第一章基因工程概论

1、Eukaryotic cell 基因工程基因工程 Genetic Engineering教师：贾举庆教师：贾举庆Email：2011.7.10山西农业大学教学方法与考核教学方法与考核一、教学方法一、教学方法 1、课堂教学（23学时） 2、实验教学（9学时）2011.7.10山西农业大学二、考核形式二、考核形式最终成绩卷面成绩（最终成绩卷面成绩（70）+平时成绩（平时成绩（10） + 实验成绩（实验成绩（ 20） ）2011.7.10山西农业大学本课程主要内容本课程主要内容1 基因工程概论基因工程概论2 基因工程的工具酶基因工程的工具酶3 基因工程的载体基因工程的载体4 基因的分离与克隆基因的分

2、离与克隆5 基因的转化与重组体的筛选和鉴定基因的转化与重组体的筛选和鉴定6 克隆基因的表达克隆基因的表达7 植物基因工程植物基因工程2011.7.10山西农业大学1 基因工程概论基因工程概论第一节 概述第二节 基因工程的诞生第三节 基因工程的研究内容第四节 基因工程的应用第五节 基因工程的安全性问题第六节 基因工程的发展前景2011.7.10山西农业大学第一节第一节 概述概述 基因工程是基因工程是20世纪世纪70年代初兴起的技术科学，目的是将不年代初兴起的技术科学，目的是将不同同DNA片段按照人们的设计与载体定向连接起来，在特定片段按照人们的设计与载体定向连接起来，在特定的受体细胞中复制并表达

3、，产生影响受体细胞的新的遗传的受体细胞中复制并表达，产生影响受体细胞的新的遗传性状。性状。 DNA重组技术基因工程中的核心技术重组技术基因工程中的核心技术 DNA重组技术是核酸化学、蛋白质化学、酶工程及微生物重组技术是核酸化学、蛋白质化学、酶工程及微生物学、遗传学、细胞学长期深入研究的结晶，而限制性内切学、遗传学、细胞学长期深入研究的结晶，而限制性内切酶、酶、DNA连接酶及其他工具酶的发现与应用则是这一技术连接酶及其他工具酶的发现与应用则是这一技术得以建立的关键。得以建立的关键。2011.7.10山西农业大学第一节第一节 概述概述一、基因工程的定义一、基因工程的定义基因工程基因工程是在分子水平

4、上进行的遗传操作，指将一种或是在分子水平上进行的遗传操作，指将一种或多种生物体（供体）的基因或基因组提取出来，或者是多种生物体（供体）的基因或基因组提取出来，或者是人工合成的基因，按照人们的意愿，经过体外加工重组，人工合成的基因，按照人们的意愿，经过体外加工重组，转移到另一种生物体（受体）的细胞内，使之能在受体转移到另一种生物体（受体）的细胞内，使之能在受体细胞遗传并获得新的遗传性转的技术。细胞遗传并获得新的遗传性转的技术。突出优点：跨越物种屏障、把来自其它生物的基因置于突出优点：跨越物种屏障、把来自其它生物的基因置于新的寄主生物细胞之中的能力，是基因工程技术区别于新的寄主生物细胞之中的能力，

5、是基因工程技术区别于其它技术的根本特征。其它技术的根本特征。2011.7.10山西农业大学第一节第一节 概述概述二、基因工程的要素二、基因工程的要素供体、受体、工具酶与载体供体、受体、工具酶与载体2011.7.10山西农业大学第二节第二节 基因工程的诞生基因工程的诞生一、基因工程诞生的理论基础一、基因工程诞生的理论基础二、基因工程诞生的技术突破二、基因工程诞生的技术突破三、基因工程的支撑原理三、基因工程的支撑原理四、基因工程的诞生四、基因工程的诞生五、基因工程的特征五、基因工程的特征2011.7.10山西农业大学第二节第二节 基因工程的诞生基因工程的诞生一、基因工程诞生的理论基础一、基因工程诞

6、生的理论基础1、DNA是遗传物质是遗传物质Avery等人的工作树立了遗传学理论上全新的观点等人的工作树立了遗传学理论上全新的观点 DNA是遗传信息的载体是遗传信息的载体 Griffith（1928）及）及Avery（1944）等人关于致病力强的光滑型（）等人关于致病力强的光滑型（S型）肺炎链型）肺炎链球菌球菌DNA导致致病力弱的粗糙型（导致致病力弱的粗糙型（R型）细菌发生遗传转化的实验。型）细菌发生遗传转化的实验。2011.7.10山西农业大学DNA是是“转化源转化源” 2011.7.10山西农业大学第二节第二节 基因工程的诞生基因工程的诞生2、DNA的双螺旋结构和半保留复制机理的双螺旋结构和

7、半保留复制机理1962年，年，Watson和和Crick因为在因为在1953年提出年提出DNA的反向平行双螺旋模型而与的反向平行双螺旋模型而与Wilkins共获共获Noble生理医学奖，后者通过生理医学奖，后者通过X射线衍射证实了射线衍射证实了Watson-Crick模型。模型。Watson和和Crick所提出的脱氧核糖酸双螺旋模型，为充分揭示遗传信息的传所提出的脱氧核糖酸双螺旋模型，为充分揭示遗传信息的传递规律铺平了道路。递规律铺平了道路。2011.7.10山西农业大学第二节第二节 基因工程的诞生基因工程的诞生2011.7.10山西农业大学第二节第二节 基因工程的诞生基因工程的诞生3、中心法

8、则和遗传密码、中心法则和遗传密码Crick于于1954年所提出的遗传信息传递规律（即中心法则）年所提出的遗传信息传递规律（即中心法则）1954年首次年首次提出的提出的“中心法则中心法则” 1970-1980年年的的“中心法则中心法则” 21世纪后修正的世纪后修正的“中心法则中心法则” 2011.7.10山西农业大学第二节第二节 基因工程的诞生基因工程的诞生Marshall W. Nirenberg1968年，年，Nirenberg，Holley和和Khorana共享诺贝尔生理医学奖共享诺贝尔生理医学奖 Nirenberg：破译：破译DNA遗传密码；遗传密码；2011.7.10山西农业大学第二节

9、第二节 基因工程的诞生基因工程的诞生3.1 遗传密码是通用的遗传密码是通用的 三联密码子同氨基酸间的对应关系，对所有生三联密码子同氨基酸间的对应关系，对所有生物一样物一样3.2 基因可以通过复制把遗传信息传递给下一代基因可以通过复制把遗传信息传递给下一代 经重组的基因一般可以传代，可获得相对稳定经重组的基因一般可以传代，可获得相对稳定的转基因生物的转基因生物2011.7.10山西农业大学第二节第二节 基因工程的诞生基因工程的诞生二、基因工程诞生的技术突破二、基因工程诞生的技术突破1 1、工具酶的发现与应用、工具酶的发现与应用Smith等分离并纯化了限制性核酸内切酶等分离并纯化了限制性核酸内切酶

10、Hind II， 1972年，年，Boyer等相继发现了等相继发现了coR I 等重要的限制性内切酶。等重要的限制性内切酶。 2011.7.10山西农业大学1967年，世界上有五个实验室几乎同时发现年，世界上有五个实验室几乎同时发现DNA连接酶。连接酶。1.1 连接酶的发现与应用连接酶的发现与应用2011.7.10山西农业大学1970年，年，Khorana实验室又发现了实验室又发现了T4噬菌体噬菌体DNA连接酶。连接酶。1.2 T4噬菌体噬菌体DNA连接酶连接酶2011.7.10山西农业大学1972年，美国年，美国Stanford大学的大学的P. Berg 等首次成功地实现了等首次成功地实现了

11、DNA的体外重组；的体外重组；第二节第二节 基因工程的诞生基因工程的诞生2、载体的发现与应用、载体的发现与应用2011.7.10山西农业大学1973年，年，Stanford大学的大学的Cohen等成功地利用体外重组实等成功地利用体外重组实现了细菌间性状的转移。现了细菌间性状的转移。这一年被定为基因工程诞生的元年。这一年被定为基因工程诞生的元年。3、载体的发现及其应用、载体的发现及其应用2011.7.10山西农业大学第二节第二节 基因工程的诞生基因工程的诞生3、典型的质粒载体结构图、典型的质粒载体结构图2011.7.10山西农业大学第二节第二节 基因工程的诞生基因工程的诞生4 4、受体细胞的发现

12、与应用、受体细胞的发现与应用1970年年M. Mandel和和A. Higa发现经过氯化钙处理的发现经过氯化钙处理的大肠杆菌容易吸收噬菌体大肠杆菌容易吸收噬菌体DNA。1972年年S. Cohen发发现这种处理过的细菌同样能吸收质粒现这种处理过的细菌同样能吸收质粒DNA。 2011.7.10山西农业大学第二节第二节 基因工程的诞生基因工程的诞生5 5、琼脂糖凝胶电泳、琼脂糖凝胶电泳6 6、DNADNA测序技术测序技术 第一代测序技术（sanger测序，化学降解法） 第二代测序技术（全自动测序技术） 第三代测序技术1960s发明了琼脂糖凝胶电泳，可将不同长度的发明了琼脂糖凝胶电泳，可将不同长度的

13、DNA分离开。分离开。2011.7.10山西农业大学第二节第二节 基因工程的诞生基因工程的诞生三、基因工程的支撑原理三、基因工程的支撑原理1、分子遗传学原理、分子遗传学原理提高外源基因的剂量提高外源基因的剂量2、分子生物学原理、分子生物学原理筛选、修饰重组基因及其表筛选、修饰重组基因及其表达的转录调控元件，如：启动子、增强子、终达的转录调控元件，如：启动子、增强子、终止子、调控序列等。修饰蛋白质生物合成相关止子、调控序列等。修饰蛋白质生物合成相关的翻译调控元件，如：的翻译调控元件，如：SD序列、序列、mRNA非编非编码区、密码子等。码区、密码子等。3、生物化学工程学原理、生物化学工程学原理基因

14、工程菌的增殖及稳基因工程菌的增殖及稳定生产定生产2011.7.10山西农业大学第二节第二节 基因工程的诞生基因工程的诞生4、基因工程的基础技术、基因工程的基础技术 琼脂糖凝胶电泳技术琼脂糖凝胶电泳技术 核酸分子杂交技术核酸分子杂交技术 细菌转化、转染技术细菌转化、转染技术 DNADNA序列分析技术序列分析技术 聚合酶链式反应（聚合酶链式反应（PCRPCR）技术）技术 基因定点突变技术基因定点突变技术2011.7.10山西农业大学第二节第二节 基因工程的诞生基因工程的诞生四、基因工程的诞生四、基因工程的诞生 1、Berg的开创性实验的开创性实验 2、BoyerCohen的实验的实验 2011.7

15、.10山西农业大学1. Paul Berg的开创性实验的开创性实验1972年斯坦福大学的年斯坦福大学的Paul Berg小组完成了首次体外重组小组完成了首次体外重组实验：实验：将将SV40的的DNA片断与片断与 噬菌体的噬菌体的DNA片断连接起来。片断连接起来。1980年年Nobel化学奖化学奖 2011.7.10山西农业大学1973年斯坦福大学的年斯坦福大学的S. Cohen小组：小组： 将携带将携带卡那霉素卡那霉素抗性基因的大肠杆菌质粒与携带抗性基因的大肠杆菌质粒与携带四环素四环素抗性基因的抗性基因的另一种大肠杆菌质粒另一种大肠杆菌质粒pSC101连接成连接成重组重组质粒，具有双重抗药性。

16、质粒，具有双重抗药性。2. Boyer-Cohen实验实验2011.7.10山西农业大学 作为名词使用时，是指某一个体（或细胞、分子等）通过无性繁殖作为名词使用时，是指某一个体（或细胞、分子等）通过无性繁殖的方式产生的具有相同遗传背景的后代（或子细胞、分子等）组成的集的方式产生的具有相同遗传背景的后代（或子细胞、分子等）组成的集体（或群体）；作为动词使用时，指产生上述集体或群体的过程。体（或群体）；作为动词使用时，指产生上述集体或群体的过程。 所以，植物的无性繁殖（如马铃薯的生产）、细菌的无性繁殖以及所以，植物的无性繁殖（如马铃薯的生产）、细菌的无性繁殖以及重组重组DNA分子通过工程菌的繁殖等

17、过程都是一个克隆的过程。分子通过工程菌的繁殖等过程都是一个克隆的过程。 那么，克隆动物是怎么回事呢？那么，克隆动物是怎么回事呢？基因工程的概念基因工程的概念 一般来说，基因工程是在体外将目的一般来说，基因工程是在体外将目的DNA（来源可以是动植物和微（来源可以是动植物和微生物）和某一载体（生物）和某一载体（DNA）系统进行重组，再将重组的）系统进行重组，再将重组的DNA导入宿主细导入宿主细胞内，最后实现目的基因稳定复制和表达的过程。胞内，最后实现目的基因稳定复制和表达的过程。什么是克隆（什么是克隆（Clone）？）？2011.7.10山西农业大学重要概念重要概念基因工程（基因工程（geneti

18、c engineering): 狭义上讲，基因工程是指将一种或多种生物体（狭义上讲，基因工程是指将一种或多种生物体（供体供体）的的基因基因与与载体载体在体外进行在体外进行拼接拼接，然后，然后转入转入另一种生物体（另一种生物体（受受体体）内，使之按照人们的意愿遗传并）内，使之按照人们的意愿遗传并表达表达出新的性状。又称出新的性状。又称DNA重组技术。重组技术。 广义上讲，基因工程是指重组广义上讲，基因工程是指重组DNA技术的产业化设计与应技术的产业化设计与应用，包括上游技术和下游技术两部分。上游技术指的是基因用，包括上游技术和下游技术两部分。上游技术指的是基因重组、克隆和表达的设计与构建；而下游

19、技术则涉及到基因重组、克隆和表达的设计与构建；而下游技术则涉及到基因工程菌或细胞的大规模培养以及基因产物的分离纯化过程。工程菌或细胞的大规模培养以及基因产物的分离纯化过程。2011.7.10山西农业大学第二节第二节 基因工程的诞生基因工程的诞生五、基因工程的特征五、基因工程的特征1、遗传信息随意传递性、遗传信息随意传递性2、无性扩增性、无性扩增性2011.7.10山西农业大学第三节第三节 基因工程的研究内容基因工程的研究内容一、基础研究一、基础研究1 1、目的基因、目的基因2 2、载体、载体3 3、受体系统、受体系统4 4、工具酶、工具酶5 5、新技术、新技术二、应用研究二、应用研究1 1、植

20、物研究、植物研究2 2、动物研究、动物研究3 3、药物研究、药物研究4 4、食品、卫生、环境、食品、卫生、环境三、安全性问题三、安全性问题2011.7.10山西农业大学第三节第三节 基因工程的研究内容基因工程的研究内容四、基因工程操作的主要步骤四、基因工程操作的主要步骤1 1、目的、目的DNADNA片段的获得片段的获得2 2、重组体的制备、重组体的制备3 3、重组体的转化、重组体的转化4 4、重组子的筛选与增殖、重组子的筛选与增殖5 5、克隆的鉴定、克隆的鉴定2011.7.10山西农业大学1.1.从生物体中分离得到目的基因（或从生物体中分离得到目的基因（或DNADNA片段）片段）2.2.在体外

21、，将目的基因插入能自我复制的载体中得到重在体外，将目的基因插入能自我复制的载体中得到重组组DNADNA分子。分子。3.3.将重组将重组DNADNA分子导入受体细胞中，并进行繁殖。分子导入受体细胞中，并进行繁殖。4.4.选择得到含有重组选择得到含有重组DNADNA分子的细胞克隆，并进行大量分子的细胞克隆，并进行大量繁殖，从而使得目的基因得到扩增。繁殖，从而使得目的基因得到扩增。5.5.进一步对获得的目的基因进行研究和利用。比如，序进一步对获得的目的基因进行研究和利用。比如，序列分析、表达载体构建、原核表达以及转基因研究和列分析、表达载体构建、原核表达以及转基因研究和利用等。利用等。基因工程操作的

22、基本步骤：基因工程操作的基本步骤：2011.7.10山西农业大学第三节第三节 基因工程的研究内容基因工程的研究内容五、基因工程研究的技术路线五、基因工程研究的技术路线2011.7.10山西农业大学第三节第三节 研究内容研究内容重组重组DNA操作过程示意图操作过程示意图2011.7.10山西农业大学第四节 基因工程的应用1977年，激素抑制素的发酵生产成功年，激素抑制素的发酵生产成功。Itakara等，化学合成的激素抑制素基等，化学合成的激素抑制素基因和大肠杆菌因和大肠杆菌 -半乳糖（苷）激酶基因插入到半乳糖（苷）激酶基因插入到PBR322中得到重组质粒，并通过大中得到重组质粒，并通过大肠杆菌生

23、产出含有激素抑制素的嵌合型蛋白，经溴化氰处理后释放出了有生物活肠杆菌生产出含有激素抑制素的嵌合型蛋白，经溴化氰处理后释放出了有生物活性的激素抑制素。首次实现了真核基因的原核表达。用价值几美元的性的激素抑制素。首次实现了真核基因的原核表达。用价值几美元的9升培养液生升培养液生产出产出50毫克的生物活性物质，这相当于毫克的生物活性物质，这相当于50万头羊脑的提取量。万头羊脑的提取量。1978年，年， Goeddel等，人胰岛素的发酵生产成功。等，人胰岛素的发酵生产成功。1979年，年， Goeddel等，又在大肠杆菌中成功表达了人生长激素基因。等，又在大肠杆菌中成功表达了人生长激素基因。1980年

24、，年， Nagata等，等， 遗传工程菌生产干扰素获得成功。遗传工程菌生产干扰素获得成功。1981年，年， 用遗传工程菌生产的生物制剂包括动物口蹄疫疫苗、乙型肝炎用遗传工程菌生产的生物制剂包括动物口蹄疫疫苗、乙型肝炎 病毒表面抗原及核心抗原、牛生长激素等。病毒表面抗原及核心抗原、牛生长激素等。1982年，年， 重组重组DNA技术生产的药物技术生产的药物-人胰岛素进入商品化生产。人胰岛素进入商品化生产。1983年，年， 基因工程生产狂犬病疫苗取得突破型进展。基因工程生产狂犬病疫苗取得突破型进展。2011.7.10山西农业大学1997年，动物基因工程产品销售额约年，动物基因工程产品销售额约1.8亿

25、亿$转基因小鼠转基因小鼠人类秃顶人类秃顶Nature Biotechnology, 1999,17(1):9转基因家蚕转基因家蚕防弹衣防弹衣Nature Biotechnology, 1999,17（5）：）：4122011.7.10山西农业大学表皮干细胞能产生保护身体的外层皮肤，还有能产生头表皮干细胞能产生保护身体的外层皮肤，还有能产生头发和皮脂腺的毛囊。在衰老的皮肤中，一种叫做发和皮脂腺的毛囊。在衰老的皮肤中，一种叫做Smad7的的蛋白质的生产过量，该蛋白会引发脱发和皮脂腺生长。蛋白质的生产过量，该蛋白会引发脱发和皮脂腺生长。 研究人员构建出一种遗传改造小鼠，这种小鼠的皮肤研究人员构建出一

26、种遗传改造小鼠，这种小鼠的皮肤（包括表皮干细胞）表达了与衰老皮肤类似的（包括表皮干细胞）表达了与衰老皮肤类似的Smad7水平。水平。他们发现他们发现Smad7的过度表达将表皮干细胞分化成像从形成的过度表达将表皮干细胞分化成像从形成毛囊转换到了皮脂腺，从而导致小鼠出现秃顶和油性皮肤。毛囊转换到了皮脂腺，从而导致小鼠出现秃顶和油性皮肤。人类的秃顶也随性别而不同人类的秃顶也随性别而不同,在男性中秃顶基因表现为显性在男性中秃顶基因表现为显性,即即BB和和Bb都为秃顶都为秃顶;在女性中秃顶基因则表现为隐性在女性中秃顶基因则表现为隐性,即即Bb不为秃顶。不为秃顶。基因工程的应用基因工程的应用2011.7.

27、10山西农业大学蜘蛛丝具有强度大、弹性好、柔软、质轻等优良性能，尤其是蜘蛛丝具有强度大、弹性好、柔软、质轻等优良性能，尤其是具有吸收巨大能量的能力，是制造防弹衣的绝佳材料。蜘蛛丝具有吸收巨大能量的能力，是制造防弹衣的绝佳材料。蜘蛛丝里的牵引丝蛋白是目前人类已知强度最大的材料，用牵引丝蛋里的牵引丝蛋白是目前人类已知强度最大的材料，用牵引丝蛋白纺织出来的防弹衣将把弹头或弹片击入士兵体内的危险降到白纺织出来的防弹衣将把弹头或弹片击入士兵体内的危险降到最低限度，用蜘蛛丝做的防弹背心性能比芳纶更好。几年前，最低限度，用蜘蛛丝做的防弹背心性能比芳纶更好。几年前，美国已成功地从蜘蛛体内提取蜘蛛丝用来制造防弹

28、背心，最近，美国已成功地从蜘蛛体内提取蜘蛛丝用来制造防弹背心，最近，纳蒂克研究中心的工程师和分子生物学家正在研究一种能吐出纳蒂克研究中心的工程师和分子生物学家正在研究一种能吐出很坚韧的金黄色蜘蛛丝的巴拿马蜘蛛，以便给士兵配备一种轻很坚韧的金黄色蜘蛛丝的巴拿马蜘蛛，以便给士兵配备一种轻便的防弹背心。美国陆军和麻省理工学院正在研究用蜘蛛丝制便的防弹背心。美国陆军和麻省理工学院正在研究用蜘蛛丝制造一种全新的军装，这种军装不仅能成为士兵的防弹装甲，还造一种全新的军装，这种军装不仅能成为士兵的防弹装甲，还可以自动适应不同温度环境，甚至能为生病或受伤的士兵起到可以自动适应不同温度环境，甚至能为生病或受伤的

29、士兵起到一定的医疗作用。我国四川川大天友生物工程股份有限公司将一定的医疗作用。我国四川川大天友生物工程股份有限公司将蜘蛛丝蛋白基因转移到家蚕上，用高蜘蛛丝蛋白含量的家蚕丝蜘蛛丝蛋白基因转移到家蚕上，用高蜘蛛丝蛋白含量的家蚕丝作为新防弹衣的材料。另外，蜘蛛丝还可制成战斗飞行器、坦作为新防弹衣的材料。另外，蜘蛛丝还可制成战斗飞行器、坦克、雷达、卫星等装备以及军事建筑物等的防护罩，还可用于克、雷达、卫星等装备以及军事建筑物等的防护罩，还可用于织造降落伞，这种降落伞重量轻、防缠绕、展开力强大、抗风织造降落伞，这种降落伞重量轻、防缠绕、展开力强大、抗风性能好，坚牢耐用。性能好，坚牢耐用。 2011.7.

30、10山西农业大学83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02FirsttransgenicplantDelay-ripening tomatoCommercialized in the USFirst field testsHerbicide resistant, insect resistant plants commercializedGM maize approved by EU First Bt corn plants Rotting resistant tomato approved by FDA植物基因工程的

31、发展迅速植物基因工程的发展迅速2011.7.10山西农业大学植物转基因育种的发展优势植物转基因育种的发展优势1 1、扩大了作物育种的基因库、扩大了作物育种的基因库 转基因育种转基因育种打破了打破了常规育种的常规育种的物种界限物种界限，来源于动植物和微生物的有用基因都，来源于动植物和微生物的有用基因都可以导入作物，可以导入作物，培育培育成具有某些成具有某些特殊特殊性状的新型作物性状的新型作物品种品种。2 2、提高了作物育种的效率、提高了作物育种的效率 作物转基因育种不仅作物转基因育种不仅大大缩短育种年限大大缩短育种年限，而且可成功地，而且可成功地改良改良某些单一某些单一性状性状却不却不 影响改良

32、品种的原有优良特性。影响改良品种的原有优良特性。3 3、减轻了农业生产对环境的污染、减轻了农业生产对环境的污染 转基因抗虫棉花的大面积种植和推广，不仅可以转基因抗虫棉花的大面积种植和推广，不仅可以减少减少化学杀虫剂对棉农及天敌化学杀虫剂对棉农及天敌 的的伤害伤害，而且可以大幅度，而且可以大幅度降低降低用于购买农药和虫害防治的用于购买农药和虫害防治的费用费用。另外，随着高。另外，随着高 效固氮转基因作物及高效吸收土壤中磷元素等营养元素的转基因作物不断问世效固氮转基因作物及高效吸收土壤中磷元素等营养元素的转基因作物不断问世 和推广，农用和推广，农用化肥的利用率化肥的利用率将极大地将极大地提高提高，

33、这对，这对减少减少农田农田污染污染具有重要意义。具有重要意义。4 4、拓宽了作物生产的范畴、拓宽了作物生产的范畴 各种有价值的蛋白产品都可以利用植物反应器进行各种有价值的蛋白产品都可以利用植物反应器进行高效生产高效生产，番茄、马铃薯、，番茄、马铃薯、 莴苣和香蕉等作物已被成功用于生产口服疫苗。另外，各种工业原料，比如纤莴苣和香蕉等作物已被成功用于生产口服疫苗。另外，各种工业原料，比如纤 维素、海藻糖和可降解塑料等维素、海藻糖和可降解塑料等也可以用植物来生产。有人甚至预言，除了钢筋也可以用植物来生产。有人甚至预言，除了钢筋 混凝土之外，未来的转基因作物将可能生产出人类所需要的一切产品。混凝土之外

34、，未来的转基因作物将可能生产出人类所需要的一切产品。2011.7.10山西农业大学4 基因工程的应用基因工程的应用o基因工程在基因工程在农业农业生产中的应用生产中的应用o(1)提高植物的光合作用效率提高植物的光合作用效率o提高提高CO2的固定率、提高光能吸收率和转化率的固定率、提高光能吸收率和转化率o(2)提高豆科植物的固氮效率提高豆科植物的固氮效率o使非固氮植物转变为固氮植物或能与根瘤菌共生固氮使非固氮植物转变为固氮植物或能与根瘤菌共生固氮o(3)转基因植物转基因植物 o是农业生物技术的主要内容。将克隆到的特殊基因导入受体植物，是农业生物技术的主要内容。将克隆到的特殊基因导入受体植物，使之增

35、加一些优质性状（高产、稳定、优质、抗病虫等）。使之增加一些优质性状（高产、稳定、优质、抗病虫等）。 2011.7.10山西农业大学我国基因工程部分研究进展我国基因工程部分研究进展l转基因抗病虫植物转基因抗病虫植物 我国科学家将抗虫基因导入棉花，获得了抗虫我国科学家将抗虫基因导入棉花，获得了抗虫植株，对棉蛉虫的抗虫效果十分显著，现正进行田间加代繁殖。抗植株，对棉蛉虫的抗虫效果十分显著，现正进行田间加代繁殖。抗黄矮病、赤霉病、白粉病转基因小麦和抗青枯病马铃薯也已研究成黄矮病、赤霉病、白粉病转基因小麦和抗青枯病马铃薯也已研究成功，开始田间加代繁殖。功，开始田间加代繁殖。l基因工程疫苗基因工程疫苗 乙

36、型肝炎是危害我国人民健康的严重疾病，我国乙乙型肝炎是危害我国人民健康的严重疾病，我国乙肝病毒携带者肝病毒携带者1亿亿 1千万人，其中千万人，其中40左右的慢性肝炎可能发展成左右的慢性肝炎可能发展成为肝硬化和原发肝癌。以往乙肝疫苗是从人血清中提取，基因工程为肝硬化和原发肝癌。以往乙肝疫苗是从人血清中提取，基因工程乙肝疫苗的研制成功，不仅有巨大的经济效益，而且有巨大的社会乙肝疫苗的研制成功，不仅有巨大的经济效益，而且有巨大的社会效益。基因工程乙肝疫苗是我国正式批准投放市场的第一种高技术效益。基因工程乙肝疫苗是我国正式批准投放市场的第一种高技术疫苗，在疫苗，在20多项指标上达到国际先进水平，获国家科

37、技进步一等奖。多项指标上达到国际先进水平，获国家科技进步一等奖。继乙肝疫苗之后，我国又研制成功了痢疾、霍乱等数种基因工程疫继乙肝疫苗之后，我国又研制成功了痢疾、霍乱等数种基因工程疫苗，并经国家批准进入临床试验。苗，并经国家批准进入临床试验。 2011.7.10山西农业大学l基因工程药物基因工程药物 干扰素是一种广谱的抗病毒和抗肿瘤高技术药物，干扰素是一种广谱的抗病毒和抗肿瘤高技术药物，对防治病毒性肝炎和恶性肿瘤有重要的作用。现已有了对防治病毒性肝炎和恶性肿瘤有重要的作用。现已有了3个品种的个品种的基因工程干扰素获得国家新药证书，开始大批量生产。除此之外，基因工程干扰素获得国家新药证书，开始大批

38、量生产。除此之外，我我 国还研制成功了肝癌导向药物（生物炸弹）、系列恶性肿瘤辅国还研制成功了肝癌导向药物（生物炸弹）、系列恶性肿瘤辅助治疗药物等十余种基因工程药物，有些已获试生产文号或进入中助治疗药物等十余种基因工程药物，有些已获试生产文号或进入中试开发阶段。试开发阶段。l动物克隆和转基因研究动物克隆和转基因研究 16日，日，“神舟神舟”五号成功着陆的同一天，五号成功着陆的同一天，包括两头转基因体细胞克隆牛在内的包括两头转基因体细胞克隆牛在内的10头体细胞克隆牛现身山东头体细胞克隆牛现身山东梁山县。我国转基因体细胞克隆技术及体细胞克隆技术的研究与应梁山县。我国转基因体细胞克隆技术及体细胞克隆技

39、术的研究与应用达到国际前沿水平。用达到国际前沿水平。 2003年年3月月25日出生的体细胞克隆牛日出生的体细胞克隆牛“乐娃乐娃”，由于成功地转入，由于成功地转入了绿色荧光蛋白基因，成为我国首例转基因体细胞克隆牛，标志着了绿色荧光蛋白基因，成为我国首例转基因体细胞克隆牛，标志着我国在转基因体细胞克隆技术方面的新突破。我国在转基因体细胞克隆技术方面的新突破。我国基因工程部分研究进展我国基因工程部分研究进展2011.7.10山西农业大学l2003年年10月月4日，第二头转基因体细胞克隆牛日，第二头转基因体细胞克隆牛“岩娃岩娃”的呱呱的呱呱坠地，同时创造了两个世界首次，即首次获得了用于治疗人类胃坠地，

40、同时创造了两个世界首次，即首次获得了用于治疗人类胃溃疡疾病的转有人岩藻糖转移酶基因的体细胞克隆牛；首次获得溃疡疾病的转有人岩藻糖转移酶基因的体细胞克隆牛；首次获得了在同一头牛中转有了在同一头牛中转有3种外源基因的转基因体细胞克隆牛。这标种外源基因的转基因体细胞克隆牛。这标志着我国已经成熟掌握了转基因体细胞克隆牛的生产技术体系，志着我国已经成熟掌握了转基因体细胞克隆牛的生产技术体系，在该领域的研究跻身于世界的前列。在该领域的研究跻身于世界的前列。岩藻糖转移酶催化形成的抗原物质可以特异调节幽门螺旋杆菌与人胃岩藻糖转移酶催化形成的抗原物质可以特异调节幽门螺旋杆菌与人胃上皮细胞结合。而幽门螺杆菌正是慢

41、性浅表萎缩性胃炎、消化性上皮细胞结合。而幽门螺杆菌正是慢性浅表萎缩性胃炎、消化性溃疡、胃增生性息肉、胃癌等重要致病菌，被国际卫生组织列为溃疡、胃增生性息肉、胃癌等重要致病菌，被国际卫生组织列为一类致癌病原。据世界卫生组织公布，世界人口的一类致癌病原。据世界卫生组织公布，世界人口的50 %80 %均感染了幽门螺杆菌，在中国，达到均感染了幽门螺杆菌，在中国，达到70%。由于岩藻糖抗原。由于岩藻糖抗原仅仅存在于人类和灵长类的动物体内，通过转基因克隆方法将人仅仅存在于人类和灵长类的动物体内，通过转基因克隆方法将人岩藻糖转移酶基因转入牛基因组内，牛奶中表达产生岩藻糖抗原。岩藻糖转移酶基因转入牛基因组内，牛奶中表达产生岩藻糖抗原。转基因牛奶可以作为一种口服药物达到治疗或预防胃病的目标。转基因牛奶可以作为一种口服药物达到治疗或预防胃病的目标。我国基因工程部分研究进展我国基因工程部分研究进展2011.7.10山西农业大学基因治疗基因治疗 Gene Therapy2011.7.10山西农业大学第五节第五节 基因工程的安全性问题基因工程的安全性问题1、对环境的影响、对环境的影响 重组后的基因型可能对生态环境带来隐患。重组后的基因型可能对生态环境