基因工程-第一章 緒論

基因工程原理與操作主講教師：李洪濤資源與環(huán)境學(xué)院應(yīng)用生物科學(xué)專業(yè)學(xué)習(xí)內(nèi)容第一章緒論第二章基因工程工具酶第三章基因工程載體第四章核酸操作的基本技術(shù)第五章聚合酶鏈式反應(yīng)第六章基因文庫的構(gòu)建與目的基因獲得學(xué)習(xí)內(nèi)容第七章DNA體外重組與基因轉(zhuǎn)移第八章重組子的篩選與鑒定第九章外源基因的表達第十章生物信息學(xué)第十一章基因工程規(guī)則、安全性及專利基本要求了解基因工程的發(fā)展歷史及意義。掌握基因克隆的工具及基本方法。了解怎樣利用基因重組技術(shù)研究基因的結(jié)構(gòu)、表達和調(diào)控。能夠設(shè)計一個基因克隆的程序。利用基因工程生產(chǎn)重組蛋白。學(xué)習(xí)資料教材

?基因工程原理與應(yīng)用?

陳宏2003中國農(nóng)業(yè)出版社參考書

?基因工程原理?吳乃虎1999科學(xué)出版社

?分子克隆實驗指南?J.SambtookEFFrishTManiatis；金冬雁等譯科學(xué)出版社考核要求期末閉卷考試，占總成績70%。課堂提問及出勤，占總成績30%。第一章緒論問題什么是基因工程？基因工程是如何發(fā)展形成的？基因工程的研究內(nèi)容是什么？基因工程發(fā)展前景如何？第一節(jié)基因工程的概念基因工程（基因操作），分子生物學(xué)、分子遺傳學(xué)等學(xué)科基礎(chǔ)上，20世紀70年代誕生一門嶄新的生物技術(shù)科學(xué)?；蚬こ?/p>

指在體外將核酸分子插入病毒、質(zhì)粒或其他載體分子，構(gòu)成遺傳物質(zhì)的新組合，并使之參入到原先沒有這類分子的寄主細胞內(nèi)，而能持續(xù)穩(wěn)定的繁殖。

基因工程發(fā)展至今30多年的歷史，所使用的名詞術(shù)語還未統(tǒng)一。文獻中常見的有

遺傳工程（geneticengineering）

基因工程（geneengineering）

基因操作（genemanipulation）

重組DNA技術(shù)（recombinantDNAtechnique）

基因克?。╣enecloning）

分子克?。╩olecularcloning）第二節(jié)基因工程的誕生與發(fā)展一、基因工程誕生的理論基礎(chǔ)基因工程1973無數(shù)科學(xué)家智慧與勞動基礎(chǔ)理論上的三大發(fā)現(xiàn)技術(shù)上的三大發(fā)明（一）理論上的三大發(fā)現(xiàn)證實了DNA是遺傳物質(zhì)

①基因?qū)W說的創(chuàng)立②基因與DNA物質(zhì)現(xiàn)代遺傳學(xué)之父，奧地利生物學(xué)家格雷戈爾·孟德爾（JohannGregorMendel，1822～1884）并未描述過基因，也沒有觀測到基因以及使用基因這個詞。但這位奧地利傳教士發(fā)現(xiàn)了遺傳定律，他通過繁育豌豆，畫出其結(jié)果圖，就得出了卓越的結(jié)論。

1900年，成為遺傳學(xué)史乃至生物科學(xué)史上劃時代的一年，來自三個國家的三位學(xué)者同時獨立地“重新發(fā)現(xiàn)”孟德爾遺傳定律，他們是荷蘭的德弗里斯(HugoDeVries)、德國的柯靈斯(CarlErichCorrens)和澳大利亞的契馬克(ErichvonTschermak-Seysenegg)。遺傳學(xué)進人了孟德爾時代。

1909年，丹麥生物學(xué)家約翰遜根據(jù)希臘文“給予生命”之義，創(chuàng)造了基因（gene）一詞，并用這個術(shù)語代替孟德爾的“遺傳因子”。不過他所說的基因并不代表物質(zhì)實體，而是一種與細胞的任何可見形態(tài)結(jié)構(gòu)毫無關(guān)系的抽象單位。

果蠅是上帝專門為摩爾根創(chuàng)造的

美國遺傳學(xué)家摩爾根（ThomasHuntMorgan，1866～1945）對基因?qū)W說的建立作出了卓越的貢獻。1915年至1928年，他和他的助手以果蠅作為實驗材料，第一次將代表某一特定性狀的基因，同某一特定的染色體聯(lián)系了起來，創(chuàng)立了遺傳的染色體理論。基因的化學(xué)本質(zhì)就是DNA分子加拿大生物化學(xué)家艾弗里（OswaldTheodoreAvery，1877～1955）。1945年，他和他的合作者在紐約進行細菌轉(zhuǎn)化的研究（下圖），實驗材料是肺炎鏈球菌，結(jié)果說明，使細菌性狀發(fā)生轉(zhuǎn)化的因子是DNA，而不是蛋白質(zhì)或RNA。這一重大的發(fā)現(xiàn)轟動了整個生物界，在遺傳學(xué)理論上樹起了全新的觀點，即DNA分子是遺傳信息的載體。

當(dāng)人們?yōu)榘ダ锏膶嶒灦ち覡幷摃r，美國微生物學(xué)家赫爾希（AlfredDayHershey，1908～1997）等人在考慮，能否將蛋白質(zhì)和DNA完全分開，單獨觀察DNA的作用呢？他們的實驗材料是T2噬菌體。實驗證實，進入細菌細胞的噬菌體是核酸；進而說明，攜帶遺傳信息的是核酸，而不是蛋白質(zhì)。噬菌體的DNA不但包括噬菌體自我復(fù)制的信息，而且包括合成噬菌體蛋白質(zhì)所需要的全部信息。1952年，赫爾希和他的學(xué)生共同發(fā)表報告，肯定了艾弗里的結(jié)論。此后，再也無人懷疑DNA是遺傳物質(zhì)了。美國冷泉港卡內(nèi)基遺傳學(xué)實驗室（一）理論上的三大發(fā)現(xiàn)揭示了DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型和半保留復(fù)制機理

①雙螺旋結(jié)構(gòu)是雙鏈、三鏈還是四鏈？三螺旋還是雙螺旋？②半保留復(fù)制

1953年，最偉大的模型——DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型被提出來了，兩位創(chuàng)立者是美國生物化學(xué)家沃森和英國生物物理學(xué)家克里克。這一模型的建立，揭開了生物遺傳信息傳遞的秘密，從遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)變化的角度解釋了遺傳性狀突變的原因，并標(biāo)志著遺傳學(xué)完成了由“經(jīng)典”向“分子”時代的過渡。

ＤＮＡ雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)５０年來，生命的很多秘密已經(jīng)被解開，但剩下的秘密更多。一切不過只是剛剛開始?！敖裉毂任移鸩降臅r候有更多的新的疆域，”沃森在接受美國《時代》周刊采訪時曾表示，“未來幾百年中，還會有足夠多的問題需要人們?nèi)?yīng)對?！?957年，當(dāng)時在Caltech作研究生的Meselson和作博士后的Stahl設(shè)計并實現(xiàn)了這組著名的，證明了DNA復(fù)制半保留機理的實驗。（一）理論上的三大發(fā)現(xiàn)遺傳密碼的破譯和遺傳信息傳遞方式的確定

①遺傳密碼----生命的語言

數(shù)學(xué)推理階段和實驗研究階段②中心法則----生命信息的傳遞

第一階段和第二階段

1954年俄裔美國物理學(xué)家伽莫夫提出蛋白質(zhì)的遺傳密碼是由3個堿基的排列組合而成的假說。1961年，美國生物學(xué)家尼倫伯格（MarshallWarrenNirenberg，1927～）（左圖）等人成功破譯了遺傳密碼，以無可辯駁的科學(xué)依據(jù)證實了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的正確性。有關(guān)遺傳密碼的幾個問題

“密碼比”“密碼是否重疊”“相鄰的2個三聯(lián)體之間是否存在（逗號）”遺傳密碼表霍拉納(1922～)（右圖）美國生物化學(xué)1960～1966年，破譯了mRNA的全部基因密碼，并在蛋白質(zhì)合成機制、信使核糖核酸等方面取得了重要研究成果。在遺傳學(xué)上，我們把遺傳信息的流動方向叫做信息流。信息流的方向可以用科學(xué)家克里克提出的“中心法則”來表示。

科學(xué)是永無止境的，它是一個永恒之謎?！獝垡蛩固?/p>

（二）技術(shù)上的三大發(fā)明限制性核酸內(nèi)切酶的發(fā)現(xiàn)與DNA的切割內(nèi)森斯使用II型限制性內(nèi)切酶首次完成了對基因的體外切割。他們的研究成果為人類在分子水平上實現(xiàn)人工基因重組提供了有效的技術(shù)手段。

1965年阿爾伯首次從理論上提出了生物體內(nèi)存在著一種具有切割基因功能的限制性內(nèi)切酶，并于1968年成功分離出I型限制性內(nèi)切酶。1970年史密斯分離出了II型限制性內(nèi)切酶（二）技術(shù)上的三大發(fā)明DNA連接酶的發(fā)現(xiàn)與DNA片斷的連接1967年在世界上有5個實驗室?guī)缀跬瑫r發(fā)現(xiàn)了DNA連接酶。1970年當(dāng)時在Wisconsin大學(xué)的一個實驗小組，發(fā)現(xiàn)T4DNA連接酶具有更高的連接活性。到了1972年底，人們已經(jīng)掌握了好幾種連接雙鏈DNA分子的方法。（二）技術(shù)上的三大發(fā)明基因工程載體的研究與應(yīng)用