基因工程概論課件

基因工程基因工程1第一章緒論第二章操作技術(shù)原理第三章酶學(xué)原理第四章載體第五章目的基因的分離與鑒定第六章克隆基因的表達(dá)第七章動(dòng)物基因工程第八章植物基因工程第一章緒論2參考書目：吳乃虎，《基因工程原理》（上，下）第二版，科學(xué)出版社，2001。樓士林，楊盛昌等編著.《基因工程》，科學(xué)出版社，2002版。馬建崗主編.《基因工程學(xué)原理》，西安交通大學(xué)出版社，2001。張惠展，《基因工程概論》，華東理工大學(xué)出版社，2000?！禛eneⅧ》參考期刊：《生命的化學(xué)》、《Gene》、《生物化學(xué)與生物物理研究進(jìn)展》《ReviewofMicrobiologyandMolecular》等參考網(wǎng)站：參考書目：吳乃虎，《基因工程原理》（上，下）第二版，科學(xué)出3考試方式各部分成績(jī)的比例如下：①平時(shí)作業(yè)與小測(cè)占5%②討論與回答問題占5%③課程總結(jié)與文獻(xiàn)綜述占10%④期末閉卷考試占80%基因工程原理考核方式主要是采取平時(shí)作業(yè)與小測(cè)、討論與文獻(xiàn)綜述、課程總結(jié)、與期末閉卷考試相結(jié)合的方式進(jìn)行，通過平時(shí)考核及時(shí)掌握學(xué)生的領(lǐng)受狀況，及時(shí)解決并且提高學(xué)生平時(shí)聽課的積極性和聽課效果（成績(jī)占總成績(jī)的20%）；通過期末考試測(cè)驗(yàn)學(xué)生對(duì)本課程的總體掌握水平（成績(jī)占總成績(jī)的80%）?？荚嚪绞礁鞑糠殖煽?jī)的比例如下：基因工程原理考核方式主要是4第一章緒論第一章緒論5第一節(jié)基因工程的發(fā)展過程

一、基因工程與基因二、基因的認(rèn)識(shí)1、基因的發(fā)展過程2、基因的現(xiàn)代概念三、基因工程的誕生第二節(jié)基因工程的主要研究?jī)?nèi)容第三節(jié)基因工程的應(yīng)用第四節(jié)基因工程的安全性第一節(jié)基因工程的發(fā)展過程第二節(jié)基因工程的主要研究?jī)?nèi)容第三6一、基因工程與基因基因決定性狀家蠶能夠吐出蠶絲為人類利用豆科植物的根瘤能夠固定空氣中的氮青霉菌能產(chǎn)生對(duì)人類有用的抗生素——青霉素一、基因工程與基因基因決定性狀家蠶能夠吐出蠶絲為人類利用豆科7定向基因改造設(shè)想設(shè)想一能否讓禾本科的植物也能夠固定空氣中的氮？能否讓細(xì)菌“吐出”蠶絲？設(shè)想二能否讓微生物產(chǎn)生出人的胰島素、干擾素等珍貴的藥物？設(shè)想三經(jīng)過多年的努力，科學(xué)家于20世紀(jì)70年代創(chuàng)立了可以定向改造生物的新技術(shù)——基因工程。定向基因改造設(shè)想設(shè)想一能否讓禾本科的植物也能夠固定空氣中的8一、基因工程與基因

基因工程是在分子生物學(xué)和分子遺傳學(xué)等學(xué)科綜合發(fā)展的基礎(chǔ)上、于本世紀(jì)70年代誕生的一門嶄新的生物技術(shù)科學(xué)。它的創(chuàng)立和發(fā)展，直接依賴于基因工程或稱分子生物學(xué)的進(jìn)步，兩者之間有著密不可分的聯(lián)系?；虻难芯繛榛蚬こ痰膭?chuàng)立奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，基因工程的誕生是基因研究發(fā)展的必然結(jié)果；而基因工程技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，又深刻并有力地影響著基因的研究，使我們對(duì)基因的研究提到了空前的高度。因此，對(duì)基因研究發(fā)展的過成，以及基因的現(xiàn)代概念進(jìn)行一下回顧是十分必要的。一、基因工程與基因基因工程是在分子生物學(xué)和分9二、基因的認(rèn)識(shí)二、基因的認(rèn)識(shí)101866年發(fā)表論文，提出分離規(guī)律和獨(dú)立分配規(guī)律。1900年Mendel遺傳規(guī)律被重新發(fā)現(xiàn)，遺傳學(xué)的元年1866年，孟德爾（JohannGregorMendel，1822－1884）提出了遺傳因子（hereditaryfactor）的概念。他將控制豌豆性狀的遺傳因素稱之為遺傳因子形成了基因的雛形。（1856-1864豌豆雜交實(shí)驗(yàn)）1、基因的發(fā)展過程1866年發(fā)表論文，提出分離規(guī)律和獨(dú)立分配規(guī)律。1900年M111909年，丹麥的遺傳學(xué)家WilhelmLudwig

Johanssen(1859-1927)。根據(jù)希臘語“給予生命”之義，創(chuàng)造了“gene”一詞，并用這個(gè)術(shù)語代替孟德爾的“遺傳因子”。不過他所說的基因并不代表物質(zhì)實(shí)體，而是一種與細(xì)胞的任何可見形態(tài)結(jié)構(gòu)毫無關(guān)系的抽象單位。因此，那時(shí)所指的基因只是遺傳性狀的符號(hào)，還沒有具體涉及基因的物質(zhì)概念。1909年，丹麥的遺傳學(xué)家WilhelmLudwi12

“遺傳因子/基因”的設(shè)想一經(jīng)提出，便推動(dòng)人們?nèi)ふ遥ヌ剿?/p>

基因在哪里？基因是什么？“遺傳因子/基因”的設(shè)想一經(jīng)提出，便推動(dòng)人們?nèi)ふ遥ヌ剿?3顯微鏡技術(shù)與染色技術(shù)的發(fā)展，使人們注意到，細(xì)胞分裂時(shí)，尤其是減數(shù)分裂中，染色體的行為和孟德爾提出的等位基因的分離規(guī)律相當(dāng)一致，所以，確定基因在細(xì)胞核中，在染色體上。顯微鏡技術(shù)與染色技術(shù)的發(fā)展，使人們注意到，細(xì)胞分裂時(shí)，尤14第一次將代表某一特定性狀的基因與某一特定的染色體聯(lián)系起來，創(chuàng)立了遺傳的染色體理論。隨后遺傳學(xué)家又應(yīng)用當(dāng)時(shí)發(fā)展的基因作圖（genemapping）技術(shù)，構(gòu)筑了基因的連鎖圖，進(jìn)一步揭示了在染色體載體上基因是按線性順序排列的。。1910年，美國(guó)遺傳學(xué)家摩爾根（ThomasHuntMorgan,1866-1945）以果蠅為研究材料，發(fā)現(xiàn)了連鎖交換定律并提出遺傳粒子學(xué)說。1933第一次將代表某一特定性狀的基因與某一特定的染色體聯(lián)151941年，美國(guó)生化遺傳學(xué)家比德爾(GeorgeWellsBeadle,1903～1989)等通過果蠅復(fù)眼色素的研究和脈孢菌的營(yíng)養(yǎng)缺陷型的研究，證明了基因通過酶起作用，提出了“一個(gè)基因一個(gè)酶”的假說。這一假說揭示了基因的基本功能。他所使用的營(yíng)養(yǎng)缺陷型研究方法，以后被廣泛應(yīng)用于各種代謝途徑和發(fā)育途徑的研究。萊德伯格(JoshuaLederberg)采用大腸桿菌的營(yíng)養(yǎng)缺陷型發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌的遺傳重組，從而開辟了微生物遺傳學(xué)研究的廣闊領(lǐng)域。因此，無論在概念上還是在方法上，“一個(gè)基因一種酶”的假說及工作，是分子生物學(xué)的重要基礎(chǔ)之一。為此，比德爾與泰特姆(EdwardLawrieTatum)以及萊德伯格共同獲得了1958年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。19581941年，美國(guó)生化遺傳學(xué)家比德爾(GeorgeWel16發(fā)現(xiàn)DNA的遺傳功能，始于1928年英國(guó)科學(xué)家格里菲斯（P．Griffith）所做的用肺炎雙球菌感染小鼠的實(shí)驗(yàn)。首次發(fā)現(xiàn)了基因是一類特殊生物分子的證據(jù)。FredericGriffith1879—1941格里菲斯用肺炎球菌做實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)令人驚異的現(xiàn)象：加熱殺死的能致病的S型菌＋不能致病的R型菌→混合→注射到小鼠體內(nèi)→小鼠病死→從死鼠體內(nèi)分離出大量的S型肺炎球菌難道S型致病菌復(fù)活了嗎？這就是著名的“格里菲斯之謎”。發(fā)現(xiàn)DNA的遺傳功能，始于1928年英國(guó)科學(xué)家格里菲斯（17艾弗里等人的實(shí)驗(yàn)說明使細(xì)菌性狀發(fā)生轉(zhuǎn)化的因子是DNA（即脫氧核糖核酸），而不是蛋白質(zhì)或RNA（即核糖核酸）。不僅揭開了“格里菲斯之謎”，并且在世界上第一次證明基因就在DNA上。OswaldTheodoreAvery(1877～1955)1944年，艾弗里首次證實(shí)遺傳物質(zhì)的基礎(chǔ)是DNA，基因位于DNA上。實(shí)驗(yàn)材料是肺炎鏈球菌，他們發(fā)現(xiàn)死去的S型菌并未復(fù)活，而是S型菌的DNA進(jìn)入了R型菌，使其轉(zhuǎn)化為新的S型致病肺炎雙球菌。艾弗里等人的實(shí)驗(yàn)說明使細(xì)菌性狀發(fā)生轉(zhuǎn)化的因子是DNA18美國(guó)微生物學(xué)家阿爾弗雷德·戴·赫爾希（AlfredDayHershey，1908～1997）他們的實(shí)驗(yàn)材料是T2噬菌體實(shí)驗(yàn)證實(shí)，進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞的噬菌體是核酸；進(jìn)而說明，攜帶遺傳信息的是核酸，而不是蛋白質(zhì)。噬菌體的DNA不但包括噬菌體自我復(fù)制的信息，而且包括合成噬菌體蛋白質(zhì)所需要的全部信息。1952年，赫爾希和他的學(xué)生共同發(fā)表報(bào)告，肯定了艾弗里的結(jié)論。此后，再也無人懷疑DNA是遺傳物質(zhì)了。35S－32P－35S標(biāo)記外殼蛋白質(zhì),感染后放射標(biāo)記不進(jìn)入大腸桿菌細(xì)胞32P標(biāo)記DNA,感染后放射標(biāo)記進(jìn)入大腸桿菌細(xì)胞1969美國(guó)微生物學(xué)家阿爾弗雷德·戴·赫爾希（AlfredDa191953年，F(xiàn)rancisCrick和JamesWatson

創(chuàng)立DNA雙螺旋模型，證實(shí)基因是具有一定遺傳效應(yīng)的DNA片段。用分子結(jié)構(gòu)的特征解釋生命現(xiàn)象最基本問題之一－－基因復(fù)制的機(jī)理，從而使生物學(xué)真正進(jìn)入分子生物學(xué)的新時(shí)代。

1953JamesDeweyWatson，F(xiàn)rancisHarryComptonCrick1953年，F(xiàn)rancisCrick和Jam201955年，美國(guó)分子遺傳學(xué)家和行為遺傳學(xué)家西摩爾·本澤

（SeymourBenzer）在T4噬菌體的順反互補(bǔ)實(shí)驗(yàn)中，正式使用“順反子（cristron）”這個(gè)術(shù)語，并將順反子與基因在意義上和功能上統(tǒng)一起來。西摩爾·本澤（SeymourBenzer）是參與開創(chuàng)分子生物學(xué)的重要人物，在1950年代用實(shí)驗(yàn)證明基因突變是由于DNA序列的改變導(dǎo)致，并提出每個(gè)生物系學(xué)生都學(xué)過的順反子學(xué)說。1960年代起，他轉(zhuǎn)而以果蠅為材料，研究基因與動(dòng)物行為、發(fā)育的關(guān)系，做出了一系列重大發(fā)現(xiàn)（包括發(fā)現(xiàn)第一種控制動(dòng)物行為的基因——一種控制果蠅生物鐘的基因），使得果蠅這個(gè)經(jīng)典遺傳學(xué)的英雄，在寂寞多年之后，在分子生物學(xué)時(shí)代重新成為熱門的動(dòng)物模型。這些都是影響深遠(yuǎn)的開拓性工作，本澤也獲得了幾乎所有重要的生物醫(yī)學(xué)學(xué)獎(jiǎng)項(xiàng)（拉斯卡獎(jiǎng)、格拉芙獎(jiǎng)、沃爾夫獎(jiǎng)等等），獨(dú)獨(dú)缺一個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)。1955年，美國(guó)分子遺傳學(xué)家和行為遺傳學(xué)家西摩爾·211961年，法國(guó)巴黎巴斯德研究所的雅各布

（Fran?ois

Jacob）和

莫諾

(JacquesMonod)提出了操縱元（操縱子）的概念，揭示了原核生物基因表達(dá)調(diào)控的重要規(guī)律。

JacquesMonodFran?oisJacobAndreMichelLwoff19651965年，雅各布、爾沃夫（AndreMichelLwoff）和

莫諾“因有關(guān)酶和病毒合成的遺傳調(diào)節(jié)方面的發(fā)現(xiàn)”獲得諾貝爾獎(jiǎng)。1961年，法國(guó)巴黎巴斯德研究所的雅各布

（Fran?22DNA如何儲(chǔ)存并表達(dá)遺傳信息？這個(gè)問題引起了很多物理學(xué)家的興趣，1945年，薛定諤在《生命是什么》一書中提出了遺傳密碼的概念。1954年，物理學(xué)家伽莫夫提出三聯(lián)體密碼的概念。1961年，尼倫伯格和馬太利用三聯(lián)體密碼合成了由笨丙氨酸組成的多肽長(zhǎng)鏈。到1966年，64種遺傳密碼的含義全部得到了解答，形成了一部密碼辭典。DNA如何儲(chǔ)存并表達(dá)遺傳信息？這個(gè)問題引起了很多物理231961年，美國(guó)生物學(xué)家尼倫伯格（MarshallWarrenNirenberg，1927～）等人成功破譯了遺傳密碼，以無可辯駁的科學(xué)依據(jù)證實(shí)了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的正確性。人們對(duì)遺傳機(jī)制有了更深刻的認(rèn)識(shí)。

1967年發(fā)表了全套的遺傳密碼表。19681961年，美國(guó)生物學(xué)家尼倫伯格（MarshallWa24現(xiàn)在，基因已經(jīng)是以一種真正的分子物質(zhì)呈現(xiàn)在我們面前，再也不是一種神秘成分了?？茖W(xué)家可以像研究其它大分子一樣，客觀地探索基因的結(jié)構(gòu)和功能，并已經(jīng)開始向控制遺傳機(jī)制、防治遺傳疾病、合成生命等更大的造福于人類的工作方向前進(jìn)。2、現(xiàn)代基因概念此后隨著分子生物學(xué)的迅速發(fā)展，人們對(duì)基因的認(rèn)識(shí)不斷深化?，F(xiàn)在，基因已經(jīng)是以一種真正的分子物質(zhì)呈現(xiàn)在我們面前，25移動(dòng)基因（movablegene）又稱為轉(zhuǎn)位因子(transposableelements），由于它可以從染色體基因組上的一個(gè)位置轉(zhuǎn)移到另一個(gè)位置，甚至在不同的染色體之間躍遷，因此又叫做跳躍基因（jumpinggenes），最早在玉米中發(fā)現(xiàn)。它又分為插入序列、轉(zhuǎn)位子、逆轉(zhuǎn)座子。1983芭芭拉.麥克林托克(BarbaraMcClintock,1902-1992)移動(dòng)基因（movablegene）又稱為轉(zhuǎn)位因子(2650年代初,芭芭拉

.麥克林托克在玉米的染色體中發(fā)現(xiàn)了可以改變自身位置的基因，她稱之為“解離因子”。1963年泰勒發(fā)現(xiàn)噬菌體Mu能隨機(jī)地插入細(xì)菌染色體基因組內(nèi)；1966年，貝克威斯等在大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)了可以整合在染色體上、也可游離于染色體外的F因子（性因子）；60年代末，科學(xué)家們?cè)诖竽c桿菌中發(fā)現(xiàn)存在所謂的“插入序列”（IS）；后又在沙門氏菌中發(fā)現(xiàn)了基因的流動(dòng)性（轉(zhuǎn)座子）和抗藥性基因等。1.插入序列（insertionsequence）兩端有短的正向重復(fù)序列（directrepeats，DR）,略長(zhǎng)的反向重復(fù)序列（invertedrepeasts,IR）及1kb左右的編碼區(qū)，僅編碼和轉(zhuǎn)座有關(guān)的轉(zhuǎn)座酶。HostDNAHostDNA50年代初,芭芭拉.麥克林托克在玉米的染色體中發(fā)現(xiàn)了可以改272.復(fù)合轉(zhuǎn)座子（compositetransponson）3.TnA家族轉(zhuǎn)座子長(zhǎng)約5kb左右，兩端具有IR，而不是IS，中部的編碼區(qū)不僅編碼抗性標(biāo)記,還編碼轉(zhuǎn)座酶和解離酶。transposaseresolvase轉(zhuǎn)位作用a.Replicativetranspositionb.non-replicativetranspositionc.conservativetransposition2.復(fù)合轉(zhuǎn)座子（compositetransponson）284.逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子(Retrotransposon/retroposon)Retroposonformation4.逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子(Retrotransposon/retro29斷裂基因（splitgene）1993(美國(guó))理查德·羅伯茨(RichardJ.Roberts)和

菲利浦·夏普(PhillipA.Sharp)在腺病毒(adenovirus)中發(fā)現(xiàn)一個(gè)基因可以被分開成幾個(gè)單位（splitgene）。

指編碼序列不連續(xù)的間斷基因PhillipA.Sharp

RichardJ.Roberts

斷裂基因（splitgene）1993(美國(guó))理查德·301977年M．T．道爾等首次發(fā)現(xiàn)卵清蛋白基因是不連續(xù)的，在基因內(nèi)部插入了7個(gè)沒有編碼意義的DNA片段。雞卵清蛋白mRNA與DNA雜交實(shí)驗(yàn)S1核酸酶作圖法測(cè)定斷裂基因中的間隔子1977年M．T．道爾等首次發(fā)現(xiàn)卵清蛋白基因是不連續(xù)的，31類似于基因但不表達(dá)的DNA序列,常用ψ表示。不表現(xiàn)任何功能，是基因的退化形式。假基因在基因組中形成穩(wěn)定的和無活性的拷貝，由活化的原始基因突變而來，這是因?yàn)榇嬖谥谀硞€(gè)階段傷及基因表達(dá)的一種或多種缺陷（入啟動(dòng)子錯(cuò)誤、有缺陷的剪接信號(hào)、框架中有終止信號(hào)等）之故。一旦不能產(chǎn)生正常的基因產(chǎn)物，就失去了對(duì)發(fā)生進(jìn)一步突變的選擇性屏障作用，因此典型的假基因都有很多缺陷。某些假基因有3‘-多聚A尾巴及準(zhǔn)確地切掉了內(nèi)含子，因而與mRNA類似，被認(rèn)為是源自插入基因組的逆轉(zhuǎn)錄體（可能由某些病毒攜帶）。假基因（pseudogene）類似于基因但不表達(dá)的DNA序列,常用ψ表示。不表現(xiàn)32第一章基因工程概論課件33這類假基因沒有與“親本基因”連鎖，而且其結(jié)構(gòu)是同轉(zhuǎn)錄本而非“親本基因”類似。加工的假基因與轉(zhuǎn)錄本都沒有啟動(dòng)子和內(nèi)含子，3’端都有poly（A）尾巴。

許多假基因都是同親本基因（parentalgene）連鎖的，而且同其編碼區(qū)及側(cè)翼序列的DNA具有很高的同源性。人的α－及β－珠蛋白基因簇重復(fù)的假基因（repeatedpseudogene）加工的假基因（processedpseudogene）這類假基因沒有與“親本基因”連鎖，而且其結(jié)構(gòu)是同轉(zhuǎn)34人金屬硫蛋白功能基因Mt-ⅡA與無功能的加工的假基因Mt-ⅡB的結(jié)構(gòu)比較細(xì)胞質(zhì)mRNA反轉(zhuǎn)錄作用形成加工的假基因人金屬硫蛋白功能基因Mt-ⅡA與細(xì)胞質(zhì)mRNA反轉(zhuǎn)錄作用形成35重復(fù)基因（repeatedgenes）單拷貝或低度重復(fù)序列（＜10個(gè)拷貝）包括大多數(shù)編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因和基因間間隔序列中度重復(fù)序列（10到幾百個(gè)拷貝）特點(diǎn)：重復(fù)單位序列相似，但不完全一樣；散在分布于基因組中；序列的長(zhǎng)度和拷貝數(shù)非常不均一；中度重復(fù)序列一般具有種屬特異性，可作為DNA標(biāo)記分類：中度重復(fù)序列可能是轉(zhuǎn)座元件(返座子)長(zhǎng)散在重復(fù)序列(long

interspersed

repeated

segments)

LINEs：長(zhǎng)度>1Kb(可達(dá)7Kb),拷貝數(shù)104-105，如人LINEl短散在重復(fù)序列(Short

interspersed

repeated

segments)

SINES：長(zhǎng)度<500bp，拷貝數(shù)>105.如人Alu序列

重復(fù)基因（repeatedgenes）單拷貝或低度重復(fù)序36高度重復(fù)序列（幾百個(gè)拷貝到幾百萬個(gè)拷貝）衛(wèi)星DNA(Satellite

DNA)高度重復(fù)序列（幾百個(gè)拷貝到幾百萬個(gè)拷貝）衛(wèi)星DNA371977年,英國(guó)生物化學(xué)家弗雷德里克·桑格(FrederickSanger)等在噬菌體中發(fā)現(xiàn)重疊基因，即某一段核苷酸序列同時(shí)為兩個(gè)基因編碼。后來在其它病毒以及細(xì)菌和果蠅等生物中也發(fā)現(xiàn)了重疊基因，一段DNA序列為兩個(gè)或三個(gè)基因所共用，或者一個(gè)小基因位于一個(gè)大基因之內(nèi)。重疊基因是生物體合理而又經(jīng)濟(jì)地利用自身DNA的一種絕妙方式，它的發(fā)現(xiàn)打破了基因是彼此分離的傳統(tǒng)觀念。重疊基因（overlappinggenes）

或嵌套基因（nestedgenes）

1977年,英國(guó)生物化學(xué)家弗雷德里克·桑格(Fred381979年S．那卡尼施等發(fā)現(xiàn)多個(gè)基因編碼一條多肽鏈。例如有些病毒可以由一段DNA序列轉(zhuǎn)錄出一條mRNA分子，然后翻譯出一條多肽鏈，最后這條多肽鏈被切割成多個(gè)有生物功能的肽鏈。有多少個(gè)功能肽鏈產(chǎn)生，對(duì)應(yīng)的DNA序列就應(yīng)當(dāng)含有多少個(gè)基因。這種多個(gè)基因編碼一條多肽鏈的現(xiàn)象，不符合“一個(gè)基因決定一條多肽鏈”的普遍原則，使基因的定義更加復(fù)雜化。不編碼蛋白質(zhì)的基因在蛋白質(zhì)合成過程中需要兩類RNA分子的參與，一類是核糖體RNA（rRNA）。另一類是轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（tRNA）。編碼這兩類RNA分子的DNA序列稱為RNA基因，或者分別稱為rRNA基因和tRNA基因。這樣看來，把基因定義為編碼一條多肽鏈的DNA序列顯然不夠全面。1979年S．那卡尼施等發(fā)現(xiàn)多個(gè)基因編碼一條多肽鏈。39U-insertionintheRNAofTrypanosomes隱蔽（匿）基因自1985年以來，在某些病毒、植物和動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)，mRNA前體在成熟過程中發(fā)生了堿基的增加、缺失或智換，mRNA與基因之間失去了一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。這一現(xiàn)象首先在原生動(dòng)物錐蟲中發(fā)現(xiàn)，并稱之為RNA編輯。這種需要編輯才能正常表達(dá)的基因稱為隱蔽基因。隱蔽基因的發(fā)現(xiàn)使對(duì)基因的準(zhǔn)確定義更加困難。U-insertionintheRNAofTryp40從上述基因研究的進(jìn)展可以看出，基因不僅在功能上多種多樣，在結(jié)構(gòu)上也是五花八門，因此，給它下一個(gè)非常準(zhǔn)確和永遠(yuǎn)適用的定義是相當(dāng)困難的。根據(jù)目前所掌握的知識(shí)，從分子生物學(xué)的角度，可以把基因定義為“能夠表達(dá)出一個(gè)有功能的多肽鏈或功能RNA分子的核酸序列”。這個(gè)定義較確切地表述了基因的本質(zhì)和功能，已經(jīng)被絕大多數(shù)學(xué)者所接受。隨著時(shí)間的推移，今后還可能有新的突破，出現(xiàn)新的基因概念。

總的趨勢(shì)是基因概念正經(jīng)歷著從穩(wěn)定到動(dòng)態(tài)的變化?；蚋拍畹难葑儽貙⒋龠M(jìn)生命科學(xué)的發(fā)展，深化人們對(duì)生命規(guī)律的認(rèn)識(shí)，更好地為人類服務(wù)。

從上述基因研究的進(jìn)展可以看出，基因不僅在功能上多種多41基因的特點(diǎn):1.不同基因具有相同的物質(zhì)基礎(chǔ)2.基因是可以切割的3.基因是可以轉(zhuǎn)移的4.多肽與基因之間存在對(duì)應(yīng)關(guān)系5.遺傳密碼是通用的6.基因可以通過復(fù)制把遺傳信息傳遞給下一代基因的特點(diǎn):1.不同基因具有相同的物質(zhì)基礎(chǔ)2.基因是可以42三、基因工程的誕生三、基因工程的誕生43理論上的三大發(fā)現(xiàn)：

發(fā)現(xiàn)了生物的遺傳物質(zhì)是DNA

發(fā)現(xiàn)了DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)和半保留復(fù)制機(jī)理

發(fā)現(xiàn)了遺傳信息的傳遞方式

基因工程的準(zhǔn)備階段理論上的三大發(fā)現(xiàn)：

發(fā)現(xiàn)了生物的遺傳物質(zhì)是DNA

發(fā)現(xiàn)了44由于基因工程是一門內(nèi)容廣泛、綜合性的生物技術(shù)學(xué)科，在60年代科學(xué)發(fā)展的水平下真正實(shí)施基因工程，還存在許多問題，特別是在技術(shù)方面。生物有機(jī)體，尤其是具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的真核生物，其DNA含量是十分龐大的。DNAcontentofthehaploidgenomeisrelatedtothemorphologicalcomplexityoflowereukaryotes,butvariesextensivelyamongthehighereukaryotes.TherangeofDNAvalueswithinaphylumisindicatedbytheshadedarea.由于基因工程是一門內(nèi)容廣泛、綜合性的生物技術(shù)學(xué)科，在45技術(shù)上的三大發(fā)明：1967發(fā)現(xiàn)了DNA連接酶；1970Khorana實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)T4噬菌體DNA連接酶；1972建立雙鏈DNA的連接方法。3.基因工程的載體:Geneticengineeringvector19722.限制性核酸內(nèi)切酶的發(fā)現(xiàn):Restrictionenzyme19701.DNA連接酶的發(fā)現(xiàn):DNAligase1967獨(dú)立于染色體外的遺傳因子：細(xì)菌的性因子—F因子;抗藥性因子（R）;大腸桿菌素因子（COE）技術(shù)上的三大發(fā)明：1967發(fā)現(xiàn)了DNA連接酶；3.基因工程461978The1978NobelPrizeinphysiologyormedicinewassharedbythreescientists:HamiltonO.Smith(1931-)andDanielNathans(1928-)oftheUnitedStatesandWernerArber(1929-)ofSwitzerland.Theyreceivedtheprizefortheircontribution“tothedevelopmentofrestrictionendonucleasesWernerArber,HamiltonO.Smith,DanielNathansSmith和Wilcox（1970）在流感嗜血桿菌(Haemo-pilusinfluenzae)中分離純化了限制性內(nèi)切酶HindII；Boyer實(shí)驗(yàn)室（1972）發(fā)現(xiàn)核酸內(nèi)切酶EcoRI。GO1978The1978NobelPrizeinph471970年，Baltimore等和Temin等各自發(fā)現(xiàn)了反轉(zhuǎn)錄酶，完善了中心法則，使真核基因的制備成為了可能。相關(guān)技術(shù)1960s發(fā)明了瓊脂糖凝膠電泳，可將不同長(zhǎng)度的DNA分離開。1975年F.Sanger、A.Maxam和W.Gilbert發(fā)明了DNA快速測(cè)序技術(shù)。感受態(tài)體系的建立：1970年M.Mandel和A.Higa發(fā)現(xiàn)經(jīng)過氯化鈣處理的大腸桿菌容易吸收噬菌體DNA。1972年S.Cohen發(fā)現(xiàn)這種處理過的細(xì)菌同樣能吸收質(zhì)粒DNA。1970年，Baltimore等和Temin等各自發(fā)現(xiàn)了481972年，美國(guó)斯坦福大學(xué)生物化學(xué)系（DepartmentofBiochemistry,StanfordUniversity,USA）保羅·伯格教授、博士（Prof.Dr.PaulBerg,1926-，美國(guó)著名分子生物學(xué)家，1980年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)）等首先成功地實(shí)現(xiàn)了DNA的體外重組合分子研究。70年代初期，伯格開始研究正常細(xì)胞發(fā)生癌變機(jī)理，把猴SV40病毒有關(guān)基因通過噬菌體為載體，成功移植到大腸桿菌遺傳物質(zhì)中，首次實(shí)現(xiàn)用兩個(gè)不同種屬重組DNA。在重組DNA時(shí)，創(chuàng)立一系列基因分離和連接技術(shù)，為基因工程奠定基礎(chǔ)并合人工改變生物遺傳特性、定向繁殖自然界從未有過的新物種成為可能。這一成就在制造對(duì)多種病毒和某些癌癥的生物制品及治療多種遺傳性疾病方面有巨大實(shí)用價(jià)值。1980年，伯格與桑格、吉爾伯特共獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。19801972年，美國(guó)斯坦福大學(xué)生物化學(xué)系（Depar491973年斯坦福大學(xué)的S.Cohen小組將含有卡那霉素抗性基因的大腸桿菌R6-5質(zhì)粒與含有四環(huán)素抗性基因的另一種大腸桿菌質(zhì)粒pSC101連接成重組質(zhì)粒，具有雙重抗藥性。SrSr

NerTcrPsc101R6-3ECORIECORI轉(zhuǎn)化E.coli連接酶PSC101R6-3：質(zhì)粒Ner：抗新霉素基因Sr：抗黃胺基因Tcr：

抗四環(huán)素基因1986Nobel生理或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)19861973年斯坦福大學(xué)的S.Cohen小組將含有卡那霉素50StanleyCohenHerbertBoyer非洲爪蟾核糖體基因片斷同pSC101質(zhì)粒重組，轉(zhuǎn)化大腸桿菌，并在菌體內(nèi)成功轉(zhuǎn)錄出相應(yīng)的mRNA。這是第一次成功的基因克隆實(shí)驗(yàn)。StanleyCohenHerbertBoyer51也叫基因操作、遺傳工程，或重組體DNA技術(shù)。一般說來所謂的基因工程是指在體外將核酸分子插入病毒、質(zhì)?；蚱渌d體分子，構(gòu)成遺傳物質(zhì)的新組合，并使之參入到原先沒有這類分子的寄主細(xì)胞中內(nèi)，而能持續(xù)穩(wěn)定的繁殖。

基因工程（geneticengineering）也叫基因操作、遺傳工程，或重組體DNA技術(shù)。一般說來52生物工程biologicalengineering遺傳工程geneticengineering基因工程geneengineering分子克隆molecularcloning基因克隆

genecloning基因操作genemanipulation重組DNA技術(shù)recombinantDNAtechnique克?。╟lone）

有性雜交誘變育種體細(xì)胞融合酶工程農(nóng)業(yè)工程發(fā)酵工程細(xì)胞工程與基因工程相關(guān)的幾個(gè)概念生物工程biologicalengineering有性雜53第一章基因工程概論課件54基因工程的發(fā)展階段自基因工程問世以的這二十幾年是基因工程迅速發(fā)展的階段。如果說20世紀(jì)八九十年代是基因工程基礎(chǔ)研究趨向成熟，那么二十一世紀(jì)初將是基因工程應(yīng)用研究的鼎盛時(shí)期?；蚬こ痰陌l(fā)展階段自基因工程問世以的這二十幾年是基55從復(fù)雜的生物有機(jī)體基因組中，經(jīng)過酶切消化或PCR擴(kuò)增等步驟，分離出帶有目的基因的DNA片段；在體外，將帶有目的基因的外源DNA片段連接到能夠自我復(fù)制的并具有選擇記號(hào)的載體分子上，形成重組DNA分子；將重組DNA分子轉(zhuǎn)移到適當(dāng)?shù)氖荏w細(xì)胞（寄主細(xì)胞），并與之一起增殖；從大量的細(xì)胞繁殖群體中，篩選出獲得了細(xì)胞重組DNA分子的受體細(xì)胞克?。粡倪@些篩選出來的受體細(xì)胞克隆，提取出已經(jīng)得到擴(kuò)增的目的基因，供進(jìn)一步分析研究使用；將目的基因克隆到表達(dá)載體上，導(dǎo)入寄主細(xì)胞，使之在新的遺傳背景下實(shí)現(xiàn)功能表達(dá)，產(chǎn)生出人類所需要的物質(zhì)。第二節(jié)基因工程的主要研究?jī)?nèi)容從復(fù)雜的生物有機(jī)體基因組中，經(jīng)過酶切消化或PCR擴(kuò)增等步驟，56第一章基因工程概論課件57

基因工程技術(shù)已經(jīng)在醫(yī)學(xué)、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

第三節(jié)基因工程的應(yīng)用第三節(jié)基因工程的應(yīng)用58生產(chǎn)基因工程藥品基因工程與醫(yī)藥衛(wèi)生基因診斷基因治療如胰島素、干擾素如用基因探針檢測(cè)肝類病毒、診斷遺傳病把健康的外源基因?qū)胗谢蛉毕莸募?xì)胞中，達(dá)到治療疾病的目的基因工程疫苗生產(chǎn)基因工程藥品基因工程與醫(yī)藥衛(wèi)生基因診斷基因治療如胰島素、59胰島素人生長(zhǎng)激素干擾素白細(xì)胞介素2粒細(xì)胞集落刺激因子粒細(xì)胞巨噬細(xì)胞集落刺激因子紅細(xì)胞生成素EPO組織纖溶酶原激活劑生長(zhǎng)激素促生長(zhǎng)素抗血友病因子Ⅷ脫氧核糖核酸酶葡糖腦苷脂酶鼠單克隆抗體胰島素1000磅牛胰10克胰島素200升發(fā)酵液10克胰島素干擾素1200升人血1升發(fā)酵液2－3萬美元/病人200－300美元/病人大量生產(chǎn)過去難以得到或幾乎不可能得到的蛋白質(zhì)－肽類藥物胰島素胰島素1000磅牛胰10克胰島素60基因治療基因治療61美國(guó)加利福尼亞大學(xué)伯克利分校化學(xué)工程學(xué)教授JayKeasling及其同事最近成功地用轉(zhuǎn)基因酵母合成了青蒿素的前體物質(zhì)——青蒿酸，有望大幅增加青蒿素產(chǎn)量、降低治療瘧疾的費(fèi)用。美國(guó)加利福尼亞大學(xué)伯克利分?；瘜W(xué)工程學(xué)教授JayKe62農(nóng)業(yè)上基因工程與農(nóng)牧業(yè)、食品工業(yè)畜牧養(yǎng)殖業(yè)上食品業(yè)獲得高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和具有優(yōu)良品質(zhì)的農(nóng)作物

培養(yǎng)具有各種抗逆性的作物新品種獲得人們所需要的和具優(yōu)良品質(zhì)的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物利用某些特定的外源基因在哺乳動(dòng)物體內(nèi)表達(dá)

為人類開辟新的食物來源

農(nóng)業(yè)上基因工程與農(nóng)牧業(yè)、食品工業(yè)畜牧養(yǎng)殖業(yè)上食品業(yè)獲得高產(chǎn)、63用于提高奶酪產(chǎn)量

生產(chǎn)奶酪的凝乳酶?jìng)鹘y(tǒng)上來自哺乳小牛的胃?，F(xiàn)在可以通過基因工程辦法，用酵母生產(chǎn)凝乳酶，大量用于奶酪制造。哺乳小牛凝乳酶基因胃轉(zhuǎn)入啤酒酵母凝乳酶凝乳酶制造奶酪用于提高奶酪產(chǎn)量

生產(chǎn)奶酪的凝乳酶?jìng)鹘y(tǒng)上來自哺乳小牛的胃64克隆各種參與纖維素降解的酶的基因，導(dǎo)入釀酒酵母，就可能利用廉價(jià)的纖維素來生產(chǎn)葡萄糖，發(fā)酵成酒。用外源基因改造釀酒酵母，產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)的啤酒?；蛴冕劸平湍干a(chǎn)蛋白質(zhì)等。纖維素的開發(fā)利用釀酒工業(yè)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物和植物

轉(zhuǎn)基因動(dòng)物首先在小鼠獲得成功。現(xiàn)在轉(zhuǎn)基因動(dòng)物技術(shù)已用于牛、羊，使得從牛/羊奶中可以生產(chǎn)蛋白質(zhì)藥物。稱為“乳腺反應(yīng)器”工程。

轉(zhuǎn)基因植物亦已在大田中廣為播種

克隆各種參與纖維素降解的酶的基因，導(dǎo)入釀酒酵母，就可能利用廉65把大鼠生長(zhǎng)因子轉(zhuǎn)入小鼠得到巨大型的轉(zhuǎn)基因小鼠。草魚的GH基因?qū)膂a魚轉(zhuǎn)基因植物獲得新的性狀把大鼠生長(zhǎng)因子轉(zhuǎn)入小鼠得到巨大型的轉(zhuǎn)基因小鼠。草魚的GH基因66第一章基因工程概論課件67提高植物的光合作用效率改變與光合作用有關(guān)的酶的結(jié)構(gòu)和組成（如二磷酸核酮糖羧化酶）。（1）提高CO2的固定率改變光能交換系統(tǒng)的分子的基因結(jié)構(gòu)。（2）提高光能吸收率和轉(zhuǎn)化率提高植物的光合作用效率改變與光合作用有關(guān)的酶的結(jié)構(gòu)和組成（如68RoundupReady?轉(zhuǎn)抗除草劑基因的大豆和玉米R(shí)oundupReady?69反義基因在耐儲(chǔ)藏番茄育種中的應(yīng)用

ACCgene

(1-氨基丙環(huán)烷羧酸氧化酶，乙烯合成途徑酶類)

anti-senseACC-mRNA

ACC-mRNA

乙烯合成被抑制

(-)53

mRNA(-)53(+)35

cDNAanti-senseACCgene

pCaMV35s-pCaMV35s-反義基因在耐儲(chǔ)藏番茄育種中的應(yīng)用ACCgene(1-70（AntifreezeProteinsAFPs)避免細(xì)胞結(jié)冰有助植物抗凍抗凍糖蛋白無冰晶細(xì)菌幫助草莓抗霜凍降低原生質(zhì)冰點(diǎn)抑制冰晶重結(jié)晶修飾冰晶形態(tài)調(diào)節(jié)原生質(zhì)膠體性質(zhì)（AntifreezeProteinsAFPs)避免細(xì)胞71Goldenriceandnormal(white)

/wsjbiotech.html轉(zhuǎn)2個(gè)水仙花和1個(gè)細(xì)菌VA合成酶基因的水稻“金米”Goldenriceandnormal(white)72熒光蛋白酶基因轉(zhuǎn)化花卉熒光蛋白酶基因轉(zhuǎn)化花卉73基因工程與環(huán)境保護(hù)用DNA探針檢測(cè)水中病毒的含量

獲得分解四種烴類的“超級(jí)菌”，吞噬汞和降解土壤中DDT的細(xì)菌環(huán)境監(jiān)測(cè)環(huán)境凈化基因工程與環(huán)境保護(hù)用DNA探針檢測(cè)水中病毒的含量獲得分解四74美國(guó)GE公司構(gòu)造成功具有巨大烴類分解能力的工程菌，并獲專利，用于清除石油污染。工程菌在環(huán)境工程中應(yīng)用

噴灑工程菌清除石油污染美國(guó)GE公司構(gòu)造成功具有巨大烴類分解能力的工程菌，并獲專75第四節(jié)基因工程的安全性隨著轉(zhuǎn)基因生物的不斷出現(xiàn)和大規(guī)模應(yīng)用，一些新的風(fēng)險(xiǎn)因素也不斷被引入，所以生物安全性問題越來越引起人們的關(guān)注。如何監(jiān)測(cè)、管理和防范轉(zhuǎn)基因生物的生物性安全問題是我們?cè)谖磥頃r(shí)代面臨的一項(xiàng)重大課題。在20世紀(jì)70年代，當(dāng)微生物的基因工程實(shí)驗(yàn)剛剛開始發(fā)展時(shí)，關(guān)于重組DNA潛在危險(xiǎn)性問題的爭(zhēng)論就已經(jīng)開始。1971年，在美國(guó)麻省理工學(xué)院，有人提出了將猴腎病毒SV40DNA同噬菌體DNA重組，然后導(dǎo)人大腸桿菌細(xì)胞的研究設(shè)想。這個(gè)計(jì)劃一傳出，立即就遭到了許多科學(xué)家的反對(duì)。他們認(rèn)為，這種帶有病毒DNA的重組DNA分子有可能從實(shí)驗(yàn)室逸出，并隨著大腸桿菌感染到人類的腸道，其后果將十分嚴(yán)重的。第四節(jié)基因工程的安全性隨著轉(zhuǎn)基因生物的不斷出現(xiàn)和76

美國(guó)國(guó)家衛(wèi)生研究院(NIH)考慮到重組DNA的危險(xiǎn)性，便提請(qǐng)Berg博士組成一個(gè)重組DNA咨詢委員會(huì)(RecombinantDNAAdvisoryCommittee，RAC)，專門進(jìn)行研究。1974年7月，RAC委員會(huì)聯(lián)名在《科學(xué)》雜志上發(fā)表了一封對(duì)生物危害的關(guān)鍵性建議的公開信，此建議后被稱為“伯格信件”。

在還沒有弄清重組DNA所涉及的危險(xiǎn)性范圍和程度，以及在采取必要的防護(hù)措施之前，暫停兩種類型的實(shí)驗(yàn)，即涉及組合一種在自然界中尚未發(fā)現(xiàn)的、有產(chǎn)生病毒能力或帶有抗菌素抗性基因的新型有機(jī)體；涉及將腫瘤病毒或其他動(dòng)物病毒的DNA引入細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)。因?yàn)檫@兩類重組，DNA可能更容易在人類及其他的生物體內(nèi)傳播，因而有可能造成擴(kuò)大癌癥及其他疾病的發(fā)生范圍。美國(guó)國(guó)家衛(wèi)生研究院(NIH)考慮到重組DNA的77

1975年2月，美國(guó)國(guó)家衛(wèi)生研究院在加利福尼亞州的Asilomar會(huì)議中心舉行了一次有160名來自美國(guó)和其他16個(gè)國(guó)家的有關(guān)專家學(xué)者參加的國(guó)際會(huì)議。最后盡管代表們意見分歧很大，但仍然在如下三個(gè)重要問題上取得了一致的看法：

第一，新發(fā)展的基因工程技術(shù)，為解決一些重要的生物學(xué)和醫(yī)學(xué)問題，以及令人普遍關(guān)注的社會(huì)問題(如環(huán)境污染、食品及能源問題)展現(xiàn)了樂觀的前景；第二，新組成的重組DNA生物體的意外擴(kuò)散，可能會(huì)出現(xiàn)不同程度的潛在危險(xiǎn)，因此必須采取嚴(yán)格的防范措施；第三，目前進(jìn)行的某些實(shí)驗(yàn)，即便是采取最嚴(yán)格的控制條件，其潛在的危險(xiǎn)性仍然很大。1975年2月，美國(guó)國(guó)家衛(wèi)生研究院在加利福尼亞781976年6月23日，美國(guó)國(guó)家衛(wèi)生研究院制訂并正式公布了“重組DNA研究準(zhǔn)則”(以下簡(jiǎn)稱“安全準(zhǔn)則”)為了避免可能造成的危險(xiǎn)，“安全準(zhǔn)則”除了規(guī)定禁止若干類型的重組DNA實(shí)驗(yàn)之外，在實(shí)驗(yàn)安全防護(hù)方面明確規(guī)定了物理防護(hù)和生物防護(hù)兩個(gè)方面的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。物理防護(hù)分為P1～P4四個(gè)不同等級(jí)，P4級(jí)為最高等級(jí)；生物防護(hù)分為EKl～EK3三個(gè)不同等級(jí)，都是專門針對(duì)大腸桿菌菌株而規(guī)定的安全防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，它是依據(jù)大腸桿菌在自然環(huán)境中的存活率為前提制定的。EKl級(jí)的大腸桿菌菌株在自然環(huán)境中一般都是要死亡的，而符合EK2～3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的大腸桿菌菌株在自然環(huán)境中則是無法存活的。1976年6月23日，美國(guó)國(guó)家衛(wèi)生研究院制訂并正式79客觀地說，由于“安全準(zhǔn)則”的公布，以及安全的寄主細(xì)菌—質(zhì)粒載體系統(tǒng)的建立，重組DNA研究進(jìn)入到一個(gè)蓬勃發(fā)展的新階段。1977年，世界上第一家專門制造和生產(chǎn)醫(yī)療藥品的基因工程公司(Genentech)在美國(guó)誕生，標(biāo)志著基因工程即將進(jìn)入實(shí)用階段。實(shí)際上，與自然界中那些原本就具有危害的微生物相比，基因重組微生物在自然界中擴(kuò)散并造成危機(jī)的可能性要小得多。一方面是因?yàn)殡m然基因重組微生物具有一些特殊的性狀，有可能影響到自然的微生物，但是這種性狀的改變畢竟是在人類的操縱和掌握之中的。而自然界中那些原本就具有危害的微生物在紫外線、輻射等不可知因素的影響下發(fā)生的基因突變卻是人類無法控制和預(yù)知的，因此更值得注意?？陀^地說，由于“安全準(zhǔn)則”的公布，以及安全的寄主細(xì)80另一方面，基因重組微生物在實(shí)驗(yàn)室條件下具有的性狀在自然界的復(fù)雜條件中并不一定能夠顯現(xiàn)出來，在殘酷的自然選擇面前被自動(dòng)淘汰的可能性很大?！鞍踩珳?zhǔn)則”已經(jīng)經(jīng)過了很多次修改，就目前的情況看，只要重組DNA的實(shí)驗(yàn)規(guī)模不大，不向自然界傳播，實(shí)際上已不再受任何法則的限制了。當(dāng)然，這在任何意義上講都不是說重組DNA研究已經(jīng)不具有潛在的危險(xiǎn)性了，相反地，作為負(fù)責(zé)的科學(xué)工作者，對(duì)此仍須保持清醒的認(rèn)識(shí)。另一方面，基因重組微生物在實(shí)驗(yàn)室條件下具有的性狀在自81生物安全性評(píng)價(jià):根據(jù)受體生物、基因操作、遺傳工程體及其產(chǎn)品的生物學(xué)特性，預(yù)期用途和接受環(huán)境等，綜合評(píng)價(jià)基因工程工作對(duì)人類健康和生態(tài)環(huán)境可能造成的潛在危險(xiǎn)，確定其安全等級(jí)，提出相應(yīng)的監(jiān)控措施。一般都采取個(gè)案評(píng)審的原則，針對(duì)每項(xiàng)基因工程工作的具體情況確定其安全等級(jí)。通過制定政策和法律規(guī)定，確立相關(guān)的技術(shù)準(zhǔn)則，建立健全管理機(jī)構(gòu)并完善檢測(cè)和監(jiān)督機(jī)制，積極發(fā)展生物技術(shù)的研究與開發(fā)，切實(shí)加強(qiáng)生物安全的科學(xué)技術(shù)研究，有效地將生物技術(shù)可能產(chǎn)生地風(fēng)險(xiǎn)見地到最低限度，以最大限度地保護(hù)人類健康和生態(tài)環(huán)境安全，促進(jìn)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步。生物安全性評(píng)價(jià):通過制定政策和法律規(guī)定，確立相關(guān)的技82

83是普羅米修斯(造福于人類的神)的禮物還是潘多拉魔盒？福兮？禍兮？是普羅米修斯(造福于人類的神)的禮物還是潘多拉魔盒？福兮？禍84基因工程基因工程85第一章緒論第二章操作技術(shù)原理第三章酶學(xué)原理第四章載體第五章目的基因的分離與鑒定第六章克隆基因的表達(dá)第七章動(dòng)物基因工程第八章植物基因工程第一章緒論86參考書目：吳乃虎，《基因工程原理》（上，下）第二版，科學(xué)出版社，2001。樓士林，楊盛昌等編著.《基因工程》，科學(xué)出版社，2002版。馬建崗主編.《基因工程學(xué)原理》，西安交通大學(xué)出版社，2001。張惠展，《基因工程概論》，華東理工大學(xué)出版社，2000?！禛eneⅧ》參考期刊：《生命的化學(xué)》、《Gene》、《生物化學(xué)與生物物理研究進(jìn)展》《ReviewofMicrobiologyandMolecular》等參考網(wǎng)站：參考書目：吳乃虎，《基因工程原理》（上，下）第二版，科學(xué)出87考試方式各部分成績(jī)的比例如下：①平時(shí)作業(yè)與小測(cè)占5%②討論與回答問題占5%③課程總結(jié)與文獻(xiàn)綜述占10%④期末閉卷考試占80%基因工程原理考核方式主要是采取平時(shí)作業(yè)與小測(cè)、討論與文獻(xiàn)綜述、課程總結(jié)、與期末閉卷考試相結(jié)合的方式進(jìn)行，通過平時(shí)考核及時(shí)掌握學(xué)生的領(lǐng)受狀況，及時(shí)解決并且提高學(xué)生平時(shí)聽課的積極性和聽課效果（成績(jī)占總成績(jī)的20%）；通過期末考試測(cè)驗(yàn)學(xué)生對(duì)本課程的總體掌握水平（成績(jī)占總成績(jī)的80%）?？荚嚪绞礁鞑糠殖煽?jī)的比例如下：基因工程原理考核方式主要是88第一章緒論第一章緒論89第一節(jié)基因工程的發(fā)展過程

一、基因工程與基因二、基因的認(rèn)識(shí)1、基因的發(fā)展過程2、基因的現(xiàn)代概念三、基因工程的誕生第二節(jié)基因工程的主要研究?jī)?nèi)容第三節(jié)基因工程的應(yīng)用第四節(jié)基因工程的安全性第一節(jié)基因工程的發(fā)展過程第二節(jié)基因工程的主要研究?jī)?nèi)容第三90一、基因工程與基因基因決定性狀家蠶能夠吐出蠶絲為人類利用豆科植物的根瘤能夠固定空氣中的氮青霉菌能產(chǎn)生對(duì)人類有用的抗生素——青霉素一、基因工程與基因基因決定性狀家蠶能夠吐出蠶絲為人類利用豆科91定向基因改造設(shè)想設(shè)想一能否讓禾本科的植物也能夠固定空氣中的氮？能否讓細(xì)菌“吐出”蠶絲？設(shè)想二能否讓微生物產(chǎn)生出人的胰島素、干擾素等珍貴的藥物？設(shè)想三經(jīng)過多年的努力，科學(xué)家于20世紀(jì)70年代創(chuàng)立了可以定向改造生物的新技術(shù)——基因工程。定向基因改造設(shè)想設(shè)想一能否讓禾本科的植物也能夠固定空氣中的92一、基因工程與基因

基因工程是在分子生物學(xué)和分子遺傳學(xué)等學(xué)科綜合發(fā)展的基礎(chǔ)上、于本世紀(jì)70年代誕生的一門嶄新的生物技術(shù)科學(xué)。它的創(chuàng)立和發(fā)展，直接依賴于基因工程或稱分子生物學(xué)的進(jìn)步，兩者之間有著密不可分的聯(lián)系。基因的研究為基因工程的創(chuàng)立奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，基因工程的誕生是基因研究發(fā)展的必然結(jié)果；而基因工程技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，又深刻并有力地影響著基因的研究，使我們對(duì)基因的研究提到了空前的高度。因此，對(duì)基因研究發(fā)展的過成，以及基因的現(xiàn)代概念進(jìn)行一下回顧是十分必要的。一、基因工程與基因基因工程是在分子生物學(xué)和分93二、基因的認(rèn)識(shí)二、基因的認(rèn)識(shí)941866年發(fā)表論文，提出分離規(guī)律和獨(dú)立分配規(guī)律。1900年Mendel遺傳規(guī)律被重新發(fā)現(xiàn)，遺傳學(xué)的元年1866年，孟德爾（JohannGregorMendel，1822－1884）提出了遺傳因子（hereditaryfactor）的概念。他將控制豌豆性狀的遺傳因素稱之為遺傳因子形成了基因的雛形。（1856-1864豌豆雜交實(shí)驗(yàn)）1、基因的發(fā)展過程1866年發(fā)表論文，提出分離規(guī)律和獨(dú)立分配規(guī)律。1900年M951909年，丹麥的遺傳學(xué)家WilhelmLudwig

Johanssen(1859-1927)。根據(jù)希臘語“給予生命”之義，創(chuàng)造了“gene”一詞，并用這個(gè)術(shù)語代替孟德爾的“遺傳因子”。不過他所說的基因并不代表物質(zhì)實(shí)體，而是一種與細(xì)胞的任何可見形態(tài)結(jié)構(gòu)毫無關(guān)系的抽象單位。因此，那時(shí)所指的基因只是遺傳性狀的符號(hào)，還沒有具體涉及基因的物質(zhì)概念。1909年，丹麥的遺傳學(xué)家WilhelmLudwi96

“遺傳因子/基因”的設(shè)想一經(jīng)提出，便推動(dòng)人們?nèi)ふ?，去探?/p>

基因在哪里？基因是什么？“遺傳因子/基因”的設(shè)想一經(jīng)提出，便推動(dòng)人們?nèi)ふ遥ヌ剿?7顯微鏡技術(shù)與染色技術(shù)的發(fā)展，使人們注意到，細(xì)胞分裂時(shí)，尤其是減數(shù)分裂中，染色體的行為和孟德爾提出的等位基因的分離規(guī)律相當(dāng)一致，所以，確定基因在細(xì)胞核中，在染色體上。顯微鏡技術(shù)與染色技術(shù)的發(fā)展，使人們注意到，細(xì)胞分裂時(shí)，尤98第一次將代表某一特定性狀的基因與某一特定的染色體聯(lián)系起來，創(chuàng)立了遺傳的染色體理論。隨后遺傳學(xué)家又應(yīng)用當(dāng)時(shí)發(fā)展的基因作圖（genemapping）技術(shù)，構(gòu)筑了基因的連鎖圖，進(jìn)一步揭示了在染色體載體上基因是按線性順序排列的。。1910年，美國(guó)遺傳學(xué)家摩爾根（ThomasHuntMorgan,1866-1945）以果蠅為研究材料，發(fā)現(xiàn)了連鎖交換定律并提出遺傳粒子學(xué)說。1933第一次將代表某一特定性狀的基因與某一特定的染色體聯(lián)991941年，美國(guó)生化遺傳學(xué)家比德爾(GeorgeWellsBeadle,1903～1989)等通過果蠅復(fù)眼色素的研究和脈孢菌的營(yíng)養(yǎng)缺陷型的研究，證明了基因通過酶起作用，提出了“一個(gè)基因一個(gè)酶”的假說。這一假說揭示了基因的基本功能。他所使用的營(yíng)養(yǎng)缺陷型研究方法，以后被廣泛應(yīng)用于各種代謝途徑和發(fā)育途徑的研究。萊德伯格(JoshuaLederberg)采用大腸桿菌的營(yíng)養(yǎng)缺陷型發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌的遺傳重組，從而開辟了微生物遺傳學(xué)研究的廣闊領(lǐng)域。因此，無論在概念上還是在方法上，“一個(gè)基因一種酶”的假說及工作，是分子生物學(xué)的重要基礎(chǔ)之一。為此，比德爾與泰特姆(EdwardLawrieTatum)以及萊德伯格共同獲得了1958年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。19581941年，美國(guó)生化遺傳學(xué)家比德爾(GeorgeWel100發(fā)現(xiàn)DNA的遺傳功能，始于1928年英國(guó)科學(xué)家格里菲斯（P．Griffith）所做的用肺炎雙球菌感染小鼠的實(shí)驗(yàn)。首次發(fā)現(xiàn)了基因是一類特殊生物分子的證據(jù)。FredericGriffith1879—1941格里菲斯用肺炎球菌做實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)令人驚異的現(xiàn)象：加熱殺死的能致病的S型菌＋不能致病的R型菌→混合→注射到小鼠體內(nèi)→小鼠病死→從死鼠體內(nèi)分離出大量的S型肺炎球菌難道S型致病菌復(fù)活了嗎？這就是著名的“格里菲斯之謎”。發(fā)現(xiàn)DNA的遺傳功能，始于1928年英國(guó)科學(xué)家格里菲斯（101艾弗里等人的實(shí)驗(yàn)說明使細(xì)菌性狀發(fā)生轉(zhuǎn)化的因子是DNA（即脫氧核糖核酸），而不是蛋白質(zhì)或RNA（即核糖核酸）。不僅揭開了“格里菲斯之謎”，并且在世界上第一次證明基因就在DNA上。OswaldTheodoreAvery(1877～1955)1944年，艾弗里首次證實(shí)遺傳物質(zhì)的基礎(chǔ)是DNA，基因位于DNA上。實(shí)驗(yàn)材料是肺炎鏈球菌，他們發(fā)現(xiàn)死去的S型菌并未復(fù)活，而是S型菌的DNA進(jìn)入了R型菌，使其轉(zhuǎn)化為新的S型致病肺炎雙球菌。艾弗里等人的實(shí)驗(yàn)說明使細(xì)菌性狀發(fā)生轉(zhuǎn)化的因子是DNA102美國(guó)微生物學(xué)家阿爾弗雷德·戴·赫爾希（AlfredDayHershey，1908～1997）他們的實(shí)驗(yàn)材料是T2噬菌體實(shí)驗(yàn)證實(shí)，進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞的噬菌體是核酸；進(jìn)而說明，攜帶遺傳信息的是核酸，而不是蛋白質(zhì)。噬菌體的DNA不但包括噬菌體自我復(fù)制的信息，而且包括合成噬菌體蛋白質(zhì)所需要的全部信息。1952年，赫爾希和他的學(xué)生共同發(fā)表報(bào)告，肯定了艾弗里的結(jié)論。此后，再也無人懷疑DNA是遺傳物質(zhì)了。35S－32P－35S標(biāo)記外殼蛋白質(zhì),感染后放射標(biāo)記不進(jìn)入大腸桿菌細(xì)胞32P標(biāo)記DNA,感染后放射標(biāo)記進(jìn)入大腸桿菌細(xì)胞1969美國(guó)微生物學(xué)家阿爾弗雷德·戴·赫爾希（AlfredDa1031953年，F(xiàn)rancisCrick和JamesWatson

創(chuàng)立DNA雙螺旋模型，證實(shí)基因是具有一定遺傳效應(yīng)的DNA片段。用分子結(jié)構(gòu)的特征解釋生命現(xiàn)象最基本問題之一－－基因復(fù)制的機(jī)理，從而使生物學(xué)真正進(jìn)入分子生物學(xué)的新時(shí)代。

1953JamesDeweyWatson，F(xiàn)rancisHarryComptonCrick1953年，F(xiàn)rancisCrick和Jam1041955年，美國(guó)分子遺傳學(xué)家和行為遺傳學(xué)家西摩爾·本澤

（SeymourBenzer）在T4噬菌體的順反互補(bǔ)實(shí)驗(yàn)中，正式使用“順反子（cristron）”這個(gè)術(shù)語，并將順反子與基因在意義上和功能上統(tǒng)一起來。西摩爾·本澤（SeymourBenzer）是參與開創(chuàng)分子生物學(xué)的重要人物，在1950年代用實(shí)驗(yàn)證明基因突變是由于DNA序列的改變導(dǎo)致，并提出每個(gè)生物系學(xué)生都學(xué)過的順反子學(xué)說。1960年代起，他轉(zhuǎn)而以果蠅為材料，研究基因與動(dòng)物行為、發(fā)育的關(guān)系，做出了一系列重大發(fā)現(xiàn)（包括發(fā)現(xiàn)第一種控制動(dòng)物行為的基因——一種控制果蠅生物鐘的基因），使得果蠅這個(gè)經(jīng)典遺傳學(xué)的英雄，在寂寞多年之后，在分子生物學(xué)時(shí)代重新成為熱門的動(dòng)物模型。這些都是影響深遠(yuǎn)的開拓性工作，本澤也獲得了幾乎所有重要的生物醫(yī)學(xué)學(xué)獎(jiǎng)項(xiàng)（拉斯卡獎(jiǎng)、格拉芙獎(jiǎng)、沃爾夫獎(jiǎng)等等），獨(dú)獨(dú)缺一個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)。1955年，美國(guó)分子遺傳學(xué)家和行為遺傳學(xué)家西摩爾·1051961年，法國(guó)巴黎巴斯德研究所的雅各布

（Fran?ois

Jacob）和

莫諾

(JacquesMonod)提出了操縱元（操縱子）的概念，揭示了原核生物基因表達(dá)調(diào)控的重要規(guī)律。

JacquesMonodFran?oisJacobAndreMichelLwoff19651965年，雅各布、爾沃夫（AndreMichelLwoff）和

莫諾“因有關(guān)酶和病毒合成的遺傳調(diào)節(jié)方面的發(fā)現(xiàn)”獲得諾貝爾獎(jiǎng)。1961年，法國(guó)巴黎巴斯德研究所的雅各布

（Fran?106DNA如何儲(chǔ)存并表達(dá)遺傳信息？這個(gè)問題引起了很多物理學(xué)家的興趣，1945年，薛定諤在《生命是什么》一書中提出了遺傳密碼的概念。1954年，物理學(xué)家伽莫夫提出三聯(lián)體密碼的概念。1961年，尼倫伯格和馬太利用三聯(lián)體密碼合成了由笨丙氨酸組成的多肽長(zhǎng)鏈。到1966年，64種遺傳密碼的含義全部得到了解答，形成了一部密碼辭典。DNA如何儲(chǔ)存并表達(dá)遺傳信息？這個(gè)問題引起了很多物理1071961年，美國(guó)生物學(xué)家尼倫伯格（MarshallWarrenNirenberg，1927～）等人成功破譯了遺傳密碼，以無可辯駁的科學(xué)依據(jù)證實(shí)了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的正確性。人們對(duì)遺傳機(jī)制有了更深刻的認(rèn)識(shí)。

1967年發(fā)表了全套的遺傳密碼表。19681961年，美國(guó)生物學(xué)家尼倫伯格（MarshallWa108現(xiàn)在，基因已經(jīng)是以一種真正的分子物質(zhì)呈現(xiàn)在我們面前，再也不是一種神秘成分了?？茖W(xué)家可以像研究其它大分子一樣，客觀地探索基因的結(jié)構(gòu)和功能，并已經(jīng)開始向控制遺傳機(jī)制、防治遺傳疾病、合成生命等更大的造福于人類的工作方向前進(jìn)。2、現(xiàn)代基因概念此后隨著分子生物學(xué)的迅速發(fā)展，人們對(duì)基因的認(rèn)識(shí)不斷深化?，F(xiàn)在，基因已經(jīng)是以一種真正的分子物質(zhì)呈現(xiàn)在我們面前，109移動(dòng)基因（movablegene）又稱為轉(zhuǎn)位因子(transposableelements），由于它可以從染色體基因組上的一個(gè)位置轉(zhuǎn)移到另一個(gè)位置，甚至在不同的染色體之間躍遷，因此又叫做跳躍基因（jumpinggenes），最早在玉米中發(fā)現(xiàn)。它又分為插入序列、轉(zhuǎn)位子、逆轉(zhuǎn)座子。1983芭芭拉.麥克林托克(BarbaraMcClintock,1902-1992)移動(dòng)基因（movablegene）又稱為轉(zhuǎn)位因子(11050年代初,芭芭拉

.麥克林托克在玉米的染色體中發(fā)現(xiàn)了可以改變自身位置的基因，她稱之為“解離因子”。1963年泰勒發(fā)現(xiàn)噬菌體Mu能隨機(jī)地插入細(xì)菌染色體基因組內(nèi)；1966年，貝克威斯等在大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)了可以整合在染色體上、也可游離于染色體外的F因子（性因子）；60年代末，科學(xué)家們?cè)诖竽c桿菌中發(fā)現(xiàn)存在所謂的“插入序列”（IS）；后又在沙門氏菌中發(fā)現(xiàn)了基因的流動(dòng)性（轉(zhuǎn)座子）和抗藥性基因等。1.插入序列（insertionsequence）兩端有短的正向重復(fù)序列（directrepeats，DR）,略長(zhǎng)的反向重復(fù)序列（invertedrepeasts,IR）及1kb左右的編碼區(qū)，僅編碼和轉(zhuǎn)座有關(guān)的轉(zhuǎn)座酶。HostDNAHostDNA50年代初,芭芭拉.麥克林托克在玉米的染色體中發(fā)現(xiàn)了可以改1112.復(fù)合轉(zhuǎn)座子（compositetransponson）3.TnA家族轉(zhuǎn)座子長(zhǎng)約5kb左右，兩端具有IR，而不是IS，中部的編碼區(qū)不僅編碼抗性標(biāo)記,還編碼轉(zhuǎn)座酶和解離酶。transposaseresolvase轉(zhuǎn)位作用a.Replicativetranspositionb.non-replicativetranspositionc.conservativetransposition2.復(fù)合轉(zhuǎn)座子（compositetransponson）1124.逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子(Retrotransposon/retroposon)Retroposonformation4.逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子(Retrotransposon/retro113斷裂基因（splitgene）1993(美國(guó))理查德·羅伯茨(RichardJ.Roberts)和

菲利浦·夏普(PhillipA.Sharp)在腺病毒(adenovirus)中發(fā)現(xiàn)一個(gè)基因可以被分開成幾個(gè)單位（splitgene）。

指編碼序列不連續(xù)的間斷基因PhillipA.Sharp

RichardJ.Roberts

斷裂基因（splitgene）1993(美國(guó))理查德·1141977年M．T．道爾等首次發(fā)現(xiàn)卵清蛋白基因是不連續(xù)的，在基因內(nèi)部插入了7個(gè)沒有編碼意義的DNA片段。雞卵清蛋白mRNA與DNA雜交實(shí)驗(yàn)S1核酸酶作圖法測(cè)定斷裂基因中的間隔子1977年M．T．道爾等首次發(fā)現(xiàn)卵清蛋白基因是不連續(xù)的，115類似于基因但不表達(dá)的DNA序列,常用ψ表示。不表現(xiàn)任何功能，是基因的退化形式。假基因在基因組中形成穩(wěn)定的和無活性的拷貝，由活化的原始基因突變而來，這是因?yàn)榇嬖谥谀硞€(gè)階段傷及基因表達(dá)的一種或多種缺陷（入啟動(dòng)子錯(cuò)誤、有缺陷的剪接信號(hào)、框架中有終止信號(hào)等）之故。一旦不能產(chǎn)生正常的基因產(chǎn)物，就失去了對(duì)發(fā)生進(jìn)一步突變的選擇性屏障作用，因此典型的假基因都有很多缺陷。某些假基因有3‘-多聚A尾巴及準(zhǔn)確地切掉了內(nèi)含子，因而與mRNA類似，被認(rèn)為是源自插入基因組的逆轉(zhuǎn)錄體（可能由某些病毒攜帶）。假基因（pseudogene）類似于基因但不表達(dá)的DNA序列,常用ψ表示。不表現(xiàn)116第一章基因工程概論課件117這類假基因沒有與“親本基因”連鎖，而且其結(jié)構(gòu)是同轉(zhuǎn)錄本而非“親本基因”類似。加工的假基因與轉(zhuǎn)錄本都沒有啟動(dòng)子和內(nèi)含子，3’端都有poly（A）尾巴。

許多假基因都是同親本基因（parentalgene）連鎖的，而且同其編碼區(qū)及側(cè)翼序列的DNA具有很高的同源性。人的α－及β－珠蛋白基因簇重復(fù)的假基因（repeatedpseudogene）加工的假基因（processedpseudogene）這類假基因沒有與“親本基因”連鎖，而且其結(jié)構(gòu)是同轉(zhuǎn)118人金屬硫蛋白功能基因Mt-ⅡA與無功能的加工的假基因Mt-ⅡB的結(jié)構(gòu)比較細(xì)胞質(zhì)mRNA反轉(zhuǎn)錄作用形成加工的假基因人金屬硫蛋白功能基因Mt-ⅡA與細(xì)胞質(zhì)mRNA反轉(zhuǎn)錄作用形成119重復(fù)基因（repeatedgenes）單拷貝或低度重復(fù)序列（＜10個(gè)拷貝）包括大多數(shù)編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因和基因間間隔序列中度重復(fù)序列（10到幾百個(gè)拷貝）特點(diǎn)：重復(fù)單位序列相似，但不完全一樣；散在分布于基因組中；序列的長(zhǎng)度和拷貝數(shù)非常不均一；中度重復(fù)序列一般具有種屬特異性，可作為DNA標(biāo)記分類：中度重復(fù)序列可能是轉(zhuǎn)座元件(返座子)長(zhǎng)散在重復(fù)序列(long

interspersed

repeated

segments)

LINEs：長(zhǎng)度>1Kb(可達(dá)7Kb),拷貝數(shù)104-105，如人LINEl短散在重復(fù)序列(Short

interspersed

repeated

segments)

SINES：長(zhǎng)度<500bp，拷貝數(shù)>105.如人Alu序列

重復(fù)基因（repeatedgenes）單拷貝或低度重復(fù)序120高度重復(fù)序列（幾百個(gè)拷貝到幾百萬個(gè)拷貝）衛(wèi)星DNA(Satellite

DNA)高度重復(fù)序列（幾百個(gè)拷貝到幾百萬個(gè)拷貝）衛(wèi)星DNA1211977年,英國(guó)生物化學(xué)家弗雷德里克·桑格(FrederickSanger)等在噬菌體中發(fā)現(xiàn)重疊基因，即某一段核苷酸序列同時(shí)為兩個(gè)基因編碼。后來在其它病毒以及細(xì)菌和果蠅等生物中也發(fā)現(xiàn)了重疊基因，一段DNA序列為兩個(gè)或三個(gè)基因所共用，或者一個(gè)小基因位于一個(gè)大基因之內(nèi)。重疊基因是生物體合理而又經(jīng)濟(jì)地利用自身DNA的一種絕妙方式，它的發(fā)現(xiàn)打破了基因是彼此分離的傳統(tǒng)觀念。重疊基因（overlappinggenes）

或嵌套基因（nestedgenes）

1977年,英國(guó)生物化學(xué)家弗雷德里克·桑格(Fred1221979年S．那卡尼施等發(fā)現(xiàn)多個(gè)基因編碼一條多肽鏈。例如有些病毒可以由一段DNA序列轉(zhuǎn)錄出一條mRNA分子，然后翻譯出一條多肽鏈，最后這條多肽鏈被切割成多個(gè)有生物功能的肽鏈。有多少個(gè)功能肽鏈產(chǎn)生，對(duì)應(yīng)的DNA序列就應(yīng)當(dāng)含有多少個(gè)基因。這種多個(gè)基因編碼一條多肽鏈的現(xiàn)象，不符合“一個(gè)基因決定一條多肽鏈”的普遍原則，使基因的定義更加復(fù)雜化。不編碼蛋白質(zhì)的基因在蛋白質(zhì)合成過程中需要兩類RNA分子的參與，一類是核糖體RNA（rRNA）。另一類是轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（tRNA）。編碼這兩類RNA分子的DNA序列稱為RNA基因，或者分別稱為rRNA基因和tRNA基因。這樣看來，把基因定義為編碼一條多肽鏈的DNA序列顯然不夠全面。1979年S．那卡尼施等發(fā)現(xiàn)多個(gè)基因編碼一條多肽鏈。123U-insertionintheRNAofTrypanosomes隱蔽（匿）基因自1985年以來，在某些病毒、植物和動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)，mRNA前體在成熟過程中發(fā)生了堿基的增加、缺失或智換，mRNA與基因之間失去了一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。這一現(xiàn)象首先在原生動(dòng)物錐蟲中發(fā)現(xiàn)，并稱之為RNA編輯。這種需要編輯才能正常表達(dá)的基因稱為隱蔽基因。隱蔽基因的發(fā)現(xiàn)使對(duì)基因的準(zhǔn)確定義更加困難。U-insertionintheRNAofTryp124從上述基因研究的進(jìn)展可以看出，基因不僅在功能上多種多樣，在結(jié)構(gòu)上也是五花八門，因此，給它下一個(gè)非常準(zhǔn)確和永遠(yuǎn)適用的定義是相當(dāng)困難的。根據(jù)目前所掌握的知識(shí)，從分子生物學(xué)的角度，可以把基因定義為“能夠表達(dá)出一個(gè)有功能的多肽鏈或功能RNA分子的核酸序列”。這個(gè)定義較確切地表述了基因的本質(zhì)和功能，已經(jīng)被絕大多數(shù)學(xué)者所接受。隨著時(shí)間的推移，今后還可能有新的突破，出現(xiàn)新的基因概念。

總的趨勢(shì)是基因概念正經(jīng)歷著從穩(wěn)定到動(dòng)態(tài)的變化?；蚋拍畹难葑儽貙⒋龠M(jìn)生命科學(xué)的發(fā)展，深化人們對(duì)生命規(guī)律的認(rèn)識(shí)，更好地為人類服務(wù)。

從上述基因研究的進(jìn)展可以看出，基因不僅在功能上多種多125基因的特點(diǎn):1.不同基因具有相同的物質(zhì)基礎(chǔ)2.基因是可以切割的3.基因是可以轉(zhuǎn)移的4.多肽與基因之間存在對(duì)應(yīng)關(guān)系5.遺傳密碼是通用的6.基因可以通過復(fù)制把遺傳信息傳遞給下一代基因的特點(diǎn):1.不同基因具有相同的物質(zhì)基礎(chǔ)2.基因是可以126三、基因工程的誕生三、基因工程的誕生127理論上的三大發(fā)現(xiàn)：

發(fā)現(xiàn)了生物的遺傳物質(zhì)是DNA

發(fā)現(xiàn)了DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)和半保留復(fù)制機(jī)理

發(fā)現(xiàn)了遺傳信息的傳遞方式

基因工程的準(zhǔn)備階段理論上的三大發(fā)現(xiàn)：

發(fā)現(xiàn)了生物的遺傳物質(zhì)是DNA

發(fā)現(xiàn)了128由于基因工程是一門內(nèi)容廣泛、綜合性的生物技術(shù)學(xué)科，在60年代科學(xué)發(fā)展的水平下真正實(shí)施基因工程，還存在許多問題，特別是在技術(shù)方面。生物有機(jī)體，尤其是具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的真核生物，其DNA含量是十分龐大的。DNAcontentofthehaploidgenomeisrelatedtothemorphologicalcomplexityoflowereukaryotes,butvariesextensivelyamongthehighereukaryotes.TherangeofDNAvalueswithinaphylumisindicatedbytheshadedarea.由于基因工程是一門內(nèi)容廣泛、綜合性的生物技術(shù)學(xué)科，在129技術(shù)上的三大發(fā)明：1967發(fā)現(xiàn)了DNA連接酶；1970Khorana實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)T4噬菌體DNA連接酶；1972建立雙鏈DNA的連接方法。3.基因工程的載體:Geneticengineeringvector19722.限制性核酸內(nèi)切酶的發(fā)現(xiàn):Restrictionenzyme19701.DNA連接酶的發(fā)現(xiàn):DNAligase1967獨(dú)立于染色體外的遺傳因子：細(xì)菌的性因子—F因子;抗藥性因子（R）;大腸桿菌素因子（COE）技術(shù)上的三大發(fā)明：1967發(fā)現(xiàn)了DNA連接酶；3.基因工程1301978The1978NobelPrizeinphysiologyormedicinewassharedbythreescientists:HamiltonO.Smith(1931-)andDanielNathans(1928-)oftheUnitedStatesandWernerArber(1929-)ofSwitzerland.Theyreceivedtheprizefortheircontribution“tothedevelopmentofrestrictionendonucleasesWernerArber,HamiltonO.Smith,DanielNathansSmith和Wilcox（1970）在流感嗜血桿菌(Haemo-pilusinfluenzae)中分離純化了限制性內(nèi)切酶HindII；Boyer實(shí)驗(yàn)室（1972）發(fā)現(xiàn)核酸內(nèi)切酶EcoRI。GO1978The1978NobelPrizeinph1311970年，Baltimore等和Temin等各自發(fā)現(xiàn)了反轉(zhuǎn)錄酶，完善了中心法則，使真核基因的制備成為了可能。相關(guān)技術(shù)1960s發(fā)明了瓊脂糖凝膠電泳，可將不同長(zhǎng)度的DNA分離開。1975年F.Sanger、A.Maxam和W.Gilbert發(fā)明了DNA快速測(cè)序技術(shù)。感受態(tài)體系的建立：1970年M.Mandel和A.Higa發(fā)現(xiàn)經(jīng)過氯化鈣處