第一章基因工程绪论.ppt

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1、A、Why to study on genetic engineering？（Sense and application）B、What is gene？C、What is genetic engineering?D、How was genetic engineering developed？（History）E、What is the main content researched in genetic engineering?（content）F、Safe?Prospective？（Safe and prospect）G、Questions基因工程：第一章 绪论绪绪 论论A、Why to s

2、tudy on genetic engineering？（？（Sense）基因工程：第一章 绪论绪绪 论论A、Sense and application基因工程：第一章 绪论1 1、能够按照人们意愿改造生物物种、能够按照人们意愿改造生物物种(conscious)(conscious)2 2、能够在较短时间内完善物种、能够在较短时间内完善物种（short course)short course)3 3、可以跨物种改造形成新品种、可以跨物种改造形成新品种(trans-species)(trans-species)；4 4、安全、可控、应用广泛、前景广阔、安全、可控、应用广泛、前景广阔(safe,(

3、safe,controllable,etc.)controllable,etc.)。基因工程：第一章 绪论Case 1 在医学上的应用在医学上的应用 基因工程被用于大量生产过去基因工程被用于大量生产过去难以得到或几乎不可能得到的蛋白难以得到或几乎不可能得到的蛋白质肽类药物。质肽类药物。基因工程：第一章 绪论胰岛素 干扰素 1000 磅牛胰磅牛胰200 升发酵液升发酵液10 克胰岛素克胰岛素1200 升人血升人血200300 美元美元/病人病人1 升发酵液升发酵液 病人病人23 万美元万美元/病人病人基因工程：第一章 绪论产品产品时间时间国家国家用途用途上市时间上市时间国家国家人生长激素释放抑制

4、素人生长激素释放抑制素(SRM)1977日本日本巨人症巨人症人胰岛素人胰岛素1978美国美国糖尿病糖尿病1982欧洲欧洲人生长激素（人生长激素（HGH）1979美国美国侏儒症侏儒症1985美国美国人人-干扰素（干扰素（IFN）1980美国美国病毒病毒1985欧洲欧洲乙肝疫苗（乙肝疫苗（HBsAgV）1983美国美国乙肝乙肝1986欧洲欧洲人白细胞介素人白细胞介素1984美国美国肿瘤肿瘤1989欧洲欧洲人促红细胞生成素（人促红细胞生成素（EPO）日本日本贫血贫血1988欧洲欧洲人粒细胞集落刺激因子人粒细胞集落刺激因子(G-CSF)白血病白血病1991美国美国人组织纤溶酶原激活剂（人组织纤溶酶原激

5、活剂（t-PA）血栓症血栓症1987 美国美国基因工程：第一章 绪论 用于提高奶酪产量 生产奶酪的凝乳酶传统上来自哺乳小牛的胃。现在可以通过基因工程办法，用酵母生产凝乳酶，大量用于奶酪制造。Case 2凝乳酶基因凝乳酶基因 转入啤酒酵母转入啤酒酵母 凝乳酶凝乳酶 哺乳小牛哺乳小牛胃胃 凝乳酶凝乳酶 制造奶酪制造奶酪基因工程：第一章 绪论Case 3 转基因动物和植物 转基因动物首先在小鼠获得成功。现在转基因动物技术已用于牛、羊，使得从 牛/羊 奶中可以生产蛋白质药物。称为“乳腺反应器”工程。转基因植物亦已在大田中广为播种把大鼠生长因子转入小鼠得到巨大型的转基因小鼠基因工程：第一章 绪论转基因植

6、物获得新的性状基因工程：第一章 绪论Case 4 工程菌在环境工程中应用工程菌在环境工程中应用 美国 GE 公司构造成功具有巨大烃类分解能力的工程菌，并获专利，用于清除石油污染。喷洒工程菌清除石油污染B、What is gene？基因工程：第一章 绪论绪绪 论论B、What is gene？基因工程：第一章 绪论基因研究发展的过程基因研究发展的过程基因的现代概念基因的现代概念基因的特点基因的特点基因工程：第一章 绪论A brief history of genetics.1866年，孟德尔孟德尔（G.J.Mendel）提出了因子（factor）的概念。他将控制豌豆性状的遗传因素遗传因素称之为遗

7、传因子形成了基因的雏形。（Abstract,Not substance)基因工程：第一章 绪论The first conception:Factor基因工程：第一章 绪论豌豆杂交操作豌豆杂交操作孟孟德德尔尔研研究究的的七七对对性性状状基因工程：第一章 绪论孟孟德德尔尔分分离离定定律律基因工程：第一章 绪论孟孟德德尔尔自自由由组组合合律律 黄圆 绿圆 黄皱 绿皱 1909年，丹麦的遗传学家W.JohanssenW.Johanssen根据希腊语“给予生命给予生命”之义，创造了“genegene”一词。（Signal,Signal,Abstract,Abstract,Not substanceNot

8、 substance)基因工程：第一章 绪论 The progress conception:The progress conception:GeneGene“遗传因子遗传因子/基因基因”的设想一经提出，便推动人的设想一经提出，便推动人们去寻找，去探索们去寻找，去探索 :Where is geneWhere is gene？What is geneWhat is gene？Where and what is gene?(Gene was characterized by substance.)1910年，美国遗传学家摩尔根摩尔根（T.H.M.organ）以果蝇为研究材料，发现了连锁交换定律连锁

9、交换定律并提出遗传粒子学说遗传粒子学说，第一次将代表某一特定性状的基因与某一特定的染色体联系起来，即基因位于染色体基因位于染色体上上。基因工程：第一章 绪论基因工程：第一章 绪论 显微镜技术显微镜技术与染色技染色技术术的发展，使人们注意到，细胞分裂时，尤其是减数分裂中，染色体的行为和孟德尔提出的等位基因等位基因(Allele)(Allele)的分离规律相当一致，所以，确定基因在细胞核中，在染色体上。等位基因等位基因(Allele)(Allele)1944年，美国微生物学家O.T.Avery首次证实遗传物质的基础是DNA，基因位于DNA上。基因工程：第一章 绪论Gene is the mater

10、ialGene is the materialThe transforming principle is DNA.基因工程：第一章 绪论DNA is the genetic material基因工程：第一章 绪论分别用放射性同位素标记噬菌体35S 标记蛋白质32P 标记 DNA基因工程：第一章 绪论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 1953年，J.Watson和F.Crike创立DNA双螺旋模型，证实基因是具有一定遗传效应的DNA片段。基因工程：第一章 绪论1955年，Benzer在T4噬菌体的顺反互补实验中，正式使用

11、“顺反子（cristron）”这个术语，并将顺反子与基因在意义上和功基因在意义上和功能上统一起来能上统一起来。同时证实了基因不是最小单位。它仍然是可分的；并非所有的DNA序列都是基因，只有其中某一特定的核苷酸区段才是基因的编码区。基因工程：第一章 绪论顺反子（顺反子（cristron）一段可以编码具有某种生物学功能一段可以编码具有某种生物学功能物质的核苷酸序列。物质的核苷酸序列。(A section of code sequence)(A section of code sequence)基因工程：第一章 绪论基因常用概念基因常用概念基因工程：第一章 绪论Operon:19601960年，年，

12、F.JacobF.Jacob和和J.MonmdJ.Monmd提出了操纵元（操纵子）的概念，揭示了提出了操纵元（操纵子）的概念，揭示了原核生物基因表达调控的重要规律原核生物基因表达调控的重要规律。Operon移动基因（movable gene）断裂基因（split gene）假基因（假基因（pseudogene）重复基因（repeated genes）重叠基因（overlapping genes）或嵌套基因（nested genes）基因工程：第一章 绪论基因的现代概念基因的现代概念1、移动基因、移动基因（movable gene）又称为转位因子（transposable elements），由

13、于它可以从染色体基因组上的一个位置转移到另一个位置，甚至在不同的染色体之间跃迁，因此又叫做跳跃基因（jumping genes），最早在玉米中发现。它又分为插入序列、转位子、逆转座子。基因工程：第一章 绪论 指编码序列不连续的间断基因，最初在腺病毒(adenovirus)中发现。基因工程：第一章 绪论2、断裂基因、断裂基因（split gene）基因工程：第一章 绪论应用S1核酸酶作图法测定断裂基因中的间隔子类似于基因但不表达的类似于基因但不表达的DNADNA序列。序列。不表现任何功能，是基因的退化形式。假基不表现任何功能，是基因的退化形式。假基因在基因组中形成稳定的和无活性的拷贝，由活因在基

14、因组中形成稳定的和无活性的拷贝，由活化的原始基因化的原始基因突变而来而来.基因工程：第一章 绪论3、假基因（、假基因（pseudogene）因为存在着在某个阶段伤及基因表达的一种或多种缺陷（入启动因为存在着在某个阶段伤及基因表达的一种或多种缺陷（入启动子错误、有缺陷的剪接信号、框架中有终止信号等）之故。一旦不能子错误、有缺陷的剪接信号、框架中有终止信号等）之故。一旦不能产生正常的基因产物，就失去了对发生进一步突变的选择性屏障作用，产生正常的基因产物，就失去了对发生进一步突变的选择性屏障作用，因此典型的假基因都有很多缺陷。某些假基因有因此典型的假基因都有很多缺陷。某些假基因有3 3-多聚多聚A

15、A尾巴及准确尾巴及准确地切掉了内含子，因而与地切掉了内含子，因而与mRNAmRNA类似，被认为是源自插入基因组的逆转类似，被认为是源自插入基因组的逆转录体（可能由某些病毒携带）。录体（可能由某些病毒携带）。4、重复基因、重复基因（repeated genes）不重复的唯一序列（只有一个拷贝）包括大多数编码蛋白质的结构基因和基因间间隔序列低度重复序列（10个拷贝）基因工程：第一章 绪论中度重复序列（10到几百个拷贝）特点：重复单位序列相似，但不完全一样 散在分布于基因组中序列的长度和拷贝数非常不均一，中度重复序列一般具有种属特异性，可作为DNA标记分类：1、中度重复序列可能是转座元件(转座子)2

16、、长散在重复序列(long interspersed repeated segments)LINEs：长度1000bp(可达7Kb),拷贝数104-105，如人LINEl3、短散在重复序列(Short interspersed repeated segments)S I N E S：长 度 1 05.如 人 A l u 序 列基因工程：第一章 绪论高度重复序列（几百个拷贝到几百万个拷贝）卫星DNA(Satellite DNA)基因工程：第一章 绪论5、重叠基因（、重叠基因（overlapping genes 或嵌套基因（或嵌套基因（nested genes）类型：一个基因的核苷酸序列完全包含在另一个核苷酸序列中。由于它们的读码结构互不相同，因此编码着不同的蛋白质。2个基因的核苷酸序列之末端密码子相互重叠。基因工程：第一章 绪论不同基因具有相同的物质基础不同基因具有相同的物质基础 在原则上，所有生物的在原则上，所有生物的DNADNA都是可以重都是可以重组互换的，因为地球上的一切生物，无论是组互换的，因为地球上的一切生物，无论是高等还是低等，他们的基因都是一个具有遗高等还是低等，他们的基因