生物信息学.docx

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生物信息学

绪论

一、生物信息学的定义与内容

生物信息学是采用计算机技术和信息论方法研究蛋白质及核酸序列等各种生物信息的采集、储存、传递、检索、分析和解读的科学，是现代生命科学与信息科学、计算机科学、数学、统计学、物理学和化学等相互渗透而形成的交叉学科。

生物信息学研究内容丰富，主要包括基因组和蛋白质组（proteome）数据分析、生物芯片信息解读、生物信息数据库以及生物学文献等方面，其中很多领域是当今生命科学的重大前沿研究。

（一）基因组和蛋白质组数据分析

（二）生物芯片信息解读

（三）生物信息数据库

（四）生物信息学的其他研究领域

二、生物信息学的产生与发展

近20年来生物学海量数据的积累催生了生物信息学。

1991年出现了“bioinformatics”一词，但标志生物信息学产生的许多事件，早在此前便已发生。

纵观生物信息学的发展历史，大致可将它分为以下3个主要阶段。

（一）前基因组时代的生物信息学

（二）基因组时代的生物信息学

（三）后基因组时代的生物信息学

三、生物信息学的应用

首先，在人类基因组计划、国际水稻基因组测序计划以及其他许多模式生物的基因组计划中，生物信息学发挥了越来越大的作用；

其次，在目前方兴未艾的生物芯片产业中，生物信息学方法是生物芯片数据处理的必要工具；

此外，生物制药也是生物信息学应用的重要领域，生物信息学为新药筛选和靶标设计提供了新的方法，大大减少了开发成本并缩短了开发周期。

四、生物信息学的学习方法

生物信息学是一门新兴学科，人们对其定义以及研究领域尚存在不同的看法，有些院校甚至尚未开设此课程。

因此，目前关于生物信息学教学与学习方法的资料还不多。

尽管如此，在学习生物信息学时应该注意以下几点。

（一）采用多学科交叉的方法来学习

（二）以网络作为平台和工具进行学习

（三）在理论与实践的高度互动中学习

第一章生物信息学的分子生物学基础

第一节生物大分子

一、蛋白质

（一）蛋白质的结构

1、蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构是指蛋白质分子中氨基酸残基的排列顺序。

2、蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构至少可涉及3个以上乃至肽链中的大部分残基，氢键是维持其结构稳定的主要作用力。

蛋白质的二级结构主要有α螺旋、β折叠和β转角3种基本类型。

它们广泛存在于球状蛋白质内。

3、蛋白质的三级结构肽链在二级结构的基础上，可进一步折叠成结构及其功能相对独立的球状分子结构，即为三级结构，还有些较大蛋白质的肽链会折叠成具有结构域的三维结构。

4、蛋白质的四级结构仅含一条肽链的蛋白质，为单体蛋白质，含两个或两个以上亚基的蛋白质，为寡聚蛋白质，如血红蛋白由4个亚基组成，天冬氨酸转氨甲酰酶由12个亚基组成等，在这些蛋白质中，亚基的空间关联和缔结构成其四级结构。

（二）蛋白质的性质

蛋白质是两性电解质，既能与酸作用，也能与碱作用。

其解离基团除肽链末端的α氨基和α羧基外，主要还有肽链上氨基酸残基侧基上的氨基、羟基、咪唑基、胍基、酚基和巯基，在一定pH值条件下这些基团解离成带电基团而使蛋白质带电。

蛋白质是一种亲水胶体，在其表面可以形成水化膜，同电荷性的颗粒不会聚集而沉淀。

因此可采用渗析法来分离纯化蛋白质。

当蛋白质溶液中加入适当的试剂如盐类、有机溶剂、重金属盐及某些酸类时，蛋白质便会沉淀析出。

变性作用天然蛋白质因受物理因素或化学因素的影响，其分子内部原有的高度规律结构会发生改变，致使蛋白质的理化性质和生物学性质改变而一级结构并不破坏，此种现象称为变性作用。

能使蛋白质变性的因素很多，化学因素有强酸、强碱、尿素、胍、去污剂、苦味酸和乙醇等；物理因素有高温（70~100℃）、激烈搅拌、射线和超声波等，不同蛋白质对这些外界因素的敏感程度不同。

蛋白质变性首先表现为失去生物活性，如酶失去催化能力，同时理化性质也发生改变，如溶解度降低等。

变性作用破坏的只是二级结构和三级结构。

因此蛋白质的组成和相对分子质量是不变的。

在理化因素影响不太激烈的条件下，变性是可逆的，但激烈时就成为不可逆反应。

二、核酸

（一）核苷酸

核酸是一种线形多聚核苷酸，它的基本结构单元是核苷酸。

核苷酸由戊糖、碱基和磷酸组成，在核苷酸分子中，戊糖和碱基缩合成糖苷键而形成核苷，核苷中的戊糖羟基被磷酸酯化而形成核苷酸。

核苷酸分为核糖核苷酸与脱氧核糖核苷酸两类。

不同核苷酸用其碱基的第一个字母表示

（二）DNA的结构

1、DNA的一级结构DNA的一级结构是由4种脱氧核糖核苷酸通过3',5'-磷酸二酯键连接起来的线形或环形多聚体，由于脱氧核糖中C-2'上不含羟基，C-1'又与碱基相连接，唯一可以形成的键是3',5'-磷酸二酯键，所以DNA没有侧链。

2、DNA的二级结构DNA的二级结构为双螺旋结构，其特点如下：

（1）DNA分子是由两条反向平行的多核苷酸链围绕同一个中心轴构成的双螺旋结构，多核苷酸链的方向取决于核酸间磷酸二酯键的走向，习惯上以5'→3'为正向，两条链都是右手螺旋，链之间的螺旋形成凹槽，一条较深，一条较浅。

（2）两条链的碱基层叠于螺旋内侧，碱基平面与纵轴相垂直，碱基之间堆积距离为0.34nm，磷酸基与脱氧核糖在外侧，彼此通过3',5'-磷酸二酯键相接形成DNA的骨架，糖环平面与纵轴平行，双螺旋的平均直径为2nm，两个核苷酸之间夹角为36°。

因此沿中心轴每旋转一周有10个核苷酸，螺距为3.4nm（图1-3）。

（3）两条核苷酸链依靠碱基之间形成的氢键相联系而结合在一起，一条链上的嘌呤碱基必须与另一条链嘧啶碱基相匹配。

A与T相结合，其间形成两个氢健，G与C相结合，其间形成3个氢键，因此G与C之间连接更为稳定。

稳定DNA双螺旋结构的作用力主要有三种：

第一种是互补碱基对之间的氢键；第二种是由于芳香族碱基的π电子云之间相互作用而引起的碱基堆积力；第三种是磷酸残基上的负电荷与介质中的阳离子之间形成离子键。

3、DNA的三级结构双链DNA多数以线形存在，某些病毒、线粒体、叶绿体及某些细菌中的DNA则为双链环形，这些环形DNA可以进一步扭曲折叠成“超螺旋”的三级结构。

（三）RNA的结构

1．tRNAtRNA是转运氨基酸的RNA，。

其相对分子质量在25000左右，由70~90个核苷酸组成，沉降系数（大分子在单位离心力场的沉降速度，以S表示，1S=10-13sec）约4S；碱基组成中有较多的稀有碱基；此外，RNA的二级结构都呈三叶草形，由氨基酸臂、二氢尿嘧啶环、反密码环、额外环和假尿嘧啶核苷-胸腺嘧啶核糖核苷环（TΨC环）组成。

2、mRNAmRNA在DNA和蛋白质之间起信息传递媒介作用，即DNA模板链转录为mRNA，然后翻译成氨基酸序列。

3、rRNArRNA即核糖体RNA，共分3种，原核生物的核糖体由5SrRNA，16SrRNA和23SrRNA所组成，分别含有120、1541和2904个核苷酸。

（四）核酸的性质

1、DNA变性当DNA溶液的温度升高时，核酸二级结构会受到破坏，使有规律的螺旋型双链结构变成单链无规律的“线团”。

从天然状态分子转变到变性状态分子，这一过程称为变性。

2、DNA复性与“杂交”DNA变性后双螺旋两条链分开，如果DNA溶液迅速冷却，两条单链会继续保持分开状态，如果缓慢冷却，则两条链可能发生特异的重新组合而恢复成双螺旋，变性DNA恢复其原有结构和性质的过程叫做复性或“退火”，重新形成的DNA称为复性DNA。

不同来源的DNA形成复性DNA分子时，称为“杂交”。

“杂交”技术是研究核酸功能的重要手段之一，硝酸纤维素滤膜与单链DNA结合得非常牢固，但它不会与双链DNA或RNA结合，这为测定“杂交”提供了重要的技术。

其最重要的用途是检测DNA单链和RNA分子间的序列同源性，这可称为DNA-RNA“杂交”，这是检测从特定DNA分子上转录下来的RNA分子的选择方法，具体操作是将结合单链DNA的滤膜放入含放射性的RNA溶液中，复性后洗涤滤膜，根据滤膜上存在的放射性RNA来检测“杂交”。

第二节中心法则

中心法则中心法则（centraldogma）是Crick在1958年提出来的，中心法则认为，DNA是遗传信息的携带者，它在一定条件下可以准确地自我复制。

遗传信息只能通过最终的蛋白质产物体现或“表达”出来。

因此先要把信息“转录”到单股的mRNA链上。

细胞质中有大量核糖体，它们根据mRNA上的信息制造蛋白质。

新生的蛋白质需折叠成特定的三维结构，才具有生物活性。

目前，中心法则包括以下几个主要内容：

一、DNA的复制

DNA的复制是细胞周期中的重要环节。

一旦复制开始，细胞就不能分裂，而当DNA复制过程结束后就会触发细胞的分裂。

许多酶参与了DNA的复制，其中最重要的是DNA聚合酶。

DNA聚合酶以一条DNA单链为模板，通过聚合作用把脱氧核糖核苷酸加接到现存的一条链的末端，而不能独立重新合成一条新链。

DNA聚合酶的作用方向只能从5'端往3'端发展，同时它必须以一条DNA单链作为模板，而且模板的3'端要有一小段互补于模板链的寡聚核苷酸作为引物（primer）。

由于合成RNA的RNA聚合酶有开始合成一条新链的能力，因此DNA合成的引物常常是引物酶（primerase）协助合成的一小段RNA。

DNA聚合酶从引物的3'端那里开始，根据模板按碱基配对原则将核苷酸按5'→3'方向聚合上去，形成双链。

在DNA复制过程中，DNA双螺旋首先要在复制起点解旋，在其两侧形成两个“复制叉（replicationforks）”。

两个复制叉或向相反方向发展（双向复制）；或一个固定，一个前进（单向复制）。

在复制叉后面的两条单链，一条链从3'→5'，其引物方向正好允许DNA聚合酶顺利地依模板聚合出相应的链，即复制的先导链。

另一条单链从5'→3'方向，其上RNA引物在DNA聚合酶帮助下只能向着与复制过程相反方向延长，形成一个小片段。

这时在复制叉后面的空白链上又形成一小段引物，往反方向聚合新的双链片段，这些片段称为冈崎片段（Okazakifragment）。

冈崎片段要在特定的酶协助下修补、连接，同时DNA聚合酶在引物RNA位置形成新DNA，最后产生完整的链。

这条链由于聚合过程更为繁琐，在DNA复制过程中滞后于先导链称为滞后链。

二、DNA到mRNA的转录

根据中心法则，RNA处于信息传递的中间环节，即贮存在DNA分子中的遗传信息必须转录到mRNA分子中，才能用来指导蛋白质的合成。

DNA到RNA的转录是在DNA指导的RNA聚合酶催化下，按照碱基配对的原则，以4种核苷酸为原料，合成一条与DNA互补的RNA链。

转录起始于DNA模板的特定位点，并在一定位点终止，此转录区域称为转录单位。

一个转录单位可以是一个基因，也可以是多个串连和重叠的基因。

转录的起始是由DNA的启动子（promotor）控制的，而控制终止的部位则称为终止子（terminator）。

启动子是RNA聚合酶的结合点，由此开始转录。

原核生物的启动子有两个保守序列，即位于-10的Pribnow框（TATAAT）和位于-35的识别区。

真核生物的启动子有三类，分别由RNA聚合酶I、II和III进行转录。

启动子前后还有若干其他有控制作用的DNA片段。

特别是在真核生物中，这些控制片段更为多样，从而更有效地调控基因的表达。

典型的启动子常包含TATA和CAAT等片段，但也有不少例外。

各种转录因子帮助RNA聚合酶结合到控制片段上，启动和完成RNA的转录。

启动子与RNA聚合酶结合后与一个NTP形成启动子-全酶-NTP复合物，接着第二个NTP进入催化部位并形成RNA产物的第一个磷酸二酯键。

结合几个核苷酸后，δ亚基从全酶上解离，RNA链进入延伸阶段。

核心酶（无δ亚基的RNA聚合酶，coreenzyme）沿模板链3'→5'的方向滑动，按照碱基配对原则以5'→3'的方向合成RNA。

RNA聚合酶缺乏外切酶活性，不具备校对功能，因此RNA转录的保真度比DNA复制要低得多，其误差率约在10-4~10-5范围内。

象转录的起点一样，DNA上的信号对转录终止进行着严格的控制，终止子是基因末端一段特殊的序列，它使RNA聚合酶在模板上的移动减慢，停止RNA的合成。

原核生物的mRNA一经转录就有模板活性，所以一般不需要进行转录后加工，可以边转录、边翻译成蛋白质。

从真核生物DNA转录出来的mRNA前体（pre-RNA）还要进一步加工，才能成为成熟的RNA，经核孔送到细胞质中经核糖体翻译成蛋白质。

加工的主要内容是剪去不表达的内含子（intron），把将来要表达的外显子（exon）连接起来，在3'末端加上多个腺苷酸组成的poly（A）结构。

内含子和外显子的长短多寡不一。

三、遗传密码

遗传密码由3个核苷酸代表一种氨基酸，即三联体密码子。

密码子无论是在病毒、原核生物还是真核生物都具有通用性。

遗传密码无标点符号，因此要正确阅读密码，必须从一个正确的起点开始，此后连续不断地一个密码子接一个密码子的往下读，直到遇到终止信号。

移码如果在核苷酸序列中插人一个碱基或删去一个碱基，就会使这一点以后的读码发生错误，称为移码。

由于4种核苷酸可以代表64种氨基酸，因此大多数氨基酸都有好几组密码子。

如UCU，UCC，UCA，UCG，AGU和AGC均是丝氨酸的密码子，由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现象称为密码的简并性。

密码子中的第三位碱基具有较小的专一性，简并性也往往只涉及第三位碱基。

现已证明密码子的专一性主要由头两个碱基决定，而第3个碱基就显得不那么重要。

64组密码子中，有3组不编码任何氨基酸，而是肽链终止密码子，即UAG，UAA，UGA。

最常用的终止密码子是UAA，AUG既是甲硫氨酸的密码子，又是肽链的起始密码子。

四、mRNA翻译为蛋白质

根据中心法则，生物按照从DNA→mRNA→蛋白质的方向传递遗传信息。

但是从mRNA→蛋白质之间遗传信息的传递并不像转录那样简单，它好像是从一种语言翻译成另一种语言，所以把以mRNA为模板的蛋白质合成过程称为翻译或转译，翻译在核糖体上进行。

核糖体是根据mRNA上的编码信息合成蛋白质的生物化学工厂，它是由几十种蛋白质和几种rRNA组成的亚细胞结构颗粒。

在翻译过程中，核糖体沿着mRNA从5'→3'移动，mRNA以同一方向被翻译，同时，特定的氨基酸被逐个地加到正在生长的肽链的末端羧基上，使新生的肽链从N端向C端延伸。

下面以原核生物为例，简要介绍根据mRNA所携带的信息合成蛋白质的翻译过程。

在酶的参与下，起始因子协助mRNA先和空闲的核糖体小亚基结合，找到携带第一个甲硫氨酸的tRNA，然后和大亚基拼接到一起，在翻译起始位点开始翻译；在延长因子作用下，新生的肽链不断延长；最后达到终止密码时，由结束因子终止翻译过程；然后新生的蛋白质肽链和mRNA离开核糖体，大小亚基分开，等待下一轮合成。

原核生物细胞中，同一条mRNA能结合许多核糖体以合成蛋白质，一条mRNA可以多次参与翻译过程。

五、mRNA的反转录与cDNA

随着研究的深入，中心法则也得到了进一步完善。

后来的研究发现，很多RNA病毒在感染宿主细胞后，它们的RNA在宿主细胞内进行复制。

这种复制是通过RNA依赖的RNA聚合酶或复制酶（RNA-dependentpolymeraseorreplicase），以RNA为模板进行的，而不经过DNA这一过程。

1970年Temin等发现，某些引起肿瘤的单链RNA病毒，能够以病毒RNA为模板反转录成DNA即cDNA。

然后以这段病毒DNA为模板，互补地合成DNA，所以这类病毒被称为反转录病毒（retrovirus）。

反转录是由反转录酶（reversetranscriptase）催化的。

六、蛋白质的剪接

蛋白质的剪接许多真核生物的新生肽多数是没有生物活性的初级产物，只有经过加工才能形成有活性的最终产物。

而且这种加工和修饰可以发生在正延伸着的肽链乃至翻译后的肽链中。

有些新生肽要剪去中间一段，把两边连接起来，才变为成熟的功能蛋白，称为蛋白质的剪接。

类比内含子和外显子的叫法，被剪切的肽链称为“内含肽”（intein）或“蛋白质内含子”，而被保留的那部分被称为“外质”（extein）。

内质序列的N端大约有100个氨基酸，C端大约有50个氨基酸，构成剪接区。

七、蛋白质的折叠

生的肽链必须折叠成特定的三级结构才具有生物活性。

蛋白质的折叠是指具有某种一级结构的蛋白质分子形成特定的三级结构的过程。

蛋白质折叠的环境很复杂，参与的蛋白质和其他因子也比较多。

至少有两类蛋白质参与这种折叠过程，统称为辅助折叠蛋白（accessoryfoldingprotein）。

两类辅助折叠蛋白包括酶和分子伴侣（molecularchaperone），如蛋白质二硫键异构酶可以加速形成蛋白质中特定的二硫键。

分子伴侣是细胞中一类能帮助新生肽链组装、成熟，自身却不参与最终产物构成的蛋白质，类似酶但却没有酶的转移特性。

分子伴侣在蛋白质折叠方面的作用表现在两个方面：

其一是从多肽开始合成到折叠的这段时间里，分子伴侣可以保护多肽链不受到其他蛋白质的影响，其二是帮助蛋白质准确快速地折叠或组装成多亚基蛋白质。

第三节基因工程

基因工程基因工程（geneengineering），也称基因操作（genemanipulation）或重组DNA（recombinantDNA）技术，是在分子水平上提取（或合成）不同生物的遗传物质，在体外进行切割，再和一定的载体拼接重组，然后将重组的DNA分子导入细胞或生物体内，使这种外源DNA（基因）在受体细胞中进行复制和表达，按需要繁殖扩增基因、生产不同的产物或定向地创造生物的新性状，并能稳定地传给下一代。

限制性核酸内切酶和连接酶的使用，为基因工程提供了有力的工具。

一、限制性核酸内切酶

限制性核酸内切酶，是一类能够识别双链DNA分子中的某种特定核苷酸序

列，并由此切割DNA双链结构的核酸内切酶，它们主要是从原核生物中分离纯化出来的。

在限制性核酸内切酶作用下，侵入细菌的“外源”DNA分子被切割成不同大小的片段，而细菌自身固有的DNA由于修饰酶（通常是一种甲基化酶）的保护作用，则可免受降解。

几乎所有的原核生物都能产生限制性核酸内切酶。

根据其结构和功能特性，可将DNA限制性核酸内切酶分为3类，即I型酶、Ⅱ型酶和Ⅲ型酶，这3种不同类型的限制性核酸内切酶具有不同的特性。

其中Ⅱ型酶由于其核酸内切酶活性和甲基化作用是分开的，而且核酸内切作用又具有序列特异性，故在基因克隆中有特别广泛的用途。

I型和Ⅲ型酶数量相当少，在同一蛋白质分子中兼有甲基化酶及依赖ATP的核酸内切酶活性，并且识别位点与切割位点不固定，所以这类酶在基因操作中应用价值不大。

绝大多数的II型酶，都能够识别由4~8个核苷酸组成的特定的核苷酸序列，我们称这样的序列为限制性核酸内切酶的识别序列。

而限制性核酸内切酶就是从其识别序列内切割DNA分子的，因此识别序列又称为限制性核酸内切酶的切割位点或靶位点。

有些识别序列是连续的（如GATC），有些识别序列则是间断的（如GANTC）。

其共同特点是具有双重旋转对称的结构形式，换言之，这些核苷酸对的顺序是呈回文结构（palindrome），如CGCG，CCGG，CCTAGG等等，它们在DNA双螺旋的两股上等同。

当剪切点在两股DNA上错开，形成“粘端”，就更有利于加工后重新连接，因而在基因工程中有广泛应用。

把染色体DNA用两种识别位点不同的限制性核酸内切酶先后处理两次，测量出所得各片段的大小，原则上就可以恢复出这些识别位点在原来序列上的排列顺序，这样所获得DNA上核苷酸的排列顺序叫做限制性核酸酶酶切图谱（restrictionendonuleasemap）。

二、聚合酶链式反应-PCR

聚合酶链式反应（PCR）是美国科学家Mullis在1983年发明的一种在体外快速扩增特定基因或DNA序列的方法，故又称为基因的体外扩增法，它可以在试管中建立反应体系，经数小时之后，就能将极微量的目的基因（targetgene）或某一特定的DNA片段扩增数十万倍甚至更多，无需通过繁琐费时的基因克隆程序，便可获得足够数量的精确的DNA拷贝，所以有人亦称之为无细胞分子克隆法。

PCR原理并不复杂，首先是双链DNA分子在临近沸点的温度下加热时分离成两条单链的DNA分子，然后DNA聚合酶以单链DNA为模板并利用反应混合物中的四种脱氧核苷三磷酸（dNTP）合成新生的DNA互补链。

此外，DNA聚合酶同样需要有一小段单链DNA来启动和引导新链的合成。

因此，新合成的DNA链起点，事实上是由加入在反应混合物中的一对寡核苷酸引物在模板DNA链两端的退火位点决定的，这是PCR的一个特点，它能够指导特定DNA序列的合成。

PCR有多种方式，但其基本原理是相同的。

在为每一条链均提供一段寡核苷酸引物的情况下，两条单链DNA都可作为合成新生互补链的模板。

由于在PCR反应中所选用的一对引物，是按照与扩增区段两端序列彼此互补的原则设计的，因此每一条新生链的合成都是从引物的退火结合位点开始，并沿着相反链延伸。

这样，在每一条新合成的DNA链上都具有新的引物结合位点。

然后反应混合物经再次加热使新、旧两条链分开，并进入下轮的反应循环，即引物杂交，DNA合成和链的分离。

PCR的最后结果是，经几轮循环之后，反应混合物中所含有的双链DNA分子数，即两条引物结合位点之间的DNA区段的拷贝数在理论上的最高值应是2n。

这也是PCR的一个特点，即特定的DNA区段得到了迅速大量的扩增。

实现PCR需要满足以下条件：

微量待扩增的双链DNA片段，耐高温的TaqDNA聚合酶，恰当的引物，足够的dNTP单体以及促进酶活性的Mg2+等，先把上述混合物加热到94℃保温5min，使DNA双链分离成单链DNA；降温到30~65℃保持2~5min，DNA聚合酶根据单链模板把引物延长成双链，这时所要的DNA数量已扩增1倍。

再升温至94℃重复上述过程，理想情况下，20~30次循环就可以增殖220~230倍。

三、基因克隆

克隆是一个约定俗成的译名，即用某种无性繁殖手段，再生产出生物分子、细胞乃至个体。

克隆技术已经历了3个历史时期：

第一个时期是微生物克隆，即由一个细菌复制出成千上万个细菌而变成一个细菌群；第二个时期是生物技术克隆，如DNA克隆；第三个时期就是动物克隆（即繁殖）以及由无性繁殖形成的基因型完全相同的后代个体组成的种群。

基因克隆的过程包括克隆目的基因，克隆载体，重组DNA导入受体细胞，筛选与鉴定重组体等过程。

（一）克隆目的基因

目的基因是指待检测或待研究的特定基因。

由于目的基因需要通过载体导入宿主细胞内，并借助宿主细胞体系进行复制或表达，所以相对宿主细胞DNA而言，目的基因被称为外源基因或外源DNA。

获得该DNA片段的方法很多，主要有人工化学合成、逆转录制备cDNA、构建基因组文库（genomiclibrary）或cDNA文库（cDNAlibrary）、PCR方法以及各种差异显示方法等。

化学合成方法是指通过化学的方法按人们的意愿人工合成所需要研究的DNA序列的方法。

目前，应用计算机控制的全自动核酸仪可以按设计好的序列一次合成100~200bp（碱基对）长的DNA片段。

对于分子较大的基因，可以先合成DNA短片段，然后再按一定顺序连接，组装成一个完整的基因。

目前，利用化学合成法可以直接组装成长度为1500~2000bp的基因。

逆转录PCR克隆目的基因是一种较为简单实用的方法。

它可以不用构建cDNA文库，但需要知道该基因的cDNA或mRNA的序列信息，因此适用于已知基因的克隆或不同物种高度保守基因的克隆。

逆转录PCR克隆先从细胞中分离总RNA或mRNA，然后采用特定的引物合成相应的cDNA作为PCR反应的模板。

所用的引物分别有基因特异引物（genespecificprimer，GSP），寡聚脱氧胸腺嘧啶核苷酸引物（oligodTprimer），随机六核苷酸引物（randomhexam