HXY-第一章-基因工程概述

基因工程(gene engineering) 常和以下名称混用:
生物工程 遗传工程 基因工程 biological engineering genetic engineering gene engineering 分子克隆 molecular cloning 基因克隆 gene cloning 基因操作 gene manipulation 重组DNA技术 recombinant DNA technique
Mendel提出：生物的某 种性状是由遗传因子负责 传递的。是颗粒性的，体 细胞内成双存在，生殖细 胞内成单存在。遗传因子 是决定性状的抽象符号。
孟 德 尔 分 离 律
孟 德 尔 自 由 组 合 律
黄圆 绿圆 黄皱 绿皱
3. Morgan的基因阶段
1909年丹麦遗传学家 Yohannsen (18591927) 发表了“纯系学说”首 先提出了“基因(gene)” 的概念，代替了Mendel “遗传因子” 的概念。 但没有提出基因的物质 概念。
（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。 （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。
Daniel Nathans Werner Arber Hamilton O. Smith 用限制酶切得 理论预见限制酶 得到第一个限制酶 SV40 DNA片断
1978年Nobel生理或医学奖
2. DNA连接酶（ligase） 1967年5个实验室几乎同时发现了DNA连 接酶。 3. 载体（vector）
6. DNA测序 7. 酶联免疫吸附测定（ELISA）
8. 遗传病的基因治疗
9. 噬菌体展示 （phage display）
10. 酵母双杂交及其衍生系统 11. 基因疫苗 12. 基因打靶 （gene targeting) 13. 随机多肽文库（RPLs）
14. 转基因植物 15. 转基因动物 16. 定点突变 17. 细菌表面呈现（Bacterial surface display） 18. 动物克隆
19. 胚胎干细胞（ESC）
20. 差异显示 21. 内含肽（intein）及其应用 22. 限制性内切梅 23. 基因工程载体 24. 生物软件及其使用 25. 基因工程相关的网站 26. 人类基因组计划（HGP） 27. 基因工程产物的纯化策略（载体） 28. 基因工程对中国经济的影响
29. 发达国家中的基因工程发展及现状 30. 基因工程的社会安全及伦理问题 31. 制作基因工程网站 32. 目前流行的传染性疾病的基因工程治疗思考 33. 核糖体展示技术（ribosome display）
外源DNA在寄主细胞内可大量扩增， 和高水平表达。
六、基因工程的主要操作内容 1. 目的基因的获取 从复杂的生物基因组中，经过酶切消化或 PCR扩增等步骤，分离出带有目的基因的 DNA片断。 2. 重组体的制备 将目的基因的DNA片断插入到能自我复制 并带有选择性标记（抗菌素抗性）的载体 分子上。
植物基因工程的发展迅速
First transgenic plant First Bt corn plants Herbicide resistant, insect resistant plants commercialized
基因工程的诞生和发展
泛基因阶段1
孟德尔遗传因子阶段2
基因
的研究
摩尔根的基因阶段3
顺反子阶段4 现代基因阶段 5
2. Mendel的遗传因子阶段
Mendel G.J. (1822-1884). 1856-1864豌豆杂交实验。
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
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。
连锁遗传规律的提出
1910年，Morgan T.H.等以果蝇为研究材料，提出了 基因的连锁遗传规律。说明了基因是在染色体上占有 一定空间的实体。基因不再是抽象符号，被赋予物质 内涵。
后来又把非洲爪蟾核糖体基因片断同 pSC101质粒重组，转化大肠杆菌，并在 菌体内成功转录出相应的mRNA。这是 第一次wenku.baidu.com功的基因克隆实验。
Boyer-Cohen 实验
Stanley Cohen 1986 Nobel 生理 或医学奖
Herb Boyer
五、基因工程的特征 1. 跨物种性 外源基因到另一种不同的生物细胞内 进行繁殖。 2. 无性扩增
1972年前后使用小分子量的细菌质粒和噬 菌体作载体。在细菌细胞里的大量扩增。
4. 感受态体系 1970年M. Mandel和A. Higa发现经过氯化 钙处理的大肠杆菌容易吸收噬菌体DNA。 1972年S. Cohen发现这种处理过的细菌同 样能吸收质粒DNA。
5. 琼脂糖凝胶电泳 1960s发明了琼脂糖凝胶电泳，可将不同 长度的DNA分离开。 6. DNA测序技术 1975年F. Sanger、A. Maxam和W. Gilbert 发明了DNA快速测序技术。
1980年Nobel化学奖
四、基因工程的诞生 1. Berg的开创性实验 1972年斯坦福大学的Paul Berg小组完成 了首次体外重组实验： 将SV40的DNA片断与噬菌体的 DNA片断连接起来。
1980年Nobel化学奖
2. Boyer-Cohen实验 1973年斯坦福大学的S. Cohen小组将含有卡 那霉素抗性基因的大肠杆菌R6-5质粒与含 有四环素抗性基因的另一种大肠杆菌质粒 pSC101连接成重组质粒，具有双重抗药性。
二、基因工程诞生的理论基础 1 . DNA是遗传物质 （1）肺炎双球菌转化实验 1944年 Avery，确定了基因的分子载 体是DNA，而不是蛋白质。 （2）噬菌体转染实验
1952年Alfred Hershy和Marsha Chase进一步证明遗传物质是DNA。
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。
3.重组体的转化 将重组体（载体）转入适当的受体细胞中。
4.克隆鉴定 挑选转化成功的细胞克隆（含有目的基因）。
5.目的基因表达 使导入寄主细胞的目的基因表达出我们 所需要的基因产物。
基因工程的基本流程
基因和载 体连接
基因分 离酶切
载体酶切
重组克隆的选择 导入细菌
导入 植物 细胞
序列分析和基 因表达等研究
不能合成出功能蛋白质的失活基因 。
5）重叠基因
不同基因的核苷酸序列有时是可以共用的 即重叠的。
现代对基因的定义是：DNA分子中含有特定遗传信息 的一段核苷酸序列，是遗传物质的最小功能单位。
基因的特点 :
不同基因具有相同的物质基础 基因是可以切割的 基因是可以转移的 多肽与基因之间存在对应关系 遗传密码是通用的 基因可以通过复制把遗传信息传递给下一代
同 一 性 状 的 两 个 等 位 基 因
显性等位基因 隐性等位基因 纯合子 纯合子 杂合子
同 源 染 色 体 分 别 带 着 控 制
4. 顺反子阶段
1957年，本泽尔(Seymour Benzer)以T4噬菌 体为材料，在DNA分子水平上研究基因内部的精细 结构，提出了顺反子（cistron）概念。 顺反子是1个遗传功能单位，1个顺反子决定1 条多肽链。
重组质粒繁殖
基因工程研究的基本技术路线
1.2
基因工程的兴起
1977年，激素抑制素的发酵生产成功。
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。
2. DNA双螺旋结构 1953年James D. Watson和 Francis H. C. Crick揭示了 DNA分子的双螺旋结构和 半保留复制机制。
分子遗传学的诞生
3. 中心法则和遗传密码 1957年Crick又提出了遗传信息传递的 “中心法则” DNA RNA
protein
1964年Marshall Nirenberg和Gobind Khorana等终于破译了64个遗传密码
考核方法
平时成绩30% 出勤课堂 课堂表现 小综述 名词解释 填空题
100%
闭卷考试 70%
选择题 判断题 问答题
主要参考资料
张惠展等.基因工程(第2版).高等教育出版社 吴乃虎等. 基因工程原理.科学出版社。

• Molecular genetics and genomics • 生物技术通报 • Animal biotechnology • 中国生物工程杂志 • Nature genetics • 农业生物技术学报 • Plant cell • 生物工程学报 • Science • 生物技术 • Nature • 遗传
1982年， 重组DNA技术生产的药物-人胰岛素进入商品化生产。
1983年， 基因工程生产狂犬病疫苗取得突破型进展。
1.8亿$
1997年，动物基因工程产品销售额约
转基因小鼠 转基因家蚕
人类秃顶 防弹衣
Nature Biotechnology, 1999,17(1):9
Nature Biotechnology, 1999,17（5）：412
基因工程
黄欣媛 lieslh@sohu.com
基因工程与其它课程的关系
基因工程是生命科学各专业中的一门非常重 要的专业基础课或专业课。 分子生物学、遗传学、生物化学、微生物学 是该学科的基础。 基因工程的发展也渗透到生命科学的各领域， 促进各学科的发展。
《基因工程》总目录
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 基因工程概述 基因工程的载体和工具酶 基因的常规技术 基因在大肠杆菌、酵母中的高效表达 转基因植物 转基因动物 基因治疗（选讲、自修） 蛋白质工程（选讲、自修）
小综述推荐内容和写作要求
1. 每人从中任意选择一个大题目（也可以自 己另选一个题目），或在大题目下自己立一 个分题目，但不能与其他人重复。 2. 每个题目都要写出原理、产生、发展历 史、现状、发展趋势、理论或实践意义。
3. A4纸打印。
推荐小综述题目
1. 单色和多色荧光原位杂交（FISH） 2. RNA干扰（RNAi）及其应用 3. 生物芯片（chip） 4. 基因扩增（PCR） 5. 基因库（gene bank）及序列的查询和分析
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）。
三、基因工程诞生的技术突破 1. 限制性内切酶（restriction endonucleases） 1970年H.O. Smith等分离出第一种限制 性核酸内切酶。
第一章
基因工程概述
1.1 基因工程的发展简史
一、基因工程的概念
在分子水平上，提取或合成不同生物的 遗传物质，在体外进行切割、再和某一载体 进行拼接重组，然后再将重组的DNA导入宿 主细胞内，最后实现目的基因稳定复制和表 达的过程。 简单说：指异源重组DNA在受体细胞的扩增与 表达。
DNA重组、扩增、表达是其三要素。
5.现代基因阶段
1）操纵子 （启动基因＋操纵基因＋结构基因）
2）跳跃基因
指DNA能在有机体的染色体组内从1个地方跳到另一个地方， 它们能从1个位点切除，然后插入同一或不同染色体上的另一个 位置。
3）断裂基因
1个基因被间隔区分成不连续的若干区段，这种编码序列不 连续的间断基因被称为断裂基因。
4）假基因