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第一章 基因工程概述
一、基因工程概念与基本流程 二、基因工程的发展简史 三、基因工程的研究意义和应用
4
一、基因工程概念与基本流程
1. 基因工程的概念 采用类似于工程设计的方法，根据人们事先设计的
蓝图，人为地在体外将外源目的基因插入质粒、病毒或 其它载体中，构成遗传物质的新组合即重组载体DNA分子 ，并将这种含有目的基因的重组载体分子转移到原先没 有这类目的基因的受体细胞中去扩增和表达,从而使受 体或受体细胞获得新的遗传特性，或形成新的基因产物。
2）将外源目的基因或片段拼接到具有运输或 转移能力的工程载体（质粒、噬菌体、病 毒等）上，形成重组DNA分子。载体须能 够自我复制且具有选择标记。
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3）把重组DNA分子转移到适宜的受体细胞中进 行扩增、表达（基因工程重组系统）。
4）阳性克隆子的鉴定。 5）阳性克隆子的直接诱导表达，或再将其克隆
到其他表达载体上，导入真核受体细胞（酵 母、植物、动物或人体细胞），以便在新的 背景下实现功能表达 ，产生人们所需的基 因工程产品。
• 1973年， S.Cohen等人将大肠杆菌的编码卡那霉素抗性的质粒R5-6质粒， 与另一种 编码四环素抗性的质粒pSC101 ，用限制性核酸内切酶EcoRI切 割，T4DNA连接酶连接成新的重组质粒，转化到大肠杆菌中，在含四环 素和卡那霉素的平板上筛选出了抗四环素和在链霉素的重组菌落。这是 基因工程发展史上第一次实现重组体转化成功的实验，基因工程从此诞 生了!
了重度联合免疫缺陷症（SDID）的基因治疗； 1985年提出，1990年启动的人类基因组计划； 1996年，体细胞核移植--克隆多利绵羊……
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三、基因工程的研究意义和应用
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1、基因工程在功能基因组学研究中的应用
① 基因定位和基因功能研究； ② 基因表达调控的顺式元件和反式因子的鉴定和转录调控机制的研究； ③ 发育的遗传学和基因组学； ④ 非编码DNA与RNA的类型、含量、分布及所包含的信息与功能； ⑤ 基因转录、蛋白质合成和翻译后事件的相互协调。 ⑥ 在大分子功能复合体中蛋白质间的相互作用； ⑦ 人类蛋白质组学研究； ⑧ 个体间单核苷酸多态性变异（SNPs, Single-based DNA variations
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3. 基因工程的发展
1976年，第一家生物技术公司--美国基因泰克公司（Genentech）成立； 1977年，第一个基因工程药物--生长激素抑制素（Somatostostatin）； 1978年，人重组胰岛素；1982年上市（Eli Lilly）；
生长激素、α-干扰素、白细胞介素2等。
基因工程的腾飞： 1982年，转新霉素抗性基因的转基因烟草； 1985年，基因工程微生物杀虫剂走向市场； 1988年，PCR技术问世； 1990年，美国人，逆转录病毒将腺苷脱氨酶（ADA）基因导入人体，实现
among individual）与健康和疾病之间的关系； ⑨ 基因突变与疾病发生和发展之间的关系； ⑩ 药理基因组学等。
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2、基因工程在工业领域的应用
环保工业：“白色垃圾”降解重组菌、石油降解质粒，农药 降解质粒，工业污染物降解质粒，尼龙和洗涤剂降 解质粒；水质与土壤重金属污染的清除：金属结合 蛋白或金属结合肽。
• 技术上三大发明：限制性核酸内切 酶及 各种工具酶的发现、载体分子 的研究与发现、逆转录酶的发现。
10
一种
遗传因子（？）
控制形状
11
遗传因子是 DNA 而非 蛋白质
12
13
14
DNA的α-双螺旋结构
A、T、G、C四种 脱氧核糖核苷酸
15
16
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2、基因工程诞生的标志
• 1972年， P.Berg领导的研究小组，在世界上第一次成功地实现了DNA的 体外重组。他们使用限制性核酸内切酶EcoR I，在体外对猿猴病毒SV40 的DNA和λ噬菌体的DNA分别进行酶切，然后再用T4DNA连接酶把两种 酶切的DNA片段连接起来，从而获得了世界上第一个体外重组的杂种DNA 分子。他们因此获得1980年诺贝尔化学奖(同Sanger、Gilbert分享)。
基因工程
Gene engineering
1
教材
• 《基因工程》，袁婺洲主编，化学工业出 版社出版，2010年第一版。国家精品课 程建设教材。
2
参考书与参考资料
李立家编著，《基因工程》，科学出版社，2004年。 徐晋麟著，《基因工程原理》，科学出版社。2007年 楼士林编著，《基因工程》，科学出版社。2002 孙明主编，《基因工程》，高等教育出版社。2006年。 刘祥林《基因工程》，科学出版社。2005年。 张惠展编著，《基因工程》，华东理工大学出版社。2005年。 傅继梁主编《基因工程小鼠》，上海科学技术出版社。2006年。 曾北危主编，《转基因生物安全》，化学工业出版社，2004年。 沈孝宙编，《转基因之争》，化学工业出版社。2008年。 （英国）布鲁克斯编，黄尚志主译，《基因治疗：应用DNA作 为药物》，化学工业出版社。2007年。 李元主编，《基因工程药物》，第二版，化学工业出版社。2007年。 李德山主编，《基因工程制药》，化学工业出版社。2010年。
8
限制性核酸内切酶
外源基因或DNA片段
载体
基
因
含有外源基因的重
工
组载体DNA分子
程
的
转化受体细 胞并筛选
流
程
百度文库
图
外源 基因表达
基因功能与表 多肽类或抗体类 动植物性状改良
达调控研究
基因工程产品 与人类基因治疗
9
二 、基因工程发展简史
1. 基因工程诞生的背景
• 理论上三大发现：遗传物质是DNA、 DNA的双螺旋结构与半保留复制机 理以及中心法则的发现。
5
通俗地说，基因工程就是指将一种供体生 物体的目的基因与适宜的载体在体外进行拼接 重组，然后转入另一种受体生物体内，使之按 照人们的意愿稳定遗传并表达出新的基因产物 或产生新的遗传性状的DNA体外操作程序。也 称为分子克隆技术。
三大基本元件：供体基因、受体细胞、载体。
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2、基因工程的基本流程
1） 从复杂的生物体基因组中，经过不同的技 术方法（酶切法、逆转录法、化学合成 法、 PCR法），分离获得目的基因的DNA片段；
第一章 基因工程概述
一、基因工程概念与基本流程 二、基因工程的发展简史 三、基因工程的研究意义和应用
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一、基因工程概念与基本流程
1. 基因工程的概念 采用类似于工程设计的方法，根据人们事先设计的
蓝图，人为地在体外将外源目的基因插入质粒、病毒或 其它载体中，构成遗传物质的新组合即重组载体DNA分子 ，并将这种含有目的基因的重组载体分子转移到原先没 有这类目的基因的受体细胞中去扩增和表达,从而使受 体或受体细胞获得新的遗传特性，或形成新的基因产物。
2）将外源目的基因或片段拼接到具有运输或 转移能力的工程载体（质粒、噬菌体、病 毒等）上，形成重组DNA分子。载体须能 够自我复制且具有选择标记。
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3）把重组DNA分子转移到适宜的受体细胞中进 行扩增、表达（基因工程重组系统）。
4）阳性克隆子的鉴定。 5）阳性克隆子的直接诱导表达，或再将其克隆
到其他表达载体上，导入真核受体细胞（酵 母、植物、动物或人体细胞），以便在新的 背景下实现功能表达 ，产生人们所需的基 因工程产品。
• 1973年， S.Cohen等人将大肠杆菌的编码卡那霉素抗性的质粒R5-6质粒， 与另一种 编码四环素抗性的质粒pSC101 ，用限制性核酸内切酶EcoRI切 割，T4DNA连接酶连接成新的重组质粒，转化到大肠杆菌中，在含四环 素和卡那霉素的平板上筛选出了抗四环素和在链霉素的重组菌落。这是 基因工程发展史上第一次实现重组体转化成功的实验，基因工程从此诞 生了!
了重度联合免疫缺陷症（SDID）的基因治疗； 1985年提出，1990年启动的人类基因组计划； 1996年，体细胞核移植--克隆多利绵羊……
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三、基因工程的研究意义和应用
20
1、基因工程在功能基因组学研究中的应用
① 基因定位和基因功能研究； ② 基因表达调控的顺式元件和反式因子的鉴定和转录调控机制的研究； ③ 发育的遗传学和基因组学； ④ 非编码DNA与RNA的类型、含量、分布及所包含的信息与功能； ⑤ 基因转录、蛋白质合成和翻译后事件的相互协调。 ⑥ 在大分子功能复合体中蛋白质间的相互作用； ⑦ 人类蛋白质组学研究； ⑧ 个体间单核苷酸多态性变异（SNPs, Single-based DNA variations
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3. 基因工程的发展
1976年，第一家生物技术公司--美国基因泰克公司（Genentech）成立； 1977年，第一个基因工程药物--生长激素抑制素（Somatostostatin）； 1978年，人重组胰岛素；1982年上市（Eli Lilly）；
生长激素、α-干扰素、白细胞介素2等。
基因工程的腾飞： 1982年，转新霉素抗性基因的转基因烟草； 1985年，基因工程微生物杀虫剂走向市场； 1988年，PCR技术问世； 1990年，美国人，逆转录病毒将腺苷脱氨酶（ADA）基因导入人体，实现
among individual）与健康和疾病之间的关系； ⑨ 基因突变与疾病发生和发展之间的关系； ⑩ 药理基因组学等。
21
2、基因工程在工业领域的应用
环保工业：“白色垃圾”降解重组菌、石油降解质粒，农药 降解质粒，工业污染物降解质粒，尼龙和洗涤剂降 解质粒；水质与土壤重金属污染的清除：金属结合 蛋白或金属结合肽。
• 技术上三大发明：限制性核酸内切 酶及 各种工具酶的发现、载体分子 的研究与发现、逆转录酶的发现。
10
一种
遗传因子（？）
控制形状
11
遗传因子是 DNA 而非 蛋白质
12
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DNA的α-双螺旋结构
A、T、G、C四种 脱氧核糖核苷酸
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2、基因工程诞生的标志
• 1972年， P.Berg领导的研究小组，在世界上第一次成功地实现了DNA的 体外重组。他们使用限制性核酸内切酶EcoR I，在体外对猿猴病毒SV40 的DNA和λ噬菌体的DNA分别进行酶切，然后再用T4DNA连接酶把两种 酶切的DNA片段连接起来，从而获得了世界上第一个体外重组的杂种DNA 分子。他们因此获得1980年诺贝尔化学奖(同Sanger、Gilbert分享)。
基因工程
Gene engineering
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教材
• 《基因工程》，袁婺洲主编，化学工业出 版社出版，2010年第一版。国家精品课 程建设教材。
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参考书与参考资料
李立家编著，《基因工程》，科学出版社，2004年。 徐晋麟著，《基因工程原理》，科学出版社。2007年 楼士林编著，《基因工程》，科学出版社。2002 孙明主编，《基因工程》，高等教育出版社。2006年。 刘祥林《基因工程》，科学出版社。2005年。 张惠展编著，《基因工程》，华东理工大学出版社。2005年。 傅继梁主编《基因工程小鼠》，上海科学技术出版社。2006年。 曾北危主编，《转基因生物安全》，化学工业出版社，2004年。 沈孝宙编，《转基因之争》，化学工业出版社。2008年。 （英国）布鲁克斯编，黄尚志主译，《基因治疗：应用DNA作 为药物》，化学工业出版社。2007年。 李元主编，《基因工程药物》，第二版，化学工业出版社。2007年。 李德山主编，《基因工程制药》，化学工业出版社。2010年。
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限制性核酸内切酶
外源基因或DNA片段
载体
基
因
含有外源基因的重
工
组载体DNA分子
程
的
转化受体细 胞并筛选
流
程
百度文库
图
外源 基因表达
基因功能与表 多肽类或抗体类 动植物性状改良
达调控研究
基因工程产品 与人类基因治疗
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二 、基因工程发展简史
1. 基因工程诞生的背景
• 理论上三大发现：遗传物质是DNA、 DNA的双螺旋结构与半保留复制机 理以及中心法则的发现。
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通俗地说，基因工程就是指将一种供体生 物体的目的基因与适宜的载体在体外进行拼接 重组，然后转入另一种受体生物体内，使之按 照人们的意愿稳定遗传并表达出新的基因产物 或产生新的遗传性状的DNA体外操作程序。也 称为分子克隆技术。
三大基本元件：供体基因、受体细胞、载体。
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2、基因工程的基本流程
1） 从复杂的生物体基因组中，经过不同的技 术方法（酶切法、逆转录法、化学合成 法、 PCR法），分离获得目的基因的DNA片段；