遺傳學是研究遺傳和變異的學科，從1865年孟德爾發表豌豆雜交實驗結果到20世紀40年代前發現的“遺傳核心是染色體”的經典遺傳學理論，確立了遺傳學的三大定律：分離律、自由組合律和連鎖交換律。20世紀40年代進入現代遺傳學階段，揭示了DNA為遺傳物質，對基因的結構、功能、調控等方面進行了深入探索。

醫學遺傳學由遺傳學與臨床醫學結合而成，主要研究人類疾病與遺傳的關系，目前已發展為多分支的綜合性學科。主要分支為：細胞遺傳學（研究染色體畸變與疾病的關系）、生化遺傳學（研究基因、蛋白質與遺傳病的關系）、分子遺傳學（基因水平的疾病研究，如基因診斷、基因治療等）、群體遺傳學（研究基因頻率的分布、變化規律）、發育遺傳學（研究發育過程中的基因表達和調控）、腫瘤遺傳學、免疫遺傳學、藥物遺傳學、優生學等。

遺傳性疾病是指因人體生殖細胞或受精卵的遺傳物質發生異常改變所導致的疾病，包括基因病和染色體病。基因病分為單基因病和多基因病，染色體病分為常染色體病和性染色體病。近幾十年來隨著醫學的發展，烈性傳染病和營養不良疾病得到控制，遺傳性疾病則成為威脅人類健康的重要疾病。目前已知的染色體病為100余種，單基因病達6000種以上，多基因病為100余種，其中高血壓、冠心病等成為當今人類致死的主要原因。

人類基因組計劃是一項規模宏大，跨國跨學科的科學探索工程，其宗旨在于測定組成人類染色體（指單倍體）中所包含的30億個堿基對組成的核苷酸序列，從而繪制人類基因組圖譜，并且辨識其載有的基因及其序列，達到破譯人類遺傳信息的最終目的。截止到2005年，人類基因組計劃的測序工作已經完成。人類基因組研究的目的不只是為了讀出全部的DNA序列，更重要的是讀懂每個基因的功能，每個基因與某種疾病的種種關系，對生命進行系統地科學解碼，從此達到從根本上了解認識生命的起源、種間、個體間差異的原因，疾病產生的機制以及長壽、衰老等困擾人類的最基本生命現象為目的。后基因組計劃是完成人類基因組計劃（結構基因組學）以后的若干領域，實際上是指完成順序后的進一步計劃，其實質內容就是生物信息學與功能基因組學，其核心問題是研究基因組多樣性，遺傳疾病產生的原因，基因表示調控的協調作用，以及蛋白質產物的功能。

人類通過生殖過程實現性狀的遺傳，經過減數分裂形成的父本和母本的配子（精子和卵子）相互結合，繼承來自父母的性狀。這一過程遵循三大定律。

生物體的遺傳性狀由成對的遺傳基因決定，這對基因一個來自父本，一個來自母本，控制同一種性狀，稱為等位基因。生物體形成配子，等位基因分離，分別進入不同的生殖細胞。

機體的基因組成稱為基因型。當決定某一性狀的一對基因由相同的基因組成，稱為純合子；反之，由不同基因組成稱為雜合子。雜合子狀態下顯示表型的基因為顯性基因，僅在純合子時才表現出性狀的基因為隱性基因。顯性基因控制的性狀或疾病為顯性遺傳，隱性基因控制的性狀或疾病為隱性遺傳。

分離律對疾病的遺傳分析具有重要指導意義。如，5α-還原酶缺乏癥為常染色體隱性遺傳，基因位于2號染色體。隱性致病基因用a表示，正常基因用A表示，基因型為AA或Aa者表現型正常，基因型為aa者發病。當基因型為Aa的兩個攜帶者婚配，根據分離律，配子形成時父母雙方的等位基因Aa分離，精子和卵子的A和a等量，精子與卵子隨機結合，子女的基因型可能為AA、Aa和aa，比例為1∶2∶1，子代完全正常的可能性為25%、攜帶者為50%，患者的概率為25%。

分離律揭示了等位基因的遺傳規律，對于非等位基因而言，非同源染色體兩對或兩對以上基因的分離相互獨立，以隨機組合方式分別進入配子。

人眼的顏色棕色（A）對藍色（a）是顯性，手的癖性右利（B）對左利（b）是顯性，這兩對等位基因位于非同源染色體。棕眼右利的兩個雜合子（AaBb）婚配，等位基因Aa分離，Bb分離，非等位基因隨機組合，精子和卵子形成AB、Ab、aB、ab四種。配子隨機結合后形成9種基因型和4種表現型，組合比例為9∶3∶3∶1（圖2-1）。

位于同一染色體的兩對或兩對以上基因常伴隨共同傳遞至下一代，這種現象稱為連鎖。減數分裂過程中同源染色體發生基因互換，稱為交換。

人類有22對常染色體和XY兩種性染色體，雄激素受體基因位于X染色體，與X染色體上的其他基因共同傳給下一代，此為連鎖遺傳。正常個體46，XY，精子形成的減數分裂過程中發生假常染色體基因交換，若交換超出假常染色體區，位于Y染色體上的睪丸決定因子（ SRY基因）將交換至X染色體，帶有 SRY的X染色體精子與正常卵子結合，患者為XX男性綜合征，表現型為男性，染色體核型則為46，XX。

單基因病由一對等位基因控制，遺傳規律遵循孟德爾定律。單基因病根據患病家系的系譜分析可分為5種：

特點：①垂直、連續傳遞；②患者的雙親中必有一人患病；③患者子女或同胞的患病率為50%；④患者的正常子女所生育的后代正常；⑤該性狀的傳遞與性別無關。

理論上，常染色體顯性遺傳雜合子（Aa）與純合子（AA）具有相同的表現型。實際上，由于各種復雜因素影響，雜合子可表現出不同的表現型。完全顯性遺傳，與顯性純合子表現完全相同；不完全顯性遺傳，介于顯性純合子和隱性純合子之間；不規則顯性遺傳，有時表現為顯性，有時表現為隱性；延遲顯性遺傳，個體發育晚期，顯性基因才表現；共顯性遺傳，兩種等位基因的作用均完全表現。

如，睪丸功能早熟GnRH非依賴性睪丸功能亢進癥（testoxicosis）、真兩性畸形和假性特納綜合征（ Noonan syndrome）均為常染色體顯性遺傳。

特點：①家系表現為散發病例；②患者雙親均為雜合子，無臨床癥狀；③性狀傳遞與性別無關；④近親婚配后代發病率明顯增高。

常染色體隱性遺傳病臨床表現比較一致。患者與正常純合子交配，后代為雜合子，表現型均正常；與雜合子婚配，后代發病率為50%；兩個雜合子婚配，1／4后代為患者，1／4為正常純合子，1／2為表現型正常的雜合子。

如，CYP21、CYP11、CYP17和HSD3B2缺乏癥和46，XX單純性性腺發育不全癥等均為常染色體隱性遺傳。

疾病由X染色體上的顯性致病基因決定，特點：①家系連續遺傳；②患者雙親一人患病；③女性患者約比男性多一倍；④男性患者的女兒均為患者，兒子全部正常；⑤女性患者生的女兒和兒子各有50%發病。

如，46，XY單純性性腺發育不全為X連鎖顯性遺傳。

特點：①家系不連續性明顯，父親不會傳給兒子；②男性發病率遠高于女性；③性狀由女性攜帶者傳遞；④患者的兄弟、外祖父、舅父、外甥、姨表兄弟和外孫可能是患者，其他親屬均不是患者。

如，睪丸女性化為X連鎖隱性遺傳。

因控制疾病的基因位于Y染色體，遺傳表現為家族中男性患者連續遺傳，不遺傳女性。如，外耳道多毛癥為Y連鎖遺傳病。

線粒體DNA是唯一存在于人細胞質中的DNA分子，編碼氧化磷酸化復合物體系中的多肽鏈，相對獨立于細胞核染色體進行復制和轉錄。受精卵中的線粒體DNA大都由母親的卵子提供，線粒體DNA突變導致的遺傳性疾病均主要由母親傳遞，少量亦可由父系傳遞，不遵守孟德爾遺傳方式，如Leber遺傳性視神經炎、糖尿病等可表現為線粒體遺傳。

高血壓、糖尿病等家族多發的疾病由多對微效基因控制，每對基因對表型影響較小，但呈現累積效應，在環境因素作用下發病，以這種方式遺傳的疾病稱為多基因遺傳病，特點：①發病風險與致病基因的作用密切相關。作用越大，患者一級親屬的發病率越高。②發病頻率隨親緣疏遠而減低。③家系中患者越多，病情越重，家庭成員發病風險越高。④患病率存在性別差異時，性別比例少的親屬，患病率較高。多基因遺傳病每對基因的遺傳性狀符合孟德爾定律，但性狀由多對基因共同決定，表現遠較單基因病復雜。⑤環境因素影響致病基因的表達。

又稱基因組印記，指來自雙親的基因或染色體存在功能上的差異，子女中來自父本與母本的基因表達不同，雙親中僅特定一方傳遞致病基因才發病。由于生殖細胞在生成過程中受到不同程度修飾，印記基因的表達受到抑制。如，脆性X綜合征、視網膜母細胞瘤等屬于此類疾病。

染色質是遺傳物質的載體，由DNA、組蛋白、非組蛋白及少量RNA組成（圖2-2）。一級結構是DNA環繞組蛋白形成的核小體，核小體螺旋狀壓縮形成螺線管和超螺線管的二級和三級結構。細胞進入分裂期，染色質進一步折疊形成染色體。有絲分裂中期，染色體結構最典型，是分析染色體的最佳時期。此期染色體含有兩條染色單體，以著絲粒為界分為長臂和短臂兩部分（圖2-2）。

人類體細胞的染色體為二倍體，含有22對常染色體和兩條性染色體。減數分裂過程中同源染色體分離，非同源染色體隨機組合進入不同配子，同源染色體上的等位基因可發生交換，是三大遺傳定律的細胞學基礎。根據染色體長度和著絲粒的位置，22對常染色體分為7組，順次編為1～22號。A組有1、2、3號染色體，為最大的一組染色體；B組包括4、5號，為近中著絲粒染色體；C組有6～12號染色體和X染色體；D組為13、14、15號，是較大的近端著絲粒染色體；E組有16、17、18號；F組包括19號和20號，是最小的中央著絲粒染色體；G組為21、21號常染色體和Y染色體，是最小的近端著絲粒染色體。（圖2-3）。

常染色體上有眾多與性別決定和發育相關的基因，如2號染色體有類固醇5α-還原酶2基因，類固醇生成因子1基因位于9號染色體，17β-羥化酶基因位于17號染色體等。

人類的性染色體有X染色體和Y染色體兩種，正常男性染色體為46，XY，女性為46，XX。生殖細胞在第一次減數分裂之前進行XX或XY染色體配對，第二次減數分裂之后形成23，X或23，Y精子和23，X卵子。受精后性染色體為XY的合子發育為男性，XX合子發育為女性。

Y染色體屬于G組的近端著絲粒染色體，一般較21、22號常染色體大。其短臂頂端有一個X染色體同源區，減數分裂時發生交換，稱為假常染色體區。緊鄰假常染色體區為性別決定區，含有睪丸決定因子基因，目前認為是 SRY（性決定區Y基因）。長臂靠近著絲粒區有影響精子發生基因、H-Y抗原基因等，遠端尚未發現有遺傳活性，其長度在人群中變異較大。不管有多少條X染色體，只要 SRY存在將啟動未分化性腺向睪丸發育。如果在減數分裂過程中XY染色體交換發生異常，將 SRY由Y染色體交換至X染色體，則含有 SRY的X精子與正常卵子結合可產生46，XX男性，而不含 SRY的Y精子則可產生46，XY女性。

X染色體所含結構基因遠較Y染色體多，與性別決定和分化相關的有雄激素受體基因、卵巢功能影響基因、Kallmann綜合征（KAL-1）基因、DAX-1（X染色體DSS——先天性腎上腺皮質增生關鍵區基因）等。此外還有紅綠色盲、血友病、肌營養不良等超過130種基因，這些疾病表現為伴性遺傳（圖2-4）。

正常卵巢發育需要兩條X染色體，不論體細胞有多少條X染色體，僅有1條具有轉錄活性，其余X染色體發生異固縮，分裂間期細胞核膜內側形成直徑約1μm的巴氏小體，其數目等于X染色體數減1。Y染色體長臂遠端為無轉錄活性的異染色質，分裂間期成為Y小體，數目與Y染色體數目一致。因此，檢測頰黏膜上皮細胞等體細胞，可初步確定性染色體組成。

染色體核型為有絲分裂中期染色體組的表型。將一個細胞的全部染色體制成圖像，排序并加以分析即為核型分析。制備染色體標本最常用外周血淋巴細胞，體外培養時加入植物凝集素刺激其進行有絲分裂，秋水仙堿處理，使細胞停留在分裂中期，經吉姆薩染色可得到非顯帶染色體標本。常用羊水細胞和絨毛細胞進行產前檢查。

近年來發展出多種染色體顯帶技術，每條染色體可呈現出特異的帶，從而被準確識別和鑒定。目前使用最廣泛的為G顯帶，可在中期染色體中顯示出320余條帶紋。高分辨率顯帶技術可顯示更多的帶紋，能檢測出更細微的染色體結構異常。G帶的命名遵循ISCN命名體制。每條染色體以著絲粒為標志區分長臂（q）和短臂（p），由著絲粒開始從臂上較明顯的界標向末端依次分區。每區包含幾條帶，按由近及遠的原則編號。所有條帶均以4個連續的符號表示，分別為染色體序號、臂符號、區號和帶號。如2p23表示2號染色體短臂2區3帶。進一步細分帶，需在原編號后加小數點，再加數字表示，如17q24.3。

染色體異常包括染色體數目和結構的異常，染色體病根據受影響染色體的類型分為常染色體病和性染色體病。異常可自發產生，也可由于電離輻射、誘變劑等理化因素和病毒等生物學因素引起。染色體異常多發生于生殖細胞減數分裂，也可發生于受精卵早期有絲分裂，或通過遺傳獲得。染色體異常多是由于多基因受影響造成。

人類體細胞染色體數目為二倍體，在此基礎上成倍增加或減少稱為整倍體異常，只增加或減少一條或數條染色體為非整倍體異常。若體內染色體核型為兩種或更多則構成嵌合體。

整倍體發生的機制可能為雙雄受精（兩個精子同時與一個卵子受精）、雙雌受精（卵子為二倍體）和核內復制（細胞在有絲分裂前復制了兩次）。三倍體染色體總數可達69條，四倍體為92條，由于易于發生自發流產而少有胎兒存活。

非整倍體異常包括單體型（缺少一條染色體，2n-1）、三體型（多出一條染色體，2n+1）、多體型（某號染色體有4條或4條以上），常為細胞分裂過程中同源染色體不分離或染色體丟失所致。常見的有21三體綜合征（47，XX或XY，+21），特納綜合征（45，X），克萊費特綜合征（47，XXY）等。

嵌合體常發生于性染色體，不同染色體數目的細胞群起源于同一合子者稱為同源嵌合體，來源于兩個以上合子者為異源嵌合體。45，X／46，XX，45，X／46，XY，46，XY／47，XXY等核型均常見。

染色體結構異常多由于染色體斷裂、丟失和重新組合不當造成。常見的有缺失、易位、插入、重復、環狀染色體、等臂染色體、雙著絲粒染色體等。

染色體結構異常可用簡式或詳式兩種方式描述。簡式描述由染色體總數、性染色體組成、結構異常類型、染色體序號、斷裂點區帶號等5部分組成，如特納綜合征患者一條X染色體短臂缺失可表示為46，X，del（Xp）。詳式則具體描述畸變染色體帶的組成，如21三體綜合征核型可為46，XX，-14，-21，+t（14q21q），表示染色體總數為46，性染色體組成為XX，14號染色體和21號染色體缺失，新的畸形染色體由14號染色體長臂和21號染色體長臂構成。

基因是編碼多肽鏈或RNA所必需的核酸片段，具有穩定性、特異性、自我復制性和可變性的特點。

DNA的基本單位是脫氧核苷酸，由腺嘌呤（A）、鳥嘌呤（G）、胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）—RNA中為尿嘧啶（U）—四種堿基之一和磷酸、脫氧戊糖各一個分子組成。四種脫氧核糖核酸以一定順序連接構成DNA的一級結構，具有5′端到3′端的方向性。兩條反向平行的DNA鏈圍繞同一軸心纏繞，按G-C、A-T互補配對的原則構成雙螺旋二級結構。DNA在此基礎上進一步扭曲，形成超螺旋等三級結構。

DNA中編碼序列并非連續排列，而是被不編碼的插入序列隔開。直接編碼RNA或蛋白質的部分稱為外顯子，插入序列稱為內含子。編碼區5′上游和3′下游的非編碼序列稱為側翼序列，包含轉錄所必需的調控序列，如啟動子、增強子、終止子等。

基因所攜帶的遺傳信息最終以蛋白質的形式發揮生理功能，其過程為：DNA以其自身為模板轉錄為信使RNA（mRNA），以mRNA為直接模板翻譯成為氨基酸序列。mRNA上每三個相鄰的核苷酸編碼一種氨基酸，稱為密碼子。密碼子均由5′到3′方向連續不重疊編碼，共有64個。其中AUG既是甲硫氨酸的密碼子，又是轉錄開始的信號，稱為起始密碼子，UAG、UAA、UGA不編碼任何氨基酸，是翻譯終止的信號，稱為終止密碼子。天然氨基酸只有20種，每種氨基酸至少有一個密碼子，最多可有6個密碼子，編碼同一氨基酸的密碼子稱為同義密碼子。這種現象稱為密碼的簡并性。

基因組泛指一個細胞或病毒的全部遺傳信息，既包括編碼序列，也包括大量存在的非編碼序列。人類基因組中編碼蛋白質的基因只占基因組總DNA量的2%～3%，多數基因的功能不明。根據基因的序列和出現頻率可將DNA序列分為以下幾種：①單拷貝序列：在基因組中僅出現一次或少數幾次，大多數結構基因為單拷貝基因。②中度重復序列：重復次數為數萬至數十萬，如Alu家族、KpnⅠ家族等，可能參與基因調控。組蛋白基因、tRNA基因等也屬此列。③高度重復序列：出現頻率＞10 ⁵。其中重復序列在9～24bp者稱為小衛星DNA，2～6bp者為微衛星DNA，可作為遺傳標記而用于基因診斷。④多基因家族：是一組來源相同、結構相似、功能相關的基因。若這些基因串聯排列在一條染色體上則稱為串聯重復基因，如rRNA基因、珠蛋白基因等。多基因家族中某些成員與有功能基因結構相似，但不產生有功能的基因產物，稱為假基因。如類固醇5α-還原酶2基因位于2號染色體短臂（2p23），而在X染色體長臂（Xq24-qter）有一個假基因。

基因的堿基組成或排列順序上的改變稱為基因突變。這將導致該基因編碼的多肽鏈氨基酸序列發生改變，影響蛋白質的結構和功能甚至個體表型。基因突變可以自然發生，也可以在理化因素誘導下發生，可以發生在體細胞中也可發生在生殖細胞而遺傳給后代。一方面基因突變對生物體是有害的，是導致衰老和疾病的原因；另一方面它為自然選擇提供了材料，是生物進化的前提。

基因中單個或少數幾個堿基的改變產生的DNA一級結構改變稱為點突變，是最常見的突變類型。根據突變對氨基酸序列的影響可分為以下幾類：①同義突變：突變密碼子與原密碼子所編碼的氨基酸相同，兩種密碼子為同義密碼子；②錯義突變：突變密碼子所編碼的氨基酸與原密碼子不同，導致蛋白質結構和功能的異常；③無義突變：突變密碼子為終止密碼，肽鏈的翻譯提前終止，產生無活性的片段；④移碼突變：DNA片段中插入或缺失的堿基對不是3的整數倍，造成下游氨基酸序列完全改變；⑤延長突變：終止密碼子發生突變，產生過長的氨基酸編碼；⑥非編碼區突變：如啟動子、剪接部位或加尾信號的點突變導致mRNA的質和量的異常。涉及多個堿基的基因片段可發生缺失、重復和插入，也可發生一段染色體的倒位、易位、插入等重排。

20世紀末是分子生物學技術飛速發展的時期，大量基因分析新技術問世，并朝著商品化、標準化、自動化方向發展，使這項過去只能在少數頂尖實驗室完成的工作用于臨床實踐。下面簡單介紹幾種目前常用的基因分析技術。

限制性核酸內切酶是一類能識別和切割雙鏈DNA分子中特定堿基順序的核酸水解酶。如果待測DNA序列中發生的突變使某一限制性內切酶的識別位點發生改變，則經該酶水解后的片段大小和數目將發生改變。對限制性內切酶譜中特定DNA片段的存在和分布情況的分析可檢測目標DNA是否正常。

個體基因間的差異稱為基因多態性，如果這種多態性發生在限制性內切酶識別位點上，用該酶水解DNA時會產生長度不一的片段，稱為限制性片段長度多態性（RFLP）。RFLP按孟德爾方式遺傳，可作為一種遺傳標志。如果致病基因與特異的多態性片段緊密連鎖，可通過對RFLP的檢測推測致病基因的存在。

核酸分子雜交是用已知序列的DNA或RNA片段（探針）按堿基互補配對原則與待測樣品核酸序列雜交，對其進行定性或定量的檢測。用于雜交的探針可以是基因組DNA、cDNA、RNA、cRNA或人工合成的寡核苷酸。探針預先使用示蹤物標記，雜交后經放射自顯影或顯色等方法檢測。常用的雜交方法有：①Southern印跡雜交：將待測DNA樣品純化，經限制性內切酶酶切、電泳分離及變性處理后，再轉移到固體支持物上雜交檢測。用于研究DNA；②Northern印跡雜交：研究對象為RNA，方法與Southern印跡雜交相似；③斑點雜交：將樣品點到硝酸纖維素膜上烘烤固定后進行雜交，是一種快速檢測微量核酸的方法；④原位雜交：在保持細胞基本形態情況下使探針進入細胞內雜交，可用于確定特定核酸序列在細胞、組織內的分布和表達水平。

體外核酸擴增技術是近年來發展起來的新興技術，可在體外使待測基因于較短時間內擴增數十萬到數百萬倍，經電泳分離后即可觀測結果，極大簡化了基因分析操作，縮短檢測時間，提高檢測靈敏度。目前最常用的是聚合酶鏈反應（PCR）技術。

PCR是在試管中進行的DNA復制反應，以待測DNA為模板，合成的一對寡核苷酸鏈為引物，在特定DNA聚合酶的催化下，經多次變性、退火、延伸的循環，使微量目標DNA得以大量擴增。

傳統的PCR方法因其實用性和高效性而獲得廣泛應用。在此基礎上又發展了許多新的PCR方法：①反轉錄PCR（RT-RCR）：以RNA為模板，先反轉錄生成cDNA，再以cDNA為模板進行PCR反應，可檢測出單個細胞中少于10個拷貝的RNA，也可對mRNA進行定量分析；②彩色PCR：用多種熒光標記不同的PCR引物，同時進行PCR，擴增后的產物帶有不同的染料以檢測突變位點；③不對稱PCR：用兩種不同濃度的引物進行PCR，得到單鏈DNA；④原位PCR：使引物、DNA聚合酶等進入細胞，在細胞內進行PCR反應，使靶序列與特定細胞聯系起來；⑤反向PCR：用于擴增已知序列兩側的未知序列。

PCR產物的分析方法有：①凝膠電泳分析：是分離、純化和鑒定DNA的首選方法，常用瓊脂糖和聚丙烯酰胺兩種介質，不同濃度的介質構成大小不同的分子篩孔，將不同分子量的DNA分離；②DNA序列測定：可將PCR產物裝入測序載體，也可直接測序。目前自動測序儀已經得到廣泛使用；③PCR-SSCP：SSCP（單鏈構型多態性）是指單鏈DNA在非變性凝膠中的泳動速度由其堿基順序決定，長度相同單個堿基不同的單鏈DNA電泳遷移率不同。將待測DNA片段進行PCR擴增后變性為單鏈，或進行不對稱PCR得到單鏈DNA，再通過非變性聚丙烯酰胺凝膠電泳檢測基因突變。該法是一種快速經濟的檢測手段；④PCR-ASO探針雜交：ASO是等位基因特異性寡核苷酸的縮寫。根據已知的突變基因合成長度約20個脫氧核苷酸的正常和突變序列的寡核苷酸探針，分別與PCR產物雜交檢測點突變；⑤等位基因特異性PCR：PCR引物的3′端與模板堿基互補時，反應可向下游延伸，反之則不能進行。如果已知特定位點上的基因突變，可根據突變序列設計引物擴增出突變片段而正常片段不能擴增，從而將兩者區分開來；⑥PCRRFLP：對含有限制性長度多態性的序列進行PCR擴增后進行RFLP分析，比傳統RFLP更方便快捷，靈敏度更高。

除了PCR反應，還有自動維持序列擴增（3SR）、鏈替代擴增反應（SDA）、連接酶反應（LCR）等核酸體外擴增技術。這些技術極大方便了基因分析工作，但與體內DNA復制相比仍比較復雜（需要變性、退火、延伸等溫度循環，而體內37℃恒溫），效率不高（需數小時而體內僅以分秒計）。因此發展更為簡便高效的體外核酸擴增技術也是分子生物學的研究重點之一。

基因打靶又稱為基因剔除，是20世紀80年代后半期發展起來的定向改造真核生物基因組的新技術。活細胞染色體DNA與外源性DNA的同源序列互補結合時，結合區的相應片段可發生交換，稱為同源重組，這種重組細胞可穩定遺傳。基因打靶就是利用這一性質將外源基因引入染色體DNA的特定片段上，對宿主細胞的染色體基因進行精細改造，被引入的基因可隨染色體DNA穩定復制。

1.構建基因打靶載體　將目的基因和與細胞內靶基因特異片段同源的DNA分子重組到帶有標記基因的載體上。根據打靶載體的設計不同，同源重組可在靶基因位點造成插入、置換或缺失，目前常用的設計策略有插入型載體策略、置換型載體策略、“打了就走”策略、雙置換法和基于重組酶的系統等5種。

2.將載體轉入重組細胞內　包括化學方法（磷酸鈣共沉淀和DEAE介導法等）、物理方法（電穿孔法和顯微注射法等）和生物方法（脂質體和病毒載體等）3種。其中物理方法的重組效率較高。

3.篩選已擊中的細胞　哺乳動物細胞中外源性DNA隨機插入基因組的頻率要比同源重組高，采用有效的方法篩選出同源重組的細胞克隆是必需的。常用的有PCR和Southern雜交分析等物理篩選法和啟動子缺失篩選法、Poly A缺失篩選法、正負選擇法等遺傳篩選方法。

4.觀察擊中細胞的生物學特性

通過定點改造基因組中的特定基因研究其功能和調控機制，從定點突變干細胞獲得突變基因模型，可了解基因的胚胎發育和生理功能。

可用正常基因替代異常基因，糾正或補償基因功能，也可阻斷基因的過量表達而達到基因治療的目的。

可克服物種遺傳壁壘的局限，將外源基因直接導入受精卵，獲得新的品系。

將基因打靶技術用于胚胎干細胞，并使之發育繁殖而獲得的動物為轉基因動物。最早的轉基因動物是轉基因小鼠，這種小鼠模型為闡明基因的功能及其在發育和疾病過程中的作用提供了最直接的途徑。例如， Wt1基因剔除小鼠，其性腺在胚胎發育第11天之前是正常的，此后性腺上皮顯著變薄，第12天開始凋亡，表明 Wt1對性腺分化是必需的。為研究DAX-1基因功能，將其插入XY胚胎，發現高水平外源性DAX-1基因表達對正常 SRY等位基因小鼠起著延遲睪丸分化的作用，而在 SRY等位基因較弱時將導致完全的性反轉，表明這兩種基因是相互拮抗的。基因缺陷動物模型也可用于藥物篩選，檢驗體細胞基因治療的效果。

繼轉基因小鼠成功后，人們開始培育畜牧業的轉基因動物。利用轉基因牛或羊的乳汁生產某些治療用的蛋白質，謂之動物藥廠。我國已用轉基因羊生產凝血因子Ⅸ。

基因診斷是運用現代分子生物學和分子遺傳學的方法檢查基因的存在、分析基因結構變異及表達狀態，從而對疾病作出診斷。該法僅需要微量標本即可在臨床癥狀出現之前及妊娠早期作出診斷，具有高度特異性和靈敏性，但現階段尚存在操作復雜、費用昂貴和可能出現假陽性結果等缺點。迄今為止，能用基因診斷的遺傳性疾病已超過200種。

基因診斷的途徑主要包括三種：①直接檢測基因突變，適用于已知致病基因的疾病。常用的技術有核酸雜交、PCR等；②基因連鎖分析，適用于致病基因未知的疾病。通過對RFLP進行家系連鎖分析，區分雙親的兩條染色體中哪條結構異常，監測家族成員中是否攜帶致病基因；③mRNA檢測，可定量分析，發現剪接加工缺陷和外顯子的變異。常用RT-PCR或Northern方法。

基因芯片是近年來出現的熱門技術，該技術系指將大量（通常每平方厘米點陣密度高于400）探針分子固定于支持物上后與標記的樣品分子進行雜交，通過檢測每個探針分子的雜交信號強度進而獲取樣品分子的數量和序列信息。關鍵技術包括探針固相原位合成技術和照相平板印刷技術以及激光共聚焦顯微技術。由于同時將大量探針固定于支持物上，所以可以一次性對樣品大量序列進行檢測和分析，從而解決了傳統核酸印跡雜交技術操作繁雜、自動化程度低、操作序列數量少、檢測效率低等不足。而且，通過設計不同的探針陣列、使用特定的分析方法可使該技術具有多種不同的應用價值，如基因表達譜測定、突變檢測、多態性分析、基因組文庫作圖及雜交測序等。最終有望用一滴血在一塊芯片上完成所有實驗室分析，提供標準、快速、準確的基因診斷。

基因治療是將治療基因通過合適的載體導入靶細胞，使之在體內有效表達以治療疾病。在遺傳疾病的基因治療中所采用的策略主要有2種：①基因置換：利用同源DNA片段的交換將基因定點導入受體細胞基因組中，用正常的基因替換缺陷基因。這是最理想的策略，但同源重組效率較低，距實用還有較大差距。②基因增補：將正常基因導入患者體內表達，以補償基因功能，但并未糾正缺陷基因。這是目前最常用的技術。

基因治療的三大關鍵技術是獲得目的基因、選擇合適的靶細胞和有效的基因轉移方法。獲得目的基因的前提是明確基因的功能及其表達調控。隨著人類基因組計劃的實施，人類必將更深入地了解基因與疾病的關系，獲得更多可用的目的基因。用于治療的基因可以是基因組DNA，也可以是cDNA，可由基因組DNA文庫、cDNA文庫克隆或PCR獲得，也可直接人工合成。靶細胞可分為生殖細胞和體細胞兩種，需根據疾病本身的特點、目的基因的種類、轉移途徑和方法等決定選擇何種靶細胞。由于生殖的復雜性和倫理道德因素的制約，人體生殖細胞基因治療受到嚴格禁止，目前的基因治療均選擇體細胞。常用的體細胞有淋巴細胞、骨髓干細胞、皮膚成纖維細胞、骨骼肌細胞、血管內皮細胞、肝細胞等。將目的基因導入體細胞有兩種途徑：一種是直接途徑，直接在體內轉移到靶細胞；另一種為間接途徑，將細胞取出體外培養，導入目的基因使之表達后回輸體內。基因轉移技術有物理法、化學法、膜融合法、病毒載體系統、質粒DNA直接轉移法等多種，其中病毒載體是主要的轉移載體，但轉染效率仍不能滿足臨床需求。

目前單基因遺傳病的基因治療已取得一定成功，如1990年美國進行的人類第一例臨床試驗是給一名腺苷脫氨酶（ADA）缺乏癥患者導入正常ADA基因獲得成功，我國對乙型血友病的基因治療也初見成效。腫瘤的基因治療也是目前的研究熱點。我國有三個基因治療項目已通過國家藥審，即將進入臨床試用。這三個項目分別是血友病治療、腦瘤自殺基因治療和喉癌基因治療。

基因治療是一種很有前景的治療方法，但目前治療程序繁瑣、花費昂貴、效果不盡如人意。今后還需要改進技術條件，評估治療的安全性和對倫理道德的影響，才可能廣泛應用于臨床。

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