หน่วยพันธุกรรม หรือยีน (Gene)
หน่วยพันธุกรรม หรือยีน (Gene) คือ ดีเอ็นเอส่วนที่เป็นลำดับของรหัสทางพันธุกรรม (Genetic code) สำหรับการสร้างโปรตีนทุกชนิดในเซลล์ของสิ่งมีชีวิต รหัสทางพันธุกรรมเกิดจากการเรียงลำดับของนิวคลิโอไทด์ทั้ง ๔ ชนิด โดย ๑ รหัสพันธุกรรม เกิดจากการเรียงตัวของนิวคลิโอไทด์จำนวน ๓ นิวคลิโอไทด์ (triplet code) รหัสทางพันธุกรรมหนึ่งๆ มีความจำเพาะกับกรดอะมิโน (amino acid) ที่เป็นองค์ประกอบของโปรตีนเพียง ๑ ชนิดจากจำนวน กรดอะมิโนที่มีอยู่ทั้ง ๒๐ ชนิด การเรียงตัวของลำดับ จำนวน และชนิดของกรดอะมิโน ที่แตกต่างกันทำให้เกิดเป็นโปรตีนชนิดต่างๆ
ความแตกต่างของลำดับนิวคลิโอไทด์ บนสายดีเอ็นเอของสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิด ส่งผลให้เกิดความแตกต่างกัน ในระดับรหัสทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต ทำให้สิ่งมีชีวิตชนิดเดียวกันแต่ต่างสายพันธุ์ ที่มียีนแตกต่างกัน เกิดการสร้างโปรตีน และมีกระบวนการทางชีวเคมีต่างกันออกไป สิ่งมีชีวิตจึงมีความต่าง และความหลากหลาย ในลักษณะทางพันธุกรรมที่ปรากฏออกมา
การค้นหาหน้าที่ของยีนและกลไกการทำงานของยีน สามารถตรวจสอบได้จากผลิตผล หรือลักษณะต่างๆ ที่เป็นการแสดงออกของยีนนั้น ในสิ่งมีชีวิตที่ทำการศึกษา โดยเปรียบเทียบระหว่างยีนปกติ กับยีนที่ทำงานผิดไปจากเดิม หรือยีนกลาย (mutated gene) จากการสกัดแยกยีนที่สนใจออกมาจากสิ่งมีชีวิต ทำการชักนำให้เกิดการกลายพันธุ์ และนำมาส่งถ่ายกลับเข้าไปในเซลล์ปกติ แล้วตรวจดูผลที่เกิดขึ้น ทำให้ทราบว่า ยีนนั้นทำงาน หรือควบคุมการแสดงออกของลักษณะทางพันธุกรรมอะไร นอกจากนี้ ยังสามารถทำการดัดแปลงยีนให้สร้างผลิตผลตามต้องการได้ โดยอาศัยเทคโนโลยีการตัดต่อยีน ด้วยวิธีการดัดแปลง หรือปรับปรุงชิ้นส่วนดีเอ็นเอ หรือยีนให้เป็นไปตามที่ต้องการ แล้วทำการส่งถ่ายยีนเข้าสู่สิ่งมีชีวิตเป้าหมาย เพื่อสร้างสิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรม หรือ GMOs (Genetically Modified Organisms) ต่อไป
ได้มีการนำวิธีการด้านเทคโนโลยีชีวภาพต่างๆ มาใช้ เพื่อศึกษาทางด้านยีนและด้านพันธุกรรม ได้แก่
๑. การสกัดแยกดีเอ็นเอออกจากเซลล์
๒. การตัด ต่อ รวมทั้งการดัดแปลง ชิ้นส่วนดีเอ็นเอ
๓. การเพิ่มปริมาณยีนหรือการโคลน ยีน (gene cloning)
๔. การเพิ่มชิ้นส่วนดีเอ็นเอที่มีความ จำเพาะจากการทำปฏิกิริยาภายในหลอดทดลอง ในเครื่องควบคุมอุณหภูมิ
๕. การศึกษาชิ้นส่วนดีเอ็นเอด้วยวิธีแยกขนาดและปริมาณ ผ่านตัวกลางที่เป็นแผ่นวุ้นโดยใช้กระแสไฟฟ้า
๖. การตรวจและพิสูจน์ดีเอ็นเอที่มีการเรียงลำดับเบสที่จำเพาะบนแผ่นเม็มเบรน (เยื่อ) พิเศษ (southern bloting)
๗. การหาลำดับเบสบนสายดีเอ็นเอ (DNA sequencing)
๘. การศึกษาความแตกต่างระดับยีน โดยการใช้เครื่องหมายดีเอ็นเอ
๙. การเพาะเลี้ยงเซลล์และการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ
๑๐. การส่งถ่ายยีนเพื่อการเปลี่ยนแปลง ลักษณะทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตที่ต้องการ
เครื่องหมายดีเอ็นเอ
เครื่องหมายดีเอ็นเอ คือ ชิ้นดีเอ็นเอสายสั้นๆ ที่ลำดับเบสสามารถจับกัน หรือเข้าคู่กับช่วงใดช่วงหนึ่งบนสายดีเอ็นเอ หรือโครโมโซมของสิ่งมีชีวิตเป้าหมาย ทำให้สามารถกำหนด หรือระบุตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่งบนโครโมโซมที่ศึกษา นอกจากนี้ ยังนำมาใช้เป็นเครื่องหมายติดตามหน่วยพันธุกรรมหรือยีนของสิ่งมีชีวิตได้ ความแตกต่าง ที่พบจากการใช้เครื่องหมายดีเอ็นเอตรวจสอบสารพันธุกรรมจากสิ่งมีชีวิตที่ต่างชนิด หรือต่างพันธุ์กัน เกิดขึ้นจากการเรียงตัวของลำดับของนิวคลิโอไทด์ ในสารพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิด ที่มีความแตกต่างกัน
เมื่อนำมาทำปฏิกิริยาระหว่างเครื่องหมายดีเอ็นเอชนิดต่างๆ ตำแหน่งการวางตัว และปริมาณของแถบดีเอ็นเอ (DNA band) ที่ปรากฏบนตัวกลาง ในการตรวจสอบภายหลังจากการทำปฏิกิริยาจึงแตกต่างกัน ทำให้สามารถแยกความแตกต่างของสิ่งมีชีวิต ที่นำมาทำการศึกษาได้
เครื่องหมายดีเอ็นเอที่นำมาใช้ในการตรวจสอบหาความแตกต่างของสิ่งมีชีวิต สามารถแบ่งออกเป็น ๒ ประเภทตามหลักการ คือ
๑. วิธีการ RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism)
เป็นวิธีที่ใช้ดีเอ็นเอตรวจสอบ (DNA probe) ซึ่งเป็นชิ้นส่วนดีเอ็นเอสายเดี่ยวขนาดเล็ก ที่ทราบลำดับเบส และทำการติดฉลากสารกัมมันตรังสี เพื่อใช้ในการติดตามผล นำมาทำปฏิกิริยากับดีเอ็นเอของสิ่งมีชีวิตที่สนใจ ที่ถูกแยกเป็นเส้นเดี่ยว และถูกตัดย่อยด้วยเอนไซม์ตัดจำเพาะ (restriction enzymes) โดยอาศัยความสามารถของดีเอ็นเอตรวจสอบ ที่สามารถเข้าคู่หรือจับกันกับสายดีเอ็นเอเป้าหมาย ตรงตำแหน่งที่มีลำดับเบสเป็นคู่สม (DNA hybridization) กันได้
การใช้เครื่องหมายดีเอ็นเอประเภท RFLP ในการตรวจสอบพันธุ์พืช
๒. เทคนิค PCR (Polymerase Chain Reaction)
เป็นวิธีการเพิ่มปริมาณชิ้นส่วนดีเอ็นเอ ที่มีความจำเพาะขึ้นในหลอดทดลองโดยทำปฏิกิริยาอย่างต่อเนื่องเป็นลูกโซ่ จากการทำปฏิกิริยาร่วมกันระหว่าง
๑. เอนไซม์ DNA polymerase ที่ใช้ในการสังเคราะห์สายดีเอ็นเอ
๒. ดีเอ็นเอสายสั้นๆ ๒ สาย หรือไพรเมอร์ (DNA primer) ที่ใช้เป็นจุดเริ่มต้นการสังเคราะห์ดีเอ็นเอสายใหม่ เป็นตัวกำหนดขนาดของดีเอ็นเอที่ทำการสังเคราะห์
๓. นิวคลิโอไทด์อิสระ และ
๔. สายดีเอ็นเอ เป้าหมาย ภายในหลอดทดลอง ภายหลังการทำปฏิกิริยา จะได้สายดีเอ็นเอใหม่จำนวนมาก ที่ถูกกำหนดขนาดตามระยะห่างของไพรเมอร์ ทั้ง ๒ สาย ที่เข้าจับบนสายต้นแบบ เมื่อเริ่มปฏิกิริยาสังเคราะห์
