基因工程诞生

关于基因工程诞生第一页，共三十一页，编辑于2023年，星期日

基因工程发展史的某些重要事件年份

重要事件1869F.Miescher首次从莱茵河鲑鱼精子中分离到DNA1909W.Jonhannsen创造了基因（gene）一词1944O.T.Avery等人在肺炎链球菌转化实验中发现遗传信息的携带者是DNA而不是蛋白质1952A.D.Hershey和M.Chase证明T2噬菌体的遗传物质是DNA1953J.D.Watson和F.H.C.Crick提出了关于DNA分子结构的双螺旋模型1957A.Kornberg在大肠杆菌中发现DNA聚合酶I，现在这种酶已在基因工程中广泛应用制备探针1958M.Meselson和F.W.Stahl提出了DNA半保留复制模型1959－1960S.Ochoa发现RNA聚合酶，它可在单链DNA表面合成RNA分子；发现信使RNA，并证明它携带的遗传信息决定着蛋白质分子中的氨基酸顺序J.Marmur和P.Doty发现DNA复性现象，确立了核酸杂交反应的特异性和可行性第二页，共三十一页，编辑于2023年，星期日1961M.W.Nirenberg等人应用合成的信使RNA分子[poly(U)]破译出了第一批遗传密码F.Jacob和J.Monod提出了调节基因表达的操纵子模型1964C.Yanofsky和S.Brenner等人证明，多肽链上的氨基酸顺序同其编码基因中的核苷酸顺序存在着共线性（colinear）的关系1965实验证明细菌的抗药性通常由一类叫做“质粒”的小型额外染色体携带；S.W.Holley完成了第一个酵母丙氨酸tRNA的核苷酸全序列测定1966M.W.Nirenberg,S.Ochoa和H.G.Khorana共同破译了全部的遗传密码1967发现了可将DNA链连接起来的DNA连接酶1970H.O.Smith,K.W.Wilcox,T.J.Kelley分离到第一种限制性核酸内切酶，它可以在特定的位点将DNA分子切割开来H.M.Temin和D.Baltimore在RNA肿瘤病毒中发现反转录酶，在真核生物基因工程中起到巨大作用。第三页，共三十一页，编辑于2023年，星期日

基因工程诞生的基础理论上的三大发现第一，发现了生物的遗传物质是DNA不是蛋白质。第二，明确了DNA的双螺旋结构和半保留复制机理。第三，破译了具有通用性的遗传密码。第四页，共三十一页，编辑于2023年，星期日1934年Avery等人在美国的一次学术会议上首次报道了肺炎球菌（Diplococcuspneumonas）的转化。超越时代的科学成就，往往不容易很快被人接受，Avery的成果没有得到公认。事隔10年，1944年这一论文才得以公开发表。事实上，Avery的工作不仅证明DNA是生物的遗传物质，而且还证明了DNA可以转移，并把一个细菌的性状传给另一个细菌，理论意义十分重大。正如诺贝尔奖金获得者Lederberg指出的，Avery的工作是现代生物科学的革命开端，也可以说是基因工程的先导。第一，发现了生物的遗传物质是DNA不是蛋白质。第五页，共三十一页，编辑于2023年，星期日遗传物质？核酸或蛋白质？核酸！O.T.Avery及其合作者,1944年发表了关于细菌转化实验的报告第六页，共三十一页，编辑于2023年，星期日格里菲斯的肺炎链球菌转化实验爱弗莱证实转化物质是DNA第七页，共三十一页，编辑于2023年，星期日

随着生物化学的发展，蛋白质、核酸等生物大分子逐渐分离、纯化出来。各方面的实验证据表明，基因的化学本质不是蛋白质，而是DNA。格里菲斯的实验证明遗传物质可以转化进入细菌，改变细菌特性。爱弗莱的实验证实，进入细菌改变特性的遗传物质是DNA，而不是蛋白质。

遗传物质是DNA第八页，共三十一页，编辑于2023年，星期日分别用放射性同位素标记噬菌体35S－标记蛋白质32P－标记DNA第九页，共三十一页，编辑于2023年，星期日35S标记外壳蛋白质,感染后放射标记不进入大肠杆菌细胞32P标记DNA,感染后放射标记进入大肠杆菌细胞第十页，共三十一页，编辑于2023年，星期日第二，明确了DNA的双螺旋结构和半保留复制机理。

1953年，Watson和Crick提出了DNA结构的双螺旋模型，这对生命科学的意义来说，足以和达尔文学说、孟德尔定律相提并论。DNA半保留复制和蛋白质合成的中心法则，提出了遗传信息流是DNA→RNA→蛋白质，从分子水平上揭示了神秘的遗传现象，为遗传和变异提供了理论依据。第十一页，共三十一页，编辑于2023年，星期日半保留复制双螺旋结构第十二页，共三十一页，编辑于2023年，星期日In1962JamesWatson(1928),FrancisCrick(1916-2004.7.28),andMauriceWilkins(1916)jointlyreceivedtheNobelPrizeinmedicineorphysiologyfortheirdeterminationin1953ofthestructureofdeoxyribonucleicacid(DNA).BecausetheNobelPrizecanbeawardedonlytotheliving,Wilkins'scolleagueRosalindFranklin(1920-1958),whodiedfromcancerattheageofthirty-seven,couldnotbehonored.JamesWatson(1928)FrancisCrick(1916-2004.7.28)MauriceWilkins(1916)RosalindFranklin(1920-1958)第十三页，共三十一页，编辑于2023年，星期日WatsonandCrick’spaperinNature1953.第十四页，共三十一页，编辑于2023年，星期日CrickandWatson'sDNAmodel(1953)CrickandWatson'sDNAmodel(2003)DNAHelix50Years第十五页，共三十一页，编辑于2023年，星期日CrickandWatson'sDNAmodel(1953)第十六页，共三十一页，编辑于2023年，星期日第三，遗传密码子的破译。

1961年Monod和Jacob提出了操纵子学说，为基因表达调控提出了新理论。以Nirenberg等为代表的一批科学家，经过艰苦的努力，确定遗传信息是以密码方式传递的，每三个核苷酸组成一个密码子，代表一个氨基酸。到了1966年全部破译了64个密码，编排了一本密码字典，除线粒体、叶绿体存在个别特例外，遗传密码在所有生物中具有通用性，为基因的可操作性奠定理论基础。第十七页，共三十一页，编辑于2023年，星期日EstablishedthechemicalstructureoftRNAEstablishedtheinvitrosystemforrevealingthegeneticcodesDevisedmethodstosynthesizewelldefinednucleicacids第十八页，共三十一页，编辑于2023年，星期日一、遗传密码的单位：

包含在DNA或RNA排列顺序中的遗传信息，它决定蛋白质中氨基酸的排列顺序。现一般专指存在于信使RNA（mRNA）上的核苷酸顺序。

三联体密码（密码子，codon）:

三个连续的核苷酸编码一个氨基酸。

遗传密码（geneticcode）第十九页，共三十一页，编辑于2023年，星期日二、遗传密码的基本特点1.64组密码子:61种为aa编码

3种为终止密码子AUG（起始密码子）UAA,UAG,UGA原核：fmet真核：met第二十页，共三十一页，编辑于2023年，星期日2.密码是无标点符号的3.一般遗传密码是不重叠的4.简并性（degeneracy)

大多数氨基酸都有两个或多个密码子。意义：减少有害突变维持物种稳定第二十一页，共三十一页，编辑于2023年，星期日5.专一性前两个碱基专一性强第三位碱基专一性小例：Ala(4)5GC

U3CAG变偶碱基

意义：若第三个碱基发生突变，仍可翻译出正确的aa6.通用性所有生物（包括病毒、原核及真核生物）基本上共用一套密码子。第二十二页，共三十一页，编辑于2023年，星期日遗传密码表第二十三页，共三十一页，编辑于2023年，星期日

基因工程诞生的基础技术上的三大发明第一，限制酶、连接酶能够体外切割和连接DNA片段。第二，质粒改造成载体能够携带DNA片段克隆。第三，逆转录酶的使用打开真核生物基因工程的一条通路。第二十四页，共三十一页，编辑于2023年，星期日第一，限制酶、连接酶能够体外切割和连接DNA片段。

1970年，Smith和Wilcox在流感嗜血杆菌（Haemophilusinfluenzae）中分离并纯化了限制性核酸内切酶HindII，使DNA分子的切割成为可能。1972年Boyer实验室又发现了名叫EcoRI的限制性核酸内切酶，这种酶每遇到GAATTC序列，就会将双链DNA分子在该序列中切开形成DNA片段。以后，又相继发现了大量类似于EcoRI这样的能够识别特异核苷酸序列的限制性核酸内切酶，这就使研究者可以获得所需的DNA特殊片段。另一发现是DNA连接酶。1967年，世界上有五个实验室几乎同时发现了DNA连接酶，这种酶能够参与DNA缺刻的修复。1970年，美国的Khorana实验室发现了一种叫做T4DNA连接酶，具有更高的连接活性。为DNA片段的重组连接提供了技术基础。第二十五页，共三十一页，编辑于2023年，星期日第二，质粒改造成载体能够携带DNA片段克隆。

只有对DNA切割与连接的工具（酶），还不能完成DNA体外重组的工作。因为大多数DNA片段不具备自我复制的能力。所以，为了能够在受体细胞中进行繁殖，必须将获得的DNA片段连接到一种能自我复制的特定DNA分子上。这种DNA分子就是基因工程载体（vector）。基因工程的载体研究先于限制性核酸内切酶。从1946年起，Lederberg开始研究细菌的性因子─F质粒，经过50到60年代，相继发现其它质粒，如抗药性因子（R质粒）、大肠杆菌素因子（CoE质粒）。到1973年，Cohen将质粒作为基因工程的载体使用，获得基因克隆的成功。第二十六页，共三十一页，编辑于2023年，星期日第三，逆转录酶的使用打开真核生物基因工程的一条通路。

1970年，Baltimore等人和Temin等人同时各自发现了逆转录酶，逆转录酶的功能不但打破了早期的中心法则，也使真核基因的制备成为可能。1975年获诺贝尔生理医学奖第二十七页，共三十一页，编辑于2023年，星期日打破了早期的中心法则第二十八页，共三十一页，编辑于2023年，星期日基因工程诞生的标志1972年，斯坦福大学，P.Berg小组，世界首例DNA体外重组。

SV40/EcoRⅠ+λDNA/EcoRⅠ

↓recombinantDNA1973年，斯坦福大学，S.C