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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(dá) 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(dá)和調(diào)控。 能夠設(shè)計(jì)一個(gè)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(shí)驗(yàn)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(xì)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(xiàn)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） 基因克隆（gene 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(dòng),.,..,（一）理論上的三大發(fā)現(xiàn),證實(shí)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?duì)枴っ系聽枺↗ohann 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(gè)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(shí)代的一年，來自三個(gè)國家的三位學(xué)者同時(shí)獨(dú)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(jìn)人了孟德爾時(shí)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(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。,.,..,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(duì)基因?qū)W說的建立作出了卓越的貢獻(xiàn)。1915年至1928年，他和他的助手以果蠅作為實(shí)驗(yàn)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(jìn)行細(xì)菌轉(zhuǎn)化的研究（下圖），實(shí)驗(yàn)材料是肺炎鏈球菌，結(jié)果說明，使細(xì)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(dòng)了整個(gè)生物界，在遺傳學(xué)理論上樹起了全新的觀點(diǎn)，即DNA分子是遺傳信息的載體。,.,..,當(dāng)人們?yōu)榘ダ锏膶?shí)驗(yàn)而激烈爭論時(shí)，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(dú)觀察DNA的作用呢？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。,美國冷泉港卡內(nèi)基遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)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(jī)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(shí)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(shí)候有更多的新的疆域，”沃森在接受美國《時(shí)代》周刊采訪時(shí)曾表示，“未來幾百年中，還會(huì)有足夠多的問題需要人們?nèi)?yīng)對(duì)。”,.,..,1957年，當(dāng)時(shí)在Caltech作研究生的 Meselson和作博士后的Stahl設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了這組著名的，證明了DNA復(fù)制半保留機(jī)理的實(shí)驗(yàn)。,.,..,（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(shí)驗(yàn)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(gè)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(shí)了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的正確性。,有關(guān)遺傳密碼的幾個(gè)問題 “密碼比” “密碼是否重疊” “相鄰的2個(gè)三聯(lián)體之間是否存在（逗號(hào)）”,.,..,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(jī)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(dòng)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(gè)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(duì)基因的體外切割。他們的研究成果為人類在分子水平上實(shí)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(gè)實(shí)驗(yàn)室?guī)缀跬瑫r(shí)發(fā)現(xiàn)了DNA連接酶。1970年當(dāng)時(shí)在Wisconsin大學(xué)的一個(gè)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)。 1973年，Stanford的Cohen等成功地利用體外重組實(shí)現(xiàn)了細(xì)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(yuǎn)緣有性雜交的困難，使基因在微生物、植物、動(dòng)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(gè)方面： 大規(guī)模的生產(chǎn)生物分子 設(shè)計(jì)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(shí)間,.,..,.,..,.,..,.,..,基因工程的發(fā)展前景,1976年，世界上第一個(gè)基因公司在美國成立，“Genetech”注冊登記，意味著基因工程的實(shí)際應(yīng)用已跨入商業(yè)運(yùn)作的門檻。 生物工程從此進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化，生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)是當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)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(gè)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(jìn)行產(chǎn)業(yè)整合。 一是產(chǎn)業(yè)規(guī)模太小； 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！,.,