生导第11章-5基因表达调控,生物技术

本章内容提要1)基因的功能2)基因的结构3)基因的表达4)基因的调控5)基因的突变第一页，共203页。基因的生物学功能第二页，共203页。基因与发育生物的发育是一个按照预定程序逐步展开的生物学过程。高等生物都是由许多结构和功能不同的组织和器官组成。在胚胎发育和形态发生过程中，伴随着细胞的分裂和分化，构成组织，有序组成器官。细胞的命运是由基因决定的，在细胞分化时，有些基因会开启，有些基因会关闭。同一个基因在不同的细胞中处于不同的活性状态称为基因的差异表达，受控于基因组程序化，是发育调控的分子基础。第三页，共203页。果蝇躯体规划

body

plan

-

基因决定个体发育第四页，共203页。果蝇发育突变第五页，共203页。果蝇体节控制基因突变第六页，共203页。BoyorGirl?—基因与性别1.人类中男性的性别决定是由Y染色体上的SRY基因控制的,该基因可以开启另一个下游基因SOX9,这是一个决定性别表型的关键基因.2.GiovannaCamerino等发现意大利一个家庭的4个兄弟均为XY基因型,但他们的性别表型均为女性.3.GiovannaCamerino发现造成上述性别转变的原因在RSPO1基因的突变关闭了SOX9基因,阻止雄性器官的发育.4.由于RSPO1基因的突变使4兄弟转变为女性.该基因突变率为1/160000.Nature,2006.第七页，共203页。SOX9—性别开关基因小鼠转基因实验:雄性小鼠含有SRY基因,可开启SOX9基因,转化SOX9基因仍为雄性.雌鼠缺少SRY基因,不能开启SOX9基因.用SOX9基因转化雌鼠,促使雌鼠性别转化.第八页，共203页。天才与疯子仅一步之遥

--神奇的DARPP-32

基因毕加索爱因斯坦伍尔芙本人在《疯狂的天才》书中，曾专门分析过那些患有精神疾病，尤其是躁狂型抑郁症的天才—诗人、画家、作家的精神世界。

自杀或者企图自杀，是有着精神疾患的艺术家们相当普遍的一种选择。第九页，共203页。聪明基因可能增加精神分裂风险天才和疯子之间似乎仅有一线之隔，如画家梵高被称为天才，但表现出自我毁灭的行为。研究人员已经发现一种同时控制才智和癫痫的基因，这种基因可以决定一个人的智商高低，同时也能够控制一个人是否会患上精神分裂症。美国NIH精神健康研究所（NIMH）科学家对于人脑“控制开关”基因DARPP-32的首次研究发现，大多数人遗传了一套该基因的变异拷贝，它能够“优化”大脑思维回路，不过，它也可能削弱思维能力，增加患精神分裂症的风险。第十页，共203页。遗传信息流---基因的表达程序第十一页，共203页。基因的结构第十二页，共203页。什么叫基因?1)“gene”一词的出现:1905年,Johson首创“gene”一词,用以表示可在后代重复出现的遗传因子..3)基因的定义(GeneticsGlossary):

经典遗传学:

决定表型性状的独立的遗传单位.

分子遗传学:

组成一个完整转录单元的DNA顺序.第十三页，共203页。“一个基因一个酶”的假设Beadle和Tatum通过脉包菌(Neurosporacrassa)的遗传分析发现基因的原始作用是决定酶的结构。每一种突变只阻断一个生化反应，或者说只是造成催化这个生化反应的酶的功能缺陷。与突变基因相对应的野生型基因决定了一种酶的产生，决定这个酶所催化的生化反应能不能进行，决定了这个酶反应的产物能不能生成，决定了与这个产物相关的野生型性状能不能显现。第十四页，共203页。顺反子

1955年，美国分子生物学家本泽（Benzer）提出了基因的顺反子（Cistron）概念。遗传的功能单位称为顺反子，一个顺反子一个多肽，顺反子即是结构基因。顺反子的概念来自遗传学中的顺反重组试验，确定交换片段究竟在一个基因内还是属于两个基因的试验，顺反子内存在与核苷酸数量一样的突变子和重组子。这个学说打破了基因是突变、重组、决定遗传性状的“三位一体”概念及基因是最小的不可分割的遗传单位的观点。

基因为DNA分子上一段核苷酸顺序，负责着遗传信息传递，一个基因内部仍可划分若干个起作用的小单位，即可区分成顺反子、突变子和重组子。第十五页，共203页。第十六页，共203页。对基因的结构分析：我们可以看到基因共有的一些结构域，基因是不同结构域的组合；这暗示，至少这些基因起源于不同结构域作为基本单位的组合；建筑之比喻免疫球蛋白，T细胞受体基因重排：基因组不同结构域的随机组合，拥有10E15以上多样性。克隆选择学说；财富高度集中有病。真核基因选择性剪接：绝大多数真核基因具有选择性剪接，选择不同的外显子组成基因；内含子与外显子的作用；反式剪接形成的基因:来源于不同的染色体转录成一个基因，也是一种基因组合。基因的编程，固定程序与临时程序，程序员呢？第十七页，共203页。基因的结构以转录起始点为分界线,在其5’端的顺序称为基因的上游区,在其3’端的顺序称为基因的下游区.第十八页，共203页。基因的结构1)基因的上游区含有控制基因表达调控的顺序,通常将这些顺序称之为反式因子.2)基因的转录区包含:

外显子:在转录加工后输出细胞核的顺序,含编码mRNA的顺序.

内含子:在转录加工后被切除的顺序,非编码顺序.5’-和3’-非翻译区:不编码氨基酸3)mRNA的顺序组成:5’非翻译区:可调控翻译起始3’非翻译区:可调控翻译终止多肽链编码区:密码子组成区,或称开放读框,openreadingframe,ORF第十九页，共203页。DNA的编码链

-

正链(+)转录时以负链(-)或无义链为模板,按碱基配对法则合成与编码链或正链(+)顺序相同的RNA.第二十页，共203页。基因的表达基因表达的控制元件:1)启动子2)增强子第二十一页，共203页。

基因的转录起始调控与基因上游区顺式因子结合的蛋白质又称为反式因子,绝大多数为转录因子,控制基因的转录起始.第二十二页，共203页。启动子---安装转录装置的平台1）核心启动子的顺序为-TATA-2)为RNA多聚酶的结合提供平台2）确定转录的方向3）规定转录起始点

第二十三页，共203页。什么是增强子(enhancer)?真核生物启动子并不能单独行使转录起始功能，它必须借助增强子的帮助。增强子可以定义为距离转录起始点较远的与转录激活有关的DNA顺序。

真核生物的增强子有许多可以和转录调控蛋白特异结合的短序列DNA组成,通常称为顺式元件(ciselements).增强子可以决定基因何时何处表达.

第二十四页，共203页。

增强子结构及其功能第二十五页，共203页。基因的

表达

-

转录和

翻译第二十六页，共203页。转录的起始与延伸第二十七页，共203页。毒蘑菇—转录的抑制剂毒蘑菇中有一种毒素α-鹅膏蕈（Xun）碱可与真核生物RNA聚合酶II紧密结合阻止mRNA的合成,但不抑制原核生物,叶绿体以及线粒体基因的转录.第二十八页，共203页。基因转录产物的加工1)真核细胞中编码基因转录的初级产物称为前体mRNA(pre-mRNA).2)前体mRNA必需经过加工转变为成熟的mRNA才能输出细胞核.3)前体mRNA的加工包括:1)5’-端加帽2)3’-端加尾3)切除不编码的内含子,将相邻的外显子彼此连接.第二十九页，共203页。mRNA的加帽与加尾第三十页，共203页。

前体mRNA的剪接第三十一页，共203页。

基因表达调控的机制第三十二页，共203页。大肠杆菌乳糖操纵子大肠杆菌的乳糖操纵子含Z、Y及A三个结构基因，分别编码β-半乳糖苷酶、透酶、乙酰基转移酶，此外还有一个操纵序列O、一个启动序列P及一个调节基因Ⅰ。Ⅰ基因编码一种阻遏蛋白，后者与O序列结合，使操纵子受阻遏而处于转录失活状态。在启动序列P上游还有一个分解（代谢）物基因激活蛋白CAP结合位点，由P序列、O序列和CAP结合位点共同构成LAC操纵子的调控区，三个酶的编码基因即由同一调控区调节，实现基因产物的协调表达。

第三十三页，共203页。原核基因表达调控

-

操纵子模型当培养基中含有葡萄糖时,抑制蛋白质与lac操纵子中的操纵基因结合,阻止转录.当培养基中无葡萄糖而含有乳糖时,乳糖与抑制蛋白结合,解除抑制,基因转录.第三十四页，共203页。细菌中转录与

翻译

是偶联的

同步进行第三十五页，共203页。mRNA的多核糖体翻译第三十六页，共203页。

真核生物基因表达---多步调控第三十七页，共203页。

基因突变--类型基因突变的类型:1)碱基代换又称点突变,碱基改变包括:

转换:一种嘌呤转变为另一种嘌呤,A→G或G→A

颠换:一种嘧啶转变为另一种嘌呤,或者相反,如C→A或A→T等.2)核苷酸插入或缺失突变第三十八页，共203页。

基因突变的效应—碱基代换碱基代换会产生4种不同的效应:1)同义突变:不改变氨基酸顺序的碱基代换2)错义突变:使氨基酸密码子发生改变的碱基代换3)无义突变:产生终止密码的突变,使翻译提前终止,产生残缺蛋白质4)连读突变:终止密码变为有义密码,产生延伸的多肽链第三十九页，共203页。突变的效应---同义突变同义突变发生在氨基酸密码子的第3个碱基即摇摆位置,不影响氨基酸改变,又称沉默突变.第四十页，共203页。错义突变错义突变的碱基代换发生在密码子的第1或第2个碱基位置,改变了密码子的编码含义,由一个新的氨基酸取代.

镰刀型红细胞即起因于点突突变,使谷氨酸变为缬(Xie)氨酸.第四十一页，共203页。无义突变或终止突变无义突变系指编码氨基酸的密码子因碱基代换转变为终止密码的突变,使翻译提前终止.第四十二页，共203页。连读突变连读突变发生在终止密码位置,将终止密码转变为氨基酸密码子,使翻译延续,产生延长的多肽链.第四十三页，共203页。插入或缺失突变不影响密码子读框的插入或缺失突变:这类突变插入或缺失的碱基数目为3的倍数,不影响后续密码子的读框,但会增加或减少突变区域氨基酸的数目.影响密码子读框的插入或缺失突变:这类突变插入或缺失的碱基数目与密码子碱基数不成倍数,使后续密码子的读框发生改变,又称为移码突变.第四十四页，共203页。插入或缺失---非移码突变编码区连续插入或缺失3个碱基不影响后续的读码顺序.第四十五页，共203页。插入或缺失---移码突变编码区连续插入或缺失非3倍数的碱基影响后续读码顺序.第四十六页，共203页。影响表型的各种突变第四十七页，共203页。人类早衰突变第四十八页，共203页。幼态症现年17岁的布鲁克·格林伯格是一名美国巴尔的摩市女孩，和父亲霍华德、母亲梅拉妮以及3名姐妹居住在巴尔的摩市郊区雷斯特斯镇。布鲁克·格林伯格尽管已17岁大，但她的外表看上去仍然像一岁女婴，体重只有7.25公斤，身高也只有0.76米！美国医学专家对布鲁克进行了一系列诊治，发现她身上存在许多“矛盾现象”——她身体每个部分的衰老程度并不一样！比如17岁的布鲁克仍然长着乳牙，但她的骨骼年龄却更像是10岁儿童。医生曾建议布鲁克的父母为她注射生长荷尔蒙，但生长荷尔蒙治疗也没有产生任何效果。

2010年05月10日03:27

第四十九页，共203页。人类的大脑为何特别大

?第五十页，共203页。人类颌肌肌球蛋白基因的突变第五十一页，共203页。细胞癌变的分子机制1)细胞癌变的关键是细胞分裂的失控.2)癌变可由多种原因引起,最终都是破坏控制细胞分裂基因的正常功能.3)癌变通常发生在必需不断更新的组织细胞,由于频繁复制可积累突变.4)导致癌变的内外因素,如接触致癌化合物引起DNA突变.第五十二页，共203页。癌基因致癌基因(oncogene):因突变或高水平表达而引起靶细胞转变为肿瘤细胞的基因。原癌基因（Proto-Oncogenes）：细胞中具有正常的功能，但在其突变或增强表达时能促进细胞分裂并有致癌作用的基因.第五十三页，共203页。

癌变的多步模型---结肠癌第五十四页，共203页。某些原癌基因的功能p53-inducedcell-cyclearrestinresponsetoDNADamageThenormallyunstablep53proteinisstabilizedbydamagedDNA,soitsconcentrationincreases.Actingasatranscriptionfactor,p53inducesexpressionofp21CIP,acyclin-kinaseinhibitorthatinhibitsallCdk1-,Cdk2-,Cdk4-,andCdk6-cyclincomplexes。Bindingofp21CIPtotheseCdk-cyclincomplexesleadstocellcyclearrestinG1andG2.

第五十五页，共203页。肿瘤与癌症的区别肿瘤可分为良性肿瘤和恶性肿瘤两大类，肿瘤与癌症是不同的两个概念,良性肿瘤和恶性肿瘤的区别是相对的。肿瘤有恶性和良性之分,恶性肿瘤就是癌症。更确切地说,上皮组织的恶性肿瘤,才是癌症,其他组织的恶性肿瘤叫做肉瘤。肿瘤(良性)是可控制的,而癌症是不可控制的。良性肿瘤一般生长缓慢，生长方式大多为膨胀性生长，有包膜，与周围正常组织分界清楚.恶性肿瘤大都生长较快，一般无包膜，边界不清，肿块固定，与周围组织粘连而不能移动。

第五十六页，共203页。思考题1)真核生物基因的结构.2)原核生物与真核生物基因表达模式的主要差别?3)前体mRNA必需经过哪些加功才能输出细胞核?3)核苷酸的插入可引起哪些突变?是否所有的插入突变都会引起密码子的移码?4)简述乳糖操纵子表达调控的机制?5)癌症为什么大多发生在持续分裂的组织与细胞?不良的生活习惯为何容易诱发癌症,举例说明?第五十七页，共203页。第12章重组DNA技术第五十八页，共203页。

本章内容提要1)重组DNA与限制性内切酶2)大肠杆菌质粒克隆载体的结构3)如何构建基因文库4)分子杂交的原理与程序5)如何从基因文库中筛选基因第五十九页，共203页。什么是重组DNA

?第六十页，共203页。

分子刀-DNA限制性内切酶限制性内切酶是一类在原核生物中发现的可以识别特定的DNA碱基顺序并将其切开的酶.第六十一页，共203页。限制性核酸内切酶的特点1)限制性核酸内切酶仅在原核生物中发现.2)

限制性核酸内切酶识别的碱基顺序长度不等,可从4碱基对到数十碱基对.大多数常用的限制酶识别的碱基对长度为4-6个碱基对.3)限制性核酸内切酶切割DNA的方式可以是5’突出单链或3’突出单链,也可以是平端酶切.4)大多数II型限制性核酸内切酶识别的碱基顺序都有

回文对称的特点,即旋转1800,识别顺序重叠.5)细菌中的限制核酸内切酶可以将外源的DNA切割,但不酶切自身的DNA.因为细菌基因组DNA可以甲基化,使限制酶不能识别而得以保护.第六十二页，共203页。发现限制性内切酶1)1950年代科學家發現了大腸桿菌K具有某種機制可以限制λ噬菌體的感染能力.2)1962年瑞士的科學家WernerArber等人證明了大腸桿菌K可以產生一種酶，可以阻止λ噬菌體的感染能力,因而稱為限制性内切酶(restrictionendonuclease

).3)在1970年美國科學家HamiltonO.Smith等人从噬血感菌RD菌株中分離出另一種限制酶,定名為HindII,为II型限制酶,目前常使用的限制酶均屬於這一類.4)在1971年美國科學家DanielNathans等人，首先利用

HindII限制酶描繪出

simianvirus40(SV40)病毒的限制酶位点物理图.基於限制酶的發現及其性質方面研究的貢獻，WernerArber、HamiltonO.smith、DanielNathans三人在1978共同获得諾貝爾生理醫學獎。第六十三页，共203页。限制酶发现及其应用获得诺贝尔奖第六十四页，共203页。有三种限制性内切酶目前已知有三种限制性内切酶:1)I型限制性内切酶:一类兼有限制性内切酶和修饰酶活性的蛋白复合体,可催化宿主DNA的甲基化

。它们在识别位点約1000bp以外的任何位置切割DNA链,不产生确定的限制片段和明确的条带.

2)II型限制性内切酶:在识别位点之中或临近的确定位点特异地切开DNA链。它们产生确定的限制片段和条带，因此是三类限制性内切酶中唯一用于DNA分析和克隆的酶。3)III型限制性内切酶:兼有限制和修饰两种功能的酶,可催化宿主DNA的甲基化

。它们在识别位点之外25-27bp的位置切开DNA链，并且要求识别位点是反向重复序列,如BcgI,CGANNNNNNTGC

；它们很少能产生完全切割的片段，因而不具备实用价值。

第六十五页，共203页。几种常用的II型限制酶及其识别位点限制酶识别与酶切的碱基顺序具有回文结构,旋转1800C可以顺序重叠,产生的突出末端称为粘性末端.平端切口不产生突出单链末端.第六十六页，共203页。重组DNA的操作限制酶切割DNA暴露的突出末端顺序又称粘性末端,具有相同突出末端的片段可以彼此连接.第六十七页，共203页。第一个重组DNA分子

1972年斯坦福大学的Paul

Berg博士首次在国际上构建第一个重组DNA分子,它们结合了两种生物的DNA.为此,Berg荣获1980年化学诺贝尔奖.重组DNA与原子核裂变的意义可以相提并论.上世纪70年代中期,美国国家科学院要求Berg就重组DNA的安全性进行评估.为此,Berg写了一封具有历史意义的信件,号召推迟重组DNA研究,直到安全性得到控制为止.他是1975年在加洲Asilomar召开的国际重组DNA技术论坛的关键组织者.一百多位与会科学家讨论了基因剪切实验的潜在风险.一年后,讨论结果形成了关于重组DNA技术的NIH准则,这是一个里程碑式的事件,显示了科学家们负责任的自律精神.

Berg博士1991年被聘为人类基因组计划科学顾问委员会主席.第六十八页，共203页。第一个重组DNA生物

In1973,HerbertBoyer和

StanleyCohen创造了第一个

重组DNA生物----含有猿猴病毒SV40基因的大肠杆菌细胞.1975年Swanson访问了在硅谷的Boyer,讨论成立生物技术公司的想法.

1976年Boyer和Swanson共同创办了世界上第一家生物技术公司,Genentech.1978年他们生产了第1个重组DNA商用医药产品—人体胰岛素(治疗糖尿病),次年生产了第2个重组DNA产品—生长因子(治疗侏儒症).第六十九页，共203页。9]

P[LP[L*/-++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

第七十页，共203页。DNA克隆第七十一页，共203页。什么是克隆(cloneorcloning)?1)Agroupofgeneticallyidenticalindividualsdescendedfromthesameparentbyasexualreproduction.2)Agroupofgeneticallyidenticalcellsproducedbymitoticdivisionfromanoriginalcell.3)AgroupofDNAmoleculesproducedfromanoriginallengthofDNAsequencesproducedbyabacteriumoravirususingmolecularbiologytechniques.ThisiswhatisoftencalledmolecularcloningorDNAcloning.4)Theproductionofgeneticallyidenticalanimalsby'embryosplitting'.Thiscanoccurnaturallyatthetwocellstagetogiveidenticaltwins.5)Thecreationofoneormoregeneticallyidenticalanimalsbytransferringthenucleusofabodycellintoaneggfromwhichthenucleushasbeenremoved.核移植,多利羊定义:通过无性方式产生的遗传组成相同的后代(DNA,细胞,个体).第七十二页，共203页。DNA分子克隆载体(Vector)一种可以将插入DNA片段进行扩增的质粒DNA,含有可在原核或真核细胞中复制所必需的元件.第七十三页，共203页。大肠杆菌质粒DNA1)大肠杆菌细胞中含有游离于染色体外并且可以独立复制的遗传物质—质粒DNA.2)质粒DNA一般是小分子环状DNA分子.3)大肠杆菌细胞中的质粒DNA通常有很多个拷贝,因此可以用来扩增外源的DNA片段.4)质粒DNA可以提取出来进行体外操作,构建重组DNA分子.5)提取和纯化的质粒DNA可以用来转化大肠杆菌细胞,并可在宿主菌中进行多拷贝复制.第七十四页，共203页。DNA克隆载体的必需部件1)DNA复制起始点2)质粒载体选择标记3)多克隆位点第七十五页，共203页。质粒载体

的一般结构结构元件:1)复制起始点;2)质粒筛选标记;3)插入子筛选标记;3)多克隆位点.第七十六页，共203页。质粒DNA复制起始点与拷贝数1)DNA克隆载体必须在宿主菌细胞中复制才能进行扩增,因此克隆载体均含有可被宿主菌识别的复制起始点.2)不同的细菌DNA复制起始点具有种属专一性,因此可在甲种细菌中复制的克隆载体不一定能在乙种细菌中复制.3)可在多种宿主菌中复制的克隆载体称为穿梭载体,它们含有广宿主复制起始点.4)复制起始点决定细胞中拷贝数的多少:松弛型质粒:一个细胞中可以复制数十个质粒拷贝,这种质粒为松弛型,常用于质粒扩增.严谨型质粒:一个细胞中只允许一个或数个质粒拷贝,这种质粒为严谨型,基因工程中很少采用这类质粒.第七十七页，共203页。克隆载体选择标记克隆载体的选择标记具有两种类型:1)质粒选择标记,这类标记可使质粒DNA在选择压力下保留在细胞中,如大肠杆菌克隆载体中的抗卡那霉素基因(kamR)或抗氨卞青霉素基因(ampR).2)插入子选择标记,根据筛选标记的表型可以判断外源DNA是否已插入到克隆载体中,如大肠杆菌克隆载体中常用的lacZ基因.若无外源DNA插入,在筛选培养基上克隆显示蓝色.在外源DNA插入破坏lacZ基因时,克隆显示白色.第七十八页，共203页。插入子选择标记1)插入子选择标记基因lacZ编码降解乳糖糖苷键的酶,它也能降解一种IPTG的化合物,并产生一种蓝色的物质.2)在筛选培养基中加入IPTG,如果细菌能产生lacZ蛋白质,细胞内有蓝色产物积累,表明载体中的标记基因lacZ是正常的,没有插入外源DNA.这些蓝色克隆为阴性克隆.3)如果细菌不产生lacZ蛋白质,细胞内没有蓝色产物积累,表明载体中的标记基因lacZ受到破坏,已有外源DNA插入.这些白色克隆为阳性克隆.第七十九页，共203页。多克隆位点1.所有克隆载体都有多克隆位点,它们是外源DNA插入的位置.多克隆位点由一段特别的碱基顺序组成,它们可以由不同的限制酶切开.含有相同接头的外源DNA可通过互补接头插入到载体的多克隆位点中.2.采用多克隆位点的目的是为了便于不同顺序的外源DNA整合到载体中.3.当外源DNA顺序中没有合适的酶切位点时,可以合成匹配的接头整合到载体中.第八十页，共203页。常用的DNA克隆载体

第八十一页，共203页。DNA

克

隆

的一般程序第八十二页，共203页。筛选目标克隆第八十三页，共203页。DNA分子杂交—Southern分析1.DNA双螺旋的两条单链是按碱基互补配对(A/T和C/G)的原则形成的.在高于950C(或酸碱条件)下,DNA两条双链会彼此分开形成单链,这一过程称为DNA变性或解链.当温度下降到700C或750C以下时,两条单链又会按碱基互补配对的原则重新形成双链,这一过程称为复性.2.当两条同源DNA分子的碱基顺序具有80%以上的一致性时,这两条同源DNA的单链在650C条件下能形成杂交双链.分子遗传学实验中常用这种方法筛选含有目标基因的阳性克隆.3.根据DNA分子变性和复性的原理,可以采用分子杂交的方法检测样品中是否含有顺序一致的核酸分子.如果检测的对象是DNA,这种杂交称为Southern杂如果检测的对象是RNA分子,这种杂交称为northern杂交.第八十四页，共203页。

DNA探针及分子杂交1.DNA探针是指一段用来检测或鉴定目标DNA是否具有同源或相同顺序的DNA分子.用作探针的DNA片段在与样品(DNA或RNA)杂交前:1)需采用同位素或荧光化合物进行标记,以便在杂交反应后显示与目标DNA杂交的信号.2)探针必需变性成为单链才能用于克隆杂交.2.基因文库的克隆转移到杂交膜上后,必需将细胞裂解使其释放DNA,还要进一步将克隆的DNA变性使其成为单链状态.第八十五页，共203页。鉴定克隆DNA片段---Southern分子杂交第八十六页，共203页。如何使双链DNA变性为单链?使双链DNA变性的方法如下:1)加热:将DNA样品置于95OC的溶液.2)酸处理:将DNA样品置于0.1N(或0.2N)的HCl溶液.3)碱处理:将DNA样品置于0.2N(或0.4N)的NaOH溶液.注:1.加热,酸碱处理均可破坏双链DNA配对碱基之间的氢键,使单链游离.2.常用的杂交膜含有特别的化学基团,可将DNA固定在杂交膜上,使其所在杂交膜上的位置不变.第八十七页，共203页。Southern分子杂交实验杂交后将杂交膜漂洗,然后进行X-光片放射性自显影,保留在杂交膜上的探针可显示基因片段在电泳凝胶上的相对位置(图右:电泳凝胶DNA迁移位置;图左:探针杂交位置).第八十八页，共203页。什么是基因文库(genelinrary)?基因文库:一组插入到克隆载体中足以覆盖基因组所有基因的DNA片段,可进行复制与扩增.第八十九页，共203页。表达基因文库(cDNA库)的构建1)基因组中的基因在不同组织细胞中并不是全部同时表达的,比如眼睛组织细胞中表达的基因与大脑组织细胞中表达的基因各不相同.为了知道大脑与眼睛中表达基因的差别,可以构建专门的组织特异性cDNA文库.2)从特定组织中分离纯化mRNA,然后利用逆转录酶合成与mRNA分子互补的DNA,这个互补的DNA(cDNA).cDNA只含外显子顺序,没有内含子顺序.3)将cDNA插入到载体中获得的克隆群体则称为cDNA文库.第九十页，共203页。cDNA文库构建程序第九十一页，共203页。从基因文库中分离目标克隆第九十二页，共203页。PCR技术及其发明者

1)什么是PCR?PCR的全称为多聚酶链式反应的英文缩写(polymerasechainreaction),系指一种在体外通过酶的催化反应扩增DNA分子的技术.2)PCR技术由美国生物化学博士KaryBanksMullis发明,并荣获1993年诺贝尔化学奖.

3)PCR技术主要利用高温耐热DNA多聚酶的特性,使模板DNA在高温下变性,然后与扩增引物复性并在DNA多聚酶的作用下进行DNA复制.这一过程可在试管中反复进行,每扩增一次,DNA分子的数量增加一倍.经多轮扩放反应后,扩增的DNA分子可从数个模板增加到数百万个.第九十三页，共203页。

PCR(多聚酶链式反应) PCR可以指数级增加DNA数量,每经过一次扩增DNA数目增加一倍.因为必需在高温(80-900C)下使DNA解链,然后降低温度使引物与解链变性的DNA单链复性,所以PCR酶必需耐受高温才能连续扩增.第九十四页，共203页。PCR技术的应用PCR技术在现代分子生物学研究中有广泛的应用:1.直接从基因组DNA中扩放和克隆基因.2.检测样品中是否含有特定碱基顺序的DNA.3.古DNA样品的扩增.4.绘制DNA指纹图.5.遗传病的检测.6.传染性病毒的检测.7.将特定的碱基引入DNA顺序中进行定向突变.8.检测与比较基因在不同组织的差异表达.第九十五页，共203页。思考题1)什么是重组DNA?2)什么是限制性内切酶?3)克隆载体包括哪些基本的结构元件,简述DNA克隆的过程?4)质粒载体中含有哪些标记基因?其作用是什?5)如何构建来自人体血细胞的基因文库?6)什么是cDNA,如何克隆cDNA?7)在进行Southern杂交时为何要将DNA变性?8)如何从基因文库中筛选已知部分碱基顺序的基因?9)简述PCR原理.第九十六页，共203页。第13章生物技术---现代生

命科学的革命第九十七页，共203页。本章内容提要1)生物技术包括哪些内容2)基因工程3)转基因植物与转基因动物4)基因治疗5)DNA指纹6)DNA芯片7)体细胞克隆8)转基因安全性第九十八页，共203页。什么是生物技术？

生物技术（biotechnology）,有时也称生物工程（bioengineering）,是指人们以现代生命科学为基础，结合其他基础科学的原理，采用先进的科学技术手段，按照预先的设计改造生物体或加工生物原料，为人类生产出所需产品或达到某种目的。生物技术是人们利用微生物、动植物体对物质原料进行加工，以提供产品来为社会服务的技术。

现代生物技术综合生物化学、遗传学、细胞生物学、胚胎学、免疫学、化学、物理学、信息学、计算机等多学科技术，发展到高通量组学（omics）芯片技术、基因组人工设计与合成生物学等技术。

B&B第九十九页，共203页。生物工程?

生物工程是以生命科学为基础，利用生物体(或者生物组织、细胞及其组分)的特性和功能，设计构建新物种、新品系、新的分子、新技术、新方法、新材料等，并且与工程原理相结合进行研究、设计、加工生产，为社会提供服务。因此生物工程是一个综合性技术体系，其内容主要包括基因工程、细胞工程、酶工程、蛋白质工程，微生物工程和生物克隆技术等六个部分，其中基因工程技术是现代生物技术的核心技术。第一百页，共203页。基因工程:生物技术的核心基因工程蛋白质酶生化工程细胞工程微生物发酵工程组织工程第一百零一页，共203页。生物技术的内容生物技术包括:基因工程蛋白质工程细胞工程组织工程第一百零二页，共203页。未来5-10年十大生物技术(健康领域)美国“NATUREGENETICS”杂志认为,未来5-10年与人类健康有关的十大生物技术为:1.分子诊断;2)重组疫苗;3)药物与疫苗输送技术;4)环保生物技术;5)病原体测序技术;6)防御性传播疾病新技术;7)识别药物靶标生物技术;8)高营养价值转基因作物技术;9)可降低激素和干扰素等治疗性蛋白质技术;10)促进新药研制开发组合化学技术.第一百零三页，共203页。基因工程

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超级鼠第一百零四页，共203页。转基因技术1)植物转基因2)动物转基因第一百零五页，共203页。植物基因工程植物基因工程的依据与原理:1)植物体细胞具有全能性,可发育为完正个体.2)经外源基因遗传转化的体细胞可以再生成完整植株.第一百零六页，共203页。植物细胞的全能性第一百零七页，共203页。植物转基因表达载体由天然的土壤根瘤菌或农杆菌细胞内的Ti质粒衍生的基因工程载体.L:左边界;R:右边界.借助农杆菌感染介导,被切下的边界顺序及内部顺序可整合到宿主细胞染色体中,筛选后可获得转化子.第一百零八页，共203页。植物转基因的一般程序第一百零九页，共203页。转基因是如何导入宿主细胞的?植物转基因的导入有三种方法:

生物介导:农杆菌感染法物理方法:直接导入,基因枪法化学方法:直接导入,脱去细胞壁的原生质体在PEG和CaCl2的介导下由细胞直接摄取外源DNA.第一百一十页，共203页。外源基因如何进入细胞?农杆菌介导的基因转移有如下步骤:1.植物受伤,伤口分泌有机化合物—酚类物质.2.酚类物质吸引农杆菌趋向伤口.3.农杆菌接触细胞,将T-DNA(转移DNA)切离,4.T-DNA通过跨膜遂道进入细胞质,并穿过核膜进入细胞核.5.进入细胞核的T-DNA整合到宿主细胞的染色体上.6.转基因表达.第一百一十一页，共203页。外源T-DNA进入植物细胞的机制第一百一十二页，共203页。抗虫毒蛋白的杀虫机理天然的昆虫肠道内有寄生的苏云金杆菌,这是一种芽孢杆菌.苏云金芽孢杆菌在营养条件不利时会在细胞内形成蛋白质伴胞晶体.当昆虫蚕食叶片时,会将叶片上的苏云金杆菌食入肠道内,苏云金杆菌会将蛋白质伴胞晶体释放.在昆虫肠道碱性蛋白酶作用下,伴胞晶体蛋白被酶切释放出毒蛋白多肽(Bttoxin).毒蛋白多肽与昆虫肠道细胞表面的糖蛋白结合,使细胞膜穿孔,造成细胞内外渗透压失控,使昆虫厌食直至死亡.第一百一十三页，共203页。抗虫棉基因工程第一百一十四页，共203页。是双价转基因抗虫棉，由中国农科院研究所和中国农科院生物技术研究所共同选育。该品种在黄河流域抗虫棉区试验，皮棉亩产85.2～99.2公斤，超过对照抗虫杂交棉中棉所29和中棉所38.在河南、山东大面积生产示范中平均皮棉亩产90公斤以上，比美国33B增产25%。绒长29.7毫米，比强度21.9cN/tex，马克隆值4.6。我国选育出一批转基因抗虫棉，8个品种通过审定。中棉所41：含有Bt和CpTI双价抗虫基因，抗虫性有双重效果，尤其中后期抗虫性显著高于美国33B。抗枯萎病耐黄萎病。第一百一十五页，共203页。复旦大学杨金水教授领导的课题组做出了重大贡献。116转基因优质棉----改变棉花纤维品质杨金水教授课题组与中国棉花研究所2006年开始棉花纤维品质转基因改良实验。经过6年不懈的努力，获得一批在棉花育种和生产上具有极高应用价值的转基因棉花品系。转csRRM基因棉花，将对照棉花的平均单铃重从5.5克提高到7.5克，铃重增加36%，显著高于一般棉花品种。棉花由于生殖生长与营养生长同步进行，很容易掉铃。csRRM转基因棉花因生长势强，干物质积累多，结铃性比一般棉花品种提高20%以上。最值得强调的是，csRRM转基因棉花显著增加了棉纤维长度，使对照棉纤维长由平均30.5mm提高到平均33.5mm，比一般棉花品种增长3mm左右，在高产、优质品种培育方面具有非常大的应用潜力。第一百一十六页，共203页。耐储藏番茄基因工程1)在番茄果实成熟时,细胞会适时地合成许多促使果实成熟的蛋白质或酶,多聚半乳糖醛酸酶(polygalacturonase,PG)是其中之一.2)多聚半乳糖醛酸酶具有分解细胞之间的果胶质的活性,可使果实软化,降低果实的硬度.3)为了延缓番茄的软化时间,提高果实的抗损伤强度,提高耐储藏性,同时又保持番茄原有的品质,采用反义基因干扰的技术,将PG酶活性将至正常果实的1%.这一方法使番茄保鲜期延长一倍,仍基本保持原有品质.第一百一十七页，共203页。基因工程保鲜番茄1983年第一个转基因耐贮藏的番茄问世第一百一十八页，共203页。抗除草剂基因工程杂草是世界农业生产的大敌，它在天地里和农作物争夺阳光、水分和养料。我国每年因为杂草为害，各种农产品的损失达13.5%，其中粮食达350亿斤。如果靠喷洒除草剂除掉田间的杂草，在除去杂草的同时，也往往会杀死农作物。为了能够有针对性地去除杂草，科学家从植物中筛选了耐除草剂的基因，并把这种基因转到农作物中，种植了能抗除草剂的转基因作物，农民只要施加少量的除草剂就能既除去杂草，又不损害农作物。而且减少了除草剂的用量，也就降低了对土壤等生态环境的污染。第一百一十九页，共203页。人们对制作抗除草剂的转基因作物的生物学操作有很多设想，如：抑制植物对除草剂的吸收；降低对除草剂敏感的靶蛋白与除草剂的亲和力；赋予植物在新陈代谢过程种使除草剂失活的能力。这些策略的指导下，已经培育出了各种抗除草剂的转基因作物，如草甘膦，膦丝菌素等。把抗草甘膦基因引入植物，可使这种基因工程作物获得抗草甘膦的能力。此时若用草甘膦除草，则可选择性地除掉杂草，这种作物因不受损害而继续生长。美国科学家已成功地将这种突变的抗草甘膦的EPSP基因引入大豆、烟草中，转化植株获得了抗草甘膦的能力。现在已经实现商业化种植的抗除草剂转基因植物主要有大豆、玉米和棉花。第一百二十页，共203页。草甘膦（glyphosate）特点：是一种广谱除草剂，它具有无毒、易分解、无残留和不污染环境等特点，因而得到广泛的使用。它的靶位是植物叶绿体中的一个重要酶——内丙酮莽草酸磷酸合成酶（5-enolpyruvyl-shikimate-3-phosphatesynthetase,EPSP）。草甘膦通过抑制EPSP活性而阻断芳香族氨基酸的合成，最终导致受试植物的死亡。第一百二十一页，共203页。大豆大豆为世界性的重要作物。大豆对人体健康非常有益。已经证明大豆可以降低胆固醇，预防心脏病、冠状动脉硬化，还可以预防癌症，包括乳腺癌、前列腺癌和结肠癌等；缓解更年期综合症，预防骨质疏松。有人认为：大豆是二十一世纪的维生素。人们对大豆食品需求的增长促进了转基因大豆种植面积的增大。美国，自2001年以来，转基因大豆种植面积以每年160万～200万公顷的幅度增加。除了大豆、玉米、棉花，2004年，孟山都公司培育的转基因小麦MON71800成为美国批准商业化种植的第一个转基因小麦品种。这种小麦中导入的也是耐除草剂的基因。第一百二十二页，共203页。富含维生素“黄金米”维生素A缺乏（简称VAD）导致夜盲，严重者失明。全球目前已有78个国家，四分之一的学龄儿童（1.27亿）存在VAD问题，每年有超过25万少年儿童为此失明。2002年中国3-12岁儿童维生素A缺乏率为9.3%，农村为11.2%；在西南等贫困地区，其比率高达50%。水稻是全世界一半以上人群的主粮，尤其是穷人的主粮，如果能提高水稻中维生素A的含量，那么全世界穷人的维生素A缺乏问题就迎刃而解.瑞士IngoPotrykus教授1992年培育了第一代“黄金大米”，他被评为目前在世的对生物技术贡献最大的100人之一。Potrykus教授将把细菌和黄水仙中合成维生素A的4个基因导入水稻中，让水稻的维生素A的含量从零提高到一点几微克/克。著名生物技术公司先正达公司从玉米中找到了功效更强的基因，培育了第二代的“黄金大米”，让维生素A的含量一下提高了几十倍，每人每天只要吃不到2两大米就可以满足全天的需要。黄金稻并不能直接产生维生素A，而是beta-胡萝卜素，在人体里可以转化为维生素A。这种转化效果如何，需要进行实验，在中美联合的这个试验中给出了完美的答案（3），儿童每天吃2-3两米饭（大约是一两干大米）可以满足儿童一天60%的维生素A需求，和吃维生素A丸的效果一样。第一百二十三页，共203页。玫瑰花没有产生蓝色色素的基因。虽然玫瑰有5000多年的人工栽培2500多个品种,但始终没有蓝玫瑰的身影。蓝色妖姬“蓝色妖姬”最早来自荷兰是一种加工花卉。它是等白玫瑰（或白月季）快到花期时，开始用染料浇灌花卉，让花像吸水一样，将着色剂吸入进行染色。第一百二十四页，共203页。蓝色妖姬的产生克隆合成蓝色素的基因（目地基因）三色紫罗兰白玫瑰（受体）导入日本SuntoryLtd公司14年努力终于在2009年取得了突破。第一百二十五页，共203页。用于植物改良的外源基因1）标记基因或报告基因(reportgene)抗新霉素基因（neomycin，NPTII），抗潮霉素基因（hygromycin），抗氯霉素基因2）目的基因Bt毒蛋白基因，抗除草剂基因，蛋白质酶抑制剂基因，番茄耐储藏基因（反义多聚半乳糖醛酸酶基因），抗冻基因，凝集素基因（lectin），病毒外壳蛋白基因，蝎素和蜘蛛毒素基因，淀粉酶抑制剂基因等第一百二十六页，共203页。转基因植物已从科学家的实验室走入农民的大田，共有三十几个国家批准了数千例转基因植物进入田间试验，设计的植物种类有40多种。2004年，美国已批准商业化种植的转基因作物品种总数达到了59个，其中包括转基因玉米品种17个，油菜品种9个，棉花品种8个，番茄品种6个，土豆品种4个，大豆品种3个，甜菜品种3个，南瓜品种2个，水稻、小麦、亚麻、木瓜、罗马甜瓜、菊苣和匍匐剪股颖品种各1个。我国的科学家自国家“863”高技术研究与发展计划实施以来，利用基因工程技术在农业领域的农作物抗病、抗虫，品质改良等研究中取得了很大进展，转基因工程已在农业生产中大显身手，成为现代农业的新亮点。第一百二十七页，共203页。现已种植的转基因商用作物

第一百二十八页，共203页。基因治疗1)基因治疗是一种分子遗传学技术,系指将外源的正常基因导入靶细胞，以纠正或补偿因基因缺陷和基因异常引起的遗传疾病.2)其他疾病研究后来居上第一百二十九页，共203页。基因治疗-新的医学革命

*基因治疗是把药物工厂开到人体里去，在需要的时候就生产药物，不需要的时候自动关闭。将正常有功能的基因导入人体,以基因作为药物治疗疾病.*基因治疗医药工业的第四次革命。

第一百三十页，共203页。基因治疗的基本原理第一百三十一页，共203页。基因治疗什么病?遗传病:基因先天缺陷,理论上疾病治疗的希望根本所在;如隐性单基因遗传病.肿瘤:为肿瘤治疗提供了一条新路,发展迅速,具有潜在的商业价值传染病:艾滋病,肝炎等疾病的治疗一种新的尝试.其他疾病:心脑血管疾病,神经系统退行性疾病,不妨一试,意外效果.第一百三十二页，共203页。基因治疗-从治疗到预防基因治疗不仅可以用于疾病的治疗,还可以用于疾病的预防.

传染病的预防:基因免疫(DNA疫苗),肝炎,肺结核,腹泻,流感等;HIV预防

肿瘤预防:鼻咽癌,宫颈癌病毒导致肿瘤等;

肿瘤复发预防:各种基因转移肿瘤瘤苗免疫第一百三十三页，共203页。基因治疗--从治疗到提高

基因治疗不仅可以用于疾病的治疗和预防,还可以用于人类生活质量的提高和改善.1.肥胖,秃顶患者的福音2.长命百岁不再难求3.耳聪目明易如反掌4.性格重塑随心所欲问题焦点:基因治疗的伦理学的挑战第一百三十四页，共203页。基因治疗--三大要素1.基因转移系统2.基因表达调控3.治疗相关基因第一百三十五页，共203页。“病毒”也是幸运的使者基因治疗的“

枪炮”---基因转移系统第一百三十六页，共203页。基因治疗的“弹药”-----基因

基因治疗如同武器,基因转移方法是枪炮,而治疗所选用的基因就是弹药.基因来源于人类对疾病分子病理的认识,基因功能的研究.如:CFTR基因与CF基因治疗基因治疗是人类基因组计划研究--功能基因组研究的最大受益者之一.第一百三十七页，共203页。基因治疗研究历史回顾60年代Lederberg设想基因治疗遗传病1980年，美国Cline主持了β－地中海贫血的基因治疗,引发社会风波1980-1989年,美国Anderson为首的科学家争取社会和政府的支持理解，FDA和RAC制定了基因治疗审批管理方案1989年美国Rosenberg经FDA批准主持肿瘤患者标志基因转移临床试验.1990年,美国Culver/Blease主持世界首例ADA缺乏症基因治疗临床试验.第一百三十八页，共203页。基因治疗研究现状基因治疗从1989年进入临床试验以来,从相对禁锢到迅速发展,过热泛滥,反思降温,平稳发展,猛烈抨击,捷报频传等阶段,几经波折,充分体现了新生事物发展规律.但是,无论基因治疗发展坎坷如何,科学家坚信,基因治疗是一场医学革命,在21世纪将真正走向临床,为人类造福.2003我国批准了世界首个腺病毒P53肿瘤基因治疗药物，标志着基因治疗已经真正走向临床应用。第一百三十九页，共203页。世界上第一例成功的基因治疗1)1990年9月美国国家健康研究院(NIH)的医生进行了第一例基因治疗,患者是一位年仅4岁的小女孩,AshantiDeSilva,她患的是遗传性免疫缺陷症SCID.由于免疫系统缺陷不能接触外界空气,只能生活在无菌的隔离房中,所以又称为“bubbleboy”病(泡泡病孩).2)Ashanti的白细胞接受了一种基因组中缺少的可以合成免疫系统蛋白质的基因,因而她可以在户外活动,不必关在无菌的玻璃房中.3)由于这种经遗传校正的白细胞只能工作几个月,因此Ashanti必需定期接受基因治疗,注射遗传校正的白细胞.第一百四十页，共203页。重症组合免疫缺陷症是一种遗传

病

第一百四十一页，共203页。什么是SCID?1)SCID是英文Severecombinedimmuno-deficiency(重症组合免疫缺陷)的简称.2)SCID可由不同的遗传缺陷引起,目前已知:1.人类细胞间质素受体gamma亚基基因(X-染色体)(ILRG),2.ILRG下游信号传导JAK3基因(19号染体);3.编码腺苷酸脱氨酶(adenosinedeaminase,ADA)基因,

上述三个基因的突变均会引起SCID.第一百四十二页，共203页。如何治疗SCID

?第一百四十三页，共203页。世界首例ADA缺乏症基因治疗患者走出隔离病房第一百四十四页，共203页。复旦大学等进行了世界首次血友病B基因治疗第一百四十五页，共203页。反义核酸与反基因技术

针对特定的基因，人工合成一段修饰的寡核苷酸序列，或采用反义序列的表达载体，在人体细胞内特异抑制特定基因的表达或转录。寡核苷酸修饰的必要性：延长半衰期，抗降解。特点：针对性强，设计合成简单不足：细胞屏障，持续给药，效率？

实例:ISIP抗艾滋病的反义核酸药物上市第一百四十六页，共203页。DNA指纹1)广义的DNA指纹泛指所有能够进行个体识别的DNA多态性(片段)的组成。狭义的DNA指纹系杰弗瑞斯最初提出的建立在限制性酶切和探针(Southern)杂交基础上的DNA多态性图谱(分析技术)。2)DNA多态性系指同一种群的不同个体在同源染色体的相同位点DNA顺序组成的差异.3)1985年，杰弗瑞斯及其同事采用血红蛋白基因第一内含子中的短串联重复序列作为探针在低严谨条件下杂交得到了包含十几条条带的杂交图谱，不同个体杂交图谱上条带的位置差别很大，就象人的指纹一样，于是杰弗瑞斯就把它称为DNA指纹。第一百四十七页，共203页。DNA指纹的绘制从血液或其他组织中提取DNA，用重复顺序两侧序列作为引物扩放基因组DNA可获得很多长短不一的片段，把这些片段通过电泳的方法按长短分开，然后转移到尼龙膜上，固定，采用放射性或非放射性标记的探针（探针主要是短串联重复序列的核心序列）杂交。杂交的结果可以通过放射自显影或染色处理显示出来，形成由复杂条带组成的图谱，不同个体由于在不同位点短串联重复序列的重复次数不同，因此杂交条带的长短不同.第一百四十八页，共203页。1988年DNA指纹

在美国首次被认可作为法庭证据故事发生地:佛罗里达，奥兰多

案情:1986年12月，奥兰多的警探搜捕在这个城市的南部已经连续作案不下23次的强奸犯。DNA指纹的命运:1987年8月,阿伦·朱斯蒂博士完成了嫌犯托米·李·安德鲁的DNA指纹检测,与现场留下的DNA样品一致.由担心不同个体存在DNA指纹相同的可能,加上无其他证据,起诉人被迫撤回控告。柳暗花明:1988年2月重审霍奇一案。DNA证据被认为具有重大意义。贝里德和麻省理工学院的生物学家豪斯曼，证明血样的DNA与精液的DNA相匹配。陪审团听取了这些意见，1988年2月5日，法庭宣告安德鲁有罪，被控为连续强奸犯，他被判监禁达115年。这个案子的结案，标明美国的法庭审判第一次承认并接受DNA测试可作为证据.

第一百四十九页，共203页。DNA指

纹

与

身

份

确

认第一百五十页，共203页。亲子鉴定-DNA指纹

通过用限制性内切酶消化和与特异的核心探针（VNTR）杂交取得不同大小的DNA片段的多区带图谱，DNA指纹图被认为对某一个体是独特的。目前的DNA指纹是指不同的STR特异基因组合,最为常见的是国际通用的15个STR组合。

父亲母亲子女1子女2子女3第一百五十一页，共203页。未来的基因芯片具有人体特征第一百五十二页，共203页。DNA芯片DNA芯片是在很小的几何尺度的表面积上，装配高度密集的固定的单链或可变性双链DNA，同时检测和研究不同生物细胞DNA的特性，以及它们之间的相互作用，获得生命微观活动规律的一项分子生物学技术。它的本质是进行生物信号的平行分析，利用微点阵(miroarray)技术将成千上万的DNA信息集中到一小片固相基质上，在尽量小的空间范围内，以尽量快的速度完成样品的遗传信息分析。

第一百五十三页，共203页。D

N

A

芯

片见网站第一百五十四页，共203页。

DNA芯片探针的合成(左)与杂交(右)第一百五十五页，共203页。DNA芯片

的检测A)在1cm2小块玻片上有成千上万个小方块组成的视框,上面有附着其上的由不同碱基顺序组成的DNA单链.B)将需要检测的5个DNA样品经PCR放大后用荧光染料标记,然后与DNA芯片杂交.DNA芯片含有多种顺序,杂交洗片后在显微镜下可检测荧光信号显示所需要的信息..第一百五十六页，共203页。分子诊断---艾滋病病源检测第一百五十七页，共203页。体细胞克隆第一百五十八页，共203页。体细胞克隆---早期的实验第一百五十九页，共203页。体细胞克隆

--多利羊第一百六十页，共203页。

目前已成功克隆的哺乳动物

1)绵羊(sheep)2)山羊(goat)3)小鼠(mouse)4)大鼠(rat)5)猫(cat)6)猪(pig)7)牛(cattle)8)马(horse)第一百六十一页，共203页。动物转基因—生物反应器第一百六十二页，共203页。干细胞(stemcell)1)干细胞:具有分裂和分化潜能的细胞称为干细胞,干细胞在适合的条件下可分化形成不同类型的细胞群.2)单能干细胞:仅能分裂形成同类型的子代细胞.2)多能干细胞:仅可分化为少数不同类型的细胞,如某些胚胎干细胞可分化为肌肉细胞,神经细胞,骨骼细胞等.3)全能干细胞:可以分化所有细胞类型的细胞,如哺乳动物囊胚期细胞可分化为各种类型细胞.全能干细胞主要就是胚胎干细胞，它能分化成人体200多种细胞类型，形成机体的任何细胞、组织和器官。第一百六十三页，共203页。干细胞研究的意义在人工条件下将干细胞定向分化为所需的细胞、组织乃至器官，可以用来治疗目前还难以或无法治愈的帕金森氏病、早老性痴呆、白血病、糖尿病等顽症，解决十分紧缺的组织和器官移植的来源问题。如果进一步与克隆技术相结合，运用体细胞核转移技术来得到胚胎干细胞，还能解决细胞治疗以及组织和器官移植的免疫排异难题。第一百六十四页，共203页。胚胎干细胞胚胎干细胞主要有三个来源：1）(自然和人工)流产的胚胎；2）辅助生殖剩余的胚胎；3）通过体细胞核转移术得到的胚胎。第一百六十五页，共203页。胚胎干细胞研究与利用的争论1)不管哪一个来源，提取胚胎干细胞必定会损毁胚胎。于是，胚胎是不是生命，是不人，研究胚胎干细胞是不是“毁灭生命”、“人”，很自然地成为争论的焦点。2)胚胎的定义:3)胚胎是不是生命?第一百六十六页，共203页。其它生物技术1)蛋白质工程:利用重组DNA技术对目的基因进行改造,生产具有更高活性,疗效和产率的蛋白质产品.2)发酵工程:利用微生物代谢产生的中间产物采用工业化的方法大规模生产特定化合物的方法,如酿酒,制药等.3)细胞工程:某些特定的化合物只有特别的细胞类型才能生产.可通过组织培养获得大量细胞,从中提取所需化合物,如螺旋藻生产β-胡萝卜素,组织培养生产紫杉醇等.第一百六十七页，共203页。生物技术安全性1)食物安全性2)生态安全性3)医学伦理学第一百六十八页，共203页。生物技术安全性1)经基因工程改良(GM)动植物用作人类食物或直接食用某些基因工程产品时是否对人体健康产生短期或长期的危害.2)经基因工程改良(GM)动植物特别是农作物是否会向天然的野生物种扩散,这种扩散是否会造成生态灾难.其他安全性问题？第一百六十九页，共203页。转基因作物食用的安全性1）1988年，一家日本企业向美国市场投放了一种转基因细菌合成的用作镇静剂的色氨酸。第二年，用过这种产品的数千人出现肌肉疼痛，呼吸困难，咳嗽，皮疹等症状。后从样品中检测出两种毒素，从这一事件开始引起人们对转基因产品安全性的关注。2）美国康奈尔大学罗西发表了一篇论文，报道