第一章基因工程概论

芭芭拉 .麦克林托克 (Barbara McClintock, 1902-1992)
50年代初,芭芭拉 .麦克林托克在玉米的染色体中发现了可以改变自身位置 的基因，她称之为“解离因子”。
1963年泰勒发现噬菌体Mu能随机地插入细菌染色体基因组内； 1966年，贝克威斯等在大肠杆菌中发现了可以整合在染色体上、也可游 离于染色体外的F因子（性因子）；
1961年，美国生物学家尼伦伯格（Marshall
1968
Warren Nirenberg，1927～）等人成功破译了
遗传密码，以无可辩驳的科学依据证实了DNA
双螺旋结构的正确性。人们对遗传机制有了更深
刻的认识。
1967年发表了全套的遗传密码表。
此后随着分子生物学的迅速发展，人们对基因的认识不断深化。
60年代末，科学家们在大肠杆菌中发现存在所谓的“插入序列”（IS）；
后又在沙门氏菌中发现了基因的流动性（转座子）和抗药性基因等。
1.插入序列（insertion sequence）
两端有短的正向重复序列（direct repeats，DR）,略长的反向重复序列 （inverted repeasts,IR）及1kb左右的编码区，仅编码和转座有关的转 座酶。
第二节 基因工程的主要研究内容
第三节 基因工程的应用
第四节 基因工程的安全性
基因决一定、性状基因工程与基因
豆科植物的根瘤能够固定空气中的氮
青霉菌能产生对人类有用的抗生素——青霉素
家蚕能够吐出蚕丝为人类利用
定向基因改造设想
设想 一
设想 二
设想 三
能否让禾本科的植物也能够固定空气中的氮？
能否让细菌“吐出”蚕丝？
1965
1961年，法国巴黎巴斯德研究所的雅各布 （François Jacob）和 莫诺 (Jacques Monod) 提出了操纵元（操纵子）的概念，揭示了原核 生物基因表达调控的重要规律。
François Jacob
1965年，雅各布、 尔沃夫（Andre Michel Lwoff）和 莫 诺 “因有关酶和病毒 合成的遗传调节方面 Jacques Monod Andre Michel Lwoff 的发现”获得诺贝尔 奖。
Host DNA
Host DNA
2.复合转座子（composite transponson）
3.TnA家族转座子
长约5kb左右，两端具有IR，而不是IS，中部的编码区不仅编码抗性标记,还
编码转座酶和解离酶。
transposase
resolvase
转位作用
a. Replicative transposition b. non-replicative transposition c. conservative transposition
二、基因的认识
1、基因的发展过程 1866年，孟德尔（Johann Gregor Mendel， 1822－1884）提出了 遗传因子（hereditary factor）的 概念。 他将控制豌豆性状的遗传因素称之 为遗传因子形成了基因的雏形。
1866年发表论文，提出分离规律和独立分配规律。 1900年Mendel遗传规律被重新发现，遗传学的元 年
能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素等 珍贵的药物？
经过多年的努力，科学家于20世纪70年代创 立了可以定向改造生物的新技术——基因工程。
一、基因工程与基因
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、于本世纪70年代诞生的一门 崭新的生物技术科学。它的创立和发展，直接依 赖于基因工程或称分子生物学的进步，两者之间 有着密不可分的联系。基因的研究为基因工程的 创立奠定了坚实的理论基础，基因工程的诞生是 基因研究发展的必然结果；而基因工程技术的发 展和应用，又深刻并有力地影响着基因的研究， 使我们对基因的研究提到了空前的高度。因此， 对基因研究发展的过成，以及基因的现代概念进 行一下回顾是十分必要的。
的机理，从而使生物学真正进入分子生物学的新时代。
1955年，美国分子遗传学家 和行为遗传学家西摩尔·本泽 （Seymour 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。
西摩尔·本泽（Seymour Benzer）是参与开创分子生物学的重要人物， 在1950年代用实验证明基因突变是由于DNA序列的改变导致，并提出每 个生物系学生都学过的顺反子学说。1960年代起，他转而以果蝇为材料， 研究基因与动物行为、发育的关系，做出了一系列重大发现（包括发现第 一种控制动物行为的基因——一种控制果蝇生物钟的基因），使得果蝇这 个经典遗传学的英雄，在寂寞多年之后，在分子生物学时代重新成为热门 的动物模型。这些都是影响深远的开拓性工作，本泽也获得了几乎所有重 要的生物医学学奖项（拉斯卡奖、格拉芙奖、沃尔夫奖等等），独独缺一 个诺贝尔奖。
“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？
显微镜技术与染色技术的发展，使人们注意到，细胞分 裂时，尤其是减数分裂中，染色体的行为和孟德尔提出的 等位基因的分离规律相当一致，所以，确定基因在细胞核 中，在染色体上。
1933
1910年，美国遗传学家 摩尔根（Thomas Hunt Morgan,1866-1945）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。
现在，基因已经是以一种真正的分子物质呈现在我们面前， 再也不是一种神秘成分了。科学家可以像研究其它大分子 一样，客观地探索基因的结构和功能，并已经开始向控制 遗传机制、防治遗传疾病、合成生命等更大的造福于人类 的工作方向前进。
2、现代基因概念
1983
移动基因（movable gene）
又称为转位因子(transposable elements）， 由于它可以从染色 体基因组上的一个位置转移到另一 个位置，甚至在不同的染色体之间 跃迁，因此又叫做跳跃基因 （jumping genes），最早在玉米 中发现。它又分为插入序列、转位 子、逆转座子。
基因工程
第一章 绪论 第二章 操作技术原理 第三章 酶学原理 第四章 载体 第五章 目的基因的分离与鉴定 第六章 克隆基因的表达 第七章 动物基因工程 第八章 植物基因工程
Hale Waihona Puke 参考书目：吴乃虎 ，《基因工程原理》（上，下）第二版，科学出版社，2001。 楼士林，杨盛昌等编著.《基因工程》，科学出版社，2002 版。 马建岗主编.《基因工程学原理》，西安交通大学出版社，2001。 张惠展 ，《基因工程概论》，华东理工大学出版社，2000。 《GeneⅧ》
通过期末考试测验学生对本课程的总体掌握水平（成绩占总成绩的 80%）。
各部分成绩的比例如下： ①平时作业与小测 占5% ②讨论与回答问题 占5% ③课程总结与文献综述占10% ④期末闭卷考试 占80%
第一章 绪 论
第一节 基因工程的发展过程
一、基因工程与基因 二、基因的认识
1、基因的发展过程 2、基因的现代概念 三、基因工程的诞生
参考期刊：
《生命的化学》、《Gene》、 《生物化学与生物物理研究进展》 《 Review of Microbiology and Molecular 》等
参考网站：
考试方式
基因工程原理考核方式主要是采取平时作业与小测、讨论与 文献综述、课程总结、与期末闭卷考试相结合的方式进行，通 过平时考核及时掌握学生的领受状况，及时解决并且提高学生 平时听课的积极性和听课效果（成绩占总成绩的20%）；
Frederic Griffith 1879—1941
发现DNA的遗传功能，始于1928 年英国科学家格里菲斯（P．Griffith） 所做的用肺炎双球菌感染小鼠的实验。 首次发现了基因是一类特殊生物分子 的证据。
格里菲斯用肺炎球菌做实验时发现 了一个令人惊异的现象：
加热杀死的能致病的S型菌＋不能 致病的R型菌→混合→注射到小鼠体 内→小鼠病死→从死鼠体内分离出 大量的S型肺炎球菌
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，创立了遗传的染色体理论。随后遗传学家又 应用当时发展的基因作图（gene mapping）技术，构 筑了基因的连锁图，进一步揭示了在染色体载体上基因 是按线性顺序排列的。 。
1958 1941年，美国生化遗传学家比德尔 (George Wells Beadle,1903～ 1989 ) 等通过果蝇复眼色素的研究 和脉孢菌的营养缺陷型的研究，证明 了基因通过酶起作用，提出了“一个 基因一个酶”的假说。这一假说揭示 了基因的基本功能。他所使用的营养 缺陷型研究方法，以后被广泛应用于 各种代谢途径和发育途径的研究。
难道S型致病菌复活了吗？这就是 著名的“格里菲斯之谜”。
Oswald Theodore Avery (1877～1955)
1944年，艾弗里首次 证实遗传物质的基础是 DNA，基因位于DNA 上。实验材料是肺炎链 球菌，他们发现死去的 S型菌并未复活，而是S 型菌的DNA进入了R型 菌，使其转化为新的S 型致病肺炎双球菌。
35S－ 32P－
35S 标记外壳蛋白质,感染后放射标记不进入大肠杆菌细胞
32P 标记 DNA ,感染后放射标记进入大肠杆菌细胞
1953
James Dewey Watson
，Francis Harry Compton Crick
1953年，Francis Crick 和 James Watson 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。用分 子结构的特征解释生命现象最基本问题之一－－基因复制
DNA如何储存并表达遗传信息？这个问题引起了很多物理学 家的兴趣，1945年，薛定谔在《生命是什么》一书中提出了 遗传密码的概念。
1954年，物理学家伽莫夫提出三联体密码的概念。