基因工程概述91周课件.ppt

第二节第二节 基因工程研究发展史基因工程研究发展史 一、基因工程准备阶段一、基因工程准备阶段•19441944年美国微生物学家年美国微生物学家 Avery Avery及其同事通过转化实及其同事通过转化实验，验，证实遗传物质是证实遗传物质是DNADNA（基因载体）基因载体）•19531953年，年，WatsonWatson（美国）和（美国）和CrickCrick（英国）提出了（英国）提出了DNADNA双螺旋结构模型双螺旋结构模型,DNA,DNA双螺旋中两条链的碱基具双螺旋中两条链的碱基具有互补的特点，预示了有互补的特点，预示了DNADNA复制是半保留复制复制是半保留复制, ,同时同时指出遗传信息储存在指出遗传信息储存在DNADNA分子碱基序列之中分子碱基序列之中基因工程概述91周课件Francis Crick & James WatsonFrancis Crick & James Watson基因工程概述91周课件•““中心法则中心法则””19581958年年CrickCrick在在DNADNA双螺旋学说基础上提出双螺旋学说基础上提出基因工程概述91周课件•遗传密码的破译遗传密码的破译。

19611961年年NirenbergNirenberg用人工合成用人工合成mRNAmRNA破破译出第一个遗传密码到译出第一个遗传密码到19691969年确定全部遗传密码，人们年确定全部遗传密码，人们了解了大多数生物遗传信息表达的规律从遗传密码表了解了大多数生物遗传信息表达的规律从遗传密码表中我们可以看到中我们可以看到mRNAmRNA中每中每3 3个核苷酸组成一个密码子，个核苷酸组成一个密码子，体现一个氨基酸的信息体现一个氨基酸的信息•遗传密码的通用性遗传密码的通用性在在6464个密码子中，其中个密码子中，其中6161个分别代个分别代表各种氨基酸，剩余的表各种氨基酸，剩余的3 3个密码子个密码子(UAA(UAA、、UAGUAG、、UGA)UGA)为肽为肽链的终止信号链的终止信号, ,不代表任何氨基酸不代表任何氨基酸, ,这套密码从细菌到人这套密码从细菌到人都可通用都可通用基因工程概述91周课件基因工程概述91周课件•遗传密码的例外遗传密码的例外 19861986年报道年报道UGAUGA代表代表selenocysteine(selenocysteine(硒代半胱氨酸硒代半胱氨酸) ) 。

20022002年报年报道在道在Archaea(Archaea(产甲烷菌的甲胺甲基转移酶中发产甲烷菌的甲胺甲基转移酶中发现现 ) )和真菌中发现和真菌中发现UAGUAG可能是编码第可能是编码第2222种氨基种氨基酸酸pyrrolysine(pyrrolysine(吡咯赖氨酸吡咯赖氨酸）的密码子的密码子基因工程概述91周课件•20世纪世纪60年代末至年代末至70年代初，年代初，限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶和连接酶等陆续被发现和连接酶等陆续被发现,有了进行有了进行DNA操作基本工操作基本工具具,使使DNA进行体外切割和连接成为可能进行体外切割和连接成为可能•1972年美国斯坦福大学年美国斯坦福大学Berg博士博士领导的研究组用领导的研究组用EcoRI在体外对在体外对猿猴病毒猿猴病毒SV40的的DNA和和λ噬菌体噬菌体DNA分别酶切分别酶切,然后用然后用T4 DNA连接酶连接酶将两种酶切将两种酶切片段连接，结果获得了片段连接，结果获得了SV40和和λ噬菌体噬菌体DNA的重的重组组DNA分子，成功完成了分子，成功完成了世界上第一次世界上第一次DNA体外体外重组实验重组实验，并因此与，并因此与Gilbert、、Sanger分享分享1980年年度度诺贝尔化学奖。

诺贝尔化学奖基因工程概述91周课件1972 - Paul Berg1972 - Paul Berg :Produced first recombinant DNA using Produced first recombinant DNA using EcoEcoRIRIEcoEcoRI recognition sitesRI recognition sitesλ λ phage DNAphage DNAEcoEcoRI cuts DNA into fragmentsRI cuts DNA into fragmentsSticky endSticky endSV40 DNASV40 DNA（猴空泡病毒（猴空泡病毒（猴空泡病毒（猴空泡病毒4040 ）The two fragments stick The two fragments stick together by base pairingtogether by base pairingDNA ligaseDNA ligaseRecombinant Recombinant DNADNA基因工程概述91周课件 二、基因工程的问世二、基因工程的问世 1973年年，，Cohen等等人人将将编编码码Kan（（卡那霉素 ））抗抗性性基基因因质质粒粒R6-5和和编编码码Tet(四四环环素素)抗抗性性基基因因质质粒粒pSC101混混合合后后，，加加入入EcoRI进进行行酶酶切切，，用用T4 DNA连连接接酶酶连连接接成成重重组组DNA分分子子，，最最后后转转化化大大肠肠杆杆菌菌，，结结果果某某些些转转化化菌菌落落表表现现出出既既抗抗Kan又又抗抗Tet的的双双重重抗抗性性特特性性。

从从这这种种双双抗抗性性转转化化菌菌落落的的大大肠肠杆杆菌菌中中分分离离出出的的重重组组质质粒粒DNA带带有有完完整整pSC101分分子子和和一一个个来来自自R6-5质质粒粒编编码码Kan抗抗性基因性基因DNA片段基因工程概述91周课件1973 - Boyer, Cohen & Chang:Transform E. coli with recombinant plasmidStanley Cohen Stanley Cohen & Annie Chan& Annie ChanHerbert Herbert BoyerBoyerKanamycin resistance geneKanamycin resistance genePlasmid Plasmid pSC101pSC101Tetracycline Tetracycline resistance resistance genegeneE. coliE. coli transformed transformed with with recombinant recombinant plasmidplasmidTransformed cells plated Transformed cells plated onto medium with onto medium with kanamycin and kanamycin and tetracyclinetetracyclineOnly cells with recombinant Only cells with recombinant plasmid survive to produce plasmid survive to produce coloniescolonies基因工程概述91周课件 三、基因工程的迅速发展阶段三、基因工程的迅速发展阶段 自自基基因因工工程程技技术术问问世世以以来来，，这这三三十十多多年年是是基基因因工工程程迅迅速速发发展展的的阶阶段段。

不不仅仅发发展展了了一一系系列列新新的的基基因因工工程程操操作作技技术术, ,而而且且构构建建了了多多种种供供转转化化原原核核生生物物和和动动物物、、植植物物细细胞胞载载体体, ,获获得得大大量量转转基基因因菌菌株株 基因工程概述91周课件•19811981年首次通过显微注射培育出世界上第一个转基因年首次通过显微注射培育出世界上第一个转基因动物动物――转基因小鼠（将大鼠生长素基因转到小鼠）转基因小鼠（将大鼠生长素基因转到小鼠）基因工程概述91周课件•19821982年，基因工程年，基因工程胰岛素胰岛素商品在美国投放市场商品在美国投放市场基因工程概述91周课件•19821982年，采用农杆菌介导法培育出世界上第一例转基因年，采用农杆菌介导法培育出世界上第一例转基因植物植物――转基因烟草转基因烟草基因工程概述91周课件•19851985年基因工程年基因工程微生物杀虫剂微生物杀虫剂通过美国环保署审批通过美国环保署审批,1990,1990年基因治疗开始进入临床试验年基因治疗开始进入临床试验基因工程概述91周课件基因工程概述91周课件 如果说如果说20世纪八九十年代是基因工程世纪八九十年代是基因工程基础研究趋向成熟，应用研究初露锋芒的基础研究趋向成熟，应用研究初露锋芒的阶段，那么阶段，那么21世纪初将是基因工程应用研世纪初将是基因工程应用研究的鼎盛时期，农、林、牧、渔、医等的究的鼎盛时期，农、林、牧、渔、医等的很多产品都会打上基因工程的标记很多产品都会打上基因工程的标记。

基因工程概述91周课件 一、基础研究一、基础研究 基基因因工工程程问问世世以以来来，，科科技技工工作作者者始始终终十十分分重重视视基基础础研研究究，，包包括括构构建建一一系系列列克克隆隆载载体体和和相相应应的的表表达达系系统统，，建建立立不不同同物物种种的的基基因因组组文文库库和和cDNAcDNA文文库库，，开开发发新新的的工工具具酶酶，，探探索索新新的的操操作作方方法法等等，，各各方方面面取取得得了了丰丰硕硕的的研研究究成成果果，，使使基基因工程技术不断趋向成熟因工程技术不断趋向成熟 第三节第三节 基因工程研究内容基因工程研究内容基因工程概述91周课件1.1.基因工程克隆载体的研究基因工程克隆载体的研究2.2.基因工程受体系统的研究基因工程受体系统的研究3.3.目的基因研究目的基因研究•医药相关的基因医药相关的基因•抗病虫害和恶劣生境的基因抗病虫害和恶劣生境的基因•编码具有特殊营养价值的蛋白或多肽的基因编码具有特殊营养价值的蛋白或多肽的基因基因工程概述91周课件4.4.基因组研究基因组研究19901990年开始，先后由美国、英国、年开始，先后由美国、英国、日本、德国、法国、中国等国实施日本、德国、法国、中国等国实施““人类基因人类基因组计划组计划””，，20032003年完成全部序列测定，共编码年完成全部序列测定，共编码约约3-3.53-3.5万个基因。

至万个基因至19981998年完成基因组测序的年完成基因组测序的生物有生物有1111种，如幽门螺旋杆菌种，如幽门螺旋杆菌(1667867bp(1667867bp，，15901590个基因个基因) )等 5.5.基因工程基因工程工具酶工具酶的研究的研究6.6.基因工程基因工程新技术新技术研究研究基因工程概述91周课件二、应用研究二、应用研究 尽管基因工程出现后的一段时间内带给人们的尽管基因工程出现后的一段时间内带给人们的是猜疑和恐惧，但实践表明，基因工程已经给是猜疑和恐惧，但实践表明，基因工程已经给人类带来了难以估量的经济和社会效益特别人类带来了难以估量的经济和社会效益特别是对人类所面临的是对人类所面临的能源、粮食、环境和健康能源、粮食、环境和健康等等日趋严重的社会问题，基因工程正在并且将要日趋严重的社会问题，基因工程正在并且将要发挥越来越大的作用发挥越来越大的作用 基因工程概述91周课件1.1. 基因工程与农业基因工程与农业 •光合作用光合作用•固氮作用固氮作用•转基因植物转基因植物•转基因动物转基因动物•产生次生代谢产物产生次生代谢产物基因工程概述91周课件1.1. 基因工程与农业基因工程与农业 （（1 1））基因工程与光合作用基因工程与光合作用。

提高光合作用效率将是提高农作提高光合作用效率将是提高农作物产量的一个有效方法物产量的一个有效方法 基因工程概述91周课件水稻属水稻属C3C3植物植物 玉米属玉米属C4C4植物植物基因工程概述91周课件（（2 2））生物固氮的基因工程生物固氮的基因工程若能把禾谷等非豆科植若能把禾谷等非豆科植物转变为能同根瘤菌共生，或具固氮能力，将代物转变为能同根瘤菌共生，或具固氮能力，将代替无数个氮肥厂替无数个氮肥厂 （（3 3））转基因植物转基因植物增加农作物产品的营养价值，如：增加农作物产品的营养价值，如：增加种子、块茎的蛋白质含量，改变植物蛋白的增加种子、块茎的蛋白质含量，改变植物蛋白的必需氨基酸比例等提高农作物抗逆性能如：抗必需氨基酸比例等提高农作物抗逆性能如：抗病虫害、抗旱、抗涝、抗除草剂等性能病虫害、抗旱、抗涝、抗除草剂等性能4 4））转基因动物转基因动物5 5））产生产生次生代谢产物次生代谢产物如吲哚乙酸，赤霉素等如吲哚乙酸，赤霉素等基因工程概述91周课件基因工程概述91周课件Ｂｔ棉花是一种具有ＢｔＢｔ棉花是一种具有Ｂｔ杀虫能力的转基因棉花杀虫能力的转基因棉花Ｂｔ是一种土壤杆菌Ｂｔ是一种土壤杆菌——“苏云金芽孢杆菌苏云金芽孢杆菌”的缩的缩写，这种菌在芽孢的形成写，这种菌在芽孢的形成过程中会产生一种具有很过程中会产生一种具有很高杀虫活性的晶体蛋白，高杀虫活性的晶体蛋白，近几年近几年克隆Ｂｔ基因已被克隆Ｂｔ基因已被转入植物转入植物，使得植物具备，使得植物具备同样的杀虫能力，也可以同样的杀虫能力，也可以说植物本身就成了自己的说植物本身就成了自己的“杀虫剂杀虫剂”。

基因工程概述91周课件基因工程概述91周课件基因工程概述91周课件基因工程概述91周课件转基因大豆基因工程概述91周课件 基因工程概述91周课件 基因工程概述91周课件 基因工程概述91周课件 荧光转基因鳗鱼基因工程概述91周课件2. 2. 基因工程在工业基因工程在工业中的应用（（1 1）环保工业）环保工业 DNA DNA重组得到石油、农药、工业污染物降解等质粒，用于重组得到石油、农药、工业污染物降解等质粒，用于污污水处理水处理等2 2）酶制剂工业）酶制剂工业•利用基因工程技术利用基因工程技术生产酶生产酶，如蛋白酶、淀粉酶等如蛋白酶、淀粉酶等•提高酶的产量提高酶的产量，如基因工程技术使，如基因工程技术使DNADNA连接酶产量提高了连接酶产量提高了500500倍•耐热、耐压、耐盐酶的研制耐热、耐压、耐盐酶的研制，如利用基因工程技术生产初，如利用基因工程技术生产初耐热的耐热的α-α-淀粉酶基因工程概述91周课件2. 2. 基因工程在工业基因工程在工业中的应用（（3 3）食品工业）食品工业•转基因植物，改良作物品质，如转基因植物，改良作物品质，如降低豆油中的软脂酸降低豆油中的软脂酸成分从成分从而降低冠心病的发病率。

而降低冠心病的发病率•利用基因工程菌生产利用基因工程菌生产柠檬酸、乳酸、苹果酸柠檬酸、乳酸、苹果酸等•利用基因工程菌生产高产生产利用基因工程菌生产高产生产谷氨酸谷氨酸等4 4）化学与能源工业）化学与能源工业•石油开采，如降低石油粘度，提高深层石油石油流出量石油开采，如降低石油粘度，提高深层石油石油流出量•将淀粉将淀粉转化为乙醇转化为乙醇，如将马铃薯、玉米，大米转化为乙醇如将马铃薯、玉米，大米转化为乙醇•将将纤维素转化为乙醇（研究阶段，已取得一定成就）纤维素转化为乙醇（研究阶段，已取得一定成就）基因工程概述91周课件3.3.基因工程在医学中的应用基因工程在医学中的应用 （（1 1）基因工程药物）基因工程药物•多肽和蛋白类药物多肽和蛋白类药物如，重组人胰岛素、如，重组人胰岛素、IL-2IL-2、干、干扰素、肿瘤坏死因子等扰素、肿瘤坏死因子等•酶类基因工程药物酶类基因工程药物如，尿激酶原、链激酶（均可如，尿激酶原、链激酶（均可治疗血管栓塞类疾病治疗血管栓塞类疾病 ）等2 2）基因诊断和基因治疗）基因诊断和基因治疗•基因诊断基因诊断利用重组利用重组DNADNA技术直接从技术直接从DNADNA水平检测人水平检测人类遗传性疾病的基因缺陷、肿瘤等的技术。

如，利类遗传性疾病的基因缺陷、肿瘤等的技术如，利用基因探针检测镰刀细胞平血、地中海平血症、流用基因探针检测镰刀细胞平血、地中海平血症、流行病、肿瘤等行病、肿瘤等 •基因治疗基因治疗将外源正常基因导入靶细胞，取代突变将外源正常基因导入靶细胞，取代突变基因，补充缺失基因或关闭异常基因，达到治疗疾基因，补充缺失基因或关闭异常基因，达到治疗疾病的目的如，镰刀状细胞平血的基因治疗等病的目的如，镰刀状细胞平血的基因治疗等 基因工程概述91周课件（（3）基因工程疫苗）基因工程疫苗•使用使用DNA重组生物技术，把天然的或人工合成的遗重组生物技术，把天然的或人工合成的遗传物质定向插入细菌、酵母菌或哺乳动物细胞中，传物质定向插入细菌、酵母菌或哺乳动物细胞中，使之充分表达，经纯化后而制得的疫苗如使之充分表达，经纯化后而制得的疫苗如基因工基因工程乙型肝炎疫苗程乙型肝炎疫苗等 基因工程概述91周课件A. 基因基因矫正矫正（（gene correction）） B. 基因基因置换置换（（gene replacement））C. 基因基因增补增补（（gene augmentation）） 又称为又称为补偿性补偿性基因治疗基因治疗 D.基因基因失活失活（（gene inactivation）） 包括包括反义反义基因治疗基因治疗RNA干扰干扰 基因治疗基因治疗基因工程概述91周课件基因失活基因失活:指采用指采用反义反义（（antisense）技术或）技术或RNA干扰干扰（（RNA interference）、）、基因敲除基因敲除（（gene knock-out）等技术，阻断某些基因）等技术，阻断某些基因的异常表达。

的异常表达基因工程概述91周课件a.反义基因疗法基因工程概述91周课件RNA干扰干扰与靶基因同源的双链与靶基因同源的双链RNA诱导的特异转录后基因沉诱导的特异转录后基因沉默现象其作用机制是双链默现象其作用机制是双链RNA被特异的核酸酶降被特异的核酸酶降解，产生干扰小解，产生干扰小RNA(siRNA)，这些，这些siRNA与同源与同源的靶的靶RNA互补结合，特异性酶降解靶互补结合，特异性酶降解靶RNA，从而，从而抑制、下调基因表达已经发展成为基因治疗、基抑制、下调基因表达已经发展成为基因治疗、基因结构功能研究的快速而有效的方法因结构功能研究的快速而有效的方法 基因工程概述91周课件b. RNA干扰干扰基因工程概述91周课件RNAiRNAi靶向技术治疗肿瘤最新进展靶向技术治疗肿瘤最新进展基因工程概述91周课件RNAiRNAi靶向治疗的条件靶向治疗的条件1.1.致病的细胞为特异细胞，如肿瘤干细胞致病的细胞为特异细胞，如肿瘤干细胞2.2.该细胞具有特异的膜蛋白或受体，且具有该细胞具有特异的膜蛋白或受体，且具有免疫原性，并能制备单克隆抗体免疫原性，并能制备单克隆抗体3.3.该细胞内具有致病的特异基因，如该细胞内具有致病的特异基因，如TwistTwist基因。

基因4.4.并构建针对该特异基因的并构建针对该特异基因的siRNAsiRNA表达载体表达载体5.5.单克隆抗体与单克隆抗体与DNADNA载体蛋白形成融合蛋白，载体蛋白形成融合蛋白，将将miRNAmiRNA带入靶向细胞内带入靶向细胞内基因工程概述91周课件RNARNA干干扰扰靶靶向向治治疗疗的的原原理理图图基因工程概述91周课件第四节第四节 基因工程技术的意义基因工程技术的意义 基因工程可以绕过远缘有性杂交的困难，使基因基因工程可以绕过远缘有性杂交的困难，使基因在微生物、植物、动物之间交流，迅速并定向的获在微生物、植物、动物之间交流，迅速并定向的获得人类需要的新的生物类型得人类需要的新的生物类型 概括地讲，其意义概括地讲，其意义体现在以下三个方面：体现在以下三个方面： •大规模生产生物分子； •设计构建新物种；• 搜集、分离、鉴定生物信息资源基因工程概述91周课件 第第 一一 章章 作作 业业一、名词解释一、名词解释1.1.基因基因 2.2.2. 2. 断裂基因断裂基因 3.3. RNA干扰（干扰（RNAi）） 4.4.二、简答题二、简答题5.5.1.1.简述基因工程的基本过程。

简述基因工程的基本过程6.6.2.2.简述基因工程在医药领域中的应用简述基因工程在医药领域中的应用基因工程概述91周课件。