基因工程 第一章 克隆
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基因，通常是一些抗生素抗性基因，比如对氨苄青霉素、四环素、氯霉素、 卡那霉素以及潮霉素等具有抗性的基因。这样，通过在培养基中加入特定 的抗生素就可以选择得到转化的细胞（菌）。
基因工程 第一章 克隆
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
2020/11/11
基因工程 第一章 克隆
基因工程 第一章 克隆
第一节 基因工程的诞生
20世纪40年代，Avery等发现了生物遗 传物质的化学本质是DNA。
基因工程 第一章 克隆
40年代，证实DNA是遗传物质
早在上世纪20年代，已经知道染色 体由DNA和蛋白质构成，但组成蛋白 的氨基酸有20种，而组成DNA的核苷 酸只有4种，什么是遗传物质？
1953年 Watson-crick DNA双螺旋结构
1973年 外拼接
伯格-杰克森-考恩-鲍耶 DNA分子体
基因工程诞生
基因工程 第一章 克隆
第一节 基因工程的诞生
1865年，孟德尔，“遗传因子”………… 1903, W.Sutton和T.Boveri 遗传因子定位于 染色体，杂交试验-染色体的行为 吻和 1909年，W. Johansen ，“基因” 1910，Morgan果蝇染色体 定位2000个基因
• 生物工程学报
• Plant cell
• 植物学报
• Science
• 遗传学报
• Nature
• 中国农业科学
• 作物学报
基因工程 第一章 克隆
基本原理
研究 生物技术
基因克隆和DNA分析
第一章 基因克隆的历史背景 第二章 基因克隆的载体 第三章 基因克隆的重要酶 第四章 克隆重组体的构建、转化 第五章 重组体克隆筛选与鉴定 第六章 目的基因的分离 第七章 PCR 技术 第八章 基因和基因组的测序 第九章 基因的表达和功能研究 第十章 基因组的研究 第十一章 蛋白质的表达 第十二章 基因工程医学应用 第十三章 基因工程农业应用 第十四章 基因工程法医学应用
从遗传学上来说，基因代表一个遗传单位， 一个功能单位，一个突变单位。
基因工程 第一章 克隆
第二节基因工程的定义
（二）基因工程（genetic engineering）
基因工程是指重组DNA技术的产业化设计与应用，
包括上游技术和下游技术两大组成部分。上游技
术指的是基因重组、克隆和表达的设计与构建
（即重组DNA技术）；而下游技术则涉及到基因
组DNA技术。 2.简述 基因克隆的步骤。
基因工程 第一章 克隆
第二章 基因克隆的载体
引言： 第一节 第二节
载体的概念（introduction） 质粒载体（plasimid vectors） 噬菌体载体（phage vectors）
基因工程 第一章 克隆
引言：载体的概念
把一个有用的基因（目的基因——研究或应用基因）通过基因工程手段送到 生物细胞（受体细胞），需要运载工具（交通工具）携带外源基因进入受体 细胞，这种运载工具就叫载体。作为基因工程载体，质粒至少应该具备复制 的起始区、选择标记基因区、多克隆位点等部分。
基因工程 第一章 克隆
复制起始位点：克隆载体中的一段DNA序列，能够使质粒
在宿主细胞内独立复制。
多克隆位点：
克隆载体中的一段 用于插入外源DNA 片段的特定区域， 由一系列的紧密相 连的限制性内切酶 位点组成，而且每 个限制性内切酶位 点应该在整个载体 中是唯一的。
基因工程 第一章 克隆
选择标记基因：在基因工程中的一类用于选择转化细胞（菌）的抗性
*《Genetic engineering》，by Desmond S.T.Nicholl, Cambridge, 2008
基因工程 第一章 克隆
主要参考资料
• 生物技术通报
• 中国生物工程杂志 • Molecular genetics and genomics
• 农业生物技术学报 • Plant physiology
基因工程 第一章 克隆
第二节基因工程的定义
(三)与基因工程相关的概念：
生物工程（Biotechnology）也译成生物技术， 是人们利用微生物、动植物体对物质原料进行加 工，以提供产品来为社会服务的技术，包括：基 因工程、细胞工程、发酵工程和酶工程 。
基因工程 第一章 克隆
第二节基因工程的定义 (三)与基因工程相关的概念：
基因工程 第一章 克隆
2020/11/11
基因工程 第一章 克隆
主要参考资料
*《基因克隆和DNA分析(第5版)》,布朗 （英），魏群翻译，高等教育出版社，2008
*《基因工程原理》，吴乃虎编著，北京高等 教育出版社，1989，Q75/11
*《Gene cloning and DNA analysis 6th ed》, by T.A. Brown, Wiley Blackwell, 2008
1928年，英国微生物学家F. Griffith（格里菲思）著名的肺炎双球 菌感染小白鼠实验。
（1）S型：注射小白鼠，死亡。 （2）S型，65℃ 加热：注射小白 鼠，活。 （3）R型：注射小白鼠，活。 （4） 65℃ 加热S型+R型：注射小 白鼠，死亡。死鼠体内得到了S型菌。
基因工程 第一章 克隆
肺 炎 病 菌 实 验
1973年，Cohen和Berg将E.coil 的Ter质
粒psclol和Ner质粒srR6-3体外限制酶切割，
连接成一个新的质粒，转化E.coil，在含四
环素和新霉素的平板上筛选出了Ter+Ner,实 现了细菌遗传性状的转移。这是基因工程史 上的第一个克隆化并取得成功的例子，1973 被定为基因工程诞生的元年。
基因工程 第一章 克隆
Cohen等的重组实验示意图
Tcr Eco RI Tcr
连接酶
Eco RI Ner
双抗重组菌落 Ner
基因工程发展史上首次实现了重组DNA的细菌转化
基因工程 第一章 克隆
第二节基因工程的定义
（一）基因（gene）
从化学上来说，指的是一段DNA或RNA序列， 该序列可以产生或影响某种表型（genotype， phenotype）。
工程菌或细胞的大规模培养以及基因产物的分离
纯化过程。
基因工程 第一章 克隆
第二节基因工程的定义
(三)与基因工程相关的概念：
重组DNA技术（DNA recombination technique） 是指将一种生物体（供体）的基因与载体在体 外进行拼接重组，然后转入另一种生物体（受体 ）内，使之按照人们的意愿稳定遗传并表达出新 产物或新性状的DNA体外操作程序，也称为分子 克隆技术。
切
接
转
增 检
基因工程 第一章 克隆
Gene cloning
Generation of DNA fragment
Joining to a vector
Introduction into a host cell
Selection of positive clone
基因工程 第一章 克隆
思考题： 1.名词解释：基因克隆，生物工程，重
基因工程 第一章 克隆
第四节 基因克隆的步骤
1． 载体的选择和制备——分； 2． 制备目的基因片段——切； 3． DNA片段的重组连接——接； 4． 重组DNA导入受体细胞——转； 5． 重组子的筛选——筛； 6． 重组子的扩增——增； 7． 重组子的表达——克隆成功完成
基因工程 第一章 克隆
4 基因工程的操作过程
基因工程 第一章 克隆
第一章 基因工程的历史背景
第一节 基因工程的诞生 第二节 基因工程的定义 第三节 什么是基因克隆 第四节 基因克隆的步骤 第五节 PCR 技术 第六节 如何学习这门课
基因工程 第一章 克隆
第一节 基因工程的诞生
1865年 孟德尔 豌豆杂交试验 1944年 Avery 肺炎双球菌转化 遗传物质DNA
基因工程 第一章 克隆
第三节 什么是基因克隆
1.克隆原意是指单细胞纯系无性繁殖。 （colony ………clone )
2.基因克隆（gene cloning）是将实验得到的人 们所需的微量基因结构，引入适当的宿主细胞中 去。在合适的生理环境中进行无性繁殖，从而利 用宿主的生理机制繁衍人们所需要的基因结构， 并进行表达。
以Nireberg等为代表的一批科学家经过艰 苦的努力，确定了遗传信息以密码方式传递， 每三个核苷酸组成一个密码子，代表一个氨基 酸，到1966年，全部破译了64个密码子，并提 出了遗传信息传递的“中心法则”。
基因工程 第一章 克隆
60年代，确定了遗传信息的传递方式 （中心法则）
基因工程 第一章 克隆
基因工程 第一章 克隆
20世纪50年代，Watson-crick提出了DNA
双 螺 旋 结 构 模 型
基因工程 第一章 克隆
Watson-crick
重温当年
基因工程 第一章 克隆
60年代，确定了遗传信息的传递方式 （中心法则）
既然，DNA是遗传信息的载体，那么它是 如何传递遗传信息的呢？遗传信息又是如何控 制生物的表型性状的呢？
60年代，确定了遗传信息的传递方式 （中心法则）
基因工程 第一章 克隆
第一节 基因工程的诞生
基因克隆的成功（Cohen + Berg ) 1973 1972年，Berg，第一个实现DNA重组的人 1973年，Cohen等，第一个实现重组体转化
基因工程 第一章 克隆
第一节 基因工程的诞生
基因克隆的成功（Cohen + Berg ) 1973
基因克隆（gene cloning）： 是基因工程的核心技术。
基因工程 第一章 克隆
第三节 什么是基因克隆
克隆这个术语的几种含义：
（1）作为名词 ①带有相同插入顺序的重组DNA分子的1个群体。 ②最常用的是描述一个微生物的一个菌落，这些微
生物带有插入了特定DNA片断的载体分子。 （colony ………clone ) （2）作为动词，是“去克隆”，即利用体外DNA重组 技术将一个特定的基因或DNA顺序插入一个载体分子。
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2020/11/11
基因工程 第一章 克隆
基因工程 第一章 克隆
第一节 基因工程的诞生
20世纪40年代，Avery等发现了生物遗 传物质的化学本质是DNA。
基因工程 第一章 克隆
40年代，证实DNA是遗传物质
早在上世纪20年代，已经知道染色 体由DNA和蛋白质构成，但组成蛋白 的氨基酸有20种，而组成DNA的核苷 酸只有4种，什么是遗传物质？
1953年 Watson-crick DNA双螺旋结构
1973年 外拼接
伯格-杰克森-考恩-鲍耶 DNA分子体
基因工程诞生
基因工程 第一章 克隆
第一节 基因工程的诞生
1865年，孟德尔，“遗传因子”………… 1903, W.Sutton和T.Boveri 遗传因子定位于 染色体，杂交试验-染色体的行为 吻和 1909年，W. Johansen ，“基因” 1910，Morgan果蝇染色体 定位2000个基因
• 生物工程学报
• Plant cell
• 植物学报
• Science
• 遗传学报
• Nature
• 中国农业科学
• 作物学报
基因工程 第一章 克隆
基本原理
研究 生物技术
基因克隆和DNA分析
第一章 基因克隆的历史背景 第二章 基因克隆的载体 第三章 基因克隆的重要酶 第四章 克隆重组体的构建、转化 第五章 重组体克隆筛选与鉴定 第六章 目的基因的分离 第七章 PCR 技术 第八章 基因和基因组的测序 第九章 基因的表达和功能研究 第十章 基因组的研究 第十一章 蛋白质的表达 第十二章 基因工程医学应用 第十三章 基因工程农业应用 第十四章 基因工程法医学应用
从遗传学上来说，基因代表一个遗传单位， 一个功能单位，一个突变单位。
基因工程 第一章 克隆
第二节基因工程的定义
（二）基因工程（genetic engineering）
基因工程是指重组DNA技术的产业化设计与应用，
包括上游技术和下游技术两大组成部分。上游技
术指的是基因重组、克隆和表达的设计与构建
（即重组DNA技术）；而下游技术则涉及到基因
组DNA技术。 2.简述 基因克隆的步骤。
基因工程 第一章 克隆
第二章 基因克隆的载体
引言： 第一节 第二节
载体的概念（introduction） 质粒载体（plasimid vectors） 噬菌体载体（phage vectors）
基因工程 第一章 克隆
引言：载体的概念
把一个有用的基因（目的基因——研究或应用基因）通过基因工程手段送到 生物细胞（受体细胞），需要运载工具（交通工具）携带外源基因进入受体 细胞，这种运载工具就叫载体。作为基因工程载体，质粒至少应该具备复制 的起始区、选择标记基因区、多克隆位点等部分。
基因工程 第一章 克隆
复制起始位点：克隆载体中的一段DNA序列，能够使质粒
在宿主细胞内独立复制。
多克隆位点：
克隆载体中的一段 用于插入外源DNA 片段的特定区域， 由一系列的紧密相 连的限制性内切酶 位点组成，而且每 个限制性内切酶位 点应该在整个载体 中是唯一的。
基因工程 第一章 克隆
选择标记基因：在基因工程中的一类用于选择转化细胞（菌）的抗性
*《Genetic engineering》，by Desmond S.T.Nicholl, Cambridge, 2008
基因工程 第一章 克隆
主要参考资料
• 生物技术通报
• 中国生物工程杂志 • Molecular genetics and genomics
• 农业生物技术学报 • Plant physiology
基因工程 第一章 克隆
第二节基因工程的定义
(三)与基因工程相关的概念：
生物工程（Biotechnology）也译成生物技术， 是人们利用微生物、动植物体对物质原料进行加 工，以提供产品来为社会服务的技术，包括：基 因工程、细胞工程、发酵工程和酶工程 。
基因工程 第一章 克隆
第二节基因工程的定义 (三)与基因工程相关的概念：
基因工程 第一章 克隆
2020/11/11
基因工程 第一章 克隆
主要参考资料
*《基因克隆和DNA分析(第5版)》,布朗 （英），魏群翻译，高等教育出版社，2008
*《基因工程原理》，吴乃虎编著，北京高等 教育出版社，1989，Q75/11
*《Gene cloning and DNA analysis 6th ed》, by T.A. Brown, Wiley Blackwell, 2008
1928年，英国微生物学家F. Griffith（格里菲思）著名的肺炎双球 菌感染小白鼠实验。
（1）S型：注射小白鼠，死亡。 （2）S型，65℃ 加热：注射小白 鼠，活。 （3）R型：注射小白鼠，活。 （4） 65℃ 加热S型+R型：注射小 白鼠，死亡。死鼠体内得到了S型菌。
基因工程 第一章 克隆
肺 炎 病 菌 实 验
1973年，Cohen和Berg将E.coil 的Ter质
粒psclol和Ner质粒srR6-3体外限制酶切割，
连接成一个新的质粒，转化E.coil，在含四
环素和新霉素的平板上筛选出了Ter+Ner,实 现了细菌遗传性状的转移。这是基因工程史 上的第一个克隆化并取得成功的例子，1973 被定为基因工程诞生的元年。
基因工程 第一章 克隆
Cohen等的重组实验示意图
Tcr Eco RI Tcr
连接酶
Eco RI Ner
双抗重组菌落 Ner
基因工程发展史上首次实现了重组DNA的细菌转化
基因工程 第一章 克隆
第二节基因工程的定义
（一）基因（gene）
从化学上来说，指的是一段DNA或RNA序列， 该序列可以产生或影响某种表型（genotype， phenotype）。
工程菌或细胞的大规模培养以及基因产物的分离
纯化过程。
基因工程 第一章 克隆
第二节基因工程的定义
(三)与基因工程相关的概念：
重组DNA技术（DNA recombination technique） 是指将一种生物体（供体）的基因与载体在体 外进行拼接重组，然后转入另一种生物体（受体 ）内，使之按照人们的意愿稳定遗传并表达出新 产物或新性状的DNA体外操作程序，也称为分子 克隆技术。
切
接
转
增 检
基因工程 第一章 克隆
Gene cloning
Generation of DNA fragment
Joining to a vector
Introduction into a host cell
Selection of positive clone
基因工程 第一章 克隆
思考题： 1.名词解释：基因克隆，生物工程，重
基因工程 第一章 克隆
第四节 基因克隆的步骤
1． 载体的选择和制备——分； 2． 制备目的基因片段——切； 3． DNA片段的重组连接——接； 4． 重组DNA导入受体细胞——转； 5． 重组子的筛选——筛； 6． 重组子的扩增——增； 7． 重组子的表达——克隆成功完成
基因工程 第一章 克隆
4 基因工程的操作过程
基因工程 第一章 克隆
第一章 基因工程的历史背景
第一节 基因工程的诞生 第二节 基因工程的定义 第三节 什么是基因克隆 第四节 基因克隆的步骤 第五节 PCR 技术 第六节 如何学习这门课
基因工程 第一章 克隆
第一节 基因工程的诞生
1865年 孟德尔 豌豆杂交试验 1944年 Avery 肺炎双球菌转化 遗传物质DNA
基因工程 第一章 克隆
第三节 什么是基因克隆
1.克隆原意是指单细胞纯系无性繁殖。 （colony ………clone )
2.基因克隆（gene cloning）是将实验得到的人 们所需的微量基因结构，引入适当的宿主细胞中 去。在合适的生理环境中进行无性繁殖，从而利 用宿主的生理机制繁衍人们所需要的基因结构， 并进行表达。
以Nireberg等为代表的一批科学家经过艰 苦的努力，确定了遗传信息以密码方式传递， 每三个核苷酸组成一个密码子，代表一个氨基 酸，到1966年，全部破译了64个密码子，并提 出了遗传信息传递的“中心法则”。
基因工程 第一章 克隆
60年代，确定了遗传信息的传递方式 （中心法则）
基因工程 第一章 克隆
基因工程 第一章 克隆
20世纪50年代，Watson-crick提出了DNA
双 螺 旋 结 构 模 型
基因工程 第一章 克隆
Watson-crick
重温当年
基因工程 第一章 克隆
60年代，确定了遗传信息的传递方式 （中心法则）
既然，DNA是遗传信息的载体，那么它是 如何传递遗传信息的呢？遗传信息又是如何控 制生物的表型性状的呢？
60年代，确定了遗传信息的传递方式 （中心法则）
基因工程 第一章 克隆
第一节 基因工程的诞生
基因克隆的成功（Cohen + Berg ) 1973 1972年，Berg，第一个实现DNA重组的人 1973年，Cohen等，第一个实现重组体转化
基因工程 第一章 克隆
第一节 基因工程的诞生
基因克隆的成功（Cohen + Berg ) 1973
基因克隆（gene cloning）： 是基因工程的核心技术。
基因工程 第一章 克隆
第三节 什么是基因克隆
克隆这个术语的几种含义：
（1）作为名词 ①带有相同插入顺序的重组DNA分子的1个群体。 ②最常用的是描述一个微生物的一个菌落，这些微
生物带有插入了特定DNA片断的载体分子。 （colony ………clone ) （2）作为动词，是“去克隆”，即利用体外DNA重组 技术将一个特定的基因或DNA顺序插入一个载体分子。