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..,基因工程原理與操作,,.,..,學(xué)習(xí)內(nèi)容,第一章 緒論 第二章 基因工程工具酶 第三章 基因工程載體 第四章 核酸操作的基本技術(shù) 第五章 聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng) 第六章 基因文庫的構(gòu)建與目的基因獲得,.,..,學(xué)習(xí)內(nèi)容,第七章 DNA體外重組與基因轉(zhuǎn)移 第八章 重組子的篩選與鑒定 第九章 外源基因的表達 第十章 生物信息學(xué) 第十一章 基因工程規(guī)則、安全性及專利,.,..,基本要求,了解基因工程的發(fā)展歷史及意義。 掌握基因克隆的工具及基本方法。 了解怎樣利用基因重組技術(shù)研究基因的結(jié)構(gòu)、表達和調(diào)控。 能夠設(shè)計一個基因克隆的程序。 利用基因工程生產(chǎn)重組蛋白。,.,..,學(xué)習(xí)資料,教材 ?基因工程原理與應(yīng)用? 陳宏 2003 中國農(nóng)業(yè)出版社 參考書 ?基因工程原理? 吳乃虎 1999 科學(xué)出版社 ?分子克隆實驗指南? J. Sambtook EF Frish T Maniatis； 金冬雁 等譯 科學(xué)出版社,.,..,考核要求,期末閉卷考試，占總成績70%。 課堂提問及出勤，占總成績30% 。,.,..,第一章 緒 論,問題 什么是基因工程？ 基因工程是如何發(fā)展形成的？ 基因工程的研究內(nèi)容是什么？ 基因工程發(fā)展前景如何？,.,..,第一節(jié) 基因工程的概念,基因工程（基因操作），分子生物學(xué)、分子遺傳學(xué)等學(xué)科基礎(chǔ)上，20世紀(jì)70年代誕生一門嶄新的生物技術(shù)科學(xué)。 基因工程 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胞內(nèi)，而能持續(xù)穩(wěn)定的繁殖。,.,..,,基因工程發(fā)展至今30多年的歷史，所使用的名詞術(shù)語還未統(tǒng)一。文獻中常見的有 遺傳工程（genetic engineering） 基因工程（gene engineering） 基因操作（gene manipulation） 重組DNA技術(shù)（recombinant DNA technique） 基因克?。╣ene cloning） 分子克?。?molecular cloning ）,.,..,第二節(jié) 基因工程的誕生與發(fā)展,一、基因工程誕生的理論基礎(chǔ) 基因工程 1973 無數(shù)科學(xué)家 智慧與勞動,.,..,（一）理論上的三大發(fā)現(xiàn),證實了DNA是遺傳物質(zhì) ① 基因?qū)W說的創(chuàng)立 ② 基因與DNA物質(zhì),.,..,,,現(xiàn)代遺傳學(xué)之父，奧地利生物學(xué)家格雷戈爾·孟德爾（Johann Gregor Mendel，1822～1884）并未描述過基因，也沒有觀測到基因以及使用基因這個詞。但這位奧地利傳教士發(fā)現(xiàn)了遺傳定律，他通過繁育豌豆，畫出其結(jié)果圖，就得出了卓越的結(jié)論。,.,..,1900年，成為遺傳學(xué)史乃至生物科學(xué)史上劃時代的一年，來自三個國家的三位學(xué)者同時獨立地“重新發(fā)現(xiàn)”孟德爾遺傳定律，他們是荷蘭的德弗里斯(Hugo De Vries)、德國的柯靈斯(Carl Erich Correns)和澳大利亞的契馬克(Erich von Tschermak-Seysenegg)。遺傳學(xué)進人了孟德爾時代。,1909年，丹麥生物學(xué)家約翰遜 根據(jù)希臘文“給予生命”之義，創(chuàng)造了基因（gene）一詞，并用這個術(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)實體，而是一種與細胞的任何可見形態(tài)結(jié)構(gòu)毫無關(guān)系的抽象單位。,.,..,果蠅是上帝專門為摩爾根創(chuàng)造的 美國遺傳學(xué)家摩爾根（Thomas Hunt Morgan，1866～1945）對基因?qū)W說的建立作出了卓越的貢獻。1915年至1928年，他和他的助手以果蠅作為實驗材料，第一次將代表某一特定性狀的基因，同某一特定的染色體聯(lián)系了起來，創(chuàng)立了遺傳的染色體理論。,.,..,基因的化學(xué)本質(zhì)就是DNA分子 加拿大生物化學(xué)家艾弗里（Oswald Theodore Avery，1877～1955 ）。1945年，他和他的合作者在紐約進行細菌轉(zhuǎn)化的研究（下圖），實驗材料是肺炎鏈球菌，結(jié)果說明，使細菌性狀發(fā)生轉(zhuǎn)化的因子是DNA，而不是蛋白質(zhì)或RNA。 這一重大的發(fā)現(xiàn)轟動了整個生物界，在遺傳學(xué)理論上樹起了全新的觀點，即DNA分子是遺傳信息的載體。,.,..,當(dāng)人們?yōu)榘ダ锏膶嶒灦ち覡幷摃r，美國微生物學(xué)家赫爾希（Alfred Day Hershey，1908～1997）等人在考慮，能否將蛋白質(zhì)和DNA完全分開，單獨觀察DNA的作用呢？他們的實驗材料是T2噬菌體。實驗證實，進入細菌細胞的噬菌體是核酸；進而說明，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。,美國冷泉港卡內(nèi)基遺傳學(xué)實驗室,.,..,（一）理論上的三大發(fā)現(xiàn),揭示了DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型和半保留復(fù)制機理 ① 雙螺旋結(jié)構(gòu) 是雙鏈、三鏈還是四鏈？三螺旋還是雙螺旋？ ② 半保留復(fù)制,.,..,1953年，最偉大的模型——DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型被提出來了，兩位創(chuàng)立者是美國生物化學(xué)家沃森和英國生物物理學(xué)家克里克。這一模型的建立，揭開了生物遺傳信息傳遞的秘密，從遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)變化的角度解釋了遺傳性狀突變的原因，并標(biāo)志著遺傳學(xué)完成了由“經(jīng)典”向“分子”時代的過渡。,ＤＮＡ雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)５０年來，生命的很多秘密已經(jīng)被解開，但剩下的秘密更多。一切不過只是剛剛開始?！敖裉毂任移鸩降臅r候有更多的新的疆域，”沃森在接受美國《時代》周刊采訪時曾表示，“未來幾百年中，還會有足夠多的問題需要人們?nèi)?yīng)對?！?.,..,1957年，當(dāng)時在Caltech作研究生的 Meselson和作博士后的Stahl設(shè)計并實現(xiàn)了這組著名的，證明了DNA復(fù)制半保留機理的實驗。,.,..,（一）理論上的三大發(fā)現(xiàn),遺傳密碼的破譯和遺傳信息傳遞方式的確定 ① 遺傳密碼 ----生命的語言 數(shù)學(xué)推理階段和實驗研究階段 ② 中心法則 ----生命信息的傳遞 第一階段和第二階段,.,..,1954 年 俄裔美國物理學(xué)家伽莫夫提出蛋白質(zhì)的遺傳密碼是由 3 個堿基的排列組合而成的假說。 1961年，美國生物學(xué)家尼倫伯格（Marshall Warren Nirenberg，1927～）（左圖）等人成功破譯了遺傳密碼，以無可辯駁的科學(xué)依據(jù)證實了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的正確性。,有關(guān)遺傳密碼的幾個問題 “密碼比” “密碼是否重疊” “相鄰的2個三聯(lián)體之間是否存在（逗號）”,.,..,遺傳密碼表,霍拉納(1922 ～ ) （右圖）美國生物化學(xué)1960～1966年，破譯了mRNA的全部基因密碼，并在蛋白質(zhì)合成機制、信使核糖核酸等方面取得了重要研究成果。,.,..,,在遺傳學(xué)上，我們把遺傳信息的流動方向叫做信息流。 信息流的方向可以用科學(xué)家克里克提出的“中心法則”來表示。 科學(xué)是永無止境的，它是一個永恒之謎?！獝垡蛩固?.,..,（二）技術(shù)上的三大發(fā)明,限制性核酸內(nèi)切酶的發(fā)現(xiàn)與DNA的切割,內(nèi)森斯使用II型限制性內(nèi)切酶首次完成了對基因的體外切割。他們的研究成果為人類在分子水平上實現(xiàn)人工基因重組提供了有效的技術(shù)手段。,1965年阿爾伯首次從理論上提出了生物體內(nèi)存在著一種具有切割基因功能的限制性內(nèi)切酶，并于1968年成功分離出I型限制性內(nèi)切酶。,1970年史密斯分離出了II型限制性內(nèi)切酶,.,..,（二）技術(shù)上的三大發(fā)明,DNA連接酶的發(fā)現(xiàn)與DNA片斷的連接,1967年在世界上有5個實驗室?guī)缀跬瑫r發(fā)現(xiàn)了DNA連接酶。1970年當(dāng)時在Wisconsin大學(xué)的一個實驗小組，發(fā)現(xiàn)T4DNA連接酶具有更高的連接活性。到了1972年底，人們已經(jīng)掌握了好幾種連接雙鏈DNA分子的方法。,.,..,（二）技術(shù)上的三大發(fā)明,基因工程載體的研究與應(yīng)用,.,..,二、基因工程的誕生,20世紀(jì)70年代初期，理論和技術(shù)層面已具備開展DNA重組工作的條件。 1972年， Stanford的P. Berg博士領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，率先完成了世界上第一次成功的DNA體外重組實驗。 1973年，Stanford的Cohen等成功地利用體外重組實現(xiàn)了細菌間性狀的轉(zhuǎn)移。 1973年被定為基因工程誕生的元年。,.,..,第三節(jié) 基因工程研究的主要內(nèi)容,一、基因工程研究的主要內(nèi)容 基礎(chǔ)研究 克隆載體的研究 受體系統(tǒng)的研究 目的基因的研究 生物基因組學(xué)研究 應(yīng)用研究,.,..,,二、基因工程的基本操作程序,.,..,第四節(jié) 基因工程的意義與發(fā)展前景,基因工程可以繞過遠緣有性雜交的困難，使基因在微生物、植物、動物之間交流，迅速并定向的獲得人類需要的新的生物類型 。 概括地講，其意義體現(xiàn)在以下三個方面： 大規(guī)模的生產(chǎn)生物分子 設(shè)計構(gòu)建新物種 搜尋、分離和鑒定生物體尤其是人體內(nèi)的遺傳信息。,基因工程的意義,.,..,主要基因工程產(chǎn)品的研制、開發(fā)、上市時間,.,..,.,..,.,..,.,..,基因工程的發(fā)展前景,1976年，世界上第一個基因公司在美國成立，“Genetech”注冊登記，意味著基因工程的實際應(yīng)用已跨入商業(yè)運作的門檻。 生物工程從此進入產(chǎn)業(yè)化，生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)是當(dāng)今世界經(jīng)濟中最富有活力的先導(dǎo)性、戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè) 由于重組DNA技術(shù)的突破，生物技術(shù)的應(yīng)用已遍及農(nóng)業(yè)、食品、醫(yī)藥、衛(wèi)生、化工、環(huán)保、資源、能源、海洋開發(fā)等各個領(lǐng)域，為解決人類的食物、健康、資源、能源、環(huán)境等重大問題發(fā)揮了重要作用。,.,..,,中國生物技術(shù)已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)，但發(fā)展中依然存在問題，現(xiàn)在急需進行產(chǎn)業(yè)整合。 一是產(chǎn)業(yè)規(guī)模太??； 二是產(chǎn)品缺乏創(chuàng)新； 三是科研手段落后； 四是生產(chǎn)裝備落后。,.,..,,思考題 什么是基因工程？ 基因工程誕生的理論和技術(shù)基礎(chǔ)是什么？ 基因工程研究的內(nèi)容是什么？ 基因工程的一般操作步驟是什么？,.,..,,,謝謝大家！,.,