基因工程 第一章 基因工程概况

基因工程第一章基因工程概况第一页，共四十五页，编辑于2023年，星期日第一章

基因工程概况第二页，共四十五页，编辑于2023年，星期日一.基因工程含义按照人们的愿望，进行严密的设计，通过体外DNA重组和转基因等技术在较短时间内有目的地改造生物种性或生产生物产品，创造出更符合人们需求的新的生物类型。1.1引言例如：黑曲霉的纤维素酶基因转入酵母，使酵母可降解纤维素，利用秸杆发酵生产酒精。第三页，共四十五页，编辑于2023年，星期日优点打破物种界限，使遗传信息在不同物种间进行重组和转移。例如：黑曲霉的纤维素酶基因转入酵母，使酵母可降解纤维素，利用秸杆发酵生产酒精。第四页，共四十五页，编辑于2023年，星期日再例如第一个转基因动物是1982出生的小鼠。它被转入了大鼠的生长激素基因，结果长的与大鼠一样大。转基因小鼠正常小鼠第五页，共四十五页，编辑于2023年，星期日转入绿色荧光蛋白基因的小鼠在暗背景下可发出绿色荧光。第六页，共四十五页，编辑于2023年，星期日中国科学家将人的岩藻糖转移酶基因转入奶牛，获得的转基因牛于2003出生,其牛奶中含有岩藻糖转移酶，可用于治疗胃病。第七页，共四十五页，编辑于2023年，星期日二、基因工程的理论基础1、不同基因具有相同的物质基础几乎所有的生物的各种各样的基因都是由具有一定功能和核苷酸序列的DNA片段组成。DNA都是由四种核苷酸组成核苷酸是由磷酸、五碳糖和四种咸基组成DNA的二级结构都是双螺旋结构.第八页，共四十五页，编辑于2023年，星期日第九页，共四十五页，编辑于2023年，星期日2、基因是可切割的基因可被限制性核苷酸内切酶切开。5’……ATCGCGATGGATCCGCGAT……3’3’……TAGCGCTACCTAGGCGCTA……5

第十页，共四十五页，编辑于2023年，星期日3、基因是可以转移的.基因可在不同染色体、细胞和物种间转移。4、多肽与基因之间存在对应关系。有一条多肽就有一种相对应的基因，基因序列决定多肽的序列，通过多肽链可推导基因的有无。第十一页，共四十五页，编辑于2023年，星期日5、遗传密码的通用性允许其在不同生物中表达。可以人工合成。6、基因可以通过复制把遗传信息传递给下一代。第十二页，共四十五页，编辑于2023年，星期日三、基因工程的基本技术路线克隆载体受体细胞重组DNA克隆转基因生物生物材料mRNADNARNA文库基因组文库人工合成目的基因病毒第十三页，共四十五页，编辑于2023年，星期日黑曲霉基因组DNA

纤维素酶基因CyclePlasmidDNAofbacteria限制性内切酶DNA连接酶纤维素酶基因纤维素酶基因DNA重组技术PCRDNA聚合酶质粒DNA载体限制性内切酶第十四页，共四十五页，编辑于2023年，星期日CyclePlasmidDNAvector线性化后，转入酵母酵母可产生纤维素酶，遗传性状发生改变。第十五页，共四十五页，编辑于2023年，星期日1准备阶段1944，Avery证明DNA是遗传物质，是基因的载体.1953,WatsonandCrick:证明DNA的双螺旋结构.1958-1971,提出中心法则，破译遗传密码

60’s-70’s,发现核苷酸内切酶和DNA连接酶，质粒被用做载体进行基因转移。四、基因工程简史第十六页，共四十五页，编辑于2023年，星期日2基因工程的问世

1973年，Cohen将非洲爪蟾核糖体基因与质粒pSC101重组转入E.coli.,并证明该基因可转录。第十七页，共四十五页，编辑于2023年，星期日3基因工程的发展在近40的时间里，基因工程飞速发展.3.1建立了一整套相关技术:例如：体外扩增基因片段：PolymeraseChainReaction

(PCR)DNA的体外重组技术细菌、动植物基因转化技术等第十八页，共四十五页，编辑于2023年，星期日3.2获得了一系列的基因转化载体:

例如：各种质粒，病毒载体等3.3获得了大量转基因生物.转基因细菌(E.coli.)转基因动物(mouse,cow,sheep,pig)转基因植物(tobacco,potato,tomato,cotton,rice)第十九页，共四十五页，编辑于2023年，星期日1.2基因工程的研究内容一、基础研究

1、克隆载体的研究构建克隆载体是基因工程技术路线中的核心环节。

bacteria：plasmidvector(质粒)plant：Tiplasmidvector（Ti质粒)animal：animalvirusvector（动物病毒）第二十页，共四十五页，编辑于2023年，星期日2、基因工程受体的研究受体(receptor)：基因转化的对象Bacteria:大肠杆菌（E.coli）、蓝细菌(cyanobacteria)Fungi:酵母菌(yeast)单细胞的

Plant:愈伤组织(callus),partialtissueororganAnimal:生殖细胞(reproductivecell),胚细胞(embryoblast)、体细胞(bodycell）第二十一页，共四十五页，编辑于2023年，星期日3、目的基因目的基因：基因工程研究开发的可满足人们特殊需要的基因产物。（1）目的基因主要三种：药物相关基因（胰岛素）植物抗逆基因：抗虫、抗病、抗逆境，Btgene抗虫基因）具有特殊营养价值的基因第二十二页，共四十五页，编辑于2023年，星期日（2）获得目的基因的方法:构建和筛选基因组文库(Genomelibrary)构建和筛选cDNA文库(cDNAlibrary)人工合成：例如采用PCR技术第二十三页，共四十五页，编辑于2023年，星期日4、工具酶

用于合成、切割、连接、修饰DNA片段的酶。种类

DNA聚合酶DNApolymerase,限制性内切酶Restrictionendonuclease,连接酶DNAligase,修饰酶Modificationenzyme,第二十四页，共四十五页，编辑于2023年，星期日(1)DNA聚合酶：合成DNA片段Suchas:TaqDNApolymerase(2)限制性核酸内切酶（RestrictionEndonuclease）：基因工程中的关键酶，可有规律的切割DNA片段EcoRI5’ATCGCGATGAATTCGCGAT3’3’TAGCGCTACTTAAGCGCTA5’

BamHI5’ATCGCGATGGATCCGCGAT3’3’TAGCGCTACCTAGGCGCTA5’第二十五页，共四十五页，编辑于2023年，星期日(3)DNA连接酶用于连接各种DNA片段，使不同基因重组.例如：T4DNA连接酶第二十六页，共四十五页，编辑于2023年，星期日(4)修饰酶：用于DNA的修饰。例如：碱性磷酸酯酶末端脱氧核苷酸转移酶核酸外切酶。第二十七页，共四十五页，编辑于2023年，星期日5、基因工程新技术研究(1)转基因方法:质粒转化病毒转导基因枪电穿孔仪种质介导法(2)检测方法分子杂交PCR基因芯片技术第二十八页，共四十五页，编辑于2023年，星期日(3)DNA合成方法PCR技术的改进（长片段PCR、RT-PCR等）(4)基因片段的分离凝胶电泳技术（脉冲电泳技术）第二十九页，共四十五页，编辑于2023年，星期日二、应用研究（一）药物相关基因最活跃发展最快的领域主要种类有：活性多肽疫苗DNA药物第三十页，共四十五页，编辑于2023年，星期日1、活性多肽种类：干扰素、胰岛素、白介素，生长因子等。用途诊断、预防和治疗疾病干扰素：干扰病毒复制，广谱抗病毒活性和免疫调节功能胰岛素：治疗糖尿病，白介素：治疗多种实质性恶性肿瘤。第三十一页，共四十五页，编辑于2023年，星期日生产方法：传统方法：培养动物，从中分离基因工程方法：克隆基因—转入细菌—基因表达----纯化蛋白第三十二页，共四十五页，编辑于2023年，星期日2、疫苗诱导免疫反应.传统生产方法：灭活或减毒的病原物。缺点：有不良反应。基因工程方法：去除有毒基因，根本解决致病性可食疫苗。第三十三页，共四十五页，编辑于2023年，星期日3、DNA药物作用方式：重组DNA药物并转入病变组织、细胞，发挥作用治疗基因缺陷。药物蛋白基因转入病人体内表达后发挥作用。DNA插入异常表达基因使其失活。第三十四页，共四十五页，编辑于2023年，星期日DNA药物的生产方法：转基因微生物发酵培养转基因动物细胞培养利用转基因动物的乳腺生产第三十五页，共四十五页，编辑于2023年，星期日（二）转基因植物1、转化方法：农杆菌介导法枝接转化法：基因枪、电穿孔、聚乙二醇法2、受体细胞愈伤组织(Callus),叶片,Protoplast(原生质体)

种质系统的基因转移：子房注射、花粉管通导等。第三十六页，共四十五页，编辑于2023年，星期日3、转入的基因抗病基因抗病毒（病毒的外壳蛋白基因，烟草、马铃薯、大豆等）抗细菌、抗真菌（从抗病品种中克隆抗病基因转入感病品种，抗白粉病、赤霉病的小麦）第三十七页，共四十五页，编辑于2023年，星期日抗虫基因

苏云金杆菌的Bt杀虫晶体蛋白基因。抗虫棉花、烟草、马铃薯水稻等。抗除草剂方面

如抗草甘磷的大豆。抗除草剂机理：改变除草剂靶物的敏感性；转入解毒基因。第三十八页，共四十五页，编辑于2023年，星期日抗逆境基因抗旱、抗涝、抗寒、抗热和耐盐等改善作物品质如改善作物蛋白质、克隆与淀粉、脂类合成相关的基因。生物药物如疫苗、活性多肽的香蕉、番茄等。第三十九页，共四十五页，编辑于2023年，星期日（三）转基因动物目的：改进生产性状例如：使家畜长的更大、奶牛产奶更多。第四十页，共四十五页，编辑于2023年，星期日（四）其它方面酶制剂工业目前蛋白酶、淀粉酶基因已转入E.coli.并可E.coli.中生产。保护环境：制造可降解污染物的微生物。“超级菌”、“超级质粒”：辛烷、已烷和癸烷、二甲苯和甲苯、樟脑、萘，石油中的烃类化合物、重金属、致癌物、农药和杀虫剂

第四十一页，共四十五页，编辑于2023年，星期日食品工业：食品酶的生产化学工业：转基因微生物生产化工产品：乙醇、丙酮、甘油.能源工业:生物柴油、燃料乙醇的生产。第四十二页，共四十五页，编辑于2023年，星期日1.3基因工程的安全性问题转基因：宠儿还是孽种？不同地区态度不同：美国:不能证明它危险，就不应该限制.大力发展、始终处于领先地位欧洲：不能证明它不危险，就应该限制；多年的追求；一旦实现又无法消受第四十三页，共四十五页，编辑于2023年，星期日