基因工程原理笔记整理版

一、分子遗传学的传承与发展

1、经典遗传学阶段

孟德尔最初提出了遗传因子的概念；摩尔根创立了遗传的染色体理论。

2、生化遗传学阶段（或微生物遗传学阶段）

3、分子遗传学阶段

1953年，Watson和Crick提出了DNA的双螺旋模型。

4、基因工程阶段

(1)、基因工程诞生的理论基础

①在40年代确定了遗传信息的携带者，即基因的分子载体是DNA而不是蛋白质，从

而明确了遗传的物质基础问题；

②在50年代揭示了DNA分子的双螺旋模型和半保留复制机理，解决了基因的自我复

制和传递的问题；

③在50年代末期和60年代，相继提出了“中心法则”和操纵子学说，并成功地破

译了遗传密码子，从而阐明了遗传信息的流向和表达问题。

(2)、基因工程诞生的技术基础

核酸内切限制酶、DNA连接酶、核酸杂交技术、琼脂糖凝胶电泳技术、克隆载体以及大肠杆菌转化体系的建立。（PCR技术不能作为基因工程诞生的技术基础，因为PCR 技术是在基因工程诞生后建立起来的。）

(3)基因工程的优点

①具有跨越天然物种屏障能力；

②能够使目的基因在大肠杆菌体内得到极大扩增，因此能对基因进行表达调控等基

因工程研究；

③确立了反向遗传学的研究途径。

5、基因组学阶段

基因组学包括：结构基因组学、功能基因组学（转录本组学、蛋白质组学、代谢组学）、基础基因组学、应用基因组学、比较基因组学

6、表观遗传学阶段

研究生命机体在发育与分化过程中，导致表型性状特征发生改变，但是相应核苷酸序列结构却没有发生改变的遗传学成为表观遗传学。

一、遗传信息的三个组成层次

1、有基因组DNA当中的蛋白质编码基因（<2%）构成的第一个层次；

2、仅仅包含非编码RNA(siRNA、miRNA)，存在在广袤的RNA当中；

3、表观遗传信息包含在DNA周围与DNA相互作用的大分子—蛋白质。

二、基因的分子结构中的若干概念

1、5’侧翼序列：位于mRNA转录起点之前的序列为5’侧翼序列，也成为启动区。

在启动区有几个控制基因转录的信号：①决定mRNA转录起点的信号；②决定mRNA 转录起始的信号；③对环境刺激因素作出反应的信号；④对法语程序作出反应的信号；

⑤增强子

2、3’侧翼序列：指位于mRNA分子3’-末端的一段非转译的序列。

在3’侧翼序列区有3种信号：①控制转录终止信号；②控制mRNA末端加工信号；

③多数真核生物3’末端多聚腺苷酸化信号。

4、前导序列区：位于mRNA 5’端起始密码子之前的数百个核苷酸（不转译RNA区段），

也叫5’非转译区，简称5’-UTR。

前导序列区有两个重要的结构元件：①核糖体结合位点（RBS）；②转录起始信号

5、同源性：由于进化上或个体发育上的共同来源而呈现的本质上的相似性，但其功能

不一定相同。

三、基因的组成部分

1、真核基因（过去常考）：指真核细胞核基因组DNA的编码基因以及感染真核细胞的

DNA病毒或RNA病毒的编码基因。

2、原核基因（过去常考）：原核生物染色体基因组以及真核生物的线粒体DNA和叶绿

体DNA的编码基因。

3、无论是真核生物的基因还是原核生物的基因，从大的方面讲都可以划分成如下四个

基本的组成部分：a. 编码区(coding region)；b. 非编码区(noncoding region)；

c. 启动区(promoter region)；

d. 终止区(terminator)

4、原核基因的DNA序列结构包括如下三大组成部分：

a.启动子序列

5'-UTR

b.转录区序列 cDNA序列区-编码区

3'-UTR

c.终止子序列

大肠杆菌基因组结构的特点：①高效的遗传信息利用率（重叠基因的存在）；②双链DNA的编码功能（大肠杆菌的基因组双链的部分区域都可编码）；③具有多基因聚合形式的操纵子结构；④染色体基因组的拷贝数（当营养丰富时，大肠杆菌一个细胞中的染色体拷贝数达到3-4个；当营养贫瘠时，大肠杆菌细胞中染色体拷贝数平均1.1个。）

5、(1)真核基因组特点：

①被组蛋白包装成的结构；②基因组的多倍性；③具有大量的重复序列；④高比例

的非编码DNA序列；⑤庞大的基因数量。

(2)真核基因的特点：

①与原核基因不同，真核基因往往具有内含子(intron)，它是包围在编码区之中的

非编码序列；

②真核基因是单顺反子，编码单基因产物，而原核基因则往往组成大的转录单位多

顺反子，即单一的mRNA分子可编码多种基因产物；

③成熟的真核mRNA分子的5'-端有一个帽的结构，3'-端有一段poly(A)尾巴。

(3)真核基因的结构（从三方面回答）：

1)DNA水平：①启动子序列；②终止子序列；③转录序列区

2)pre-mRNA水平：①5'-UTR；②3'-UTR；③外显子；④内含子

3)成熟mRNA水平：①5'-UTR②3'-UTR③编码区④5'端帽的结构

⑤3'端poly(A)尾巴

四、基因图与基因作图

1、基因图：描述染色体上DNA大分子不同基因的排列顺序与间隔距离的一种线性图。

2、基因作图：按照遗传学或物理图的方法绘制基因图谱的过程。

3、基因图的类型：包括遗传图和物理图两种。

遗传图：根据遗传重组的实验结果绘制的表示同一条染色体DNA分子上不同基因的排列顺序及其相对距离的线性图，叫做遗传图。遗传图中基因间的距离，即图距单位，以厘摩(cM)表示。

物理图：以精确的物理长度为单位(通常是脱氧核糖核苷酸的数目)表示沿着染色体或DNA分子排列的两个位点之间实际距离和位置的特定图谱叫做物理图。一般说来物理图不涉及基因及性状特征。

六、基因分类

1．根据拷贝数多寡分类

*1.单拷贝基因——在单倍体或二倍体细胞的基因组中，编码多肽链的基因一般只有1～2个拷贝，叫单拷贝基因(Single-copy genes)。

*2.多拷贝基因——例如编码tRNA、rRNA以及组蛋白的基因，往往是多拷贝的，以保证有足够的基因产物满足细胞的生命需求，这样的基因叫多拷贝基因。

2．根据产物类型分类

(1)结构基因(Structural genes)

除了调节基因以外的编码任何RNA或蛋白质产物的基因，都叫做结构基因。(注意结构基因与看家基因在概念上的差别！)

(2)调节基因(Regulator genes)

从广义上讲任何一种能够调节或限制其它基因表达活性的基因，都叫做调节基因。但在一般情况下则是指其产物能够控制另外一个基因或若干基因表达效率的基因。

3．根据表达特性分类

(1)组成基因(Constitutive genes)

又叫做看家基因(Housekeeping gene)，是一类理论上在所有细胞类型中都能进行表达、并为所有类型细胞生存提供必需的基本功能的基因。组成基因在中文中有时亦译为“组成型基因”，或“组成型表达基因”。

(2)诱导基因(Inducible genes)

诱导基因：因环境中某种特殊物质的存在而被诱导表达的基因，叫做“诱导型基因”，简称“诱导基因”。

因环境中某种物质的存在而使特定基因表达活性得以开启的过程，叫做诱

4．根据实验用途分类