基因工程原理与技术

SS基因 目的基因
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基因载体
生长激素释 放பைடு நூலகம்制因子
从动物脑中提取5mg--50万只羊脑
9升工程大肠杆菌 培养液
重组体
大肠杆菌
3、基因工程的迅速发展阶段(1982~2000，动植物基因工程育 种与基因治疗)
发展了一系列新的基因工程操作技术，构建了多种转化 原核生物和动物、植物细胞的载体。
1982年首次通过显微注射培育出世界上第一个转基因动 物——转基因小鼠。
第二节 基因工程的诞生与发展 基因工程诞生于1973年。 一、基因工程诞生的理论和技术基础 1、理论基础 ①DNA是遗传物质； ②DNA分子的双螺旋结构和半保留复制； ③遗传密码的通用性和遗传信息传递的方式。 2、技术基础 ①限制性核酸内切酶的发现与DNA的切割； ②DNA连接酶的发现与DNA片段的连接； ③基因工程载体的构建与应用。
1983年采用农杆菌介导法培育出世界上第一例转基因植 物——转基因烟草。
1990年美国政府首次批准一项人体基因治疗临床研究计划， 对一名因腺苷脱氨酶基因缺陷而患有重度联合免疫缺陷症的 儿童进行基因治疗获得成功。
1991年，美国提出人类基因组计划并实施。
4、鼎盛 发展阶段(21世纪) 2005年完成人类基因组计划。 至今，基因工程药物上市的有几十种，上百种正在进行
构建各种用途载体及提高外源基因表达的效率。 2、受体系统的研究
包括细菌、真菌、植物、动物。 受体系统的安全性及转化效率。 3、目的基因研究 目的基因的分离、克隆及改造。
4、工具酶的研究 开发新的工具酶。
5、转化方法的研究 开发各种受体细胞的高效转化方法。
6、生物基因组学研究 具有重要经济价值的各种生物的基因组测序、挖掘新的基
1977年Boyer等首先将人工合成的生长激素释放抑制因子14肽的 基因重组入质粒，成功地在大肠杆菌中合成得到这14肽(见下图)；
1978年Itakura（板仓）等使人生长激素191肽在大肠杆菌中表 达成功；
1979年美国基因技术公司用人工合成的人胰岛素基因重组转入 大肠杆菌中，并通过发酵生产人胰岛素。从而揭开了基因工程产业 化的序幕。
形成重组DNA分子。 ④将重组 DNA分子引入到受体细胞(转化)。 ⑤带有重组体细胞(转化体)的扩增及选择培养。 ⑥转化体的鉴定，获得外源基因高效稳定表达的基因工
基因工程的安全性问题，导致许多国家限制基因重组的实验。 2、基因工程的逐渐成熟阶段(1976~1982，基因工程药物的研制)
1976年, Genentech (Genetic Engineering Technology)公司成立 (by Robert Swanson and Herb Boyer)。
因等。 7、应用研究
包括基因工程药物研究、基因疫苗研究、转基因植物研究、 转基因动物研究以及在酶制剂工业、食品工业、化学与能源 工业及环境保护等方面的应用。
二、基因工程的基本操作程序 ①分离获得带有目的基因的DNA片段及载体选择与构建。 ②限制性核酸内切酶分别切割外源DNA和载体。 ③通过DNA连接酶将外源基因DNA片段连接到载体上，
因植物要慢得多！主要原因是动物转基因技术操作烦琐、困
难，动物细胞培养要求高，不易再生出个体。 荷兰的GenPharm公司用转基因牛生产乳铁蛋白，预计
每年从牛奶生产出来营养奶粉的销售额是50亿美元。
英国罗斯林研究所研制成功的转基因羊，其乳汁中含有 α[1]-抗胰蛋白酶，可治疗肺气肿病。这种病在北美比较常见， 病人以前只能依赖于注射人的α[1]-抗胰蛋白酶做替代疗法， 价格昂贵，而现在用转基因羊来生产，每升这种羊奶可售6000 美元。
pSC101
pR6-5
抗四环素
抗卡那霉素
EcoRI
DNA连接酶
抗卡那霉 素基因
重组DNA分子
大肠杆菌
培养平皿
四环素\卡那霉素平板 四环素平板 卡那霉素平板
三、基因工程的发展
分为艰难阶段、逐渐成熟阶段、迅速发展阶段、鼎盛 发展阶段。 1、基因工程的艰难阶段(1973~1976，载体和受体系统的安全性改造)
临床试验。 转基因植物迅速发展，目前至少有150种转基因植物问世。 自从1986年抗除草剂转基因烟草被首次批准进入田间试
验以来, 至今国际上已有30个国家批准上千例转基因植物进 入田间试验, 涉及的植物种类达50多种。
自从1994年转基因延熟西红柿获准上市以来，目前至少 有51种转基因植物上市。
虽然转基因动物比转基因植物诞生早，但其发展比转基
二、基因工程的诞生 1972年，美国斯坦福大学P. Berg研究小组的DNA体外重组实验。 1973年，斯坦福大学的S.Cohen研究小组的DNA体外重组和大肠
杆菌转化实验。(见下两张幻灯片) 同年，加利福尼亚大学的H.Boyer也进行了类似的实验。
这一实验的成功 标志着基因工程 的诞生，因此， 1973年被定为基 因工程诞生的元 年。
基因工程原理与技术
授课教师：
参考书：
1、《基因工程原理》 吴乃虎 主编 2、《植物基因工程原理与技术》 王关林 主编
第一章 绪论
第一节 基因工程的概念 基因工程(gene engineering)是现代生物技术的核心内容。 基因工程是在分子水平上进行的遗传操作，是指将一种或多种 生物体的基因分离出来或人工合成基因，按照人们的愿望，进行严 密的设计和体外加工重组，转移到另一种生物体的细胞内，使之能 在受体细胞中遗传表达并获得新的遗传性状而形成新的生物类型的 生物技术。 基因工程的核心内容是基因体外重组(DNA体外重组) 。 基因工程的四大要素(或基本条件)：目的基因、载体、工具酶、 受体。 相关名词：遗传工程、基因工程、基因操作、重组DNA技术、 分子克隆、基因克隆、基因无性繁殖。 基因工程的突出特点：打破物种间基因交流的界限。
中国工程院院士曾溢涛教授研究小组获得5只转基因山羊。 其中一只奶山羊的乳汁中，含有堪称血友病人救星的药物蛋 白——有活性的人凝血因子Ⅸ。
第三节 基因工程研究的主要内容 一、基因工程研究的主要内容
主要包括：基础研究（载体的研究、受体系统的研究、 目的基因研究、工具酶的研究、转化方法的研究、生物基因 组学研究）和应用研究等。 1、载体的研究