王小燕 林軍

[摘 要] 瓊脂糖凝膠電泳技術(shù)是基因工程實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中必不可少的一項(xiàng)常規(guī)教學(xué)內(nèi)容。瓊脂糖凝膠電泳技術(shù)常用的核酸染料EB具有強(qiáng)烈的致突變能力和強(qiáng)致癌性。而核酸染料Genefinder屬于花青類植物染料，毒性很低，使用安全，可有效保護(hù)實(shí)驗(yàn)操作者和環(huán)境，且檢測(cè)核酸的靈敏度高。論述在基因工程實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)中應(yīng)用無(wú)毒的核酸染料Genefinder替代強(qiáng)致癌的EB作為基因工程瓊脂糖凝膠電泳中的核酸染料，闡述核酸染料Genefinder實(shí)施于在基因工程本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用及成效，并對(duì)完善核酸染料Genefinder在基因工程實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中的應(yīng)用提出思考。

[關(guān)鍵詞] Genefinder;基因工程;實(shí)驗(yàn)教學(xué);實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè);實(shí)踐與思考

[基金項(xiàng)目] 2021年度廣西壯族自治區(qū)教育廳，廣西學(xué)位與研究生教育改革課題“研究生核心課程‘系統(tǒng)生物學(xué)與生物信息學(xué)建設(shè)研究與實(shí)踐”（JGY2021134）;2019年度桂林醫(yī)學(xué)院校級(jí)教學(xué)改革項(xiàng)目“對(duì)分課堂在生物信息學(xué)教學(xué)改革中的應(yīng)用探索與研究”

[作者簡(jiǎn)介] 王小燕（1983—），女，江西上饒人，碩士，桂林醫(yī)學(xué)院生物技術(shù)學(xué)院實(shí)驗(yàn)師，主要從事分子生物學(xué)研究;林 軍（1977—），男，廣西桂林人，博士，桂林醫(yī)學(xué)院生物技術(shù)學(xué)院副教授，主要從事醫(yī)藥生物技術(shù)研究。

[中圖分類號(hào)] G642.0 ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A ? [文章編號(hào)] 1674-9324（2021）30-0128-04 ? [收稿日期] 2021-04-13

一、引言

基因工程（Genetic Engineering）又稱基因拼接技術(shù)和DNA重組技術(shù)。所謂基因工程是指在分子水平上對(duì)基因進(jìn)行操作的復(fù)雜技術(shù)，是將外源基因通過(guò)體外重組后導(dǎo)入受體細(xì)胞內(nèi)，使這個(gè)基因能在受體細(xì)胞內(nèi)復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯表達(dá)的操作[1] （P3-6）。理論知識(shí)具有抽象、豐富、零碎、更新快等特點(diǎn)，學(xué)生不易理解和掌握[2]。瓊脂糖凝膠電泳技術(shù)是基因工程相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程中必不可少的一項(xiàng)常規(guī)技術(shù)。熒光染料溴化乙啶（Ethidium Bromide，EB）是一種常規(guī)的核酸染料，被廣泛應(yīng)用于觀察、檢測(cè)瓊脂糖凝膠與聚丙烯酰胺凝膠中的DNA或RNA，具有簡(jiǎn)單、快速、靈敏度高的特點(diǎn)[3]。然而EB具有強(qiáng)烈的致突變能力和強(qiáng)致癌性，可插入相鄰堿基平面之間，引起基因突變，對(duì)實(shí)驗(yàn)者和周圍環(huán)境都有很大的危害[3-5]。一直以來(lái)，桂林醫(yī)學(xué)院生物技術(shù)學(xué)院的基因工程瓊脂糖凝膠電泳相關(guān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用EB染液浸泡的方法染色，由于EB除了劇毒性特點(diǎn)，還具有揮發(fā)性，同時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地也造成嚴(yán)重污染，需要設(shè)置專門的染色場(chǎng)地，需要對(duì)染液、染液杠及相關(guān)用品并做后續(xù)專門處理，這不僅對(duì)實(shí)驗(yàn)師生的身體帶來(lái)危害，同時(shí)也使實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本增加，給實(shí)驗(yàn)教學(xué)準(zhǔn)備工作帶來(lái)更大的工作量。

核酸染料Genefinder是作為EB的替代品的一種新型染料。與強(qiáng)致癌的EB不同，Genefinder屬于花青類染料，毒性很低，使用安全，可有效保護(hù)實(shí)驗(yàn)操作者和環(huán)境。研究表明，GeneFinder與dsDNA結(jié)合熒光信號(hào)可增強(qiáng)800～1000倍，檢測(cè)核酸的靈敏度是EB染色法的10倍左右，與美國(guó)Molecular Probe公司的SYBR Green I染料的靈敏度相當(dāng)[6-8]。鑒于此，該研究在桂林醫(yī)學(xué)院生物技術(shù)學(xué)院2018級(jí)和2019級(jí)生物技術(shù)本科基因工程瓊脂糖凝膠電泳相關(guān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程中用核酸染料Genefinder替代EB染料，取得良好的效果。

二、核酸染料Genefinder在基因工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)中的應(yīng)用

該研究通過(guò)比較預(yù)染法（10ul核酸染料Genefinder加入1ml 6×loading buffer混勻，每5ul DNA樣本加入1ul加有染料的6×loading buffer，130V穩(wěn)壓電泳半小時(shí)）、染料直接加入凝膠法（10ul核酸染料Genefinder/100ml瓊脂糖凝膠、1ul核酸染料Genefinder/100ml瓊脂糖凝膠、0.5ul核酸染料Genefinder/100ml瓊脂糖凝膠）、后染法 （100ml TBE加入10ul核酸染料Genefinder原液，電泳后直接將膠塊泡30min）三種核酸染料Genefinder使用方法，并對(duì)使用濃度和使用條件進(jìn)行反復(fù)摸索，最終得到在基因工程瓊脂糖凝膠電泳中使用核酸染料Genefinder的最佳實(shí)驗(yàn)條件。該研究使用的核酸樣品為多個(gè)公司的DMaker2000。該研究使用的核酸染料Genefinder是上海迪奧生物科技公司產(chǎn)品，它屬于花青素類染料，最大吸收峰是470nm，在可見(jiàn)光范圍。核酸染料Genefinder產(chǎn)品原液為10000×，原液用DMSO溶解。使用的6xloading buffer（上海生工），DNA Maker DL2000（上海生工;愛(ài)德森）。該研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，相較于在瓊脂糖凝膠中直接加入EB染料，直接在瓊脂糖凝膠中加入核酸染料Genefinder效果更好，在濃度梯度實(shí)驗(yàn)中，1ul核酸染料Genefinder/100ml瓊脂糖凝膠這個(gè)濃度效果最好，每個(gè)品牌的Maker2000的每個(gè)條帶都很清晰漂亮。而預(yù)染法結(jié)果中所有品牌的Maker2000中的100bp和200bp小片段條帶都看不到，重新用EB進(jìn)行染色之后可見(jiàn)。采用核酸染料Genefinder后染法結(jié)果顯示條帶不如采用EB后染法清晰。因此，該研究選用直接100ml瓊脂糖凝膠中加入1ul核酸染料Genefinder的方法應(yīng)用于桂林醫(yī)學(xué)院生物技術(shù)學(xué)院的基因工程本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)中，并首先應(yīng)用于2018級(jí)和2019級(jí)生物技術(shù)本科基因工程瓊脂糖凝膠電泳所有相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中。

三、核酸染料Genefinder在基因工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程中的應(yīng)用

該研究團(tuán)隊(duì)在桂林醫(yī)學(xué)院生物技術(shù)學(xué)院2018級(jí)和2019級(jí)生物技術(shù)本科的基因工程瓊脂糖凝膠電泳相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程中應(yīng)用核酸染料Genefinder（100ml瓊脂糖凝膠中加入1ul核酸染料Genefinder），整個(gè)瓊脂糖凝膠電泳相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程在桂林醫(yī)學(xué)院生物技術(shù)學(xué)院分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)配置了多套電泳儀、電泳槽、混勻儀、離心機(jī)等基因工程相關(guān)設(shè)備以及DNA提取、RNA提取、質(zhì)粒提取、酶切以及瓊脂糖凝膠電泳相關(guān)實(shí)驗(yàn)試劑和用品。在上課前的準(zhǔn)備階段，需要根據(jù)上課的班級(jí)建好實(shí)驗(yàn)小組，同學(xué)們也先行修習(xí)過(guò)相關(guān)的基因工程理論課程，然后教師將設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)步驟發(fā)到各個(gè)實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)中，同時(shí)建議同學(xué)們查找一些相關(guān)的實(shí)驗(yàn)資料?；蚬こ虒?shí)驗(yàn)是理論和實(shí)踐結(jié)合緊密的一門課程，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課中動(dòng)手操作項(xiàng)目較多。在動(dòng)手操作前對(duì)所要操作的內(nèi)容一無(wú)所知會(huì)影響實(shí)驗(yàn)操作，因此，高水準(zhǔn)的預(yù)習(xí)是實(shí)驗(yàn)成功的第一步。根據(jù)以往學(xué)生反饋，文字版的實(shí)驗(yàn)原理較抽象、不易理解，所以任課教師將實(shí)驗(yàn)原理以小視頻、GIF動(dòng)圖形式呈現(xiàn)，方便學(xué)生理解。在課堂教學(xué)階段，上課后教師會(huì)分析教學(xué)任務(wù)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中以學(xué)生為主體，教師在實(shí)驗(yàn)課上進(jìn)行指導(dǎo)，配合學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)，以便學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題。針對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，任課教師拿出往屆在基因工程瓊脂糖凝膠電泳相關(guān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程應(yīng)用EB染料時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，與這次在基因工程瓊脂糖凝膠電泳相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程中應(yīng)用Genefinder染料的實(shí)驗(yàn)結(jié)果做對(duì)比分析，然后在不同小組內(nèi)進(jìn)行討論，最后根據(jù)討論結(jié)果讓不同小組同學(xué)在給定的時(shí)間內(nèi)完成本次實(shí)驗(yàn)報(bào)告。基因工程實(shí)驗(yàn)結(jié)果最終以實(shí)驗(yàn)報(bào)告的形式呈現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)報(bào)告是對(duì)實(shí)驗(yàn)的總結(jié)。學(xué)生在寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告的過(guò)程中對(duì)所做的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行回顧，通過(guò)精修圖片、查閱文獻(xiàn)，按發(fā)表論文的要求撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，培養(yǎng)學(xué)生處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、撰寫高質(zhì)量文章的能力。對(duì)不同組遇到的問(wèn)題，教師需要適度地解釋和引導(dǎo)，而不是完全幫助解決和完成教學(xué)任務(wù)。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，要循序漸進(jìn)，爭(zhēng)取達(dá)到最好的教學(xué)效果。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)完成后，教師要根據(jù)不同小組的實(shí)驗(yàn)完成情況，給予分析、點(diǎn)評(píng)和總結(jié)。上課的同學(xué)都希望自己完成的實(shí)驗(yàn)任務(wù)得到肯定，對(duì)于完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)較好的同學(xué)要給予表?yè)P(yáng)，對(duì)于完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)不太好的同學(xué)也要給予鼓勵(lì)和關(guān)注，直到這部分同學(xué)也能獨(dú)立、完整地完成全部實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)。