分子遗传学新进展.ppt

分子遗传学技术新进展,分子遗传学,遗传学（Genetics）是研究生物的遗传与变异，研究 基因的结构、功能及其变异、传递和表达规律的学科。,分子遗传学（ molecular genetics ）是研究基因的 活动和功能的科学。,近年来,分子遗传技术发展极为迅速, 并对其它的生物学 领域产生了巨大的影响。,1、 1944年，美国学者埃弗里等首先在肺炎双球菌中证实了转化因子是脱氧核糖核酸(DNA)，从而阐明了遗传的物质基础。,2、1953年，沃森和克里克提出了DNA分子结构的双螺旋模型，这一发现常被认为是分子遗传学的真正开端。,3、二十世纪50年代初期至70年代初期，是分子遗传学迅猛发展快速进步的年代。在这短短的二十余年间，许多有关分子遗传学的基本原理相继提出，大量的重要发现不断涌现。,分子遗传学主要研究内容,分子遗传学不同于一般的遗传学，传统的遗传学主要研究遗传单元在各世代的分布情况,而分子遗传学则着重研究遗传信息大分子在生命系统中的储存、复制、表达及调控过程。,分子遗传学不是核酸及其衍 生物（蛋白质）的生物化学。,分子遗传学研究的对象是分子水平上的生物学 过程遗传及变异的过程。它研究的是动态 的生命过程，而不是在试管里或电泳仪上孤立 地研究生物大分子的结构与功能的简单的因果 关系。,分子遗传学最新研究进展,21世纪 、逆转录酶的发现； 、一些工具酶的先后发现； 、断裂基因的发现； 、DNA测序方法建立； 、核酶的发现； 、PCR技术建立； 、基因的上游调控序列发现； 、显微注射技术运用； 、基因重组技术发展、基因治疗技术发展； 、人类基因组计划实施,人类遗传密码草图面世 其它物种基因组测序,基因重组技术,DNA重组技术是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外DNA重组技术和转基因技术，赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的生物类型和生物产品，又叫基因工程；也叫基因拼接技术。,DNA重组技术培育抗虫棉的简要过程：,普通棉花(无抗虫特性),苏云金芽孢杆菌,提取,抗虫基因,转基因棉花含抗虫基因,转基因棉花产生伴胞晶体,转基因棉花有抗虫特性,DNA重组技术的基本工具,1、限制性核酸内切酶“分子手术刀”,（1）来源：,主要是原核生物；,（2）种类：,（3）特点：,（4）结果：,约4000种；,识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键（切点）断开。(6个,4、5、8个),形成两种末端,1、种类：,两类,2、 DNA连接酶“分子缝合针”,Ecoli DNA连接酶,T4DNA连接酶,来源,功能,大肠杆菌,T4噬菌体,恢复 磷酸 二酯键,只能连接黏性末端,能连接黏性末端和平末端(效率较低),相同点,差别,可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，,Ecoli DNA连接酶 或T4DNA连接酶,即恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键,作用部位：双链DNA片段之间 磷酸二酯键,作为运载体必须具备的条件,1. 能够在受体细胞中自我复制并稳定地保存。 2.具有限制酶切点，以便与外源基因连接。 3.具有某些标记基因，便于进行筛选。 4.必需是安全的，不会对受体细胞有害。,3、载体“分子运输车”,最常用的质粒是大肠杆菌的质粒，其中常含有抗药基因，如四环素抗性基因。质粒的存在与否对受体细胞生存没有决定性作用，但复制只能在受体细胞内完成。,质粒是一种裸露的、结构简单、独 立于细菌染色体（即拟核DNA）之外，并且具有自我复制能力的双链环状DNA分子。,质粒是基因工程最常用的载体。,人类基因组计划,在文中，杜尔贝科说： “这一计划可以与征服宇宙的计划相媲美，我们也应该以征服宇宙的气魄来进行这一工作。”,杜尔贝科（1914 ) Renato Dulbecco 美国病毒学家 伦敦帝国癌症研究基金实验室,总体计划： 在15年内投入至少30亿美元进行人类全基因组的分析。,人类单倍体基因组 含30亿碱基对(bp)的DNA序列，包括约3-4万个基因，分布于22条常染色体和X、Y性染色体。,HGP基本内容 四个图谱,遗传图谱 物理图谱 序列图谱 转录图谱,（一）遗传图谱（genetic map） 通过计算连锁的遗传标记之间重组频率而确定它们相对距离的遗传图，一般用厘摩（cM）来表示，遗传图谱确定了DNA标志在染色体上的相对位置与遗传距离,故又称连锁图谱（linkage map）。 它显示所知的遗传标记在染色体上的相对位置，而不是特殊的物理位置。,（二）物理图谱（physical map ） 描绘DNA上可以识别的标记的位置和相互之间的距离(以碱基对的数目为衡量单位)，这些可以识别的标记包括限制性内切酶的酶切位点，基因等。物理图谱不考虑两个标记共同遗传的概率等信息。,（三）序列图谱 人类基因组30亿bp的全序列图。 以遗传图和物理图为基础建立。,先把庞大的基因组分为若干有路标的区域，再测序。 基本材料：一个DNA序列的重叠克隆群（使测序工作不断延伸）,（四）基因图谱（gene map） 或转录图谱（transcription map）。 即在人类基因组中鉴别出占2%至5%的全部基因的位置结构与功能。 基本原理：蛋白质推测mRNA的序列，mRNA反转录为cDNA，然后利用其与所测序列进行杂交，鉴别出与转录有关的基因。,基因图谱的意义 1、能为估计人类基因的数目提供可靠的依据。 2、提供不同组织、不同时期基因表达的信息（数目、种类及结构功能）。 3、提供结构基因的标记，可以作为筛选基因的探针，有直接的经济价值。 4、鉴定病态基因（如癌基因）的变异位置,HGP细节研究成果 1 全部人类基因组约有2.91Gbp，约有39000多个基因； 2 目前已经发现和定位了26000多个功能基因; 3 基因数量少得惊人; 4 人与人之间99.99的基因密码是相同的; 5 人类基因组中存在“热点”和大片“荒漠”;,6 男性的基因突变率是女性的两倍; 7 人类基因组中大约有200多个基因是来自于插入人类祖先基因组的细菌基因; 8 发现了大约一百四十万个单核苷酸多态性，并进行了精确的定位，初步确定了30多种致病基因; 9 人类基因组编码的全套蛋白质（蛋白质组）比无脊椎动物编码的蛋白质组更复杂.,HGP意义,1 HGP对人类疾病基因研究的贡献 （最重要）,寻找遗传疾病基因的常规流程,HGP对生物技术的贡献 ： （1）基因工程药物 （2）诊断和研究试剂产业 （3）对细胞 胚胎工程的推动 HGP对制药工业的贡献 HGP对生物进化研究的影响