在分子生物學和遺傳學研究中，科學家們常常需要研究特定基因的功能。為了揭示基因的作用，研究人員通常會使用兩種主要的技術：Knock Down（基因敲低）和Knock Out（基因敲除）。雖然這兩種技術都旨在減少或消除基因的表達，但它們的原理、應用和效果有所不同。本文將為您詳細解析這兩種技術的區別。


1.什么是 KnockDown？

Knock Down（基因敲低） 是指通過技術手段部分減少某個基因的表達，而不是完全消除它。基因敲低通常不改變基因的DNA序列，而是通過干擾基因的轉錄或翻譯過程來降低其表達水平。

常用的 Knock Down 技術：

RNA干擾（RNAi）：通過引入小干擾RNA（siRNA）或短發夾RNA（shRNA），這些RNA分子可以與目標基因的mRNA結合，導致mRNA降解，從而減少蛋白質的合成。

反義寡核苷酸（AntisenseOligonucleotides）：通過設計與目標mRNA互補的寡核苷酸，阻止mRNA的翻譯或促進其降解。

Knock Down 的特點：

部分抑制：基因的表達水平降低，但并非完全消失。

可逆性：基因敲低的效果通常是暫時的，隨著RNA分子的降解，基因表達可能會逐漸恢復。

應用廣泛：常用于研究基因功能的初步篩選，或在不適合完全消除基因表達的情況下使用。

2. 什么是 Knock Out？

Knock Out（基因敲除） 是指通過基因編輯技術完全消除某個基因的功能。基因敲除通常涉及對DNA序列的永久性改變，使得目標基因無法表達或表達出無功能的蛋白質。

常用的 Knock Out 技術：

CRISPR-Cas9：利用CRISPR-Cas9系統，科學家可以精確地切割目標基因的DNA序列，導致基因功能喪失。

同源重組：通過將一段改造過的DNA序列引入細胞，替換掉目標基因，使其失去功能。

Knock Out 的特點：

完全消除：目標基因的功能被徹底消除，通常無法恢復。

永久性：基因敲除的效果是永久性的，DNA序列被改變。

應用場景：常用于研究基因的必需性、長期效應或構建基因缺陷模型（如疾病模型）。

3. Knock Down 與 Knock Out 的區別

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4. 實際應用中的選擇

選擇 Knock Down 的情況：

當你只想部分抑制基因表達，觀察基因功能的劑量效應時。

當完全消除基因可能導致細胞或生物體死亡，而你想避免這種情況時。

當你需要快速、臨時地研究基因功能時。

選擇 Knock Out 的情況：

當你需要完全消除基因功能，研究其長期效應時。

當你需要構建基因缺陷模型，模擬某些遺傳疾病時。

當你需要研究基因的必需性時。

5. 總結

Knock Down 和 Knock Out 是研究基因功能的兩種重要技術，各有其獨特的優勢和適用場景。Knock Down 通過部分抑制基因表達，適合短期和劑量效應的研究；而 KnockOut 則通過完全消除基因功能，適合長期效應和疾病模型的研究。科學家們根據具體的研究需求，選擇合適的技術來揭示基因的奧秘。

通過這兩種技術，研究人員能夠更深入地理解基因在生物體中的作用，為疾病治療、藥物開發等領域提供了重要的理論基礎。

撰稿:重慶文理學院藥學院 羅潔副教授，鄒靜波主任技師/教授

來源: 鄒老師的科普花園