基因工程课件

1、基 因 工 程许崇波大连大学生物工程学院 主讲教师的联系方式办公电话：87403950、87402337手 机子信箱： xcb921本课程的性质和任务 基因工程以分子遗传学理论为基础，以分子生物学和微生物学现代方法为手段建立起来的技术学科，也为细胞工程、发酵工程、酶工程课程提供理论和技术基础，是生物工程专业本科生必修的主干和核心课程。 教学方法与手段（1）采用多种教学方法。 包括提问式、启发式、 讨论式、研究式等多种教学方法。（2）多媒体教学手段。尽量使用图片或图示，使 内容形象具体，通俗易懂，易于理解记忆。（3）小组讨论。主要是鼓励同学积极思考，以及防止少数学生学习

2、掉队。（4）多种形式考核。平时作业、小组讨论、课件制作、撰写文献综述、课程总结、期中开卷和期末闭卷考试相结合。（5）多途径交流与辅导。可通过定点定时辅导及电话、电子信箱等多种途径进行交流学习。（6）基因工程网页平台。上课内容挂在校园网上, 网址: 考核方式及成绩评定比例 1.平时作业： 5% 2.小组讨论： 5% 3.课件制作： 5% 4.文献综述： 5% 5.课程总结： 10% 6.期中考试： 10% 7.期末考试： 60% 总 成 绩： 100分考试规定：严格遵守学校和学院考试规定，发现考试作弊者，立刻取消考试资格，本门课程成绩按0分处理。参考书籍与期刊参考书籍 李立家,肖庚富编著.基因工

3、程,科学出版社,2004。楼士林,杨盛昌,龙敏南,章军编著.基因工程,科学出版社,2002版。 贺淹才编著.简明基因工程原理,科学出版社，2005第2版。 张惠展编著.基因工程,华东理工大学出版社,2005.8。 吴乃虎编著.基因工程原理(上册、下册),科学出版社，2002版。 参考期刊 Gene Microbiology and Molecular Biology 生物工程学报 中国生物工程杂志 中国生物化学与分子生物学杂志 生物化学与生物物理研究进展基因工程授课内容第一章基因工程概述第二章 分子克隆工具酶第三章分子克隆载体第四章基因操作中大分子分离和分析第五章基因芯片第六章聚合酶链反应第七

4、章DNA序列分析第八章DNA文库的构建和目的基因筛选第九章外源基因的表达第十章基因工程应用基因工程课程要求本课程坚持“详其所略，略其所详”和“少讲精讲”的原则，要求认真做好每次课前的预习，并写出每章的课程预习总结。认真做好每次课的笔记。认真完成每次布置的作业和思考题。充分利用网络资源，拓展自己的知识面。充分利用各种沟通渠道，师生共同学习。第一章 基因工程概述 1 基因工程概况 2 基因工程研究内容第一节 基因工程概况 1.1 基因工程概念 基因工程(gene engineering):就是对不同生物的遗传物质，在体外进行剪切、组合和拼接，使遗传物质重新组合，然后通过载体转入微生物、植物和动物细

5、胞内，进行无性繁殖，并使所需要的基因在细胞中表达，产生出人类所需要的产物或组建成新的生物类型。 基因工程最突出的优点: 就是打破了常规育种难以突破的物种之间界限，可使原核生物与真核生物之间、动物与植物之间、甚至人与其他生物之间的遗传信息进行重组和转移。1.2 基因工程理论依据不同基因具有相同的物质基础基因是可以切割的基因是可以转移的多肽与基因之间存在对应关系遗传密码是通用的基因通过复制把遗传信息传给下代1.3 基因工程与生物工程的关系 生物工程所包括的门类极广，从学科领域人们将它归并为六类：即基因工程、蛋白质工程、细胞工程、发酵工程、酶工程、生化工程。以上6个方面的工程技术系统是相互依赖、 相

6、辅相成的，其中基因工程占主导地位。因为只有用基因工程改造过的微生物和细胞，才能真正按照人们的意愿进行工程设计，产生出特定的生物工程产品。发酵工程是基因工程的基础和必备条件。生化工程是其他生物工程技术转化为生产力时所必不可缺的重要环节。1.4 基因工程的基本技术路线 基因工程一般操作步骤General process of gene engineering1. 从生物有机体基因组中，分离带有目的基因DNA片段。2. 将带有目的基因的外源DNA片段连接到能够自我复制的并具有选择标记的载体分子上，形成重组DNA分子。3. 将重组DNA分子转移到适当的受体细胞并与之一起增殖。4.从大量的细胞繁殖群体中

7、，筛选出获得了重组DNA分子的受体细胞,并筛选出已经得到扩增的目的基因。5. 将目的基因克隆到表达载体上，导入寄主细胞，使之在新的遗传背景下实现功能表达，研究核酸序列与蛋白质功能之间的关系。1.5 基因工程研究发展史 基因工程准备阶段 1944年美国微生物学家 Avery及其同事通过转化实验，证实遗传物质是DNA基因载体。 1953年，Watson和Crick提出了DNA双螺旋结构模型,DNA双螺旋中两条链的碱基具有互补的特点，预示了DNA复制是半保留复制,同时指出遗传信息储存在DNA分子碱基序列之中。Francis Crick & James Watson 1958年Crick在DNA双螺旋

8、学说基础上提出分子生物学“中心法则”，即通过DNA自我复制，生物体遗传信息由父代传给子代，通过转录,遗传信息传给RNA,再通过翻译传给蛋白质，从而决定了生物的表型,这是生物学最基本的规律。 1961年Nirenberg用人工合成mRNA破译出 第一个遗传密码到1969年Crick-Nirenberg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。从遗传密码表中我们可以看到mRNA中每3个核苷酸组成一个密码子，体现一个氨基酸的信息。 在64个密码子中，其中61个分别代表各种氨基酸，剩余的3个密码子(UAA、UAG、UGA)为肽链的终止信号,不代表任何氨基酸,这套密码从细菌到人都可通用。

9、 1986年报道UGA代表selenocysteine(硒代半胱氨酸)。2002年报道在Archaea(产甲烷菌的甲胺甲基转移酶中发现 )和真菌中发现UAG可能是编码第22种氨基酸pyrrolysine(吡咯赖氨酸）的密码子。以上所有研究成果为基因工程问世提供了理论准备。20世纪60年代末至70年代初，限制性核酸内切酶和连接酶等陆续被发现,有了进行DNA操作基本工具,使DNA进行体外切割和连接成为可能。1972年美国斯坦福大学Berg博士领导的研究组用EcoRI在体外对猿猴病毒SV40的DNA和噬菌体DNA分别酶切,然后用T4 DNA连接酶将两种酶切片段连接，结果获得了SV40和噬菌体DNA的

10、重组DNA分子，成功完成了世界上第一次DNA体外重组实验，并因此与Gilbert、Sanger分享1980年度诺贝尔化学奖。1972 - Paul Berg :Produced first recombinant DNA using EcoRIEcoRI recognition sites phage DNAEcoRI cuts DNA into fragmentsSticky endSV40 DNAThe two fragments stick together by base pairingDNA ligaseRecombinant DNA 基因工程问世 1973年，Cohen等人将编码K

11、an抗性基因质粒R6-5和编码Tet抗性基因质粒pSC101混合后，加入EcoRI进行酶切，用T4 DNA连接酶连接成重组DNA分子，最后转化大肠杆菌，结果某些转化菌落表现出既抗Kan又抗Tet的双重抗性特性。从这种双抗性转化菌落的大肠杆菌中分离出的重组质粒DNA带有完整pSC101分子和一个来自R6-5质粒编码Kan抗性基因DNA片段。1973 - Boyer, Cohen & Chang:Transform E. coli with recombinant plasmidStanley Cohen & Annie ChanHerbert BoyerKanamycin resistance

12、genePlasmid pSC101Tetracycline resistance geneE. coli transformed with recombinant plasmidTransformed cells plated onto medium with kanamycin and tetracyclineOnly cells with recombinant plasmid survive to produce colonies 基因工程的迅速发展阶段 自基因工程技术问世以来，这三十多年是基因工程迅速发展的阶段。不仅发展了一系列新的基因工程操作技术,而且构建了多种供转化原核生物和动物

13、、植物细胞载体,获得大量转基因菌株。 1981年首次通过显微注射培育出世界上第一个转基因动物转基因小鼠。1982年基因工程胰岛素商品在美国投放市场。同年采用农杆菌介导法培育出世界上第一例转基因植物转基因烟草。1985年基因工程微生物杀虫剂通过美国环保署审批,1990年基因治疗开始进入临床试验。 如果说20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阶段，那么21世纪初将是基因工程应用研究的鼎盛时期，农、林、牧、渔、医等的很多产品都会打上基因工程的标记。 2.1 基础研究 基因工程问世以来，科技工作者始终十分重视基础研究，包括构建一系列克隆载体和相应的表达系统，建立不同物种的基因

14、组文库和cDNA文库，开发新的工具酶，探索新的操作方法等，各方面取得了丰硕的研究成果，使基因工程技术不断趋向成熟。 第二节 基因工程研究内容 基因工程克隆载体的研究 基因工程受体系统的研究 目的基因研究第一类是与医药相关的基因；第二类是抗病虫害和恶劣生境的基因；第三类是编码具有特殊营养价值的蛋白或多肽的基因。 至1998年完成基因组测序的生物有 11种，如幽门螺旋杆菌(1667867bp，1590个基因)等。 1990年开始，先后由美国、英国、日本、德国、法国、中国等国实施“人类基因组计划”。2003年完成全部序列测定，共编码约3-3.5万个基因。基因工程工具酶的研究基因工程新技术研究 2.2 应用研究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能源、粮食、人口、环境和疾病等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。 (1) 基因工程与农业 光合作用固氮作用转基因植物转基因动物产生次生代谢产物 (2) 基因工程与工业 纤维素的开发利用酿酒工业食品工业制药工业新型蛋白质的生产(3)基因工程与环境保护环境监测