第一讲绪论基因PPT课件VIP

.,1,基因工程：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，使转基因生物获得新的遗传性状的操作。基因操作：指对基因进行分离、分析、改造、检测、表达、重组和转移等操作的总称。,.,2,优点：1、打破了难以突破的物种之间的界限。可以使原核生物与真核生物之间、动物与植物之间、甚至人与其他生物之间的遗传信息进行重组和转移。2、物种的定向改良；3、创造新物种；4、基因治疗；.,.,3,SWEETPOTATO羽状花叶病毒(sweetpotatofeatherymottlevirus，SPFMV)将半胱氨酸蛋白酶抑制剂基因(OryzacystationI，OCI)导入甘薯品种，获得抗SPFMV的甘薯新品种，解决田间带毒率50以上，产量损失可达30以上。解决甘薯因病毒病退化的问题。,.,4,理论依据：,1不同基因具有相同的物质基础2基因是可以切割的3基因是可以转移的4多肽与基因之间存在对应关系5遗传密码是通用的6基因可以通过复制把遗传信息传给下一代,.,5,基因工程的技术流程,1目的基因的克隆目的基因是人们所需要转移或改造的基因。苏云金芽孢杆菌（Bacillusthuringiensis）的抗虫基因植物的抗病（抗病毒、抗细菌）基因种子贮藏蛋白的基因人的胰岛素基因、干扰素基因来源：从供体细胞的DNA中直接分离基因人工合成基因,.,6,基因操作的基本步骤,2载体的准备载体(vector)：能携带外源基因（或DNA片段）进入细胞复制、整合或表达的工具。例：质粒载体噬菌体载体M13噬菌体载体人工染色体载体,.,7,基因操作的基本步骤,3目的基因与载体的连接4重组DNA的转化、转染、转导常用的宿主细胞有：大肠杆菌枯草杆菌土壤农杆菌酵母菌动植物细胞,.,8,基因操作的基本步骤,5重组体的筛选和鉴定6重组体的大量培养，外源基因表达效应分析与开发应用。检测：通过检测标记基因的有无来判断目的基因是否导入。表达：通过特定性状的产生与否来确定目的基因是否表达。,.,9,基因操作的基本步骤,.,10,基因工程研究简史,1859年英国生物学家达尔文发表物种起源，第一次用大量事实和系统的理论论证了生物进化的普遍规律。,查尔斯罗伯特达尔文（CharlesRobertDarwin，1809.2.121882.4.19）英国博物学家，生物学家，进化论的奠基人,.,11,1865年瑞士科学家米歇尔发现核酸。1866年奥地利生物学家孟德尔发表论文“植物杂交试验”，提出了遗传学的分离定律、自由组合定律和遗传因子学说。1879年德国生物学家弗莱明发现细胞核内的染色体。1903年美国细胞学家萨顿发现了遗传因子与染色体的平行关系，提出了遗传的染色体学说。1915年美国生物学家摩尔根创立了现代遗传学的基因学说,.,12,基因工程研究简史,1924年德国细胞学家福尔根发现了核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）。1927年美国遗传学家缪勒发现X射线照射可人工诱使遗传基因发生突变。1929年俄裔美国生物化学家列文发现核酸碱基的主要成份是腺膘呤、鸟膘呤、胸腺嘧啶、胞嘧啶。1938年美国生物学家、遗传学家比德尔与美国生物化学家塔特姆提出遗传基因通过一定的化学反应起作用的理论。1943年德裔美国生物学家、物理学家德尔布吕克，意大利裔美国生物学家卢里亚，美国遗传学家赫尔希合作发现了病毒的复制机制。1952年，他们又分别发现在上述复制机制中起决定性作用的遗传物质是DNA。,.,13,基因工程研究简史,1944年美国细菌学家艾弗里首次证明DNA是遗传信息的载体。1946年美国生物化学家塔特姆与美国遗传学家莱德伯格合作发现了两种细菌混合培养时发生了“杂交”现象，实现了基因重组。1948年挪威科学家弗伯格提出了DNA螺旋结构的结论。1951年美国女遗传学家麦克林托克提出了可移动的遗传基因（即“跳跃基因”）学说。1952年美国遗传学家莱德伯格发现了通过噬菌体的“转导”实现的不同细菌间的基因重组现象。1953年美国生物学家沃森、英国生物物理学家克里克在英国女生物学家富兰克林和英国生物学家威尔金斯等人研究成果的基础上，首先建立了DNA的双螺旋结构模型，并提出了DNA的复制机制。,.,14,基因工程研究简史,1954年俄裔美国物理学家伽莫夫提出蛋白质的遗传密码是由3个碱基的排列组合而成的假说。1955年华裔生物学家蒋有兴、瑞典生物学家莱温确认人体的46条染色体。1956年美国生物化学家科恩伯格与美国生物化学家奥乔亚用人工合成的方法制得了DNA和RNA。1958年英国生物物理学家克里克提出了蛋白质合成的“中心法则”。巴基斯坦裔美国生物化学家霍拉纳开始已用化学的方法合成64种可能的遗传密码，并测试它们的活性。法国医学家勒热内发现先天愚型痴呆症的病因是第21号染色体畸型，这是人类第一次发现染色体异常导致的疾病。,.,15,基因工程研究简史,1961年法国生物化学家、分子生物学家雅各布与法国生物学家莫诺合作提出了“信使核糖核酸”（mRNA）和“操纵子”概念，阐明了RNA在遗传过程中的信息传递作用和乳糖操纵子在蛋白质生物合成中的调节控制机制。美国生物化学家尼伦伯格发现了第一个遗传密码-苯丙氨酸的密码是RNA上的尿密腚（UUU）。1967年美国生物化学家霍利确定了丙氨酰转移核糖核酸（tRNA）的76个核苷酸的顺序及在蛋白质合成中的作用。1963年巴基斯坦裔美国生物化学家霍拉纳、美国生物化学家尼伦伯格、美国生物化学家奥乔亚等人测出了20种氨基酸的遗传密码。,.,16,基因工程研究简史,1965年美国生物化学家霍利首次分析出丙氨酸tRNA所含的全部76个核苷酸的排列顺序。瑞士微生物遗传学家阿尔伯首次从理论上提出了生物体内存在着一种具有切割基因功能的限制性内切酶。并于1968年成功分离出I型限制性内切酶。1967年法国免疫学家、医学家J多塞发现并阐明控制免疫反应的细胞表面遗传决定结构。1970年美国分子生物学家、遗传学家史密斯分离出了II型限制性内切酶。1971年，美国微生物遗传学家内森斯使用II型限制性内切酶首次完成了对基因的切割。,.,17,基因工程研究简史,1972年美国生物化学家伯格首次将剪切后的不同DNA分子连接组成新的DNA分子，首创基因重组技术。巴基斯坦裔美国生物化学家霍拉纳合成了含有77个核苷酸的DNA长链，1976年又合成了第一个具有生物活性的基因-共有206个核苷酸的DNA长链。1973年美国分子生物学家科恩、美国生物化学家博耶合作完成了将两种不同基因拼接的复合基因引入细菌的实验，并申报了第一个基因重组技术专利。1975年英国生物化学家桑格发明了确定RNA和DNA分子中碱基排列顺序的技术。美国分子生物学家吉尔伯特发明了DNA碱基的快速分析方法。德国免疫学家克勒、英国生物化学家米尔斯坦合作开发出了单克隆抗体技术。,.,18,基因工程研究简史,1978年美国哈佛大学的科学家利用DNA重组技术生产出胰岛素。1978年美国分子生物学家奥尔特曼和美国化学家切赫分别发现了RNA具有酶的生物催化功能。1979年加拿大生物化学家史密斯发明能够重新编组DNA的定点突变技术“寡聚核苷酸定点突变法”。1980年瑞士和美国科学家利用DNA重组技术使细菌生产出干扰素。1981年美国应用单克隆抗体技术首次检测出世界上第一例艾滋病人。,.,19,基因工程研究简史,1983年美国生物化学家穆利斯发明利用“聚合酶链反应法”（PCR）。该技术可从极其微量的样品中大量生产DNA分子，使基因工程又获得了一个新的工具。第一株转基因植物在美国诞生。1985年意大利裔美国病毒学家杜尔贝科提出“人类基因组计划”。1986年第一只胚胎细胞克隆动物（绵羊）在英国诞生。1990年“人类基因组计划”正式启动。1996年第一只体细胞克隆动物（绵羊）“多莉”在英国诞生。,.,20,基因工程研究简史,1998年中、日、美、英、韩五国代表制定“国际水稻基因组测序计划”。1999年国际人类基因组计划联合研究小组宣布完整破译出人体第22对染色体的遗传密码。2000年中、美、日、德、法、英6国科学家联合宣布成功绘制出人类基因组草图。“中国超级杂交水稻基因组计划”正式启动。2001年中、美、日、德、法、英6国科学家联合公布了人类基因组图谱及初步分析结果。,.,21,基因工程研究简史,2003年第一只体细胞克隆动物（绵羊）“多莉”死亡。中国大陆、台湾、香港科学家宣布联手启动“中华人类基因组单体型图”计划。中、美、日、德、法、英6国科学家联合宣布完成人类基因序列图。中、美科学家分别测定出非典型肺炎病毒的基因图谱。2004年韩国科学家克隆人类胚胎。发现“垃圾DNA”（“垃圾DNA”是那些科学家尚未发现其作用的人类染色体及基因组中的部分DNA）的重要作用，它是人类基因结构中已知基因之间的基本配对，扮演着重要角色。2005年3月，人类X染色体测序工作基本完成，并公布了该染色体基因草图。,.,22,基因工程的应用,1基因工程医学研究1.1基因工程药物研究科学研究证明，一些困扰人类健康的主要疾病，例如心脑血管疾病、糖尿病、肝病、癌症等都与基因有关。依据已经破译的基因序列和功能，找出这些基因并针对相应的病变区位进行药物筛选，甚至基于已有的基因知识来设计新药，就能“有的放矢”地修补或替换这些病变的基因，从而根治顽症。,.,23,.,24,.,25,.,26,转基因抗乙肝西红柿，虽然不能治愈乙肝，但一年只吃几个抗乙肝西红柿，就完全能代替注射乙肝疫苗。抗乙肝西红柿属于转基因食品，就是将乙肝疫苗植入西红柿内，经过多代繁殖，使转入的基因稳定化。,用转基因的植物生产药物,.,27,1990年，美国医学家安德森对一例患腺苷脱氨酶(ADA)缺乏症的4岁女孩谢德尔进行基因治疗。该女孩由于先天缺乏ADA基因，自身不能生产ADA，先天免疫功能不全，只能生活在无菌的隔离帐里。他们将含有这个女孩自己的白血球的溶液输入她左臂的一条静脉血管中，这种白血球都已经过改造，有缺陷的基因已经被健康的基因所替代。在以后的10个月内她又接受了7次这样的治疗，同时也接受特定抗体的治疗。经治疗后，免疫功能日趋健全，能够走出隔离帐，过上了正常人的生活。,基因治疗事例,美国医学家安德森,谢德尔，1999,.,28,人类基因组计划(HGP),.,29,1986年，著名生物学家、诺贝尔奖获得者雷纳托杜尔贝科（RenatoDulbecco）在Science杂志上率先提出“人类基因组计划”（HumanGenomicProject,简称HGP）。,.,30,。,2001年8月26日，人类基因组“中国卷”的绘制工作宣告完成,.,31,人类基因组计划与阿波罗登月计划、曼哈顿原子弹计划并称为人类科学史上的三大计划。,.,32,目前，一些国家人口的平均寿命已突破80岁，中国也突破了70岁。有科学家预言，随着癌症、心脑血管疾病等顽症的有效攻克，在2020至2030年间，可能出现人口平均寿命突破100岁的国家。到2050年，人类的平均寿命将达到90至95岁。,.,33,可以预见，在今后的四分之一世纪里，科学家们就可能揭示人类大约5000种基因遗传病的致病基因，从而为癌症、糖尿病、心脏病、血友病等致命疾病找到基因疗法。,.,34,1.2基因诊断“21世纪生物技术”论坛上（2000年10月13号），中国第一片应用型芯片发明人青年科学家马文丽和郑文岭两教授受到与会专家的高度关注。他们发明的基因芯片将引导21世纪的医学模式从疾病诊治向“亚健康状态”的诊治过渡。,.,35,例如肿瘤的病人，当他从健康状态发展到疾病状态之间，有一个“亚健康状态”，这一阶段的人可以不发生任何身体上的不适，或者已经出现了容易疲劳、注意力不集中、便秘、不明原因的失眠等情况，但到医院用仪器和其他检验方法又找不到异常。在“亚健康”阶段用基因芯片进行检测可以发现，血液里的基因已经发生改变例如癌基因被激活，正常的基因发生丢失、突变或者数量上的增减。通过基因芯片灵敏快速的检测结果，我们可以实现中国古语中“上医治未病”的理想，对疾病作出前瞻性的诊断，这就是“基因诊断”。,.,36,基因研究不仅能够为筛选和研制新药提供基础数据，也为利用基因进行检测、预防和治疗疾病提供了可能。比如，有同样生活习惯和生活环境的人，由于具有不同基因序列，对同一种病的易感性就大不一样。明显的例子有：同为吸烟人群，有人就易患肺癌，有人则不然。医生会根据各人不同的基因序列给予因人而异的指导，使其养成科学合理的生活习惯，最大可能地预防疾病。,.,37,2转基因植物抗病抗虫耐盐碱耐旱耐寒具有良好的品质或风味,.,38,.,39,转黄瓜抗青枯病基因的甜椒,.,40,抗旱抗冻（寒）抗除草剂,.,41,.,42,.,43,2009年种植转基因作物的面积,美国9.6亿亩巴西3.21亿亩阿根廷3.195亿亩印度1.26亿亩加拿大1.23亿亩中国5550万亩巴拉圭3300万亩南非3150万亩,.,44,3转基因动物,.,45,.,46,生长快、肉质好的转基因鱼(中国),乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷),.,47,培养出了包括猪、牛、羊、马、鸡、鱼等多种动物的转基因动物，涉及的基因有生长激素基因、抗冻基因、抗病毒基因等。生产贵重药物乳腺生物反应器，如：红细胞生成素（肿瘤化疗的辅助药物）、乳铁蛋白（促进铁的吸收）、1-抗胰蛋白酶（治疗囊性纤维化及肺气肿）、凝血因子VIII及IX（治疗血友病）、人血清白蛋白（治疗烧伤）等。,.,48,.,49,.,50,4基因工程与环境保护,4.1环境监测基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。利用基因工程培育的“指示生物”能十分灵敏地反映环境污染的情况，却不易因环境污染而大量死亡，甚至还可以吸收和转化污染物。,.,51,唐菖蒲的叶片边缘和尖端出现淡黄色片状伤斑，则说明空气中存在氟化氢污染,.,52,矮牵牛-大气中二氧化硫指示植物,.,53,基因工程与环境保护,4.2环境污染治理基因工程做成的“超级细菌”能吞食和分解多种污染环境的物质。通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类，用基因工程培育成功的“超级细菌”却能分解石油中的多种烃类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDT（双对氯苯基三氯乙