一、基因文库概述

基因文库又称DNA文库。广义上，某个生物的基因组DNA、特定的DNA或特定的cDNA片段与适当的载体在体外重组后，转入宿主细胞，并通过一定的选择机制筛选后得到大量的阳性菌落（或噬菌体），所有菌落或噬菌体的集合即为该生物的基因文库。

构建基因文库的意义不仅是使生物的遗传信息以稳定的重组体形式储存起来，更重要的是它还是分离克隆目的基因的主要途径之一，也是基因归类保存的有效手段。

虽然现在已经有了很多种克隆基因的方法，但是通过构建基因文库来克隆目的基因仍然是基因克隆最主要的手段之一，更是原始的创新基因克隆手段。此外，大规模的基因组测序技术也离不开基因文库的构建和筛选，精细作图更离不开基因组文库的构建。

对于复杂的染色体DNA分子来说，单个基因所占比例十分微小，要想从庞大的基因组中将其分离出来，一般需要先进行扩增，所以需要构建基因文库。此外，基因文库也是高等生物复杂基因组作图的重要依据，在物种基因组学研究、基因表达调控、基因片段分离等方面都具有重要的作用，也是全基因组测序必要的前期基础。

狭义的基因文库有基因组文库和部分基因文库（包括亚基因组文库和cDNA文库），基因文库由外源DNA片段、载体和宿主组成。

若大量的克隆所含的外源DNA不是来自某一生物基因组的DNA，而是某一生物的特定器官或特定发育时期细胞内的mRNA经反转录形成的cDNA，那么它们构成的重组DNA克隆群体就称为cDNA文库。某一生物的特定部分的DNA，如叶绿体DNA、质粒DNA、线粒体DNA或者某一生物的特定的一条染色体的DNA所构建的基因文库就称为亚基因组文库。

一些文库，如酵母人工染色体文库和细菌人工染色体文库，初步筛选克隆中的外源DNA片段往往比较大，含有许多目的基因片段以外的DNA片段，因此必须将这个克隆里面大片段进一步构建成一个小片段的基因文库来筛选目的基因，这个文库就称为亚克隆文库，这个过程就叫“亚克隆”。

基因组文库构建就是利用限制性核酸内切酶或者物理手段将染色体DNA切割成基因水平的许多片段，然后将这些片段与适当的克隆载体拼接成重组DNA分子，继而转入受体菌中扩增，使每个细菌内都携带一种重组DNA分子的多个拷贝，不同细菌所包含的重组DNA分子可能来源于不同染色体的DNA片段，这样生长的全部细菌所携带的各种DNA片段就代表了整个基因组，目的基因就“躲藏”在某个细菌的重组DNA分子中。

基因组DNA文库就像图书馆存的万卷书一样，涵盖了基因组全部基因的序列，其中也包括我们所需要的目的基因。建立基因文库后需要采用适当筛选方法从众多转化子菌落中筛选出含有某一基因的菌落，再进行扩增，将重组DNA分离、回收以获得目的基因。

基因文库的代表性是指文库中全部克隆所携带的DNA片段重新组合起来在整个基因组的覆盖率，即可以从该文库中分离到基因组的任何一段DNA的概率。基因文库的随机性是指每个DNA片段在文库中出现的频率。基因文库的代表性和随机性是评价基因组文库质量的重要指标，它关系到是否能保证有效地筛选到目的基因。

为保证能从基因组文库中筛选到某个特定基因，基因组文库必须具有一定的代表性和随机性，也就是说文库中全部克隆所携带的DNA片段必须覆盖整个基因组，而且每个片段出现的频率都一样。在文库构建中通常采用两种策略来提高文库的代表性，一是采用部分酶切或随机物理打断的方法来切断染色体DNA，以保证克隆的随机性，保证每段DNA在文库中出现的频率均等；二是增加文库重组克隆的数目，以提高其覆盖基因组的倍数，确保能包含所有染色体。