气”号和“机遇”号火星车登陆火星并发现有水的证据；
二．美超音速飞机创飞行时速超万公里新纪录
三．“卡西尼”号飞船成功进入土星轨道；
四．韩、美科学家首次利用克隆技术获得人类胚胎干细胞；
五．美科学家首次利用核磁共振技术观测到单个电子；
六．美研发利用核反应堆大规模制氢技术；
七．日开开发出世界最快光通信技术；
八．美天文学家发现太阳系最遥远的大天体；
九．法艾滋病病毒抗体研究获得重要进展；
十．以、美科学家研制成能够停止或暂停的分子马达。
中国
一．10亿次高性能计算机启用并跻身世界十强；
二．我国首座国产化商用核电站建成投产；
三．西气东输工程全线实现商业运营；
四．我国第一个下一代互联网主干网开通；
五．“探测二号”卫星发射成功；
六．纳米“超级开关”材料研制成功；
七．高精度水下定位导航系统研制成功；
八．我国科学家破解膜蛋白晶体结构难题；
九．我国量子信息实验领域取得重大突破；
十．我国海域油气资源战略调查获重大突破基因都是DNA，都由同样的四种碱基互补配对而成，所以可以在受体生物体内进行转录翻译，也就是可以基因表达。
PS我想补充的是，楼主问的貌似是“可拼接在一起，且不影响基因表达”，我回答的也是理论上存在的可能，至于实践上的困难像是不是会拼错地方这些不在中学考虑的范围内，单就楼主的这个问题来说是不需要考虑的像二楼那么复杂的
基因就是具有遗传效应的DNA片段。高中水平理解“基因重组”如下即可
1、基因重组只发生在有性生殖的减数分裂过程：
减数第一次分裂前期的交叉互换；
减数第一次分裂后期随非同源染色体自由组合非等位基因的自由组合。
2、人为定向的基因重组：基因工程（又叫DNA重组技术或基因拼接技术)
3、还有一种情况也是基因重组,就是细菌的转化，如高中必修2教材中S型肺炎双球菌的DNA进入活的R型细菌内与其基因组重组使其转化为S型细菌
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