第一章基因工程概况

1、 如何理解基因工程？如何理解基因工程？有哪些理论依据？怎样达有哪些理论依据？怎样达到目的？到目的？ 一、一、 基因工程含义基因工程含义 进行严密设计，通过体外进行严密设计，通过体外DNA重组和转基重组和转基因等技术将外源基因导入受体细胞，有目的地因等技术将外源基因导入受体细胞，有目的地改造生物，短时内创造出更完善的新的生物类改造生物，短时内创造出更完善的新的生物类型。型。 广义上指产业化设计与应用，包括上、下广义上指产业化设计与应用，包括上、下游技术两大部分，倾向于工程学范畴。游技术两大部分，倾向于工程学范畴。 优点：打破了常规的物种间界限（原核与真核生优点：打破了常规的物种间界限（原核与真核

2、生物之间、动植物之间、甚至人与其他生物之间），使物之间、动植物之间、甚至人与其他生物之间），使遗传信息进行重组和转移。遗传信息进行重组和转移。基因工程基因工程(gene engineering)常和以下名称混用常和以下名称混用:l遗传工程遗传工程(genetic engineering);l基因克隆基因克隆(gene cloning);l分子克隆分子克隆(molecular cloning);l基因操作基因操作(gene manipulation);l重组重组DNA技术技术(recombination DNA technique)l克隆克隆(clone): 作名词时指含有某目的作名词时指含有某

3、目的DNA片段的重组片段的重组DNA分子或含有该重组分子的无性繁殖系分子或含有该重组分子的无性繁殖系.l作动词时是指基因的分离与重组过程。作动词时是指基因的分离与重组过程。二、二、 基因工程理论依据基因工程理论依据基因有共同的物质基础：基因有共同的物质基础： 有遗传功能的特定核酸序列：DNA片段或RNA。基因可切割：基因可切割： 存在间隔序列（重叠序列的基因也可切出）。基因可转移：基因可转移： 可在染色体DNA或不同染色体之间跳跃，基因组也可重组。多肽与基因之间存在对应关系。多肽与基因之间存在对应关系。 一种多肽对应一种基因。根据表达产物的性质可检查基因的转移或重组。遗传密码通用。遗传密码通用

4、。 三联密码子（少数除外）与氨基酸相对应，所有生物都相同，只要具备转录翻译条件均能转译出原样的氨基酸。基因可人工合成。基因可复制传递遗传信息。基因可复制传递遗传信息。 重组基因可传代，获得相对稳定的转基因生物。 供体细胞目的基因载体重组DNA分子转化细胞受体细胞多肽药物疫苗、抗体基因治疗基因诊断 转基因动物(畜牧业、渔业 生物反应器)转基因植物(农业、林业 生物反应器)冶金、环保轻工、食品准备阶段准备阶段。1944年美国Avery等细菌转化证明DNA是基因载体。 1953年Watson和CrickDNA双螺旋模型。 19581971年先后确立中心法则,破译64种密码子，揭 示了遗传信息的流向和

5、表达。20世纪60年代末70年代初：发现限制性核酸内切酶和 DNA连接酶，实现DNA体外切割和连接。 1972年首次构建出重组DNA分子。 一系列新的操作技术，构建了多种供转化（或转导）原核生物一系列新的操作技术，构建了多种供转化（或转导）原核生物和动、植物细胞的载体，获得了大量转基因菌株。和动、植物细胞的载体，获得了大量转基因菌株。19801980年：显微注射培育出第一个转基因动物年：显微注射培育出第一个转基因动物转基因小鼠，转基因小鼠， 1983 1983年：农杆菌介导培育出第一例转基因植物年：农杆菌介导培育出第一例转基因植物转基因烟草。转基因烟草。2121世纪初将是基因工程应用研究的鼎盛

6、时期，医、农、牧、渔世纪初将是基因工程应用研究的鼎盛时期，医、农、牧、渔的等产品都会使用基因工程的标记。的等产品都会使用基因工程的标记。 l基础研究基础研究 l1 1、克隆载体、克隆载体：原核生物的克隆载体：原核生物的克隆载体： Ti Ti质粒及其衍生载体（植物基因工程），质粒及其衍生载体（植物基因工程）， 动物病毒克隆载体（动物基因工程）。动物病毒克隆载体（动物基因工程）。核心环节：核心环节： 构建新载构建新载体（适于高等动植物转基因表达载体和体（适于高等动植物转基因表达载体和定位整合载体），应大力发展。定位整合载体），应大力发展。2 2、受体系统：、受体系统：克隆载体的宿主克隆载体的宿主：

7、 外源目的基因表达场所（单个细胞、组织、器官、个体） 。分两类：原核分两类：原核,如大肠杆菌，早期的蓝藻；真核真核单细胞生物如酵母菌。人和高等动、植物复杂基因组文库的受体系统：人和高等动、植物复杂基因组文库的受体系统： 小球藻和衣藻 ，高等植物受体（愈伤组织、细胞和原生质体、部分组织和器官），双子叶植物拟南芥、烟草，单子叶植物水稻、玉米等。 动物体细胞动物体细胞再分化能力差，主要是生殖细胞或胚细胞受体生殖细胞或胚细胞受体，已获转基因鼠、鱼等。 人体细胞受体人体细胞受体。转基因细胞系作病理研究，以异常生长细胞作受体，通过转基因使其回复正常生长状态（基因治疗）。 l3 3、目的基因、目的基因 ：开

8、发人们特殊需要的基因，即目的基因（优良性状的基因、开发人们特殊需要的基因，即目的基因（优良性状的基因、致病基因）。发达国家激烈竞争的焦点，有限的战略性资源，致病基因）。发达国家激烈竞争的焦点，有限的战略性资源，可申请新基因专利。可申请新基因专利。获取途径获取途径 ：构建基因组文库或：构建基因组文库或cDNAcDNA文库；文库； PCRPCR直接从某直接从某生物基因组扩增；较小的可人工化学合成生物基因组扩增；较小的可人工化学合成 。 已获目的基因大致种类：与医药相关的基因；抗病、虫害已获目的基因大致种类：与医药相关的基因；抗病、虫害和恶劣环境的基因；编码特殊营养价值的蛋白或多肽基因。和恶劣环境的

9、基因；编码特殊营养价值的蛋白或多肽基因。 某种生物基因组的全部基因：某种生物基因组的全部基因：19901990年开始实施年开始实施“人类基因人类基因组计划组计划”，20002000年年6 6月已绘制月已绘制“工作框架图工作框架图”。 意义：人生长、意义：人生长、发育、繁殖发育、繁殖 ，遗传性疾病的病因（基因治疗），优生优育。，遗传性疾病的病因（基因治疗），优生优育。 “ “水稻基因组计划水稻基因组计划”：中国水稻（籼稻）基因组：中国水稻（籼稻）基因组“工作框工作框架图架图”和数据库已完成。中、英两国合作和数据库已完成。中、英两国合作 “ “家猪基因组计家猪基因组计划划”。 4 4、工具酶、工具

10、酶 ： 指体外进行指体外进行DNADNA合成、切割、修饰和连接等系列过程中所需要合成、切割、修饰和连接等系列过程中所需要的酶（的酶（DNADNA聚合酶、限制性核酸内切酶、修饰酶和连接酶）。聚合酶、限制性核酸内切酶、修饰酶和连接酶）。 限制性核酸内切酶：限制性核酸内切酶：有规律地切割有规律地切割DNADNA，获得特定末端的获得特定末端的DNADNA片段。研究热点：耐热内切酶和长识别序列稀切酶。片段。研究热点：耐热内切酶和长识别序列稀切酶。两种两种DNADNA连接酶：连接酶：大肠杆菌大肠杆菌DNADNA连接酶、连接酶、 T4 DNAT4 DNA连接酶。连接酶。 DNADNA聚合酶：聚合酶：人工合成

11、连杆、引物等人工合成连杆、引物等DNADNA小片段以及含基因小片段以及含基因的较大的的较大的DNADNA片段，制备片段，制备DNADNA探针。已发现的多种耐热性探针。已发现的多种耐热性DNADNA聚合酶聚合酶有有TaqTaq、TthTth、BstBst、PwoPwo、pfupfu等。等。 DNADNA修饰酶修饰酶：修饰：修饰DNADNA分子的有甲基化酶，修饰末端的有碱分子的有甲基化酶，修饰末端的有碱性磷酸酯酶、转移酶、核酸外切酶等。性磷酸酯酶、转移酶、核酸外切酶等。l5 5、新技术、新技术： 一系列用于不同类型受体细胞的一系列用于不同类型受体细胞的DNADNA转化方法和转化方法和病毒转导方法：

12、基因枪、电激仪等克服了某些克隆病毒转导方法：基因枪、电激仪等克服了某些克隆载体应用的物种局限性，提高外源载体应用的物种局限性，提高外源DNADNA转化的效率。转化的效率。 基因的检测技术：基因的检测技术：放射性同位素标记探针，非放射性标记DNA探针和荧光探针技术。 基因分离技术基因分离技术：凝胶电泳可分开几万碱基的DNA分子或DNA片段；脉冲电泳能分开上百万碱基的DNA分子或片段或完整的染色体。 应用研究应用研究：广泛用于医、农、牧、渔等产业，甚至环保广泛用于医、农、牧、渔等产业，甚至环保。基因工程药物基因工程药物：最活跃和发展最快的领域。最活跃和发展最快的领域。 欧、美、日等国激烈竞争，金融

13、界和大企业家投资的热点，欧、美、日等国激烈竞争，金融界和大企业家投资的热点， 我国近年猛追势头。我国近年猛追势头。主要指基因工程活性多肽、疫苗和主要指基因工程活性多肽、疫苗和DNADNA药物等药物等 ， 一些人体一些人体活性多肽（如激素、神经多肽、淋巴因子、凝血因子等），用活性多肽（如激素、神经多肽、淋巴因子、凝血因子等），用于疾病诊断、预防和治疗。于疾病诊断、预防和治疗。 已生产和上市的人体活性多肽有干扰素（已生产和上市的人体活性多肽有干扰素（IFNIFN）、）、白介素白介素（ILIL）、）、生长因子等几十种。生长因子等几十种。 转基因植物疫苗，如转抗原基因马铃薯、香蕉、蓝藻等转基因植物疫苗

14、，如转抗原基因马铃薯、香蕉、蓝藻等。 转基因植物转基因植物 ：三类 农杆菌介导的基因转移。直接基因转移：以原生质体或细胞为受体。如用PEG、电激仪、基因枪、脂质体等将基因导入细胞或原生质体，培养成转基因植株。种质系统的基因转移。如利用子房注射，花粉管通导等方法导入外源基因。 抗病毒、细菌和真菌病，抗虫，抗除草剂，抗抗病毒、细菌和真菌病，抗虫，抗除草剂，抗旱、抗寒、抗热和抗盐，改善植物品质，获得能生旱、抗寒、抗热和抗盐，改善植物品质，获得能生产疫苗或活性多肽药物的植物。产疫苗或活性多肽药物的植物。 转基因动物转基因动物 ： 改良家畜、家禽和鱼的经济性状，生产改良家畜、家禽和鱼的经济性状，生产某些药物和某些药物和蛋白质等，蛋白质等，转基因兔、羊、转基因兔、羊、鱼等多种。鱼等多种。其他方面其他方面 ： 酶制剂工业、食品工业、化酶制剂工业、食品工业、化学与能源工业及学与能源工业及环境保护等。环境保护等。相应的安全管理：相应的安全管理：2020世纪世纪8080年代发达国家已制定一系列法则。年代发达国家已制定一系列法则。我国1993年发布基因工程安全管理办法；1996年发布农业生物基因工程安全管理实施办法；2001年发布了农业转基因生物安全管理条例