1基因工程概论
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? 分子克隆实验指南，J. Sambtook, EF Frish, T Maniatis, 金冬雁，黎孟枫等译，科学出 版社。
第一部分 基因克隆的基 本原理
Chapter I 概论
? 生物工程、生物技术 ? 基因工程的发展史
? 理论上的三大发现 ? 技术上的三大发现 ? 发展过程中的重大事件
? 基因工程的概念
? 根据酶切结果判读酶切图谱，以及判读DNA序 列的能力。
? 能够设计一个基因克隆的程序。
参考书：
? Gene cloning, T.A. Brown. Third edition.
? 基因工程原理，吴乃虎编著，科学出版 社
? 基因工程概论，张惠展编著，华东理工 大学出版社。
? 植物基因工程原理与技术，王关林，方 宏筠主编，科学出版社。
3 基因工程的概念
3.1 概念
按照预先设计好的蓝图，利用现代 分子生物学技术，特别是酶学技术， 对遗传物质 DNA直接进行体外重组操 作与改造，将一种生物（ 供体）的基 因转移到另外一种生物（ 受体）中去， 从而实现受体生物的 定向改造与改良。
3 基因工程的概念
?3.1 概念
?广义基因工程： DNA重组技术的产 业化设计与应用。
Tetracycline pSC101
EcoR I
DNA Ligase
Kanr and Tetr
2. 基因工程的发展史
2.3 发展过程中的重大事件
? 1977年，E. coli中合成了人生长激素基
因。 ? 1978-1979胰岛素基因在大肠杆菌中表达。 ? 1982年，培育出了超级鼠。 ? 1985年Horsch发明了植物基因工程的基本
? 概念、原理 ? 基本步骤 ? 基因克隆需要的工具和技术
? 基因工程的意义
1. 几个相关概念
? 生物工程：直接或间接利用生物体的机能生 产物质的技术。包括发酵技术、基因重组、 细胞融合、细胞大量培养、生物反应器等技 术。
? 生物技术：生物技术是以现代生命科学为基 础，结合先进的工程技术手段和其他基础学 科的科学原理，按照预先的设计改造生物体 或加工生物原料，为人类生产出所需的产品 或达到某种目的。包括基因工程、细胞工程、 酶工程、发酵工程等。
方法：叶圆盘法，并获得转基因植株。
2.3 发展过程中的重大事件
?1990年，患有遗传免疫疾病的 4岁 女孩接受了基因疗法。
?1990年，Perlak 将B.T.基因导入 棉花获得抗虫棉 。
?1991年，美国开始人类基因组计划。 ?2019年，“多利”绵羊诞生。
转 移 大 鼠 生 长 素 基 因 的 小 鼠
? 大规模的生产生物分子
? 设计构建新物种
? 搜寻、分离和鉴定生物体尤其是人体内 的遗传信息。
表1-1 主要基因工程产品的研制、开发、上市时间
产品
人生长激素释放抑制素(SRM) 人胰岛素 人生长激素（HGH）
时间 国家 用途 上市 国家 时间
1977 日本 巨人症
1978 美国 糖尿病 1982 欧洲 1979 美国 侏儒症 1985 美国
2. 基因工程的发展史
2.2 技术上的三大发现 ?限制性内切酶和DNA连接酶的发
现（标志着DNA重组时代的开始） ?载体的使用 ?1970年，逆转录酶的发现。
2. 基因工程的发展史
?1973年，Cohen等获得了抗四环 素和新霉素的重组菌落TcrNer， 标志着基因工程的诞生。
Kanamycin R6-5
3.2 基本步骤：(切、接、转、增、检）
? 施工材料的准备：目的基因、载体、工具 酶和受体细胞（宿主）的准备。用限制性 内切酶分别将外源DNA和载体分子切开。
? 目的基因与载体DNA的体外重组，形成重 组DNA分子。
? 把重组的DNA分子引入受体细胞，并建立 起无性繁殖系。
? 筛选出所需要的无性繁殖系，并保证外源 基因在受体细胞中稳定遗传、正确表达。
1. 几个相关概念
? 遗传工程：人工改造生物体遗传性的 技术。包括细胞工程、染色体工程、 细胞器工程、基因工程等 。
生物技术的范围最广。
2. 基因工程的发展史
2.1 理论上的三大发现 ?证明了生物的遗传物质是 DNA（基
因工程的先导） ? DNA的双螺旋 结构和 半保留复制 机
理 ?遗传信息的传递方式（ 中心法则）
wenku.baidu.com
人α-干扰素（IFN） 乙肝疫苗（HBsAgV） 人白细胞介素
1980 美国 病毒 1983 美国 乙肝 1984 美国 肿瘤
1985 欧洲 1986 欧洲 1989 欧洲
人促红细胞生成素（EPO） 人粒细胞集落刺激因子(G-CSF) 人组织纤溶酶原激活剂（t-PA）
?选择、修饰和重组核糖体结合位点及 密码子等mRNA的翻译调控元件。
?基因工程菌（细胞）是现代生物工 程中的微型生物反应器
4 基因工程的意义
? 基因工程可以绕过远缘有性杂交的困 难，使基因在微生物、植物、动物之 间交流，迅速并定向的获得人类需要 的新的生物类型 。
? 概括地讲，其意义体现在以下三个方 面：
基因工程 Genetic Engineering
生科院遗传室 盖树鹏
本课程的地位：
现代科技革命 高新技术 生物技术 基因工程 基因克隆
基本要求：
? 掌握基因克隆的基本工具、基本方法。 ? PCR技术基本原理和应用。 ? 怎样利用基因重组技术研究基因的结构、表达
和调控。
? 利用基因工程生产重组蛋白，基因工程在医药 和农业上的应用。
基 因 克 隆 的 基 本 步 骤
3.3 基因工程的基本原理
?分子遗传、分子生物学以及生化工 程学是基因工程原理的三大基石。
?载体DNA自主复制的特性
?提高基因剂量 ?提高宏观表达水平
?一个完整的基因由三部分组成：启动 子、编码序列与终止子。
?筛选、修饰和重组启动子、增强子、 终止子等基因的转录调控元件。
?上游技术：外源基因重组、克隆和表 达的设计与构建（狭义基因工程）
?下游技术：含有外源基因的生物细胞 （基因工程菌或细胞）的大规模培养 以及外源基因的表达、分离、纯化过 程。
gene manipulation, gene cloning,
recombinant DNA technology, genetic modification, new genetics, molecular agriculture
第一部分 基因克隆的基 本原理
Chapter I 概论
? 生物工程、生物技术 ? 基因工程的发展史
? 理论上的三大发现 ? 技术上的三大发现 ? 发展过程中的重大事件
? 基因工程的概念
? 根据酶切结果判读酶切图谱，以及判读DNA序 列的能力。
? 能够设计一个基因克隆的程序。
参考书：
? Gene cloning, T.A. Brown. Third edition.
? 基因工程原理，吴乃虎编著，科学出版 社
? 基因工程概论，张惠展编著，华东理工 大学出版社。
? 植物基因工程原理与技术，王关林，方 宏筠主编，科学出版社。
3 基因工程的概念
3.1 概念
按照预先设计好的蓝图，利用现代 分子生物学技术，特别是酶学技术， 对遗传物质 DNA直接进行体外重组操 作与改造，将一种生物（ 供体）的基 因转移到另外一种生物（ 受体）中去， 从而实现受体生物的 定向改造与改良。
3 基因工程的概念
?3.1 概念
?广义基因工程： DNA重组技术的产 业化设计与应用。
Tetracycline pSC101
EcoR I
DNA Ligase
Kanr and Tetr
2. 基因工程的发展史
2.3 发展过程中的重大事件
? 1977年，E. coli中合成了人生长激素基
因。 ? 1978-1979胰岛素基因在大肠杆菌中表达。 ? 1982年，培育出了超级鼠。 ? 1985年Horsch发明了植物基因工程的基本
? 概念、原理 ? 基本步骤 ? 基因克隆需要的工具和技术
? 基因工程的意义
1. 几个相关概念
? 生物工程：直接或间接利用生物体的机能生 产物质的技术。包括发酵技术、基因重组、 细胞融合、细胞大量培养、生物反应器等技 术。
? 生物技术：生物技术是以现代生命科学为基 础，结合先进的工程技术手段和其他基础学 科的科学原理，按照预先的设计改造生物体 或加工生物原料，为人类生产出所需的产品 或达到某种目的。包括基因工程、细胞工程、 酶工程、发酵工程等。
方法：叶圆盘法，并获得转基因植株。
2.3 发展过程中的重大事件
?1990年，患有遗传免疫疾病的 4岁 女孩接受了基因疗法。
?1990年，Perlak 将B.T.基因导入 棉花获得抗虫棉 。
?1991年，美国开始人类基因组计划。 ?2019年，“多利”绵羊诞生。
转 移 大 鼠 生 长 素 基 因 的 小 鼠
? 大规模的生产生物分子
? 设计构建新物种
? 搜寻、分离和鉴定生物体尤其是人体内 的遗传信息。
表1-1 主要基因工程产品的研制、开发、上市时间
产品
人生长激素释放抑制素(SRM) 人胰岛素 人生长激素（HGH）
时间 国家 用途 上市 国家 时间
1977 日本 巨人症
1978 美国 糖尿病 1982 欧洲 1979 美国 侏儒症 1985 美国
2. 基因工程的发展史
2.2 技术上的三大发现 ?限制性内切酶和DNA连接酶的发
现（标志着DNA重组时代的开始） ?载体的使用 ?1970年，逆转录酶的发现。
2. 基因工程的发展史
?1973年，Cohen等获得了抗四环 素和新霉素的重组菌落TcrNer， 标志着基因工程的诞生。
Kanamycin R6-5
3.2 基本步骤：(切、接、转、增、检）
? 施工材料的准备：目的基因、载体、工具 酶和受体细胞（宿主）的准备。用限制性 内切酶分别将外源DNA和载体分子切开。
? 目的基因与载体DNA的体外重组，形成重 组DNA分子。
? 把重组的DNA分子引入受体细胞，并建立 起无性繁殖系。
? 筛选出所需要的无性繁殖系，并保证外源 基因在受体细胞中稳定遗传、正确表达。
1. 几个相关概念
? 遗传工程：人工改造生物体遗传性的 技术。包括细胞工程、染色体工程、 细胞器工程、基因工程等 。
生物技术的范围最广。
2. 基因工程的发展史
2.1 理论上的三大发现 ?证明了生物的遗传物质是 DNA（基
因工程的先导） ? DNA的双螺旋 结构和 半保留复制 机
理 ?遗传信息的传递方式（ 中心法则）
wenku.baidu.com
人α-干扰素（IFN） 乙肝疫苗（HBsAgV） 人白细胞介素
1980 美国 病毒 1983 美国 乙肝 1984 美国 肿瘤
1985 欧洲 1986 欧洲 1989 欧洲
人促红细胞生成素（EPO） 人粒细胞集落刺激因子(G-CSF) 人组织纤溶酶原激活剂（t-PA）
?选择、修饰和重组核糖体结合位点及 密码子等mRNA的翻译调控元件。
?基因工程菌（细胞）是现代生物工 程中的微型生物反应器
4 基因工程的意义
? 基因工程可以绕过远缘有性杂交的困 难，使基因在微生物、植物、动物之 间交流，迅速并定向的获得人类需要 的新的生物类型 。
? 概括地讲，其意义体现在以下三个方 面：
基因工程 Genetic Engineering
生科院遗传室 盖树鹏
本课程的地位：
现代科技革命 高新技术 生物技术 基因工程 基因克隆
基本要求：
? 掌握基因克隆的基本工具、基本方法。 ? PCR技术基本原理和应用。 ? 怎样利用基因重组技术研究基因的结构、表达
和调控。
? 利用基因工程生产重组蛋白，基因工程在医药 和农业上的应用。
基 因 克 隆 的 基 本 步 骤
3.3 基因工程的基本原理
?分子遗传、分子生物学以及生化工 程学是基因工程原理的三大基石。
?载体DNA自主复制的特性
?提高基因剂量 ?提高宏观表达水平
?一个完整的基因由三部分组成：启动 子、编码序列与终止子。
?筛选、修饰和重组启动子、增强子、 终止子等基因的转录调控元件。
?上游技术：外源基因重组、克隆和表 达的设计与构建（狭义基因工程）
?下游技术：含有外源基因的生物细胞 （基因工程菌或细胞）的大规模培养 以及外源基因的表达、分离、纯化过 程。
gene manipulation, gene cloning,
recombinant DNA technology, genetic modification, new genetics, molecular agriculture