LacZ基因

1969年，美國哈佛大學以Beckwith博士為首的研究小組，應用DNA分子雜交技術首次分離到lacZ基因後，該基因逐漸成為了一個廣泛應用的報告基因。但是，在秀麗線蟲中其主要應用於相對早期的環境暴露以及毒性的評價研究，應用已經很少 ^[2]  。LacZ基因編碼的β一半乳糖苷酶(簡稱β-gal)是由4個亞基組成的四聚體，可催化乳糖的水解。Beta-gal比較穩定，用X-Gal為底物進行染色時，呈藍色，便於檢測和觀察。LacZ基因的諸多優點使它成為基因工程實驗中的一個常用標記基因，比如常用於轉化菌株篩選，β-半乳糖苷酶顯色反應選擇法，即，藍白篩選。

轉基因小鼠實驗系統已被廣泛用於單一基因功能的研究，如組織特異表達和發育程序的調控。產生轉基因小鼠最普遍的方法是將DNA通過顯微注射注入受精卵的原核中。在研究小鼠胚胎髮育過程中外源基因的時空表達方面，將融合基因注射進入小鼠受精卵原核中更是一條行之有效的途徑。

通過上述方法，將SV40早期啓動子和LacZ基因形成的融合基因注入原核來研究小鼠胚胎着牀前期發育過程中外源基因的表達。發現注入的外源基因從4細胞到胚泡這段時期均有表達；在桑葚胚時期基因表達的胚胎數佔所檢測胚胎數的百分比最高(38%)；另外，表達依靠SV40啓動子的存在。

LacZ基因還可做為外源啓動子在小鼠早期胚胎髮育中是否有功能的指示基因，評估來自不同真核啓動子的基因表達情況。Stevens等人構建的融合基因含有可誘導的小鼠MT-1 promoter和LacZ基因，用鋅誘導處理後，表明MT-1 promoter從小鼠胚胎髮育開始就有功能，它在早至1細胞時期即能通過誘導使其後的LacZ基因表達。Bonnerot等用逆轉錄病毒感染多能幹細胞，通過beta-gal酶活性檢測或通過免疫電鏡技術，證明了所構建的融合基因nls-beta-Can所表達的蛋白分佈在細胞核周圍。用原核注射方法所得結果表明，與LacZ基因相融合的幾種啓動子（SV40e arly，R SV；be ta-actin)在2細胞胚胎中有功能而Mo-MLV啓動子則沒有功能。

不僅用於研究外源基因的時空表達。LacZ基因還可用於研究某基因轉錄起始點附近那段區域的DNA序列具有調控因子的作用及其功能如何。用LacZ基因與另一種來自小鼠熱休克蛋白基因hsp68的啓動子相連構成的融合基因來製造轉基因小鼠。

研究結果表明，hsp68基因轉錄起始點附近664到113之間的序列對成體尾組織和胎兒階段各種組織中LacZ基因的壓力誘導表達(stress-inducible expression)是有效的；融合基因從着牀前期胚胎到發育的胚泡階段為止對誘導不起反應，如同對內源hsp68基因報道的那樣；在發育的任何階段通過原位染色或Northern分析，甚至在內源基因hsp68組成表達的組織中均無組成表達。由此表明，該融合基因，除含有對熱和亞砷酸鹽誘導有效的序列外，還含有在發育期間控制組織特異性表達的序列。

用攜帶LacZ基因的重組逆轉錄病毒載體做為可移動的外顯子，可以對哺乳動物細胞未知轉錄單位進行原位分析。1989年構建了帶有LacZ基因的Mo-MuLV無轉錄能力的病毒衍生物。

Mo-M uL V LacZ，這種逆轉錄病毒載體可以隨機插入許多染色體位點，但在每一個細胞中僅插在一個位點上，該載體處於原病毒狀態時缺乏轉錄活性，當它插入到染色體上適當位置表達LacZ基因時，證明周圍染色體區域具轉錄單位，從而為產物還不知道的各種哺乳動物基因轉錄單位的鑑定、作用、分離和研究開闢了一條新的道路。

lacZ基因融合表達hsp-16.1轉基因品系首先是用於重金屬毒性的評價研究。重金屬鎘暴露濕著激活lacZ基兇融合表達hsp-16.1轉基因品系中lac Z報告基因活性，且這種活性可以被一定濃度鈣離子所抑制(Guvcn et al，1995)。lacZ基因融合表達hsp-16.1轉基因品系不僅僅可以用於評價重金屬水溶液暴露所誘發的毒性，還可以用於評價重金屬污染土壤樣品中的毒性，鎘污染土壤處理同樣可以激活lacZ基因融合表達hsp-16.1轉基因品系中lacZ報告基因活性(Powcr and dc Pomerai，1999)。

進而，lacZ基因融合表達hsp-16.1轉基因品系被用於重金屬聯合暴露毒性的評價研究。雖然高濃度銅或鋅污染土壤樣品只會誘發lacZ基因融合表達hsp-16.1轉基因品系動物m現較微弱的lacZ報告基因活性激活，但是聯合施加鎘與銅污染的土壤樣品誘發lacZ基兇融合表達hsp-16.1轉基因品系動物出現相對於單獨施加銅更強的lac Z報告基因活性激活，而聯合施加鎘與鋅污染的土壤樣品誘發lacZ基因融合表達hsp- 16.1轉基因品系動物則出現相對於單獨施加鋅更弱的lacZ報告基因活性激活(Power and dc Pomcrai，1999) ^[2]  。

在醫學方面，利用LacZ基因在哺乳動物中對某些重要蛋白質基因的時空表達和調控進行研究更是蓬勃發展，文獻量也增加較快。在哺乳動物中樞神經系統中，翻磷脂(myelin)對於軸突的形態、功能和生長有顯著影響。用由髓磷脂基本蛋白基因的啓動子與LacZ基因構成的融合基因製成轉基因小鼠來研究髓磷脂的時空表達，所得結果也被免疫細胞化學和超微結構的資料所證實。在基因時空表達方面，用類似方法人們還研究了人類zeta-globin基因、人類神經絲H基因、前腦啡肚基因、金屬硫蛋白酶組織抑制物(TIMP)基因等。通過同源重組將LacZ基因插入到基因方n位置，從而檢查fyn基因在中樞神經系統中的時空表達情況。在基因調控方面，通過利用LacZ基因來分析生肌決定基因myoD DNA的調控元件，從而進一步研究骨骼肌譜系決定的分子基礎。