分子生物学与基因工程

1、会计学1分子生物学与基因工程分子生物学与基因工程第1页/共38页第2页/共38页 生物学经历了一个漫长的研究生物学经历了一个漫长的研究历程。最早人们从研究历程。最早人们从研究动物和植物动物和植物的形态、解剖和分类的形态、解剖和分类开始，随着开始，随着细细胞学、遗传学、微生物学、生理学、胞学、遗传学、微生物学、生理学、生物化学生物化学的发展，研究进入细胞水的发展，研究进入细胞水平。到平。到20世纪中叶以来，生物学以世纪中叶以来，生物学以生物大分子为研究目标，生物大分子为研究目标，分子生物分子生物学（学（Molecular Biology）开始形成开始形成了独立的学科，这是对生物界的认了独立的学科

2、，这是对生物界的认识不断深入的过程。识不断深入的过程。第3页/共38页第4页/共38页 从广义来讲，蛋白质及核酸从广义来讲，蛋白质及核酸等生物大分子结构和功能的研究等生物大分子结构和功能的研究都属于分子生物学的范畴，也就都属于分子生物学的范畴，也就是从是从分子水平阐明生命现象和生分子水平阐明生命现象和生物学规律物学规律。例如，。例如，蛋白质的结构、蛋白质的结构、运动和功能运动和功能，酶的作用机理和动酶的作用机理和动力学力学，膜蛋白结构与功能及跨膜膜蛋白结构与功能及跨膜运输运输等都属于分子生物学的研究等都属于分子生物学的研究内容。内容。1 1 分子生物学与基因工程的分子生物学与基因工程的含义含义

3、第5页/共38页 从狭义上讲，分子生从狭义上讲，分子生物学主要是研究生物体主物学主要是研究生物体主要遗传物质要遗传物质-基因或基因或DNA的的结构及其复制、转录、表结构及其复制、转录、表达和调节控制达和调节控制等过程的科等过程的科学。当然，也涉及到与这学。当然，也涉及到与这些过程有关的些过程有关的蛋白质和酶蛋白质和酶的结构与功能的结构与功能的研究。的研究。第6页/共38页 基因工程是指将一种或多基因工程是指将一种或多种生物体种生物体 (共体共体) 的基因或基因的基因或基因组提取出来组提取出来, 或者人工合成的基或者人工合成的基因因, 按照人们的愿望按照人们的愿望, 进行严密进行严密的设计的设计

4、, 经过体外加工重组经过体外加工重组, 通通过一定的方法过一定的方法, 转移到另一种生转移到另一种生物体物体 (受体受体) 的细胞内的细胞内, 使之能在使之能在受体细胞遗传并获得新的遗传受体细胞遗传并获得新的遗传性状的技术。性状的技术。第7页/共38页2 2 分子生物学与基因工程分子生物学与基因工程发展简史发展简史 1944年，年，Avery在肺炎双球菌转化实验在肺炎双球菌转化实验中证实了中证实了DNA是遗传的物质基础是遗传的物质基础，标志，标志着分子生物学的诞生；着分子生物学的诞生； 1953年，年，Watson和和Crick在在Nature杂杂志（志（171：737738）上提出了著名的）

5、上提出了著名的DNA双螺旋模型双螺旋模型，为分子生物学的发展，为分子生物学的发展奠定了坚实的基础；奠定了坚实的基础； 1956年，年， Kornberg在大肠杆菌的无细在大肠杆菌的无细胞提取液中实现了胞提取液中实现了DNA的合成的合成；第8页/共38页 1958年，年， Crick提出了遗传信息的传递提出了遗传信息的传递规律，即著名的规律，即著名的“中心法则中心法则”； 同年，同年， Meselson与与Stahl 用实验证明了用实验证明了DNA复制是一种半保留复制复制是一种半保留复制； 1959年，年，Uchoa发现了细菌的发现了细菌的多核苷酸多核苷酸磷酸化酶磷酸化酶，成功地合成了，成功地合

6、成了RNA，研究并重，研究并重建了将基因内的遗传信息通过建了将基因内的遗传信息通过RNA中间体中间体翻译成蛋白质的过程；翻译成蛋白质的过程； 1961年，年， NirenbergNirenberg和和MatthaeiMatthaei破译了破译了所有所有三联体密码子三联体密码子； 同年，法国科学家同年，法国科学家Jacob和和Monod提出提出了了著名的乳糖操纵子模型著名的乳糖操纵子模型；第9页/共38页 1962年，年，Arber首次发现首次发现DNA限制性内切限制性内切酶酶的存在；的存在； 1970年，年， Smith首次从大肠杆菌中分离首次从大肠杆菌中分离到第一个限制性内切酶；同年，到第一

7、个限制性内切酶；同年，Temin和和Baltimore首次发现在病毒中存在以首次发现在病毒中存在以RNA为模为模板，逆转录成板，逆转录成DNA的的逆转录酶逆转录酶； 1972年，年，Berg构建了世界上第一个构建了世界上第一个重组重组DNA分子分子，开辟了生物学新领域，开辟了生物学新领域-遗传工程遗传工程； 1977年，年，Robert和和Sharp在研究腺病毒的在研究腺病毒的mRNA合成时，首次发现了合成时，首次发现了断裂基因断裂基因的存在；的存在； 1977年，年， Sanger和和Gilbert分别提出了两分别提出了两种种DNA测序技术测序技术-酶法（或酶法（或双脱氧链终止法双脱氧链终止

8、法）和和化学修饰法化学修饰法；第10页/共38页 1981年，年，Cech和和Altman首次发现首次发现RNA具有具有生物催化功能生物催化功能； 1983年，年，Mullis发明了发明了聚合酶链式反应聚合酶链式反应（Polymerase Chain Reaction，PCR）技术）技术，极大地推动了分子生物学的发展；极大地推动了分子生物学的发展； 1990年，年，人类基因组计划人类基因组计划启动，同时先后启动，同时先后开展多种模式生物的基因组测序。标志着生命开展多种模式生物的基因组测序。标志着生命科学研究进入科学研究进入“基因组学基因组学”时代；时代； 1994年，年，Wilkins和和Wi

9、lliams等首次提出了等首次提出了蛋白质组蛋白质组的概念；的概念； 1997年，年，Wilmut等首次成功地从体细胞中等首次成功地从体细胞中克隆出羊克隆出羊-Dolly； 到目前为止，人们已完成包括人和水稻等到目前为止，人们已完成包括人和水稻等重要模式生物的基因组测序工作。生命科学研重要模式生物的基因组测序工作。生命科学研究进入究进入“蛋白质组学蛋白质组学”的新的发展阶段。的新的发展阶段。第11页/共38页分子生物学与基因工程发展的分子生物学与基因工程发展的几个里程碑几个里程碑 上个世纪上个世纪50年代，年代，Watson和和Crick提出提出了的了的DNA双螺旋模型；双螺旋模型； 60年代

10、，年代， 法国科学家法国科学家Jacob和和Monod提提出了的乳糖操纵子模型；出了的乳糖操纵子模型； 70年代，年代， Berg首先发现了首先发现了DNA连接酶，连接酶，并构建了世界上第一个重组并构建了世界上第一个重组DNA分子；分子； 80年代，年代，Mullis发明了聚合酶链式反应发明了聚合酶链式反应（Polymerase Chain Reaction，PCR）技术；）技术； 90年代，开展了年代，开展了“人类基因组计划人类基因组计划”和模式生物的基因组测序，分子生物学进入和模式生物的基因组测序，分子生物学进入“基因组时代基因组时代”； 目前，分子生物学进入了目前，分子生物学进入了“后基

11、因组时代后基因组时代”或或“蛋白质组时代蛋白质组时代”。第12页/共38页人人 名名年年 份份获获 奖奖 内内 容容Kossel1910分离出分离出腺嘌呤、胸腺嘧啶和组腺嘌呤、胸腺嘧啶和组氨酸氨酸UchoaKornberg1959RNA的合成的合成DNA的复制的复制WatsonCrick1962提出提出DNA双螺旋结构双螺旋结构KendrewPerutz1962测定了测定了肌红蛋白和血红蛋白的肌红蛋白和血红蛋白的高级结构高级结构JacobMonod1965提出了提出了乳糖操纵子学说乳糖操纵子学说NirenbergHollyKhorana1969破译破译DNA遗传密码遗传密码阐明阐明tRNA的结

12、构的结构首次首次人工合成核酸分子人工合成核酸分子分子生物学领域获得诺贝尔奖一分子生物学领域获得诺贝尔奖一览表览表第13页/共38页人人 名名年年 份份获获 奖奖 内内 容容TeminBaltimore1975逆转录酶逆转录酶的发现的发现Arber1978DNA限制性内切酶限制性内切酶的发现的发现Sanger19581980测定了测定了牛胰岛素的一级结构牛胰岛素的一级结构提出提出DNA测序法测序法-酶法酶法Gilbert1980提出提出DNA测序法测序法-化学修饰法化学修饰法Berg1980发现发现DNA连接酶连接酶并构建了第一并构建了第一个重组分子个重组分子KohlerMilsteinJern

13、e1984提出了提出了单克隆抗体技术单克隆抗体技术McClintock1988跳跃基因跳跃基因的发现的发现AltmanCech1989RNA具有生物催化功能具有生物催化功能第14页/共38页人人 名名年年 份份获获 奖奖 内内 容容BishopVarmus1989正常细胞同样带有正常细胞同样带有原癌细胞原癌细胞RobertsSharp1993断裂基因断裂基因的发现的发现Mullis1993发明了发明了PCR仪仪Smith1993发明了发明了寡聚核苷酸定点突变法寡聚核苷酸定点突变法GilmanRodbell1994G蛋白蛋白的发现的发现LewisNussleinWieschaus1995鉴定了控

14、制鉴定了控制果蝇体节发育基因果蝇体节发育基因第15页/共38页人人 名名年年 份份获获 奖奖 内内 容容Stanley1997蛋白致病因子朊蛋白的发蛋白致病因子朊蛋白的发现现Gunter1999蛋白质具有控制其运输和定位的蛋白质具有控制其运输和定位的内在信号内在信号 HartwellHunt Nurse2001发现了细胞周期的关键调节发现了细胞周期的关键调节因子因子Agre MacKinnon2003细胞膜离子通道的结构和机细胞膜离子通道的结构和机理研究理研究 ROSE等等2004泛素调节的蛋白质降解泛素调节的蛋白质降解Kornberg2006发现真核生物转录的分子基发现真核生物转录的分子基础

15、础Andrew、 Craig 2006发现发现RNA干扰现象干扰现象Smith等等2007胚胎干细胞和哺乳动物胚胎干细胞和哺乳动物DNA重组重组 第16页/共38页3 .1 3 .1 分子生物学的研究内容分子生物学的研究内容 核酸的结构核酸的结构 基因与基因组的结构与序列基因与基因组的结构与序列特征特征 DNA生物合成（复制）生物合成（复制） DNA损伤与修复损伤与修复 DNA重组重组 RNA生物合成（转录）生物合成（转录） 蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成 基因表达调控基因表达调控第17页/共38页3.2 3.2 基因工程的主要研究内基因工程的主要研究内容容第18页/共38页第19页/共38

16、页发育生物学与分子生物学的关发育生物学与分子生物学的关系系 许多发育相关基因纷纷克隆成许多发育相关基因纷纷克隆成功，如控制果蝇体节发育的功，如控制果蝇体节发育的Homeo基因、金鱼草的的花瓣发育基因基因、金鱼草的的花瓣发育基因DEF等。等。 上述基因的克隆已开辟了发育上述基因的克隆已开辟了发育分子生物学的崭新研究领域，并在分子生物学的崭新研究领域，并在近年来获得较大进展。近年来获得较大进展。第20页/共38页 在植物生理学方面光合作在植物生理学方面光合作用的研究已进入分子水平。一用的研究已进入分子水平。一些植物的些植物的叶绿体叶绿体DNA的全序列的全序列测定已经完成，测定已经完成，光合作用有关

17、光合作用有关的基因如光系统的基因如光系统I和和II、电子传、电子传递链、二磷酸核酮糖羧化递链、二磷酸核酮糖羧化/加氧加氧酶等酶等的表达调控研究都已基本的表达调控研究都已基本完成，使光合作用研究进入了完成，使光合作用研究进入了一个新的阶段。一个新的阶段。植物生理学与分子生物植物生理学与分子生物学的关系学的关系第21页/共38页神经科学与分子生物学的神经科学与分子生物学的关系关系 神经系统分子生物学的研神经系统分子生物学的研究造成神经生物学的革命性变究造成神经生物学的革命性变化。如化。如乙酰胆碱受体的分离纯乙酰胆碱受体的分离纯化和基因克隆化和基因克隆已经完成。已经完成。神经神经通道通道也已得到纯化

18、和基因克隆，也已得到纯化和基因克隆，分子生物学渗入神经科学已产分子生物学渗入神经科学已产生了生了分子神经生物学分子神经生物学。第22页/共38页5 当前分子生物学与基因工程的几当前分子生物学与基因工程的几个热点问题个热点问题 一些重大疾病的致病分子机理研究（如癌症、HIV、SARS和禽流感等）； 基因与发育的关系； 抗病分子作用机制研究； 分子育种技术的建立与发展第23页/共38页 Genes Lewin. Pearson prentice hall. 2004 Molecular biology of gene （fifth edition）Watson, et al Gold spring

19、 harbor Laboratory press. 2004第24页/共38页 张惠展张惠展 基因工程基因工程 华东理工大学出华东理工大学出版社版社 2005 2005 闫新甫闫新甫 转基因植物转基因植物 科学出版社科学出版社 20032003 王关林等王关林等 植物基因工程植物基因工程（第二版）（第二版） 科学出版社科学出版社20022002 吴乃虎吴乃虎 基因工程原理基因工程原理（第二版）（第二版） 高等教育出版社高等教育出版社1998 1998 Adrian Slater, et al Plant Biotechnology-The genetic manipulation of pla

20、nt Oxford universsity press. 2003第25页/共38页相关学术性刊物相关学术性刊物n1 外文期刊外文期刊nNature/Science nCellnPNASnEMBO JnGene & DevelopmentnPlant Cell/Plant JournalnPlant Molecular BiologynBiotechnology and Genetic Engineering ReviewsnBiotechnology & BioengineeringnTrends in Biotechnology第26页/共38页 Nature 自然自然 出

21、版：英国出版：英国MacMillan.Ltd 创刊：创刊：1869年年 刊期：周刊刊期：周刊 定位：兼顾学术期刊和科学杂志，即科学论文具较高的定位：兼顾学术期刊和科学杂志，即科学论文具较高的新闻性和广泛的读者群。论文不仅要求具有新闻性和广泛的读者群。论文不仅要求具有“突出的科突出的科学贡献学贡献”，还必须，还必须“令交叉学科的读者感兴趣令交叉学科的读者感兴趣”。第27页/共38页英文名：英文名：Science Magazine科学科学是发表最好的原始研究论文、以及综述和分是发表最好的原始研究论文、以及综述和分析当前研究和科学政策的同行评议的期刊。析当前研究和科学政策的同行评议的期刊。该杂志于该

22、杂志于1880年由爱迪生投资年由爱迪生投资1万美元创办，于万美元创办，于1894年成为美国最大的科学团体年成为美国最大的科学团体“美国科学促进会美国科学促进会”American Association for the Advancement of Science (AAAS)的官方刊物。全年共的官方刊物。全年共51期，为周刊，期，为周刊，全球发行量超过全球发行量超过150万份。万份。第28页/共38页l 中国科学l 科学通报l 植物学报l 遗传学报l 分子生物学与生物化学学报l 植物分子生物学与生理学报l 生物工程学报2 中文期中文期刊刊第29页/共38页（1）分子生物学的发展史给我们带来什么样的启示？（2）分子生物学热点问题的解决将为人类未来带来什么样的影响？思思 考考 题题第30页/共38页Thanks for your attention!第31页/共38页第32页/共38页第33页/共38页 基因工程是指将一种或多基因工程是指将一种或多种生物体种生物体 (共体共体) 的基因或基因的基因或基因组提取出来组提取出来, 或者人工合成的基或者人工合成的基因因, 按照人们的愿望按照人们的愿望, 进行严密进行严密的设计的设计, 经过体外加工重组经