基因工程概论-85页精选文档
基因工程概论
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
1977 1978 1979
国家 用途
日本 巨人症 美国 糖尿病 美国 侏儒症
上市时间 国家
1982 1985
欧洲 美国
人α-干扰素（IFN）
乙肝疫苗（HBsAgV）
1980
198破了常规育种难以突破的物种之间界限，可使
原核生物与真核生物之间、动物与植物之间、甚至人与其
他生物之间的遗传信息进行重组和转移。 缩短了新物种出现的时间。
基因工程的基本操作程序
供体细胞
目的基因
载体 重 组D N A分 子
受体细胞 转化细胞
基因治疗 基因诊断
多肽药物 疫苗、抗体
（二）克隆载体研究
基因工程的发展是与克隆载体构建密切相关的； Ti质粒的发现使植物基因工程研究迅速发展起来；
动物病毒克隆载体的构建，使动物基因工程研究也有
一定的进展。可以认为构建克隆载体是基因工程技术路线 中的核心环节。 构建适合于高等动植物转基因的表达载体和定位整合 载体是今后研究的重要内容。
（三）受体系统的研究
就基因药物而言，最理想的表达场所是 转基因动物的乳腺。
1）乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入体内循环，不
会影响转基因动物本身的生理代谢反应。 2）从乳汁中获取目的基因产物，产量高，易提纯，表 达的蛋白质已经过充分的修饰加工，具有稳定的生物活性。 3）从乳汁中源源不断获得目的基因的产物的同时，转
基因动物又可无限繁殖。
基因工程 Gene Engineering
生物工程
包括基因工程、细胞工程、发酵工
程、蛋白质工程和酶工程等。
基因工程概论
基因工程概论连接产物●重组分子●未连接的载体分子●未连接的D N A片段●载体的自连●含有错误插入片段的重组D N A分子1转化—细菌吸收D N A的方式自然界中，转化并不是细菌获取遗传信息的主要方式。
细菌必须经过物理或化学处理后可提高吸收D N A的能力，经过这样处理的细菌称为感受态。
1.1大肠杆菌感受态的制备●感受态细胞(Competent cells):受体细胞经过一些特殊方法的处理后，细胞膜的通透性发生变化，成为能容许有外源DNA的载体分子通过的感受态细胞(competent cell) 。
1.1大肠杆菌感受态的制备●在冷的盐溶液中转化效率提高。
一般利用50m M的C a C l2，或者氯化铷。
–原理：与细菌外膜磷脂在低温下形成液晶结构，并发生收缩，使细胞膜出现孔隙。
●42°C热激处理。
1.2筛选转化细胞1n g的p U C8可以产生1000-10000个转化子，意味着只吸收了0.01%的D N A分子。
1.3其他的转化方法●电穿孔驱动的完整细胞转化（电激转化法）●接合转化●微注射法●λ噬菌体的转染●P E G介导的细菌原生质体转化1.3其他的转化方法●电激转化–受体细胞在脉冲电场作用下，细胞壁上形成一些微孔通道，使得D N A分子直接与裸露的细胞膜脂双层结构接触，并引发吸收过程。
–可以转化较大的质粒，适用于所有的细菌。
1.3其他的转化方法●接合转化–是由接合型质粒完成的。
–涉及到三种菌株的混合：受体菌、含有接合质粒的辅助菌以及含有待转化重组质粒的供体菌。
–重组质粒和接合质粒必须有相容性。
1.3其他的转化方法●P E G介导的细菌原生质体转化–高渗溶液中细菌培养至对数生长期–溶菌酶的等渗液处理，形成原生质体。
–加入D N A样品和聚乙二醇等渗液–离心除去聚乙二醇，固体培养。
●适用于芽孢杆菌和链霉菌等革兰氏阳性菌、酵母、霉菌甚至植物。
表5-1大肠杆菌5种常用转化方法的比较2重组子的鉴定●利用插入失活选择p B R322重组●载体：含有β-半乳糖苷酶基因l a c Z的调控序列和头146个a a的编码序列●宿主：缺失了l a c Z’基因，可编码β-半乳糖苷酶C端序列●α-互补：l a c Z基因上缺失近操纵基因区段的突变体可以与带有完整的近操纵基因区段的β-半乳糖苷酶隐性突变体之间实现互补。
基因工程概论
基因工程概论重点知识：遗传工程、基因工程的概念；基因工程理论上的三大发现和技术上的三大发现；基因工程的基本步骤；基因工程的意义。
难点知识：基因工程的概念；基因工程的基本步骤；基因工程的基本原理。
第二章基因工程的工具酶重点知识：同位酶；同裂酶；同尾酶；星号活力；DNA操作酶的功能及应用（Bal 31, E. coli外切酶III,S1核酸酶，DNase I,测序酶，DNA连接酶，DTD, Ligase,逆转录酶，碱性磷酸酯酶，甲基化酶）；限制性内切酶的分类、命名原则；电泳后DNA的检测方法；DNA分子量的估算方法；怎样提高平头末端的连接效率；如何实现目的基因与载体连接效率；提高重组率的方法；构建酶切图谱的方法。
难点知识：DNA操作酶的功能及应用；怎样提高平头末端的连接效率；如何实现目的基因与载体连接效率；提高重组率的方法；构建酶切图谱的方法。
第三章基因克隆的载体重点知识：载体；克隆载体；表达载体；穿梭载体；质粒；严谨型质粒松弛型质粒；cos位点；λ cI突变体；溶源/溶菌性噬菌体；粘粒（cosmid）；噬菌粒；2μm质粒；载体的基本要求；质粒的基本特征及其分类；λDNA的特点；M13作为载体的优点；如何测定DNA的浓度和纯度？质粒DNA的提取方法，纯化的原理与方法；噬菌体DNA的分离纯化方法；大肠杆菌质粒pBR322、pUC8、pGEM3Z-DNA的特点；不同载体克隆DNA的片段大小；M13、λDNA作为载体需要进行哪些改造？λ克隆载体的类型；建生物基因组文库需要克隆的数目；酵母克隆载体的类型；YAC载体包括那些结构，来源和构建方法。
难点知识：严谨型质粒松弛型质粒；粘粒（cosmid）；噬菌粒；M13、λDNA作为载体需要进行哪些改造？λ克隆载体的类型；建生物基因组文库需要克隆的数目；YAC载体包括那些结构，来源和构建方法第四章重组DNA的转化与筛选重点知识：感受态细胞；插入失活；α-互补；Spi+；转化的方法有哪些？转化效率如何；噬菌体DNA转化大肠杆菌的方法；重组噬菌斑的鉴定方法；重组DNA的鉴定方法。
《基因工程的概述》word版
第一章基因工程第一节基因工程的概述【学习目标】1、简述基因工程的概念含义，简述基因工程的诞生历程，认同基因工程的诞生和发展离不开理论突破和技术创新2、简述基因工程的原理，说出DNA重组技术的基本工具及其作用、特点，简述基因工程基本操作程序，以及各步骤的一般方法、原理，模拟重组DNA分子的操作过程【课前预习】1、基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，在通过人工和等方法，对生物的基因进行和，然后导入并使重组基因在中表达，产生人类需要的基因产物的技术。
因而又叫DNA重组技术。
基因工程是在水平上操作、改变生物遗传性状的技术，包括基因的、以及在受体细胞内的和过程。
2、为基因工程的创立作出了重要的理论铺垫，而的发现，则直接促进了基因工程的诞生。
1973年，美国科学家将不同来源的两种DNA分子体外重组，并首次实现了在大肠杆菌中的表达。
3、“分子手术刀”：。
其作用的特点是：其产生的DNA末端有两种形式：和。
“分子针线”将双链DNA片段缝合起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的。
4、“运载工具”。
通常利用质粒作为载体。
作为载体必须具备以下条件：载体DNA必需有一个或多个的切割位点；载体DNA必需能在受体细胞中；载体DNA必需带有特殊的基因。
5、基因工程的基本操作步骤包括：①②、③、④6、PCR是一项在生物复制特定DNA片段的核酸合成技术。
目的基因受热形成，与结合，在的作用下延伸形成DNA。
【共同探究】【思考题1】（10全国2）下列叙述符合基因工程概念的是A．B淋巴细胞与肿瘤细胞融合，杂交瘤细胞中含有B淋巴细胞中的抗体基因B．将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌，获得能产生人干扰素的菌株C．用紫外线照射青霉菌，使其DNA发生改变，通过筛选获得青霉素高产菌株D．自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后其DNA整合到细菌DNA上（一）DNA重组技术的基本工具1、“分子手术刀”——限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶能将外来的DNA切断，即能够限制异源DNA的侵入并使之失去活力，但对自己的DNA却无损害作用，这样可以保护细胞原有的遗传信息。
基因工程概论(5)
基 因 工 程5 2 3 4 167 基因工程的基本概念基因工程的基本原理基因工程的基本条件基因工程的操作过程目的基因的分离克隆大肠杆菌的基因工程真核酵母的基因工程5目的基因的分离克隆5目的基因的克隆A 鸟枪法鸟枪法克隆目的基因的基本战略鸟枪法操作的改进鸟枪法克隆目的基因的局限性鸟枪法克隆目的基因的基本战略鸟枪法克隆目的基因的基本战略染色体DNA的切断超声波处理：全酶切：部分酶切：与载体连接鸟枪法克隆目的基因的基本战略转化受体细胞筛选含有目的基因的目的重组子鸟枪法操作的改进使用特征性限制性内切酶切开染色体DNA鸟枪法操作的改进在连接前将DNA片段进行分级分离1.8 kb鸟枪法操作的改进凝胶DNA片段回收技术鸟枪法克隆目的基因的局限性B cDNA 法5 目的基因的克隆cDNA法克隆目的基因的基本战略cDNA 法分离目的基因的基本程序cDNA法法克隆目的基因的局限性cDNA法克隆目的基因的基本战略c DNA第一链的合成mRNApppG G AAAAAAAAAAAAAA OHpppG G AAAAAAAAAAAAAA OHTTTTTTTTTTTTTT p pppG G AAAAAAAAAAAAAA OHTTTTTTTTTTTTTT pcDNA第一链自身引导法：AAAAAAAAAAAAAAppp G GAAAAAAAAAAAAAA OH TTTTTTTTTTTTTT p TTTTTTTTTTTTTT p 5’TTTTTTTTTTTTTT p5’AAAAAAAAAAAAAA OH 3’TTTTTTTTTTTTTT OH 3’Klenow dNTPsS1置换合成法：ppp G GAAAAAAAAAAAAAA OH TTTTTTTTTTTTTT p AAAAAAAAAAAAAA p AAAA TTT OH TTTTTTTTTTTTTT p TTTTTTTTTTTTTT OH AAAAAAAAAAAAAA TTTTTTTTTTTTTT引导合成法：pppG G AAAAA OHTTTTT pHOpppG G AAAAA CCCCCCC OHHO CCCCCCC TTTTT pHO CCCCCCC TTTTT pHO CCCCCCC TTTTT pp GGGGGGGHO CCCCCCC TTTTT pp GGGGGGG AAAAA OHcDNA法克隆目的基因的基本战略双链c DNA的克隆平头末端直接与载体连接，平头两端分别接同聚物尾，加装人工接头引入酶切口，cDNA法分离目的基因的基本程序完备分离程序cDNA法分离目的基因的基本程序特异分离程序cDNA法分离目的基因的基本程序差异分离程序差异分离程序多瘤病毒感染的FR3T3细胞正常的FR3T3细胞总mRNA总mRNAcDNA 双链cDNA单链cDNA提取mRNA合成cDNA合成第二链克隆原位杂交病毒诱导表达的基因cDNA克隆cDNA法克隆目的基因的局限性C PCR 法5 目的基因的克隆PCR法定向扩增目的基因的基本原理PCR 克隆目的基因的基本程序PCR盒式引物扩增法PCR技术的诞生与发展PCR技术的诞生与发展聚合酶链反应PCR 扩增技术1985Kary mullis198819931995PCR法定向扩增目的基因的基本原理目的基因5‘5‘5‘5‘5‘5‘5‘5‘5‘5‘5‘5‘5‘5‘5‘5‘5‘5‘5‘5‘底物聚合加热变性引物退火底物聚合123A T载体PCR克隆目的基因的基本程序AATT5’PCR扩增产物T载体T7lacZ MCS ori Ap r盒式PCR扩增法染色体DNA 5‘ 端不含磷酸基团D 化学合成法5 目的基因的克隆化学合成法的基本战略化学合成的单元操作DNA化学合成的用途全基因合成小片段粘接法：12-15全基因合成补钉延长法：12-1520-30化学合成法的基本战略全基因合成40-50化学合成法的基本战略全基因合成95% 507.7%探针等寡聚核苷酸合成简并密码子偏爱性探针等寡聚核苷酸合成Cys Met Asp Glu Met Lys Arg Asn IleTGT ATG GAC GAA ATG AAA AGA AAC ATA C T G ATG G G T TCCGA CGG CGT CGC TG T ATG GA C GA I ATG ATG T ATG GA T GA I ATG ATG C ATG GA C GA I ATG ATG C ATG GA T GA I ATG AAGEST expressed sequence tag化学合成的单元操作基团保护分离缩合分离去保护磷酸二酯法磷酸三酯法亚磷酸液三酯法液相合成固相合成化学合成的单元操作O HG H H H H OCH 2O DMT PO Me N CH Me Me CHMe MeH DMT ： 二甲氧基三苯甲基缩合氧化脱取代基玻璃珠连接臂DNA化学合成的用途合成天然基因修饰改造基因设计新型基因制备探针、引物、接头5目的基因的克隆E 基因文库的构建基因文库的基本概念基因文库的构建程序基因组文库重组克隆的排序基因库与基因文库基因库（gene pool ）基因文库（gene library or gene bank ）基因组文库cDNA 文库基因文库构建的基本战略用鸟枪法构建基因组文库，用cDNA法构建cDNA文库，基因文库的完备性完备性NN = ln ( 1 – P ) / ln ( 1 – f )2.9 x 109bp15 kb0.945万0.9999180万基因文库的质量标准完备性重组克隆的总数不宜过大载体的装载量最好大于基因的长度克隆与克隆之间必须存在足够长度的重叠区域克隆片段易于从载体分子上完整卸下重组克隆能稳定保存、扩增、筛选基因组DNA的制备基因组DNA的切割连接前，上述处理的DNA片段必须根据载体的装载量进行分级分离，以杜绝不相干的DNA片段随机连为一体！载体和受体的选择基因组文库l-DNA cDNA文库质粒考斯质粒15 kb 25 kb 45 kbBAC300 kb YAC400 kb基因文库的构建程序从基因文库中筛选目的基因从基因文库中筛选目的基因杂交挖取铺板铺板目的重组克隆基因文库构建的技术性问题严禁外源DNA片段之间的连接将待连接的DNA片段根据载体的装载量分级分离用碱性磷酸单酯酶除去DNA片段的末端磷酸基团用TdT酶在DNA片段的末端上增补同聚尾末端5目的基因的克隆A 鸟枪法B cDNA法C PCR法D 化学合成法E 基因文库的构建。
基因工程概论
基因工程的安全性
一、基因工程的安全隐患
1. 对环境的影响 重新组合一种在自然见尚未发现的的生物性 状有可能给现有的生态环境带来不良影响。
2. 新型病毒的出现
制造带有抗生素抗性基因或有产生病毒能力 的基因的新型微生物有可能在人类或其它生 物体内传播。
1978年， Goeddel等，人胰岛素的发酵生产成功。 1979年， Goeddel等，又在大肠杆菌中成功表达了人生长激素基因。 1980年， Nagata等， 遗传工程菌生产干扰素获得成功。 1981年， 用遗传工程菌生产的生物制剂包括动物口蹄疫疫苗、乙型肝 炎
病毒表面抗原及核心抗原、牛生长激素等。
第一章 导 论
第一节 基因工程的诞生 第二节 基因工程的研究内容 第三节 基因工程的成就和前景展望
基因工程的兴起
1977年，激素抑制素的发酵生产成功。Itakara等，化学合成的激素抑制素
基因和大肠杆菌-半乳糖（苷）激酶基因插入到PBR322中得到重组质粒，并通 过大肠杆菌生产出含有激素抑制素的嵌合型蛋白，经溴化氰处理后释放出了有 生物活性的激素抑制素。首次实现了真核基因的原核表达。用价值几美元的9升 培养液生产出50毫克的生物活性物质，这相当于50万头羊脑的提取量。
心脏 肺 心脏（新生） 心脏（新生） 心脏（新生） 心脏（正常） 心脏 心脏 心脏 肺 心脏 肾 心脏 肾 肺 肺 肾
基因构件
hDAF +hCD59 hCD59 hDAF hDAF hDAF hCD59 hDAF hDAF hCD59/hDAF hCD59/hDAF hDAF hCD59/hDAF hCD55+ hCD59+ hCD46 hCD55+ hCD59+ hCD46 hMCP(Hcd46) hCD59 +hDAF hDAF
基因工程[可修改版ppt]
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可以使原核生物与真核生物之间的遗传信息进行 相互重组和转移 可以使动物与植物之间的遗传信息进行相互重组 和转移 可以使人与其他生物间的遗传信息进行相互重组 和转移
2.2 DNA重组
2.2.1 DNA的一般性质 2.2.1.1 DNA的组成和结构
腺嘌呤脱氧核苷酸(A) 鸟嘌呤脱氧核苷酸(G) 胞嘧啶脱氧核苷酸(C) 胸腺嘧啶脱氧核苷酸(T)
主要途径： 限制性内切核酸酶酶切法 PCR扩增法 化学合成法
2.2.2 获得DNA片段的主要途径
2.2.2.1 限制性内切核酸酶和DNA片段化 限制性内切核酸酶(restriction endonuclease) 功能：能识别双链DNA中特殊核苷酸序列, 并在合适的 反应条件下,使每条链的一个磷酸二酯键断开,产生具有 3´OH和5´P的DNA片段。 识别序列规律：旋转对称或左右互补对称。 切割位点:在识别序列上使磷酸二酯键断开的位置。
这些酶的普遍缺点： 热稳定性差，DNA热变性后即被灭活。
Taq酶
来自水生嗜热菌Thermus aquaticus YT-1，该菌是 1969年从美国黄石国家森林公园火山温泉中分离得 到。生长在70～75℃极富矿物质的环境中。
Taq聚合酶的特点及浓度：
具有良好的热稳定性。在70～75℃时生物学活性最 高；92.5℃时半衰期为130 min。
人类DNA的长度相当于3200公里
2 nm
11 nm
30 nm
DNA双螺旋短区域 染色质节段
由紧密包装的核小体组 成的30nm的染色质纤维
染色体节段的一部分 中期染色体的凝缩节段
染色体
300 nm
700 nm
1400 nm
基因工程概论
一、简述基因研究所取得主要成就，及其与基因工程创立与发展的关系。
1、基因学说的创立孟德尔提出遗传因子学说到后来的摩尔根染色体理论，揭示了在染色体上基因的线性排列。
2、DNA是遗传物质从Avery的细菌转化实验到沃森和克里克揭示了DNA的双螺旋模型及半保留复制机理，表明DNA是遗传物质。
3、DNA是基因的载体4、基因是细胞中RNA及蛋白质的“蓝图”。
5、随着中心法则的提出和64种密码子的破译，基因碱基顺序与蛋白质氨基酸顺序得到对应。
6、随着基因克隆和DNA序列分析技术的发展，人们对基因的分子结构有了进一步的认识。
7、随着操纵子模型的提出，人们对基因的表达调控有了进一步的认识。
8、随着基因分离与克隆技术的不断改良与发展，基因组文库、cDNA文库、分子探针、PCR 等技术不断被人们运用。
9、目前，不仅能够分离天然基因，还能结合化学合成等方法，在实验室内进行基因的合成、构建，并进行相应的表达分析。
基因工程是在分子生物学和分子遗传学等学科综合发展的基础上诞生的一门新兴学科，它的创立和发展，直接依赖于基因及其分子生物学研究的进步，基因及其研究为基因工程的创立奠定了坚实的理论基础。
二、基因工程建立的三大理论基础和技术条件是什么？并简述其在基因工程中的应用。
1、三大理论基础：（1）1940年艾弗里（O.Avery）等人通过肺炎球菌的转化试验证明了生物的遗传物质是DNA，而且证明了通过DNA可以把一个细菌的性状转移给另一个细菌；（2）1950年沃森（J.D.Watson）和克里克(F.Crick)发现了DNA分子的双螺旋结构及DNA半保留复制机理；（3）1960年关于遗传信息中心法则的确立。
2、三大技术条件：（1）限制性内切核酸酶和DNA连接酶的发现；（2）基因工程载体；（3）大肠杆菌转化体系的建立。
3、应用：通过限制性内切核酸酶和DNA连接酶，可以将切割得到的目的基因与载体连接在一起，经由大肠杆菌转化体系增值复制，为基因工程的后续研究提供基础材料。
基因工程精选全文完整版
– 可直接表达不含任何原核序列的外源 蛋白（原核表达载体）
– 以融合蛋白的形式进行表达（原核基 因融合表达载体）
表达载体
真核表达载体含有：
– 原核基因序列 – 真核转录单位
真核表达载体：有两类
– 不带病毒复制子 – 带病毒复制子
质粒（plasmid）
存在于细菌等细胞质中 双链环状DNA分子 大约 1-200 Kb 具有自主复制和转录能力 不能独立存活 在子细胞中保持恒定的拷贝数 并表达其遗传信息
质粒（plasmid）
在细胞内的复制分两种类型
严密控制型
松弛控制型
(stringent control) (relaxed control)
基因工程操作流程
基因重组示意图
基因工程上游技术基本过程
选择载体 获得目的基因 目的基因与载体的重组 重组载体的转化 重组子的筛选与鉴定
载体（vector）
质粒（plasmid） 噬菌体（phage） 病毒（virus）
载体的条件
分子小（ 10 Kb） 有限制酶酶切位点 可自主复制 有足够的copy数 带筛选的标志
法将允许克隆人体器官
法国总理若斯潘（2000年9月28日） 表示：
– 法国政府将允许对人体器官克隆技术 进行用于医疗目的的研究
基因工程技术
上游技术（upstream）
– 重组子的构建 – 工程菌的构建及高效表达
下游技术（downstream）
– 工程菌大规模发酵最佳参数的确定 – 新型生物反应器的研制 – 高效分离介质及装置的开发 – 分离纯化的优化控制 – 生物反应器等一系列仪器、仪表的设计制造 – 超滤、反渗透技术的应用
基因工程第一章 基因工程概论
DNA is the genetic material
The transforming principle is DNA.
1953年，J.Watson和F.Crike创立
DNA双螺旋模型，证实基因是具有 一定遗传效应的DNA片段。
1955年，Benzer在T4噬菌体的顺
反互补实验中，正式使用 “顺反子 （cristron）”这个术语，并将顺反 子与基因在意义上和功能上统一起 来。 同时证实了基因不是最小单位。它 仍然是可分的；并非所有的DNA序 列都是基因，只有其中某一特定的 核苷酸区段才是基因的编码区。
技术上的三大发现
（1）、工具酶的发现和应用
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）
1970年，逆转录酶的发现。
（2）、载体的发现及其应用 • 载体主要是小分子量的复制子如：病毒 、噬菌体、质粒。 • 1972年，美国Stanford大学的P. Berg 等首 次成功地实现了DNA的体外重组；
“遗传因子/基因”的设想一经提出， 便推动人们去寻找，去探索
基因在哪里？ 基因是什么？
1910年，美国遗传学家摩尔根
（an）以果蝇为研究材料，发 现了连锁交换定律并提出遗传粒子学说， 第一次将代表某一特定性状的基因与某 一特定的染色体联系起来，即基因位于 染色体上。
1944年，美国微生物学家O.T.Avery 首次证实遗传物质的基础是DNA， 基因位于DNA上。
基因工程的实施至少要有四个必要条件 工具酶 基因 载体 受体细胞
遗传工程 DNA重组 基因工程
区别？
遗传工程是发生在遗传过程中的自然界原 本存在的导致变异的一种现象，及自然 出现的不同DNA链断裂并连接成新的 DNA分子，新的DNA分子含有不同于亲 本的DNA片段。 DNA重组是人们根据遗传工程的原理利用 限制性内切酶在体外对于DNA进行的人 工操作，构成杂种DNA，在自然界一般 不能自发实现。
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第一章 导 论
第一节 基因工程的诞生 第二节 基因工程的研究内容 第三节 基因工程的成就和前景展望
与基因工程相关的几个概念
生物工程 biological engineering 遗传工程 genetic engineering 基因工程 gene engineering
这一年被定为基因工程诞生的元年。
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
第一节 基因工程的诞生
一般认为，1973年是基因工程诞生的元年。 上世纪40年代——70年代初 分子生物学领域
理论上的三大发现和技术上的三大发明
基因工程
华中师范大学 陈明清
参考书：
• 基因工程原理，吴乃虎编著，科学出版社 • 基因工程，彭银祥，李勃，陈红星，华中科技大学
出版社。 • 基因工程概论，张惠展编著，华东理工大学出版社。 • 基因工程原理，徐晋麟，陈淳，徐沁主编，科学出
版社。 • 分子克隆实验指南，J. Sambtook, EF Frish, T
1928年，英国微生物学家F. Griffith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。
40年代，DNA是遗传物质被证实
1944年，美国洛克菲勒研究所的Oswald Avery等公 开发表了改进的肺炎双球菌实验结果。
2、DNA双螺旋模型的提出
Watson 和Crick
50年代，DNA的双螺旋模型的提出
和DNA复制机理的阐明
DNA是遗传物质已被证实，但是DNA是怎样携带并传递 遗传信息的？在细胞增殖过程中，DNA是怎样复制的？因此， 对于DNA结构的研究成为了当时生物学家研究的热点。
1953年，Francis Crick和James Watson搜集了力所能及 的资料，提出了DNA的双螺旋模型。随后，DNA的半保留复 制和半不连续复制机理也被阐明，为基因工程的诞生奠定了 坚实的理论基础。
2、反转录酶的发现和应用
1970年，Baltimore等和Temin等各自发现了反转录酶，完 善了中心法则，使真核基因的制备成为了可能。
3、载体的发现及其应用
1972年，美国Stanford大学的P. Berg 等首次成功地实现了 DNA的体外重组；
3、载体的发现及其应用
1973年，Stanford大学的Cohen等成功地利用体外重组实 现了细菌间性状的转移。
细胞的发现
进化论的提出
1859年《物种起源》
Mendel 和遗传规律的研究
Mendel G.J. (1822-1884). 1856-1864豌豆杂交实验。
1900年Mendel遗传规律被
重新发现遗传学的元年
1866年发表论文，提出分离 规律和独立分配规律
基因概念的提出
1909年 Yohannsen W.L.
原核生物的基因调控操纵子模型
1961年，Jacques Monod和 Fancois Jacob
提出了原核基因调控的 操纵子模型
（operon model）。
第一节 基因工程的诞生
一般认为 1973年是基因工程诞生的元年
上世纪40年代——70年代初 分子生物学领域
理论上的三大发现和技术上的三大发明
(1859-1927)
发表了“纯系学 说”首先提出了 “基因”的概念， 代替了Mendel “遗传因子” 的
概念。
连锁遗传规律的提出
1910年以后，Morgan T.H.等提出了基因的连锁遗传 规律，染色体遗传理论发展为《细胞遗传学》
一个基因一个酶
1941年，Beadle G.W.等证明了基因通过酶起作用， 提出了“一个基因一个酶”的假说
Maniatis, 金冬雁，黎孟枫等译，科学出版社。 • 基因工程，楼士林等编著，科学出版社
《基因工程》
第一章 导 论 第二章 基因操作的工具酶 第三章 基因克隆的载体 第四章 基因克隆的策略 第五章 克隆基因的表达 第六章 基因工程的基本技术
第一章 导 论
第一节 基因工程的诞生 第二节 基因工程的研究内容 第三节 基因工程的成就和前景展望
（1） S型菌无细胞提取物及其纯化的DNA都可 使R型菌转变成S型菌；
（2）经DNase 处理的S型菌无细胞提取物失去 了转化作用。
（3）经胰蛋白酶处理的S型菌无细胞提取物仍 有转化作用。
不仅证实了DNA是遗传物质，而且证明了DNA 可以将一个细菌的性状转给另一个细菌，他的工作 被称为是现代生物科学的革命性开端。
分子遗传学的诞生
3、“中心法则”的提出
Nireberg等为代表的 一批科学家
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？
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”。
对于基因工程的诞生起到了决定性的作用。
1、工具酶的发现和应用
Smith等分离并纯化了限制性核酸内切酶Hind II， 1972年，
Boyer等相继发现了ＥcoR I 一类重要的限制性内切酶。
1、工具酶的发现和应用
1967年，世界上又五个实验室几乎同时发现DNA连接酶，特别是 1970年Khorana等发现的T4 DNA连接酶具有更高的连接活性。
第一节 基因工程的诞生
一般认为 1973年是基因工程诞生的元年
上世纪40年代——70年代初 分子生物学领域
理论上的三大发现和技术上的三大发明
对于基因工程的诞生起到了决定性的作用。
1、DNA是遗传物质被证实
1944年，Avery O.T.利用肺炎双球菌转化实验
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和组蛋白构成，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？