第一講 緒論(基因)

基因工程(GeneEngineering)

----緒論基因？？

基因工程：通過基因操作，將目的基因或DNA片段與合適的載體連接轉(zhuǎn)入目標(biāo)生物細(xì)胞，通過復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯外源目的基因以及蛋白質(zhì)的活性表達(dá)，使轉(zhuǎn)基因生物獲得新的遺傳性狀的操作。基因操作：指對(duì)基因進(jìn)行分離、分析、改造、檢測(cè)、表達(dá)、重組和轉(zhuǎn)移等操作的總稱。

優(yōu)點(diǎn)：

1、打破了難以突破的物種之間的界限。

可以使原核生物與真核生物之間、動(dòng)物與植物之間、甚至人與其他生物之間的遺傳信息進(jìn)行重組和轉(zhuǎn)移。

2、物種的定向改良；

3、創(chuàng)造新物種；

4、基因治療；

…..

SWEETPOTATO羽狀花葉病毒(sweetpotatofeatherymottlevirus，SPFMV)將半胱氨酸蛋白酶抑制劑基因(OryzacystationI，OCI)導(dǎo)入甘薯品種，獲得抗SPFMV的甘薯新品種，解決田間帶毒率50％以上，產(chǎn)量損失可達(dá)30％以上。解決甘薯因病毒病退化的問題。理論依據(jù)：1不同基因具有相同的物質(zhì)基礎(chǔ)2基因是可以切割的3基因是可以轉(zhuǎn)移的4多肽與基因之間存在對(duì)應(yīng)關(guān)系5遺傳密碼是通用的6基因可以通過復(fù)制把遺傳信息傳給下一代基因工程的技術(shù)流程1目的基因的克隆

目的基因是人們所需要轉(zhuǎn)移或改造的基因。蘇云金芽孢桿菌（Bacillusthuringiensis）的抗蟲基因植物的抗?。共《?、抗細(xì)菌）基因種子貯藏蛋白的基因人的胰島素基因、干擾素基因來源：⑴從供體細(xì)胞的DNA中直接分離基因⑵人工合成基因基因操作的基本步驟2載體的準(zhǔn)備載體(vector)：能攜帶外源基因（或DNA片段）進(jìn)入細(xì)胞復(fù)制、整合或表達(dá)的工具。

例：質(zhì)粒載體

λ噬菌體載體

M13噬菌體載體人工染色體載體基因操作的基本步驟3目的基因與載體的連接4重組DNA的轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)染、轉(zhuǎn)導(dǎo)

常用的宿主細(xì)胞有：大腸桿菌

枯草桿菌

土壤農(nóng)桿菌

酵母菌

動(dòng)植物細(xì)胞

基因操作的基本步驟5重組體的篩選和鑒定6重組體的大量培養(yǎng)，外源基因表達(dá)效應(yīng)分析與開發(fā)應(yīng)用。檢測(cè)：通過檢測(cè)標(biāo)記基因的有無來判斷目的基因是否導(dǎo)入。表達(dá)：通過特定性狀的產(chǎn)生與否來確定目的基因是否表達(dá)。

基因操作的基本步驟基因工程研究簡(jiǎn)史1859年

英國生物學(xué)家達(dá)爾文發(fā)表《物種起源》，第一次用大量事實(shí)和系統(tǒng)的理論論證了生物進(jìn)化的普遍規(guī)律。

查爾斯·羅伯特·達(dá)爾文

（CharlesRobertDarwin，1809.2.12—1882.4.19）

英國博物學(xué)家，生物學(xué)家，進(jìn)化論的奠基人

1865年

瑞士科學(xué)家米歇爾發(fā)現(xiàn)核酸。1866年

奧地利生物學(xué)家孟德爾發(fā)表論文“植物雜交試驗(yàn)”，提出了遺傳學(xué)的分離定律、自由組合定律和遺傳因子學(xué)說。1879年

德國生物學(xué)家弗萊明發(fā)現(xiàn)細(xì)胞核內(nèi)的染色體。1903年

美國細(xì)胞學(xué)家薩頓發(fā)現(xiàn)了遺傳因子與染色體的平行關(guān)系，提出了遺傳的染色體學(xué)說。

1915年

美國生物學(xué)家摩爾根創(chuàng)立了現(xiàn)代遺傳學(xué)的基因?qū)W說基因工程研究簡(jiǎn)史1924年

德國細(xì)胞學(xué)家福爾根發(fā)現(xiàn)了核糖核酸（RNA）和脫氧核糖核酸（DNA）。1927年

美國遺傳學(xué)家繆勒發(fā)現(xiàn)X射線照射可人工誘使遺傳基因發(fā)生突變。

1929年

俄裔美國生物化學(xué)家列文發(fā)現(xiàn)核酸堿基的主要成份是腺膘呤、鳥膘呤、胸腺嘧啶、胞嘧啶。1938年

美國生物學(xué)家、遺傳學(xué)家比德爾與美國生物化學(xué)家塔特姆提出遺傳基因通過一定的化學(xué)反應(yīng)起作用的理論。

1943年

德裔美國生物學(xué)家、物理學(xué)家德爾布呂克，意大利裔美國生物學(xué)家盧里亞，美國遺傳學(xué)家赫爾希合作發(fā)現(xiàn)了病毒的復(fù)制機(jī)制。1952年，他們又分別發(fā)現(xiàn)在上述復(fù)制機(jī)制中起決定性作用的遺傳物質(zhì)是DNA?；蚬こ萄芯亢?jiǎn)史1944年

美國細(xì)菌學(xué)家艾弗里首次證明DNA是遺傳信息的載體。1946年

美國生物化學(xué)家塔特姆與美國遺傳學(xué)家萊德伯格合作發(fā)現(xiàn)了兩種細(xì)菌混合培養(yǎng)時(shí)發(fā)生了“雜交”現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了基因重組。1948年

挪威科學(xué)家弗伯格提出了DNA螺旋結(jié)構(gòu)的結(jié)論。1951年

美國女遺傳學(xué)家麥克林托克提出了可移動(dòng)的遺傳基因（即“跳躍基因”）學(xué)說。1952年

美國遺傳學(xué)家萊德伯格發(fā)現(xiàn)了通過噬菌體的“轉(zhuǎn)導(dǎo)”實(shí)現(xiàn)的不同細(xì)菌間的基因重組現(xiàn)象。1953年

美國生物學(xué)家沃森、英國生物物理學(xué)家克里克在英國女生物學(xué)家富蘭克林和英國生物學(xué)家威爾金斯等人研究成果的基礎(chǔ)上，首先建立了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，并提出了DNA的復(fù)制機(jī)制。

基因工程研究簡(jiǎn)史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(gè)堿基的排列組合而成的假說。1955年

華裔生物學(xué)家蔣有興、瑞典生物學(xué)家萊溫確認(rèn)人體的46條染色體。1956年

美國生物化學(xué)家科恩伯格與美國生物化學(xué)家奧喬亞用人工合成的方法制得了DNA和RNA。1958年

英國生物物理學(xué)家克里克提出了蛋白質(zhì)合成的“中心法則”。

巴基斯坦裔美國生物化學(xué)家霍拉納開始已用化學(xué)的方法合成64種可能的遺傳密碼，并測(cè)試它們的活性。

法國醫(yī)學(xué)家勒熱內(nèi)發(fā)現(xiàn)先天愚型癡呆癥的病因是第21號(hào)染色體畸型，這是人類第一次發(fā)現(xiàn)染色體異常導(dǎo)致的疾病?；蚬こ萄芯亢?jiǎn)史1961年

法國生物化學(xué)家、分子生物學(xué)家雅各布與法國生物學(xué)家莫諾合作提出了“信使核糖核酸”（mRNA）和“操縱子”概念，闡明了RNA在遺傳過程中的信息傳遞作用和乳糖操縱子在蛋白質(zhì)生物合成中的調(diào)節(jié)控制機(jī)制。

美國生物化學(xué)家尼倫伯格發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)遺傳密碼--苯丙氨酸的密碼是RNA上的尿密腚（UUU）。1967年

美國生物化學(xué)家霍利確定了丙氨酰轉(zhuǎn)移核糖核酸（tRNA）的76個(gè)核苷酸的順序及在蛋白質(zhì)合成中的作用。1963年

巴基斯坦裔美國生物化學(xué)家霍拉納、美國生物化學(xué)家尼倫伯格、美國生物化學(xué)家奧喬亞等人測(cè)出了20種氨基酸的遺傳密碼。

基因工程研究簡(jiǎn)史1965年

美國生物化學(xué)家霍利首次分析出丙氨酸t(yī)RNA所含的全部76個(gè)核苷酸的排列順序。

瑞士微生物遺傳學(xué)家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。

1967年

法國免疫學(xué)家、醫(yī)學(xué)家J·多塞發(fā)現(xiàn)并闡明控制免疫反應(yīng)的細(xì)胞表面遺傳決定結(jié)構(gòu)。1970年

美國分子生物學(xué)家、遺傳學(xué)家史密斯分離出了II型限制性內(nèi)切酶。1971年，美國微生物遺傳學(xué)家內(nèi)森斯使用II型限制性內(nèi)切酶首次完成了對(duì)基因的切割。

基因工程研究簡(jiǎn)史1972年

美國生物化學(xué)家伯格首次將剪切后的不同DNA分子連接組成新的DNA分子，首創(chuàng)基因重組技術(shù)。

巴基斯坦裔美國生物化學(xué)家霍拉納合成了含有77個(gè)核苷酸的DNA長(zhǎng)鏈，1976年又合成了第一個(gè)具有生物活性的基因--共有206個(gè)核苷酸的DNA長(zhǎng)鏈。

1973年

美國分子生物學(xué)家科恩、美國生物化學(xué)家博耶合作完成了將兩種不同基因拼接的復(fù)合基因引入細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)，并申報(bào)了第一個(gè)基因重組技術(shù)專利。

1975年

英國生物化學(xué)家桑格發(fā)明了確定RNA和DNA分子中堿基排列順序的技術(shù)。

美國分子生物學(xué)家吉爾伯特發(fā)明了DNA堿基的快速分析方法。

德國免疫學(xué)家克勒、英國生物化學(xué)家米爾斯坦合作開發(fā)出了單克隆抗體技術(shù)?；蚬こ萄芯亢?jiǎn)史1978年

美國哈佛大學(xué)的科學(xué)家利用DNA重組技術(shù)生產(chǎn)出胰島素。

1978年

美國分子生物學(xué)家奧爾特曼和美國化學(xué)家切赫分別發(fā)現(xiàn)了RNA具有酶的生物催化功能。1979年

加拿大生物化學(xué)家史密斯發(fā)明能夠重新編組DNA的定點(diǎn)突變技術(shù)──“寡聚核苷酸定點(diǎn)突變法”。1980年

瑞士和美國科學(xué)家利用DNA重組技術(shù)使細(xì)菌生產(chǎn)出干擾素。1981年

美國應(yīng)用單克隆抗體技術(shù)首次檢測(cè)出世界上第一例艾滋病人。

基因工程研究簡(jiǎn)史1983年

美國生物化學(xué)家穆利斯發(fā)明利用“聚合酶鏈反應(yīng)法”（PCR）。該技術(shù)可從極其微量的樣品中大量生產(chǎn)DNA分子，使基因工程又獲得了一個(gè)新的工具。

第一株轉(zhuǎn)基因植物在美國誕生。1985年

意大利裔美國病毒學(xué)家杜爾貝科提出“人類基因組計(jì)劃”。1986年

第一只胚胎細(xì)胞克隆動(dòng)物（綿羊）在英國誕生。1990年

“人類基因組計(jì)劃”正式啟動(dòng)。1996年

第一只體細(xì)胞克隆動(dòng)物（綿羊）“多莉”在英國誕生。基因工程研究簡(jiǎn)史1998年

中、日、美、英、韓五國代表制定“國際水稻基因組測(cè)序計(jì)劃”。1999年

國際人類基因組計(jì)劃聯(lián)合研究小組宣布完整破譯出人體第22對(duì)染色體的遺傳密碼。2000年

中、美、日、德、法、英6國科學(xué)家聯(lián)合宣布成功繪制出人類基因組草圖。

“中國超級(jí)雜交水稻基因組計(jì)劃”正式啟動(dòng)。

2001年

中、美、日、德、法、英6國科學(xué)家聯(lián)合公布了人類基因組圖譜及初步分析結(jié)果?；蚬こ萄芯亢?jiǎn)史2003年

第一只體細(xì)胞克隆動(dòng)物（綿羊）“多莉”死亡。

中國大陸、臺(tái)灣、香港科學(xué)家宣布聯(lián)手啟動(dòng)“中華人類基因組單體型圖”計(jì)劃。

中、美、日、德、法、英6國科學(xué)家聯(lián)合宣布完成人類基因序列圖。

中、美科學(xué)家分別測(cè)定出非典型肺炎病毒的基因圖譜。

2004年

韓國科學(xué)家克隆人類胚胎。

發(fā)現(xiàn)“垃圾DNA”（“垃圾DNA”是那些科學(xué)家尚未發(fā)現(xiàn)其作用的人類染色體及基因組中的部分DNA）的重要作用，它是人類基因結(jié)構(gòu)中已知基因之間的基本配對(duì)，扮演著重要角色。2005年3月，人類X染色體測(cè)序工作基本完成，并公布了該染色體基因草圖。基因工程的應(yīng)用1基因工程醫(yī)學(xué)研究

1.1基因工程藥物研究科學(xué)研究證明，一些困擾人類健康的主要疾病，例如心腦血管疾病、糖尿病、肝病、癌癥等都與基因有關(guān)。依據(jù)已經(jīng)破譯的基因序列和功能，找出這些基因并針對(duì)相應(yīng)的病變區(qū)位進(jìn)行藥物篩選，甚至基于已有的基因知識(shí)來設(shè)計(jì)新藥，就能“有的放矢”地修補(bǔ)或替換這些病變的基因，從而根治頑癥。轉(zhuǎn)基因抗乙肝西紅柿，雖然不能治愈乙肝，但一年只吃幾個(gè)抗乙肝西紅柿，就完全能代替注射乙肝疫苗?？挂腋挝骷t柿屬于轉(zhuǎn)基因食品，就是將乙肝疫苗植入西紅柿內(nèi)，經(jīng)過多代繁殖，使轉(zhuǎn)入的基因穩(wěn)定化。用轉(zhuǎn)基因的植物生產(chǎn)藥物

1990年，美國醫(yī)學(xué)家安德森對(duì)一例患腺苷脫氨酶(ADA)缺乏癥的4歲女孩謝德爾進(jìn)行基因治療。該女孩由于先天缺乏ADA基因，自身不能生產(chǎn)ADA，先天免疫功能不全，只能生活在無菌的隔離帳里。他們將含有這個(gè)女孩自己的白血球的溶液輸入她左臂的一條靜脈血管中，這種白血球都已經(jīng)過改造，有缺陷的基因已經(jīng)被健康的基因所替代。在以后的10個(gè)月內(nèi)她又接受了7次這樣的治療，同時(shí)也接受特定抗體的治療。經(jīng)治療后，免疫功能日趨健全，能夠走出隔離帳，過上了正常人的生活?；蛑委煛吕绹t(yī)學(xué)家安德森謝德爾，1999

人類基因組計(jì)劃(HGP)

1986年，著名生物學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者雷納托杜爾貝科（RenatoDulbecco）在Science雜志上率先提出“人類基因組計(jì)劃”（HumanGenomicProject,簡(jiǎn)稱HGP）。。2001年8月26日，人類基因組“中國卷”的繪制工作宣告完成人類基因組計(jì)劃與阿波羅登月計(jì)劃、曼哈頓原子彈計(jì)劃并稱為人類科學(xué)史上的三大計(jì)劃。

目前，一些國家人口的平均壽命已突破80歲，中國也突破了70歲。有科學(xué)家預(yù)言，隨著癌癥、心腦血管疾病等頑癥的有效攻克，在2020至2030年間，可能出現(xiàn)人口平均壽命突破100歲的國家。到2050年，人類的平均壽命將達(dá)到90至95歲。

可以預(yù)見，在今后的四分之一世紀(jì)里，科學(xué)家們就可能揭示人類大約5000種基因遺傳病的致病基因，從而為癌癥、糖尿病、心臟病、血友病等致命疾病找到基因療法。

1.2基因診斷