第01章 基因工程绪论

基因工程

李桂兰

2011.3Howmuchdoyouknowabouttransgenic？转入紫罗兰基因的玫瑰（日本）台湾国立大学吴信志博士与转绿色荧光基因猪亲密无间图：转基因猕猴（左）和普通猕猴下图：在特殊光源下，转基因猕猴（左）通体呈现绿色，这是由它体内的绿色荧光蛋白所致。中科院昆明动物研究所季维智治疗遗传疾病美国医学家W·F·安德森等人对腺甘脱氨酶缺乏症（ADA缺乏症）的基因治疗，是世界上第一个基因治疗成功的范例。成功的范例（1990）治愈的女孩治疗方法能实现吗？长棉花的羊转基因飞机能长出塑料草？

能使体内的多糖和淀粉可以直接转化为颗粒状塑料的转基因柳枝稷。

（美国马萨诸塞州Metabolix的生物塑料公司）

转基因桂花树，金元素在桂花树上得到了强化秋天，桂花绽放的时候，人们看到的不仅是金灿灿的花，还是实打实的金子……桂花树长出金子黄金树的传说Treesofgold

人造生命“一个新时代到来”

“人造儿”的人造细菌内核美国生物学家克雷格文特尔制造生命的过程视频：基因研究获突破人造生命有望出现第一章概论生物工程、生物技术基因工程的概念基因工研究的主要内容原理基本步骤基因克隆需要的工具和技术基因工程的发展史理论上的三大发现技术上的三大发现发展过程中的重大事件基因工程的意义1.生物工程等概念生物工程(bioengineering)有时也称生物技术(biotechnology)：是指人们以现代生命科学为基础，结合其它基础科学的原理，采用先进的工程技术手段，按照预先设计,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。生物工程遗传工程：(geneticengineering)基因工程(geneengineering)细胞工程(cellengineering):酶工程（enzymeengineering)发酵工程（fermentationengineering)蛋白质工程（proteinengineering)本课程的地位：现代科技革命高新技术生物技术基因工程基因克隆中国的生物技术大发展

2008年7月9日，国务院总理温家宝主持召开国务院常务会议，审议并原则通过转基因生物新品种培育科技重大专项。这一专项将主要分为技术研发、安全管理和商业化三大部分，专项经费200亿元。主要研究对象包括水稻、小麦、玉米、棉花等主要农作物，以及猪、牛、羊等主要牲畜。

转基因生物新品种培育科技重大专项是《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》确定的未来15年力争取得突破的16个重大科技专项之一。

2.基因工程的基本内容

2.1基因工程的概念基因工程(geneticengineering)是指运用DNA体外重组方法进行基因操作，按人们需要改变生物遗传特性的生物技术。广义基因工程：DNA重组技术的产业化设计与应用。上游技术：外源基因克隆、重组和表达的设计与构建（狭义基因工程）下游技术：含有外源基因的生物细胞（基因工程菌或细胞）的大规模培养以及外源基因的表达、分离、纯化过程。genemanipulation,

genecloning,

recombinantDNAtechnology,geneticmodification,

newgenetics,

molecularagriculture1.什么叫基因？2.基因、DNA、染色体之间是怎样的关系？3.遗传信息是如何表达的？

思考DNA的结构：DNA的双螺旋结构(1953年由Watson和Crick)。1962年获奖基因的概念指控制生物某种遗传性状的DNA序列单位，分结构基因和调控基因。基因的结构（原核细胞）

非编码区

非编码区

编码区编码区下游编码区上游

RNA聚合酶结合位点

调控遗传信息的表达

RNA聚合酶能够识别调控序列中的结合位点，并与其结合。转录开始后，RNA聚合酶沿DNA分子移动，并与DNA分子的一条链为模板合成RNA。转录完毕后，RNA链释放出来，紧接着RNA聚合酶也从DNA模板链上脱落下来。真核细胞的基因结构编码区非编码区非编码区与RNA聚酶结合位点内含子

外显子

启动子终止子编码区上游

编码区下游

外显子:能够编码蛋白质的序列叫做外显子

内含子:

不能够编码蛋白质的序列叫做内含子

中心法则(centroldogma)：1953年由Watson和Crick提出。

复制

转录翻译

DNA

DNA

mRNA

蛋白质

逆转录1970年美国病毒学家特明、美国病毒学家巴尔的摩发现了“逆转录酶”，揭示了生物遗传中存在着由RNA形成DNA的过程，发展和完善了“中心法则”。

基因工程与分子生物学的关系分子生物学是基因工程的理论基础，是分子生物学理论实践中的应用而分子生物学的发展有受到基因工程的强劲推动2.2基因工程的基本操作程序目的基因的获得重组子的构建遗传转化重组克隆的筛选提取扩增了的基因构建表达载体进行遗传转化转化子的检测及表达基因工程菌或细胞的大规模培养以及外源基因的表达、分离、纯化过程。基因克隆上游技术下游技术基因克隆的基本步骤2.3基因克隆需要特殊的工具和技术运输工具：细菌质粒病毒染色体DNA操作技术纯化DNA 剪切DNA分子分析DNA片段大小连接DNA分子将DNA转入受体细胞重组子的鉴定2.4基因工程的基本操作内容

1.

利用载体DNA在受体细胞中独立于染色体DNA而自主复制的特性与载体分子重组，通过载体分子的扩增提高外源基因在受体细胞中的剂量，借此提高宏观表达水平。2.筛选、修饰和重组启动子、增强子、终止子等基因的转录调控元件。3.选择、修饰和重组核糖体结合位点及密码子等mRNA的翻译调控元件，强化受体细胞中蛋白质的生物合成过程。4.工程菌（微型生物反应器）的稳定生产及增殖

分子遗传学分子生物学生化工程学基因工程原理的三大基石3.基因工程的发展史基因工程的诞生3.1理论上的三大发现证明了生物的遗传物质是DNA（是基因工程的先导）DNA的双螺旋结构和半保留复制及三联体密码的破译遗传信息的传递方式（中心法则）霍拉纳(1922～)印度