基因工程概論課件

基因工程概論多利和它的孩子

沃爾小組成功克隆兩只恒河猴

吳明杰小組：5只克

隆豬基因工程概論基因（gene）基因研究發(fā)展的過(guò)程基因的概念基因的特點(diǎn)基因工程（geneticengineering）基因工程研究發(fā)展史基因工程的定義、研究?jī)?nèi)容基因工程的應(yīng)用基因工程與基因什么是基因？一、基因（gene）

1.Abriefhistoryofgenetics.1866年，孟德?tīng)枺℅.J.Mendel）提出了遺傳因子（hereditaryfactor）的概念。他將控制豌豆性狀的遺傳因素稱之為遺傳因子形成了基因的雛形。1909年，丹麥的遺傳學(xué)家W.Johanssen根據(jù)希臘語(yǔ)“給予生命”之義，創(chuàng)造了“gene”一詞。但它只是一個(gè)抽象的單位，并不代表物質(zhì)實(shí)體。

“遺傳因子/基因”的設(shè)想一經(jīng)提出，便推動(dòng)人們?nèi)ふ?，去探索基因在哪里？基因是什么?910年，美國(guó)遺傳學(xué)家摩爾根（T.H.M.organ）以果蠅為研究材料，發(fā)現(xiàn)了連鎖交換定律并提出遺傳粒子學(xué)說(shuō)，第一次將代表某一特定性狀的基因與某一特定的染色體聯(lián)系起來(lái)，即基因位于染色體上。1944年，美國(guó)微生物學(xué)家首次證實(shí)遺傳物質(zhì)的基礎(chǔ)是DNA，基因位于DNA上。ThetransformingprincipleisDNA.DNAisthegeneticmaterial

1953年，J.Watson和F.Crike創(chuàng)立DNA雙螺旋模型，證實(shí)基因是具有一定遺傳效應(yīng)的DNA片段。

1960年，F(xiàn).Jacob和J.Monmd提出了操縱元（操縱子）的概念，揭示了原核生物基因表達(dá)調(diào)控的重要規(guī)律。2.基因的定義基因（gene）:一段可以編碼具有某種生物學(xué)功能物質(zhì)的核苷酸序列。是遺傳物質(zhì)的最小功能單位。編碼蛋白的基因只轉(zhuǎn)錄而無(wú)翻譯功能的基因（tRNA，rRNA）不轉(zhuǎn)錄的基因基因的現(xiàn)代概念移動(dòng)基因（movablegene）斷裂基因（splitgene）假基因（pseudogene）重復(fù)基因（repeatedgenes）重疊基因（overlappinggenes）

或嵌套基因（nestedgenes）

3.基因的特點(diǎn)

:不同基因具有相同的物質(zhì)基礎(chǔ)

在原則上，所有生物的DNA都是可以重組互換的，因?yàn)樗麄兊幕蚨际且粋€(gè)具有遺傳功能的特定核苷酸序列的DNA片斷，而所有生物的DNA結(jié)構(gòu)都是一樣的。有些病毒的基因定位在RNA上，但這些病毒RNA可以通過(guò)反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生CDNA，并不影響不同基因的重組互換。基因是可以切割的

基因在染色體上的存在形式是直線排列。大多數(shù)基因彼此之間存在這間隔，少數(shù)基因是重疊排列的?；蚴强梢赞D(zhuǎn)移的

生物體內(nèi)有的基因是可以在染色體上移動(dòng)的，甚至可以在不同的染色體上跳躍，插入到靶DNA分子中?；蛟谵D(zhuǎn)移的過(guò)程中就完成了基因間的重組。（轉(zhuǎn)座子、反轉(zhuǎn)座子）多肽與基因之間存在對(duì)應(yīng)關(guān)系

現(xiàn)在普遍認(rèn)為，一種多肽就有一種相對(duì)應(yīng)的基因。因此，基因的轉(zhuǎn)移或重組可以根據(jù)其表達(dá)產(chǎn)物多肽的性質(zhì)來(lái)檢查。遺傳密碼是通用的

一系列的三聯(lián)密碼子（除極少數(shù)外）同氨基酸之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在所有生物中都是相同的?；蚩梢酝ㄟ^(guò)復(fù)制把遺傳信息傳遞給下一代

經(jīng)重組的基因一般來(lái)說(shuō)是能傳代的，可以獲得相對(duì)穩(wěn)定的轉(zhuǎn)基因生物。1、基因工程的誕生理論上的三大發(fā)現(xiàn)（1）、DNA是遺傳物質(zhì)被證實(shí)1944年，AveryO.T.利用肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（2）、DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)和半保留復(fù)制機(jī)理（3）、“中心法則”和“操縱子學(xué)說(shuō)”的提出三聯(lián)體密碼子系統(tǒng)的建立（1）、工具酶的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用限制性內(nèi)切酶和DNA連接酶的發(fā)現(xiàn)（標(biāo)志著DNA重組時(shí)代的開(kāi)始）1970年，逆轉(zhuǎn)錄酶的發(fā)現(xiàn)。

（2）、載體的發(fā)現(xiàn)及其應(yīng)用載體主要是小分子量的復(fù)制子如：病毒、噬菌體、質(zhì)粒。1972年，美國(guó)Stanford大學(xué)的P.Berg等首次成功地實(shí)現(xiàn)了DNA的體外重組；SV40λ噬菌體EcoRIEcoRIT4連接酶第一個(gè)重組分子（3）、重組子導(dǎo)入受體細(xì)胞1944年，肺炎鏈球菌被成功轉(zhuǎn)化。1970年，大腸桿菌才被成功轉(zhuǎn)化，得益于CaCl2的應(yīng)用

基因工程誕生1973年，Stanford大學(xué)的Cohen等成功地利用體外重組實(shí)現(xiàn)了細(xì)菌間性狀的轉(zhuǎn)移。1973年被定為基因工程誕生的元年。Cohen等的重組實(shí)驗(yàn)示意圖TcrNerEcoRIEcoRIT4連接酶TcrNer雙抗重組菌落基因工程發(fā)展史上首次實(shí)現(xiàn)了重組DNA的細(xì)菌轉(zhuǎn)化pSC101質(zhì)粒DNAR6－5質(zhì)粒DNA2.基因工程的定義：將外源基因通過(guò)體外重組后導(dǎo)入受體細(xì)胞內(nèi)，使這個(gè)基因能在受體細(xì)胞內(nèi)復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯表達(dá)的操作稱為基因工程基因工程包括基因的分離、重組、轉(zhuǎn)移以及基因在受體細(xì)胞內(nèi)的保持、轉(zhuǎn)錄、翻譯表達(dá)等全過(guò)程?；蚬こ痰膶?shí)施至少要有四個(gè)必要條件工具酶基因載體受體細(xì)胞遺傳工程DNA重組基因工程區(qū)別？遺傳工程是發(fā)生在遺傳過(guò)程中的自然界原本存在的導(dǎo)致變異的一種現(xiàn)象，及自然出現(xiàn)的不同DNA鏈斷裂并連接成新的DNA分子，新的DNA分子含有不同于親本的DNA片段。DNA重組是人們根據(jù)遺傳工程的原理利用限制性內(nèi)切酶在體外對(duì)于DNA進(jìn)行的人工操作，構(gòu)成雜種DNA，在自然界一般不能自發(fā)實(shí)現(xiàn)。原核細(xì)胞表達(dá)真核細(xì)胞表達(dá)植物中表達(dá)動(dòng)物中表達(dá)人體表達(dá)發(fā)酵工程轉(zhuǎn)基因植物動(dòng)物器官發(fā)生器轉(zhuǎn)基因動(dòng)物基因治療目的基因轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化或感染合成基因組織、器官、細(xì)胞基因組DNAcDNA文庫(kù)基因文庫(kù)目的基因的克隆3.基因工程的基本操作程序第三步：將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞第四步：目的基因的檢測(cè)與鑒定第一步：目的基因的獲取第二步：基因表達(dá)載體構(gòu)建從復(fù)雜的生物有機(jī)體基因組中，經(jīng)過(guò)酶切消化或PCR擴(kuò)增等步驟，分離出帶有目的基因的DNA片段；在體外，將帶有目的基因的外源DNA片段連接到能夠自我復(fù)制的并具有選擇記號(hào)的載體分子上，形成重組DNA分子；將重組DNA分子轉(zhuǎn)移到適當(dāng)?shù)氖荏w細(xì)胞（寄主細(xì)胞），并與之一起增殖；從大量的細(xì)胞繁殖群體中，篩選出獲得了細(xì)胞重組DNA分子的受體細(xì)胞克隆；從這些篩選出來(lái)的受體細(xì)胞克隆，提取出已經(jīng)得到擴(kuò)增的目的基因，供進(jìn)一步分析研究使用；將目的基因克隆到表達(dá)載體上，導(dǎo)入寄主細(xì)胞，使之在新的遺傳背景下實(shí)現(xiàn)功能表達(dá)，產(chǎn)生出人類(lèi)所需要的物質(zhì)。三、基因工程的基本流程基因分離酶切載體酶切基因和載體連接導(dǎo)入細(xì)菌重組質(zhì)粒繁殖重組克隆的選擇序列分析和基因表達(dá)等研究導(dǎo)入植物細(xì)胞（1）在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用

基因工程被用于大量生產(chǎn)過(guò)去難以得到或幾乎不可能得到的蛋白質(zhì)－肽類(lèi)藥物。胰島素1000磅牛胰10克胰島素200升發(fā)酵液10克胰島素干擾素1200升人血1升發(fā)酵液2－3萬(wàn)美元/病人200－300美元/病人用于提高奶酪產(chǎn)量

生產(chǎn)奶酪的凝乳酶?jìng)鹘y(tǒng)上來(lái)自哺乳小牛的胃?，F(xiàn)在可以通過(guò)基因工程辦法，用酵母生產(chǎn)凝乳酶，大量用于奶酪制造。哺乳小牛凝乳酶基因

胃轉(zhuǎn)入啤酒酵母

凝乳酶凝乳酶

制造奶酪把大鼠生長(zhǎng)因子轉(zhuǎn)入小鼠得到巨大型的轉(zhuǎn)基因小鼠。核移植，就是利用一個(gè)動(dòng)物體細(xì)胞的細(xì)胞核（供體核）來(lái)取代受精或未受精卵中的細(xì)胞核，形成一個(gè)重建的“合子”?？寺≡馐菬o(wú)性繁殖?？寺?dòng)物就是不經(jīng)過(guò)生殖細(xì)胞的受精過(guò)程而直接由體細(xì)胞獲得新的動(dòng)物個(gè)體，這個(gè)新個(gè)體是原核供體動(dòng)物的拷貝。多莉(Dolly)：－幾點(diǎn)說(shuō)明——任何一個(gè)高等動(dòng)物的細(xì)胞或個(gè)體都有兩套獨(dú)立的遺傳系統(tǒng)：細(xì)胞核遺傳系統(tǒng)和細(xì)胞質(zhì)遺傳系統(tǒng)（線粒體和葉綠體DNA）。細(xì)胞質(zhì)遺傳系統(tǒng)與細(xì)胞核遺傳系統(tǒng)有著密切的關(guān)系，但線粒體和葉綠體DNA上的基因是細(xì)胞核的染色體上所沒(méi)有的，因此，細(xì)胞質(zhì)遺傳系統(tǒng)的功能不能由細(xì)胞核遺傳系統(tǒng)來(lái)代行。由于動(dòng)物的精子不為后代提供細(xì)胞質(zhì)，所以高等動(dòng)物的線粒體是通過(guò)母系的細(xì)胞質(zhì)來(lái)遺傳的，即其后代的所有線粒體都來(lái)自于母親，與父親無(wú)關(guān)。

（1）多莉并不是與母體完全一樣的克隆轉(zhuǎn)基因植物獲得新的性狀轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物產(chǎn)品市場(chǎng)銷(xiāo)售額：（世界市場(chǎng)）1995年0.75億美元1998年15億美元（4年增長(zhǎng)20倍）2000年30億美元2010年將達(dá)到200億美元中國(guó)已經(jīng)批準(zhǔn)進(jìn)入大田的轉(zhuǎn)基因植物馬鈴薯：抗病毒、抗逆、高營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)水稻：抗病毒、抗蟲(chóng)、抗除草劑棉花：抗蟲(chóng)玉米：抗蟲(chóng)大豆：抗除草劑小麥：抗除草劑、高營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)番茄：抗病、耐儲(chǔ)存甜椒：抗病辣椒：抗病毒煙草：抗病毒、抗蟲(chóng)番木瓜：抗病毒矮牽牛：改變花色楊樹(shù)：抗蟲(chóng)微生物：提高固氮效率我國(guó)基因工程部分研究進(jìn)展轉(zhuǎn)基因抗病蟲(chóng)植物我國(guó)科學(xué)家將抗蟲(chóng)基因?qū)朊藁ǎ@得了抗蟲(chóng)植株，對(duì)棉蛉蟲(chóng)的抗蟲(chóng)效果十分顯著?？裹S矮病、赤霉病、白粉病轉(zhuǎn)基因小麥和抗青枯病馬鈴薯也已研究成功，開(kāi)始田間加代繁殖。生產(chǎn)部件（3）工程菌在環(huán)境工程中應(yīng)用

美國(guó)GE公司構(gòu)造成功具有巨大烴類(lèi)分解能力的工程菌，并獲專(zhuān)利，用于清除石油污染。噴灑工程菌清除石油污染無(wú)冰晶細(xì)菌幫助草莓抗霜凍（4）工業(yè)領(lǐng)域環(huán)保工業(yè)

能降解工業(yè)廢品、農(nóng)藥殘留等基因工程菌的構(gòu)建酶制劑工業(yè)耐熱、耐壓、耐鹽、耐溶劑的酶基因轉(zhuǎn)化構(gòu)建的工程菌食品工業(yè)改善食品品質(zhì)的轉(zhuǎn)基因作物化學(xué)與能源工業(yè)生產(chǎn)乙醇、甘油、丙酮等的轉(zhuǎn)基因生物有同學(xué)知道這三種標(biāo)志嗎?非轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品認(rèn)證綠色食品質(zhì)量安全你會(huì)優(yōu)先選擇轉(zhuǎn)基因食品嗎？簡(jiǎn)要說(shuō)明你的理由?；蛞坏┍桓膭?dòng)，一方面可能引起生物體內(nèi)一系列未知的結(jié)構(gòu)與功能的變化；另一方面，轉(zhuǎn)基因操作對(duì)生物體的影響會(huì)通過(guò)遺傳傳遞。

克隆人的倫理問(wèn)題

個(gè)人基因信息的隱私權(quán)問(wèn)題人類(lèi)基