噬菌体的研究历史,是同分子生物学、分子遗传学的创立和发展过程密切相关的。DNA复制机理的阐明、转录的终止作用、连接酶和解旋酶的发现、位点特异的重组作用、SOS修复机制等,均是以噬菌体为材料取得的重要研究成果。依据噬菌体的复制和生活周期等特点,已经构建了许多噬菌体载体,并广泛用于基因克隆、基因文库的构建等,是基因工程中不可缺少的实验材料。
λ 噬菌体是迄今为止研究得最为详尽的一种大肠杆菌双链DNA噬菌体。已经定位的λ 噬菌体基因至少有61个,其中一半左右参与了噬菌体生命周期的活动,我们称这类基因为λ 噬菌体的必要基因;另一部分基因,当它们被外源基因取代之后,并不影响噬菌体的生命功能,我们称这类基因为λ 噬菌体的非必要的基因。由外源基因取代非必要基因所形成的重组DNA,可以随着寄主大肠杆菌细胞一起复制和增殖,而且在其溶原周期中,它们的DNA是整合在大肠杆菌的染色体DNA上,成为大肠杆菌的一个组成部分。这是λ 噬菌体赖以发展作为基因克隆载体的一种重要特性。此外,λ 噬菌体还具有其它一些优点,比如它的研究历史比较悠久,无论是对其生物学特性还是遗传学背景,都有了深刻的了解,以至于在设计λ 噬菌体载体时,能够有把握判断λ基因组中什么区段是可以删除的,又有哪些特点是可以利用的;在寄主范围方面,λ 噬菌体较质粒载体要狭窄得多,因而作为基因载体自然也会更加安全;λ DNA两端具有由12个核苷酸的粘性末端,可用来构建柯斯质粒,这种质粒能容纳大片段的外源DNA的插入,真核基因组片段的基因文库是特别有用的载体。基因工程学家们正是利用λ 噬菌体具有的这些特性,将它发展成为一种有效的基因克隆载体系统,在重组DNA的研究中有着相当广泛的用途。
除了λ 噬菌体载体和柯斯质粒载体外,还有单链DNA噬菌体载体,如M13噬菌体载体。这些单链DNA噬菌体载体对于基因克隆所涉及的许多种实验,例如异源双链DNA分析、互补RNA的分离以及DNA 序列分析等,都具有相当重要的用途。同时,作为单链DNA载体,它具有其它载体所不具备的优越性:
第一,单链DNA噬菌体的复制,是以双链环状DNA为中间体。这种复制形式的中间体DNA,可以象质粒DNA一样,在体外进行纯化和操作。
第二,链DNA噬菌体的两种DNA,它们都能够转染大肠杆菌细胞;
第三,单链DNA噬菌体载体不存在包装限制问题;
第四,于测定外源DNA的插入方向。(http://www.ebiotrade.com/)