第01章 基因工程緒論

基因工程

李桂蘭

2011.3Howmuchdoyouknowabouttransgenic？轉(zhuǎn)入紫羅蘭基因的玫瑰（日本）臺(tái)灣國立大學(xué)吳信志博士與轉(zhuǎn)綠色熒光基因豬親密無間圖：轉(zhuǎn)基因獼猴（左）和普通獼猴下圖：在特殊光源下，轉(zhuǎn)基因獼猴（左）通體呈現(xiàn)綠色，這是由它體內(nèi)的綠色熒光蛋白所致。中科院昆明動(dòng)物研究所季維智治療遺傳疾病美國醫(yī)學(xué)家W·F·安德森等人對腺甘脫氨酶缺乏癥（ADA缺乏癥）的基因治療，是世界上第一個(gè)基因治療成功的范例。成功的范例（1990）治愈的女孩治療方法能實(shí)現(xiàn)嗎？長棉花的羊轉(zhuǎn)基因飛機(jī)能長出塑料草？

能使體內(nèi)的多糖和淀粉可以直接轉(zhuǎn)化為顆粒狀塑料的轉(zhuǎn)基因柳枝稷。

（美國馬薩諸塞州Metabolix的生物塑料公司）

轉(zhuǎn)基因桂花樹，金元素在桂花樹上得到了強(qiáng)化秋天，桂花綻放的時(shí)候，人們看到的不僅是金燦燦的花，還是實(shí)打?qū)嵉慕鹱印鸹溟L出金子黃金樹的傳說Treesofgold

人造生命“一個(gè)新時(shí)代到來”

“人造兒”的人造細(xì)菌內(nèi)核美國生物學(xué)家克雷格文特爾制造生命的過程視頻：基因研究獲突破人造生命有望出現(xiàn)第一章概論生物工程、生物技術(shù)基因工程的概念基因工研究的主要內(nèi)容原理基本步驟基因克隆需要的工具和技術(shù)基因工程的發(fā)展史理論上的三大發(fā)現(xiàn)技術(shù)上的三大發(fā)現(xiàn)發(fā)展過程中的重大事件基因工程的意義1.生物工程等概念生物工程(bioengineering)有時(shí)也稱生物技術(shù)(biotechnology)：是指人們以現(xiàn)代生命科學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合其它基礎(chǔ)科學(xué)的原理，采用先進(jìn)的工程技術(shù)手段，按照預(yù)先設(shè)計(jì),改造生物體或加工生物原料，為人類生產(chǎn)出所需產(chǎn)品或達(dá)到某種目的。生物工程遺傳工程：(geneticengineering)基因工程(geneengineering)細(xì)胞工程(cellengineering):酶工程（enzymeengineering)發(fā)酵工程（fermentationengineering)蛋白質(zhì)工程（proteinengineering)本課程的地位：現(xiàn)代科技革命高新技術(shù)生物技術(shù)基因工程基因克隆中國的生物技術(shù)大發(fā)展

2008年7月9日，國務(wù)院總理溫家寶主持召開國務(wù)院常務(wù)會(huì)議，審議并原則通過轉(zhuǎn)基因生物新品種培育科技重大專項(xiàng)。這一專項(xiàng)將主要分為技術(shù)研發(fā)、安全管理和商業(yè)化三大部分，專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)200億元。主要研究對象包括水稻、小麥、玉米、棉花等主要農(nóng)作物，以及豬、牛、羊等主要牲畜。

轉(zhuǎn)基因生物新品種培育科技重大專項(xiàng)是《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）》確定的未來15年力爭取得突破的16個(gè)重大科技專項(xiàng)之一。

2.基因工程的基本內(nèi)容

2.1基因工程的概念基因工程(geneticengineering)是指運(yùn)用DNA體外重組方法進(jìn)行基因操作，按人們需要改變生物遺傳特性的生物技術(shù)。廣義基因工程：DNA重組技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化設(shè)計(jì)與應(yīng)用。上游技術(shù)：外源基因克隆、重組和表達(dá)的設(shè)計(jì)與構(gòu)建（狹義基因工程）下游技術(shù)：含有外源基因的生物細(xì)胞（基因工程菌或細(xì)胞）的大規(guī)模培養(yǎng)以及外源基因的表達(dá)、分離、純化過程。genemanipulation,

genecloning,

recombinantDNAtechnology,geneticmodification,

newgenetics,

molecularagriculture1.什么叫基因？2.基因、DNA、染色體之間是怎樣的關(guān)系？3.遺傳信息是如何表達(dá)的？

思考DNA的結(jié)構(gòu)：DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)(1953年由Watson和Crick)。1962年獲獎(jiǎng)基因的概念指控制生物某種遺傳性狀的DNA序列單位，分結(jié)構(gòu)基因和調(diào)控基因?；虻慕Y(jié)構(gòu)（原核細(xì)胞）

非編碼區(qū)

非編碼區(qū)

編碼區(qū)編碼區(qū)下游編碼區(qū)上游

RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)

調(diào)控遺傳信息的表達(dá)

RNA聚合酶能夠識(shí)別調(diào)控序列中的結(jié)合位點(diǎn)，并與其結(jié)合。轉(zhuǎn)錄開始后，RNA聚合酶沿DNA分子移動(dòng)，并與DNA分子的一條鏈為模板合成RNA。轉(zhuǎn)錄完畢后，RNA鏈釋放出來，緊接著RNA聚合酶也從DNA模板鏈上脫落下來。真核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)與RNA聚酶結(jié)合位點(diǎn)內(nèi)含子

外顯子

啟動(dòng)子終止子編碼區(qū)上游

編碼區(qū)下游

外顯子:能夠編碼蛋白質(zhì)的序列叫做外顯子

內(nèi)含子:

不能夠編碼蛋白質(zhì)的序列叫做內(nèi)含子

中心法則(centroldogma)：1953年由Watson和Crick提出。

復(fù)制

轉(zhuǎn)錄翻譯

DNA

DNA

mRNA

蛋白質(zhì)

逆轉(zhuǎn)錄1970年美國病毒學(xué)家特明、美國病毒學(xué)家巴爾的摩發(fā)現(xiàn)了“逆轉(zhuǎn)錄酶”，揭示了生物遺傳中存在著由RNA形成DNA的過程，發(fā)展和完善了“中心法則”。

基因工程與分子生物學(xué)的關(guān)系分子生物學(xué)是基因工程的理論基礎(chǔ)，是分子生物學(xué)理論實(shí)踐中的應(yīng)用而分子生物學(xué)的發(fā)展有受到基因工程的強(qiáng)勁推動(dòng)2.2基因工程的基本操作程序目的基因的獲得重組子的構(gòu)建遺傳轉(zhuǎn)化重組克隆的篩選提取擴(kuò)增了的基因構(gòu)建表達(dá)載體進(jìn)行遺傳轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化子的檢測及表達(dá)基因工程菌或細(xì)胞的大規(guī)模培養(yǎng)以及外源基因的表達(dá)、分離、純化過程?；蚩寺∩嫌渭夹g(shù)下游技術(shù)基因克隆的基本步驟2.3基因克隆需要特殊的工具和技術(shù)運(yùn)輸工具：細(xì)菌質(zhì)粒病毒染色體DNA操作技術(shù)純化DNA 剪切DNA分子分析DNA片段大小連接DNA分子將DNA轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞重組子的鑒定2.4基因工程的基本操作內(nèi)容

1.

利用載體DNA在受體細(xì)胞中獨(dú)立于染色體DNA而自主復(fù)制的特性與載體分子重組，通過載體分子的擴(kuò)增提高外源基因在受體細(xì)胞中的劑量，借此提高宏觀表達(dá)水平。2.篩選、修飾和重組啟動(dòng)子、增強(qiáng)子、終止子等基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件。3.選擇、修飾和重組核糖體結(jié)合位點(diǎn)及密碼子等mRNA的翻譯調(diào)控元件，強(qiáng)化受體細(xì)胞中蛋白質(zhì)的生物合成過程。4.工程菌（微型生物反應(yīng)器）的穩(wěn)定生產(chǎn)及增殖

分子遺傳學(xué)分子生物學(xué)生化工程學(xué)基因工程原理的三大基石3.基因工程的發(fā)展史基因工程的誕生3.1理論上的三大發(fā)現(xiàn)證明了生物的遺傳物質(zhì)是DNA（是基因工程的先導(dǎo)）DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)和半保留復(fù)制及三聯(lián)體密碼的破譯遺傳信息的傳遞方式（中心法則）霍拉納(1922～)印度