第01章 基因工程緒論

基因工程

李桂蘭

2011.3Howmuchdoyouknowabouttransgenic？轉入紫羅蘭基因的玫瑰（日本）臺灣國立大學吳信志博士與轉綠色熒光基因豬親密無間圖：轉基因獼猴（左）和普通獼猴下圖：在特殊光源下，轉基因獼猴（左）通體呈現(xiàn)綠色，這是由它體內的綠色熒光蛋白所致。中科院昆明動物研究所季維智治療遺傳疾病美國醫(yī)學家W·F·安德森等人對腺甘脫氨酶缺乏癥（ADA缺乏癥）的基因治療，是世界上第一個基因治療成功的范例。成功的范例（1990）治愈的女孩治療方法能實現(xiàn)嗎？長棉花的羊轉基因飛機能長出塑料草？

能使體內的多糖和淀粉可以直接轉化為顆粒狀塑料的轉基因柳枝稷。

（美國馬薩諸塞州Metabolix的生物塑料公司）

轉基因桂花樹，金元素在桂花樹上得到了強化秋天，桂花綻放的時候，人們看到的不僅是金燦燦的花，還是實打實的金子……桂花樹長出金子黃金樹的傳說Treesofgold

人造生命“一個新時代到來”

“人造兒”的人造細菌內核美國生物學家克雷格文特爾制造生命的過程視頻：基因研究獲突破人造生命有望出現(xiàn)第一章概論生物工程、生物技術基因工程的概念基因工研究的主要內容原理基本步驟基因克隆需要的工具和技術基因工程的發(fā)展史理論上的三大發(fā)現(xiàn)技術上的三大發(fā)現(xiàn)發(fā)展過程中的重大事件基因工程的意義1.生物工程等概念生物工程(bioengineering)有時也稱生物技術(biotechnology)：是指人們以現(xiàn)代生命科學為基礎，結合其它基礎科學的原理，采用先進的工程技術手段，按照預先設計,改造生物體或加工生物原料，為人類生產出所需產品或達到某種目的。生物工程遺傳工程：(geneticengineering)基因工程(geneengineering)細胞工程(cellengineering):酶工程（enzymeengineering)發(fā)酵工程（fermentationengineering)蛋白質工程（proteinengineering)本課程的地位：現(xiàn)代科技革命高新技術生物技術基因工程基因克隆中國的生物技術大發(fā)展

2008年7月9日，國務院總理溫家寶主持召開國務院常務會議，審議并原則通過轉基因生物新品種培育科技重大專項。這一專項將主要分為技術研發(fā)、安全管理和商業(yè)化三大部分，專項經(jīng)費200億元。主要研究對象包括水稻、小麥、玉米、棉花等主要農作物，以及豬、牛、羊等主要牲畜。

轉基因生物新品種培育科技重大專項是《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）》確定的未來15年力爭取得突破的16個重大科技專項之一。

2.基因工程的基本內容

2.1基因工程的概念基因工程(geneticengineering)是指運用DNA體外重組方法進行基因操作，按人們需要改變生物遺傳特性的生物技術。廣義基因工程：DNA重組技術的產業(yè)化設計與應用。上游技術：外源基因克隆、重組和表達的設計與構建（狹義基因工程）下游技術：含有外源基因的生物細胞（基因工程菌或細胞）的大規(guī)模培養(yǎng)以及外源基因的表達、分離、純化過程。genemanipulation,

genecloning,

recombinantDNAtechnology,geneticmodification,

newgenetics,

molecularagriculture1.什么叫基因？2.基因、DNA、染色體之間是怎樣的關系？3.遺傳信息是如何表達的？

思考DNA的結構：DNA的雙螺旋結構(1953年由Watson和Crick)。1962年獲獎基因的概念指控制生物某種遺傳性狀的DNA序列單位，分結構基因和調控基因?；虻慕Y構（原核細胞）

非編碼區(qū)

非編碼區(qū)

編碼區(qū)編碼區(qū)下游編碼區(qū)上游

RNA聚合酶結合位點

調控遺傳信息的表達

RNA聚合酶能夠識別調控序列中的結合位點，并與其結合。轉錄開始后，RNA聚合酶沿DNA分子移動，并與DNA分子的一條鏈為模板合成RNA。轉錄完畢后，RNA鏈釋放出來，緊接著RNA聚合酶也從DNA模板鏈上脫落下來。真核細胞的基因結構編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)與RNA聚酶結合位點內含子

外顯子

啟動子終止子編碼區(qū)上游

編碼區(qū)下游

外顯子:能夠編碼蛋白質的序列叫做外顯子

內含子:

不能夠編碼蛋白質的序列叫做內含子

中心法則(centroldogma)：1953年由Watson和Crick提出。

復制

轉錄翻譯

DNA

DNA

mRNA

蛋白質

逆轉錄1970年美國病毒學家特明、美國病毒學家巴爾的摩發(fā)現(xiàn)了“逆轉錄酶”，揭示了生物遺傳中存在著由RNA形成DNA的過程，發(fā)展和完善了“中心法則”。

基因工程與分子生物學的關系分子生物學是基因工程的理論基礎，是分子生物學理論實踐中的應用而分子生物學的發(fā)展有受到基因工程的強勁推動2.2基因工程的基本操作程序目的基因的獲得重組子的構建遺傳轉化重組克隆的篩選提取擴增了的基因構建表達載體進行遺傳轉化轉化子的檢測及表達基因工程菌或細胞的大規(guī)模培養(yǎng)以及外源基因的表達、分離、純化過程?；蚩寺∩嫌渭夹g下游技術基因克隆的基本步驟2.3基因克隆需要特殊的工具和技術運輸工具：細菌質粒病毒染色體DNA操作技術純化DNA 剪切DNA分子分析DNA片段大小連接DNA分子將DNA轉入受體細胞重組子的鑒定2.4基因工程的基本操作內容

1.

利用載體DNA在受體細胞中獨立于染色體DNA而自主復制的特性與載體分子重組，通過載體分子的擴增提高外源基因在受體細胞中的劑量，借此提高宏觀表達水平。2.篩選、修飾和重組啟動子、增強子、終止子等基因的轉錄調控元件。3.選擇、修飾和重組核糖體結合位點及密碼子等mRNA的翻譯調控元件，強化受體細胞中蛋白質的生物合成過程。4.工程菌（微型生物反應器）的穩(wěn)定生產及增殖

分子遺傳學分子生物學生化工程學基因工程原理的三大基石3.基因工程的發(fā)展史基因工程的誕生3.1理論上的三大發(fā)現(xiàn)證明了生物的遺傳物質是DNA（是基因工程的先導）DNA的雙螺旋結構和半保留復制及三聯(lián)體密碼的破譯遺傳信息的傳遞方式（中心法則）霍拉納(1922～)印度