基因工程-第一章 绪论

基因工程原理与操作主讲教师：李洪涛资源与环境学院应用生物科学专业学习内容第一章绪论第二章基因工程工具酶第三章基因工程载体第四章核酸操作的基本技术第五章聚合酶链式反应第六章基因文库的构建与目的基因获得学习内容第七章DNA体外重组与基因转移第八章重组子的筛选与鉴定第九章外源基因的表达第十章生物信息学第十一章基因工程规则、安全性及专利基本要求了解基因工程的发展历史及意义。掌握基因克隆的工具及基本方法。了解怎样利用基因重组技术研究基因的结构、表达和调控。能够设计一个基因克隆的程序。利用基因工程生产重组蛋白。学习资料教材

«基因工程原理与应用»

陈宏2003中国农业出版社参考书

«基因工程原理»吴乃虎1999科学出版社

«分子克隆实验指南»J.SambtookEFFrishTManiatis；金冬雁等译科学出版社考核要求期末闭卷考试，占总成绩70%。课堂提问及出勤，占总成绩30%。第一章绪论问题什么是基因工程？基因工程是如何发展形成的？基因工程的研究内容是什么？基因工程发展前景如何？第一节基因工程的概念基因工程（基因操作），分子生物学、分子遗传学等学科基础上，20世纪70年代诞生一门崭新的生物技术科学。基因工程

指在体外将核酸分子插入病毒、质粒或其他载体分子，构成遗传物质的新组合，并使之参入到原先没有这类分子的寄主细胞内，而能持续稳定的繁殖。

基因工程发展至今30多年的历史，所使用的名词术语还未统一。文献中常见的有

遗传工程（geneticengineering）

基因工程（geneengineering）

基因操作（genemanipulation）

重组DNA技术（recombinantDNAtechnique）

基因克隆（genecloning）

分子克隆（molecularcloning）第二节基因工程的诞生与发展一、基因工程诞生的理论基础基因工程1973无数科学家智慧与劳动基础理论上的三大发现技术上的三大发明（一）理论上的三大发现证实了DNA是遗传物质

①基因学说的创立②基因与DNA物质现代遗传学之父，奥地利生物学家格雷戈尔·孟德尔（JohannGregorMendel，1822～1884）并未描述过基因，也没有观测到基因以及使用基因这个词。但这位奥地利传教士发现了遗传定律，他通过繁育豌豆，画出其结果图，就得出了卓越的结论。

1900年，成为遗传学史乃至生物科学史上划时代的一年，来自三个国家的三位学者同时独立地“重新发现”孟德尔遗传定律，他们是荷兰的德弗里斯(HugoDeVries)、德国的柯灵斯(CarlErichCorrens)和澳大利亚的契马克(ErichvonTschermak-Seysenegg)。遗传学进人了孟德尔时代。

1909年，丹麦生物学家约翰逊根据希腊文“给予生命”之义，创造了基因（gene）一词，并用这个术语代替孟德尔的“遗传因子”。不过他所说的基因并不代表物质实体，而是一种与细胞的任何可见形态结构毫无关系的抽象单位。

果蝇是上帝专门为摩尔根创造的

美国遗传学家摩尔根（ThomasHuntMorgan，1866～1945）对基因学说的建立作出了卓越的贡献。1915年至1928年，他和他的助手以果蝇作为实验材料，第一次将代表某一特定性状的基因，同某一特定的染色体联系了起来，创立了遗传的染色体理论。基因的化学本质就是DNA分子加拿大生物化学家艾弗里（OswaldTheodoreAvery，1877～1955）。1945年，他和他的合作者在纽约进行细菌转化的研究（下图），实验材料是肺炎链球菌，结果说明，使细菌性状发生转化的因子是DNA，而不是蛋白质或RNA。这一重大的发现轰动了整个生物界，在遗传学理论上树起了全新的观点，即DNA分子是遗传信息的载体。

当人们为艾弗里的实验而激烈争论时，美国微生物学家赫尔希（AlfredDayHershey，1908～1997）等人在考虑，能否将蛋白质和DNA完全分开，单独观察DNA的作用呢？他们的实验材料是T2噬菌体。实验证实，进入细菌细胞的噬菌体是核酸；进而说明，携带遗传信息的是核酸，而不是蛋白质。噬菌体的DNA不但包括噬菌体自我复制的信息，而且包括合成噬菌体蛋白质所需要的全部信息。1952年，赫尔希和他的学生共同发表报告，肯定了艾弗里的结论。此后，再也无人怀疑DNA是遗传物质了。美国冷泉港卡内基遗传学实验室（一）理论上的三大发现揭示了DNA分子的双螺旋结构模型和半保留复制机理

①双螺旋结构是双链、三链还是四链？三螺旋还是双螺旋？②半保留复制

1953年，最伟大的模型——DNA双螺旋结构模型被提出来了，两位创立者是美国生物化学家沃森和英国生物物理学家克里克。这一模型的建立，揭开了生物遗传信息传递的秘密，从遗传物质结构变化的角度解释了遗传性状突变的原因，并标志着遗传学完成了由“经典”向“分子”时代的过渡。

ＤＮＡ双螺旋结构发现５０年来，生命的很多秘密已经被解开，但剩下的秘密更多。一切不过只是刚刚开始。“今天比我起步的时候有更多的新的疆域，”沃森在接受美国《时代》周刊采访时曾表示，“未来几百年中，还会有足够多的问题需要人们去应对。”1957年，当时在Caltech作研究生的Meselson和作博士后的Stahl设计并实现了这组著名的，证明了DNA复制半保留机理的实验。（一）理论上的三大发现遗传密码的破译和遗传信息传递方式的确定

①遗传密码----生命的语言

数学推理阶段和实验研究阶段②中心法则----生命信息的传递

第一阶段和第二阶段

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。1961年，美国生物学家尼伦伯格（MarshallWarrenNirenberg，1927～）（左图）等人成功破译了遗传密码，以无可辩驳的科学依据证实了DNA双螺旋结构的正确性。有关遗传密码的几个问题

“密码比”“密码是否重叠”“相邻的2个三联体之间是否存在（逗号）”遗传密码表霍拉纳(1922～)（右图）美国生物化学1960～1966年，破译了mRNA的全部基因密码，并在蛋白质合成机制、信使核糖核酸等方面取得了重要研究成果。在遗传学上，我们把遗传信息的流动方向叫做信息流。信息流的方向可以用科学家克里克提出的“中心法则”来表示。

科学是永无止境的，它是一个永恒之谜。——爱因斯坦

（二）技术上的三大发明限制性核酸内切酶的发现与DNA的切割内森斯使用II型限制性内切酶首次完成了对基因的体外切割。他们的研究成果为人类在分子水平上实现人工基因重组提供了有效的技术手段。

1965年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。1970年史密斯分离出了II型限制性内切酶（二）技术上的三大发明DNA连接酶的发现与DNA片断的连接1967年在世界上有5个实验室几乎同时发现了DNA连接酶。1970年当时在Wisconsin大学的一个实验小组，发现T4DNA连接酶具有更高的连接活性。到了1972年底，人们已经掌握了好几种连接双链DNA分子的方法。（二）技术上的三大发明基因工程载体的研究与应用