生物化学：第19章 基因工程简介

1、第十九章基因工程简介第十九章基因工程简介 一一 基因工程基因工程 基因工程是由七十年代初才开始发展起来基因工程是由七十年代初才开始发展起来 的一门科学。其主要内容是一种生物的基的一门科学。其主要内容是一种生物的基 因在体外结合在另一生物的基因组（因在体外结合在另一生物的基因组（DNA 分子）中，再把它引入到生物的细胞内进分子）中，再把它引入到生物的细胞内进 行表达，行表达，形成具有新遗传性状的生物形成具有新遗传性状的生物。而。而 这种具有新遗传性状的生物是按人们的设这种具有新遗传性状的生物是按人们的设 想制造出来的，它将有益于人类。想制造出来的，它将有益于人类。 二二 获得目的基因的方法获得目

2、的基因的方法 为了把某种基因转移到细菌中去表达，首先必须获得纯的为了把某种基因转移到细菌中去表达，首先必须获得纯的 该种基因（称为该种基因（称为目的基因目的基因）。目前获得目的基因的方法大）。目前获得目的基因的方法大 致有三种。致有三种。 （1）从含有目的基因的生物）从含有目的基因的生物DNA中获得，即将此生物的中获得，即将此生物的 DNA分离分离出来后，用出来后，用限制性内切酶限制性内切酶（此种酶由（此种酶由DNA链内链内 部的一定部位将部的一定部位将DNA切断）将其切成许多碎片，然后分离切断）将其切成许多碎片，然后分离 出含有目的基因的碎片。出含有目的基因的碎片。 （2）先分离出目的基因的

3、转录物）先分离出目的基因的转录物mRNA，再用此，再用此mRNA 反转录出反转录出DNA，称为，称为cDNA，亦即目的基因。，亦即目的基因。 （3）如果已知目的基因的核苷酸顺序，可）如果已知目的基因的核苷酸顺序，可人工合成人工合成它，它， 此法适用于分子量比较小的基因。此法适用于分子量比较小的基因。 三三 载体载体 得到目的基因之后，一般要通过一定的载体才能得到目的基因之后，一般要通过一定的载体才能 将目的基因转移到宿主细胞内。目前最常用的载将目的基因转移到宿主细胞内。目前最常用的载 体是体是细菌的质粒，细菌的质粒，质粒是细菌细胞中含有的一类质粒是细菌细胞中含有的一类 环状环状DNA分子分子。

4、载体必需具有的性质是：。载体必需具有的性质是： （1）能与目的基因结合在一起。）能与目的基因结合在一起。 （2）新组成的）新组成的DNA分子必需能在适当的寄主细分子必需能在适当的寄主细 胞中进行复制，目的基因要能够表达。例如，以胞中进行复制，目的基因要能够表达。例如，以 大肠杆菌为寄主细胞，则质粒和大肠杆菌为寄主细胞，则质粒和噬菌体是适当噬菌体是适当 的载体。的载体。 在理论方面，目前主要是用基因工程作为手段，在理论方面，目前主要是用基因工程作为手段， 以纯化和扩增基因，从而获得大量纯系以纯化和扩增基因，从而获得大量纯系DNA片段，片段， 作为作为核酸序列分析核酸序列分析、基因组的组织分析基因

5、组的组织分析和和基因表基因表 达调控研究的材料达调控研究的材料。这三项工作的开展，将大大。这三项工作的开展，将大大 促进细胞分化、肿瘤发生、进化等重大生物学问促进细胞分化、肿瘤发生、进化等重大生物学问 题的研究。题的研究。 在生产实践方面，目前主要是把一些在生产实践方面，目前主要是把一些目的基因转目的基因转 移到细菌中，利用此种细菌大量生产人们所需要移到细菌中，利用此种细菌大量生产人们所需要 的蛋白质，的蛋白质，而这些蛋白质是用其他方法不能大量而这些蛋白质是用其他方法不能大量 生产的。人类已能利用基因工程的方法，使细菌生产的。人类已能利用基因工程的方法，使细菌 产生大量牛的生长激素，用以提高牛

6、奶和牛肉的产生大量牛的生长激素，用以提高牛奶和牛肉的 产量。又如用同样方法已制造出胰岛素和干扰素产量。又如用同样方法已制造出胰岛素和干扰素 等用于临床治疗。等用于临床治疗。 四四. . 基因工程的应用基因工程的应用 生物学家把大鼠的生长激素基因转移到小鼠的受生物学家把大鼠的生长激素基因转移到小鼠的受 精卵细胞内，发育成新型小鼠，其生长速度比原精卵细胞内，发育成新型小鼠，其生长速度比原 来快来快50%，体重也比对照大很多，并把这种新型，体重也比对照大很多，并把这种新型 的小鼠，称为的小鼠，称为超级小鼠超级小鼠。这个成果提示，如果我。这个成果提示，如果我 们能用类似的方法制造出具有类似性能的家畜们

7、能用类似的方法制造出具有类似性能的家畜 （猪、鸡等），将具有重大的生产意义。目前人（猪、鸡等），将具有重大的生产意义。目前人 们还在研究把们还在研究把固氮细菌的固氮基因转移到其他细固氮细菌的固氮基因转移到其他细 菌中菌中以解决氮肥问题；把大豆蛋白的基因转移到以解决氮肥问题；把大豆蛋白的基因转移到 小麦、玉米等中以提高这些作物的蛋白质含量；小麦、玉米等中以提高这些作物的蛋白质含量； 用基因工程方法制造猪的生长激素，以提高猪肉用基因工程方法制造猪的生长激素，以提高猪肉 产量和增加瘦肉率等。产量和增加瘦肉率等。 总之，基因工程的研究成果，将变成为巨大的生总之，基因工程的研究成果，将变成为巨大的生 产

8、力。它能迅速提高农业、畜牧业的产量，为人产力。它能迅速提高农业、畜牧业的产量，为人 医、兽医提供优良的药物，以及解决许多生物学医、兽医提供优良的药物，以及解决许多生物学 中的重大问题。中的重大问题。 位点专一性重组位点专一性重组 限制性内切酶限制性内切酶 逆转录逆转录 PCR原理 pOVAG Design of Plasmids with MAR RT-PCR results of genome DNA from 322 days old embryos after transplasimd include MAR Southern hybridization of radioactivity

9、 isotope Production of transgenic chicken by nuclear transfer Embryos Produced by Nuclear Transfer In vitro development of chicken-rabbit interclass cloned embryos Karyotype Analysis of Reconstructed Blastocyst Nuclear DNA Analysis avian feather keratin gene D P1 5-GGAGAAGGTCCAGGGCTGACTTTA-3 P2 5-AC

10、TTCTCTTGGCAAACATGCAACC-3 P3 5-GCGTCCACCTCATCCTTAGCAG-3 Electrophoretic analysis of PCR product using specific avian feather keratin Lane 1, markers(100bp ladder); Lane 2, chichen donor cells; Lane 3, 8-cell cloned embryo; Lane 4, blastocyst stage; Lane 5, morula stage; Lane 6, water (negative contro

11、l) ; Lane 7, rabbit somatic cells; TF, target fragment. Mitochondrial DNA Analysis Primers for amplification rabbit mitochondrial DNA PR1: 5-TCTACATACACGTAGGCCGCGGAA-3 PR2: 5-GAGGAGAAGAATGGCTACAAGGAAA-3 Primers for amplification chicken mitochondrial DNA PC1: 5-CCCCAGCAAACCCAC TAGTA-3 PC2: 5-TGGTCTA

12、GGGTTCCGATTGT-3. Electrophoretic analysis of PCR product using specific rabbit and chicken cytochrome primers Lane 1, markers; Lane 2,rabbit somatic cells; Lane 3 and Lane 8, morula stage; Lane 4 and Lane 9, blastocyst stage; Lane 5, chicken somatic cells; Lane 6 and Lane 11 water (negative control)

13、;(lane 26 using rabbit cytb primers);Lane 7, chicken somatic cells; Lane 10, rabbit somatic cells;, negative control;( lane7-11using chicken cytb primers); TF1, TF2, target fragment. Sequences of PCR products by using specific rabbit and chicken cytochrome b primers (A)chicken somatic cells; (B) mor

14、ula stage; (C) blastocyst stage NT embryo The germinal disc of an immature ovum (100 x) Light micrograph of a cross-section of the germinal disc of a preovulatory follicle from the domestic fowl, the germinal vesicle (GV) was located in the centre of the germinal disc (GD). The chromosomes were obse

15、rved in the centre of the germinal vesicle. Two hours after IVF (400 x) Close pairing of two pronuclei, presumed to be male and female juxtaposition, was detected in multiple ovulated ova incubated for 2 hr after in vitro fertilization. These ova were histologically examined by epifluorescent microscopy after staining with DAPI. Association of two onuclei, presumably male and female pronuclei, was detected in multiple ovulated ova incubat