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基因工程 第1章绪论 生长快 肉质好的转基因鱼 中国 乳汁中含有人胰岛素的转基因牛 阿根廷 转基因鳟鱼 拥有 六块腹肌 转黄瓜抗青枯病基因的甜椒 转鱼抗寒基因的番茄 彩棉 彩棉又称贵族纤维 植物羊绒 是一种采用现代高科技生物基因工程培育出来的 在成熟吐絮时可直接开出红 黄 棕 绿等多种颜色纤维的棉花 洗涤后纤维色彩逐渐加深 利用种子生物反应器 获得了高效表达植酸酶的玉米种子 植酸酶是一种新型的饲料添加剂 其应用可降低饲料成本 提高动物生产性能及减轻动物高磷粪便造成的环境污染 无籽的转基因茄子 英国和意大利的研究人员将提取自金鱼草的两种特殊基因植入了西红柿的基因中 并令其具有了产生花青素的能力 植物中的花青素是一种类黄酮类抗氧化剂 此前的研究已经证实 它能够对抗癌症 心血管疾病和身体机能退化 对于炎症 肥胖和糖尿病也有预防作用 在基因改造的过程中 西红柿也从我们常见的红色变成了紫色 紫色西红柿 一种能发红色荧光的转基因斑马鱼 漂亮的转基因荧光鱼 红色的是转入了红珊瑚的红色荧光蛋白基因 而绿色的是转入了水母的绿色荧光蛋白基因 转基因绿色荧光猪 转基因绿色荧光鼠 3只具有荧光蛋白基因的克隆猫 上图为普通光线照射下 下图为紫外线照射下 能发光的转基因烟草 萤火虫的荧光素酶基因 蓝色荧光 发光的水母 fortheirdiscoveryanddevelopmentofthegreenfluorescentprotein GFP 2008NobelPrizeinchemistry 为什么要学习基因工程课程 概念 对基因进行分离 分析 改造 检测 表达 重组和转移等操作的总称 特点 基因能够进行大量的 可操作性的扩增 一 基因工程的基本内容与应用 一 基因操作 基因工程是通过对基因的操作并实现基因重组来完成 基因操作原理 基因工程是通过基因操作 将目的基因或DNA片段与合适的载体连接转入目标生物细胞 通过复制 转录 翻译外源目的基因以及蛋白质的活性表达 是转基因生物获得新的遗传性状的操作 基因工程的目标是实现受体生物性状的定向改造与改良 基因工程又称为 genemanipulation genecloning recombinantDNAtechnology geneticmodification 广义基因工程 DNA重组技术的产业化设计与应用 分为上游和下游技术 上游技术 外源基因重组 克隆和表达的设计与构建 狭义基因工程 下游技术 含有外源基因的生物细胞 基因工程菌或细胞 的大规模培养以及外源基因的表达 分离 纯化过程 例 基因工程培育抗虫棉的简要过程 2 基因操作的工具 基因的剪刀 限制性内切酶 基因的针线 DNA连接酶 基因的运输工具 载体 如质粒 噬菌体和动植物病毒等 宿主细胞 能够摄取外源重组DNA并使其稳定维持和表达 或有待于实施遗传改良的受体细胞 3 基因操作的基本步骤 二 基因工程的应用 基因工程可以绕过远缘有性杂交的困难 使基因在微生物 植物 动物之间交流 迅速并定向的获得人类需要的新的生物类型 概括地讲 其意义体现在以下三个方面 大规模生产生物分子 设计构建新物种 搜集 分离 鉴定生物信息资源 1 在工业领域的应用 第四次工业大革命 1 医学 抗病毒 抗癌因子 新型抗生素 疫苗 抗衰老保健品 心脏血管药物 生长因子诊断剂2 轻工食品 氨基酸 助鲜剂 甜味剂 淀粉酶 纤维素酶 脂肪酶 蛋白酶3 能源 石油二次开采 纤维素分解4 环保 基因工程指示生物 超级细菌等5 信息 蛋白芯片 基因芯片 1 蛋白类杀虫剂 生物农药 抗广谱虫害植物 2 农作物品种改良 高营养 长保存 抗环境压力 花卉颜色与形状 3 畜牧业 高蛋白乳汁 鱼生长激素 饲料利用率4 固氮农业 2 在农业领域的应用 1 分子病 遗传病 心脑血管病 糖尿病 癌症过度肥胖综合症 老年痴呆症 骨质疏松症2 抗衰老 端粒酶编码基因基因诊断动物疾病模型的建立基因治疗 补充突变基因原始产物 更换突变基因 器官移植 3 在医药领域的应用 二 基因工程的发展历程 理论上的三大发现 证明了生物的遗传物质是DNA 基因工程的先导 DNA的双螺旋结构和半保留复制机理遗传信息的传递方式 中心法则 和三联体密码子系统的建立 1 基因工程的诞生 技术上的三大贡献 限制性内切酶和DNA连接酶的发现载体的使用大肠杆菌转化体系的建立 基因工程诞生的标志 1972年 P Berg领导的研究小组 在世界上第一次成功地实现了DNA的体外重组 他们使用限制性核酸内切酶EcoRI 在体外对猿猴病毒SV40的DNA和 噬菌体的DNA分别进行酶切 然后再用T4DNA连接酶把两种酶切的DNA片段连接起来 从而获得了世界上第一个体外重组的杂种DNA分子 他们因此获得1980年诺贝尔化学奖 同Sanger Gilbert分享 1973年 S Cohen等人将E coli的抗四环素的质粒pSC101和鼠伤寒沙门氏菌的抗链霉素和磺胺的质粒RSF1010 在体外用限制性核酸内切酶EcoRI切割 连接成新的重组质粒 然后转化到E coli中 在含Tet和链霉素的平板培养中 选出了抗Tet和链霉素的重组菌落 这是基因工程发展史上第一次实现重组体转化成功的实验 基因工程从此诞生了 2 基因工程的发展 1981年 美国人 大鼠生长激素基因转入小鼠 超级鼠 1982年 美国食品卫生和医药管理局批准 用基因工程在细菌中生产的人胰岛素投放市场 1983年 美国人 Ti质粒导入植物细胞 转基因烟草 1986年 首批转基因植物 抗虫和抗除草剂棉花进入田间试验 1990年9月14日是基因治疗的诞生日 在美国马里兰州的一个医疗中心进行第一例基因治疗临床试验 一个4岁的小女孩戴斯瓦 A DeSilva 患有严重综合免疫缺失症 SCID 将腺苷酸脱氨酶 ADA 基因转入骨髓细胞 再送回病人体内 基因治疗SCID获得初步效果 1997年 威尔穆特小组报道用胎儿细胞为核供体 获得了表达治疗人血友病的凝血因子IX转基因克隆羊 Poly 波莉 2003年 全球转基因作物的种植面积达6770万hm2 据国际农业生物工程应用机构ISAAA InternationalServicefortheAcquisitionofAgri BiotechApplication s 统计和预测 在全球范围内 1998年转基因农作物的销售额为1215亿美元 2005年达到80亿美元 2010年达到280亿美元 基因工程 何水林 基因工程 孙明 基因工程及其分子生物学基础 静国忠 基因工程 陆德如 分子生物学与基因工程习题集 王金发 教材与教学参考书 思考 1 基因克隆 基因操作 基因重组 基因工程的概念及其相互关系 2 试述基因工程技术的发展给人类带来的影响 3 试述基因工程技术的发展方