首页 第一章 基因工程概述

第一章 基因工程概述

举报
开通vip

第一章 基因工程概述null基因工程 授课专业:生物技术基因工程 授课专业:生物技术2013.3.null教材 《基因工程》,孙明 主编,高等教育出版社,2006 参考书 1.《基因工程》第2版,张惠展 主编,高等教育出版社,2010 2.《基因工程》第2版,龙敏南 主编,科学出版社,2010 3.《Gene Cloning and DNA Analysis: An Introduction》 (6th Ed.), T. A. Brown, Wiley-Blackwell, 2010 4.《Gene Cloning:...

第一章 基因工程概述
null基因工程 授课专业:生物技术基因工程 授课专业:生物技术2013.3.null教材 《基因工程》,孙明 主编,高等教育出版社,2006 参考书 1.《基因工程》第2版,张惠展 主编,高等教育出版社,2010 2.《基因工程》第2版,龙敏南 主编,科学出版社,2010 3.《Gene Cloning and DNA Analysis: An Introduction》 (6th Ed.), T. A. Brown, Wiley-Blackwell, 2010 4.《Gene Cloning: Principles and Applications》, Julia Lodge, Taylor and Francis, 2007 5.《Molecular cloning》第3版中文版,Sambrook J., 科学出版社 (适用于实验操作人员)null第一章 基因工程概述 第一节 基因操作与基因工程 一、基因操作与基因工程的关系 基因操作: 对基因进行分离、分析、改造、检测、表达、重组和转移等操作的总称。 基因工程是通过对基因的操作并实现基因重组来完成的,专指为实践应用而进行的基因重组事件,被操作的对象一般会发生遗传信息或遗传改善的变化,可以用作生物反应器应用于生产实践。null 基因工程:主要是利用 DNA 重组技术,将生物的某个基因或一个DNA片段通过基因载体(DNA载体)运送到另一生物的活性细胞中,然后经过克隆(cloning)和行使正常功能(表达,expression),从而创造生物新品种或新物种的遗传学分子技术(从细菌到高等生物)。null 重组DNA技术是指将一种生物体(供体)的基因与载体在体外进行拼接重组,然后转入另一种生物体(受体)内,使之按照人们的意愿稳定遗传并表达出新产物或新性状的DNA体外操作程序,也称为分子克隆技术。 供体、受体、载体是重组DNA技术的三大基本元件。null 广义的基因工程是指重组DNA技术的产业化设计与应用,包括上游技术和下游技术两大组成部分。 上游技术指的是基因重组、克隆和表达的设计与构建(即重组DNA技术);而下游技术则涉及到基因工程菌或细胞的大规模培养以及基因产物的分离纯化过程。 上游DNA重组的设计必须以简化下游操作工艺和装备为指导,而下游过程则是上游基因重组蓝图的体现与保证,这是基因工程产业化的基本原则。null 相关概念: 遗传工程(Genetic Engineering):以改变生物体性状特征为目标的遗传信息量的操作,它既包括了常规的选择育种,也包括了相对复杂的基因克隆等不同的技术层次。 克隆Clone: 从一个共同祖先无性繁殖下来的一群遗传上同一的 DNA分子、细胞或个体所组成的特殊的生命群体; Cloning: 从一个共同祖先无性繁殖下来的一群遗传上同一的 DNA分子、细胞或个体所组成的特殊的生命群体,得到这些特殊生命群体的实验操作过程称为Cloning。二、基因工程的诞生与发展二、基因工程的诞生与发展基因工程诞生的基础 理论上的三大发现和技术上的三大发明 理论上的三大发现 (1) DNA是遗传物质 1944年Avery的细菌转化实验证明DNA是遗传物质,表明DNA 可以从一个细菌转移到另一个细菌,从而把遗传性状传递过去。该发现是现代生物学科学性的革命性开端和基因工程的先导。 null(2) DNA双螺旋模型 (Watson/Crick 1953) 这对于生命科学的发展作用可与达尔文学说媲美,与孟德尔定律齐名。 (3) 确定了遗传信息传递的方式 (60年代) 破译遗传密码和确定了密码子三联体 遗传信息流的中心法则 null技术上的三大发明 (1)工具酶的使用 Smith 和 Wilcox (1970) 从流感嗜血杆菌Haemophilus influenzae d 分离纯化了限制性内切酶Hind II。其它工具酶(如连接酶)等的发现和纯化奠定了基因工程诞生的最重要的技术基础。 分子剪刀和DNA缝合工具null (2) 基因运载工具—DNA载体的使用 (对质粒的认识) 细菌的致育因子(Fertility factor)— F因子 Lederberg 1946 抗药性因子(R) 大肠杆菌素因子(Col) (3) 逆转录酶的使用 Baltimomore和Temin等(1970)各自发现了逆转录酶。该发现丰富了“中心法则 ” ,使真核基因的制备、cDNA 文库的构建成为可能 。 null1971年,Smith H. O.等人从细菌中分离出一种限制酶,切割病毒DNA分子,标志着DNA重组时代的开始。 1972年,Berg P.等用限制性酶分别切割猿猴病毒和噬菌体DNA,将两种DNA分子用连接酶连接起来,得到新的DNA分子。 1973年,Cohen S.等进一步将酶切DNA分子与质DNA连接起来,并将重组质粒转入E.coli细胞中。 1982年,美国FDA批准用基因工程在细菌中生产人的胰岛素投放市场。   1985年,转基因植物获得成功。   1994年,延熟保鲜的转基因番茄商品生产。   1996年,克隆羊诞生。nullnullnullnullnull1996~2011年,全世界转基因植物种植面积从1996年的170万公顷增加到2011年的16000万公顷。 null排在前列的国家: 美国,种植面积:6900万公顷 品种:玉米、大豆、棉花、油菜、甜菜、苜蓿、木瓜、南瓜 巴西,种植面积:3000万公顷 品种:玉米、大豆、棉花 阿根廷, 种植面积:2300万公顷 品种:玉米、大豆、棉花 印度, 种植面积:1060万公顷 品种:棉花 加拿大, 种植面积:1040万公顷 品种:玉米、大豆、油菜、甜菜 中国, 种植面积:390万公顷 品种:棉花、木瓜、白杨树、西红柿、甜椒第二节 基因因工程是生物科学发展的必然产物第二节 基因因工程是生物科学发展的必然产物一、基因是基因重组的物质基础 1.遗传因子 由孟德尔提出,认为生物性状的遗传是由遗传因子所控制的。 1909年,丹麦学者W.Johannsen提出“基因”(gene)一词,代替了孟德尔的遗传因子,认为在杂种中等位基因不融合,各自保持其独立性。 2.DNA与遗传的关系 1928年Griffith首先发现了肺炎球菌的转化作用,为以后的研究开辟了道路。 1944年Avery用转化实验证明了DNA是遗传物质。 nullnull二、DNA的结构和功能 1. DNA的结构 (1) DNA的组成成分 DNA是由五碳糖、磷酸基团和4种含氮的碱基(即腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶)组成。 (2) DNA的三维结构 Watson和Crick于1953年推导出DNA的结构是双链缠绕的双螺旋结构(图1-2) nullnull2. DNA的复制 1955年,Watson和Crick提出了DNA的复制模型,即每一条链都可以复制出各自的互补链。 1957年,Meselson和Stahl的实验表明,在复制完成后DNA链与新合成的互补链重新形成双链结构,也就是说DNA的复制是采用半保留复制(semiconservative replication)的方式进行。null3. 传递遗传信息 基因可以控制蛋白质的产生,基因和蛋白质的氨基酸序列之间存在对应关系,基因突变会导致蛋白质中一个氨基酸的变化。 RNA是DNA遗传信息和蛋白质氨基酸序列之间的桥梁。 4. 指导蛋白质合成 DNA可编码3种RNA,即mRNA、rRNA和tRNA。 tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子互补,并在蛋白质合成过程中携带氨基酸到正确的位置。 转录是以DNA为模板,将遗传信息转移到mRNA的过程,翻译就是将mRNA中的遗传信息转移到蛋白质的氨基酸序列的过程。null中心法则三、基因操作技术的发展促进基因工程的诞生和发展三、基因操作技术的发展促进基因工程的诞生和发展1. 基因工程的工具 (1)基因操作的车间——大肠杆菌Escherichia coli和病毒 (2)获得基因片段的工具——限制性核酸内切酶 (3)连接基因片段的工具——连接酶 (4)基因操作的载体——质粒和病毒 2. 重组DNA实验 基因工程的核心null四、 基因工程的 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 四、 基因工程的内容1.基因操作原理 (1) DNA和RNA的操作 (2) 基因克隆 2.基因工程应用 (1) 生物反应器 微生物 动植物细胞 转基因动植物 (2) 遗传改良 (3) 基因治疗null大规模生产生物活性物质工程细胞基因工程 蛋白质工程 途径工程发酵工程 细胞工程分离工程酶酶工程分 离 工 程普通细胞普通细胞生物活性物质null设计构建生物的新性状甚至新物种突变细胞基因敲除天然细胞野生动物基因敲除突变动物天然物质或合成物质高通量筛选null 生物技术的主要应用领域: 工业生物技术(又称白色生物技术):如生物燃料(乙醇、丁醇)、生物塑料(聚乳酸)、工业催化过程 农业生物技术(又称绿色生物技术):转基因大豆、番茄、玉米、水稻 医学生物技术(又称红色生物技术): 重组人胰岛素、细胞因子、疫苗 海洋生物技术(又称蓝色生物技术): 转基因水产品、海洋天然产物 基因工程在这些领域的应用十分广泛,是人类改造生物体、生产目的产物的有力工具。第三节 基因的结构--基因操作的理论基础第三节 基因的结构--基因操作的理论基础一、基因的结构组成对基因操作的影响 1.基因及其产物的共线性 基因决定蛋白质的序列组成,是由密码子对应特定氨基酸所决定的。 当一个基因的核苷酸序列与其产物的氨基酸序列是一一对应时,则表明它们是共线性的。null2.基因及其产物的非共线性 20世纪70年代以来,在真核生物中发现了间断基因(interrupted gene),后来发现这种间断基因在真核生物中普遍存在,也就是后来所说的基因间存在着内含子(intron)。 内含子指真核生物基因中不能翻译成蛋白质的DNA片段,但可被转录,当两侧序列(外显子)的转录RNA被剪接在一起时,就将内含子转录的RNA从整个转录物中除去。 外显子是指能够翻译成蛋白质的任一间断的基因片段,一个基因可有多个外显子。 图1-3是遗传信息从DNA传到蛋白质的 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 。null图1-3 真核生物蛋白质合成过程中外显子和内含子的关系3.基因的重叠与基因的可变性3.基因的重叠与基因的可变性 DNA序列与蛋白质序列的对应关系不是单一的,单个DNA序列可编码一个以上的蛋白质,这些蛋白质在结构上有的是相同的序列重复,也可以是全新的蛋白质。 由单个基因通过在不同部位的起始(或终止)表达而形成两种蛋白质,两个基因也可通过在不同读码中译读DNA而共用同一序列。 基因的重叠与可变性也可从重组中得以体现。例如芽孢杆菌的spoⅣ基因片段分布在两个不同区域,当需要发挥作用时,便通过重组而连接在一起。4.启动子和终止子4.启动子和终止子 启动子是基因转录过程中控制起始的部位。 RNA聚合酶的结合位点(binding site),不同生物中这个结合(识别)位点是有差异的,同一生物的不同基因之间也有差异。 上游(upstream)指转录起始点左侧的序列,而下游(downstream)指起始点右侧的序列。或上游指其5′方向,下游指其3′方向。 转录终止子主要有两种,一种依赖ρ因子,另一种不依赖ρ因子。后者主要是能够形成特定二级结构的DNA序列,如茎环结构。二、基因克隆的通用策略二、基因克隆的通用策略 克隆的概念是广泛的,但基因克隆在一定程度上被等同于基因的分离 克隆的简要步骤(见图1-4):外源DNA和载体的酶切、连接、转化和筛选 构建基因文库 亚克隆(subcloning):从克隆(或克隆文库)中寻找出目的基因的小片段的过程。 null图1-4 原核生物基因克隆的步骤示意图 null细菌基因工程流程补充补充基因概念的发展 基因工程的支撑技术 关于转基因食品的争议基因概念的发展基因概念的发展基因是有功能的DNA片段 20世纪40年代G.W.Beadle和E.L.Tatum提出了一个基因一个酶的假说。 1953年Watson和Crick提出了DNA双螺旋结构模型。 1957年Crick提出了中心法则。 1961年提出了三联遗传密码。基因概念的发展基因概念的发展操纵子模型 1961年F.Jacob和J.Monod通过不同的大肠杆菌乳糖代谢突变体的研究,提出了操纵子模型学说(operon theory)。 生物活性相关基因组织在一起进行统一的调控,并保持各基因产物的精确比例。 原核生物的操纵子模型系统是最经济的调控在转录水平上的体现。nullnull基因概念的发展基因概念的发展“跳跃基因”和“断裂基因”的发现 20世纪50年代B.McClintock在玉米的控制因子的研究中发现某些遗传因子可以转移位置。后来将这些可转移位置的成分称为跳跃基因(jumping gene),亦称转座子(transposon element)。 70年代后期发现绝大多数真核生物基因都是不连续的,其中被一些不编码序列所隔开,称为断裂基因。另外,在噬菌体中还发现了重叠基因。null1951 McClintock B. 发现跳跃基因 Barbara McClintock (1902~1992), the 1983 Nobel Laureate in Physiology or Medicine断裂基因断裂基因断裂基因断裂基因真核基因结构真核基因结构重叠基因重叠基因噬菌体øx174的编码基因及其功能噬菌体øx174的编码基因及其功能什么是基因?什么是基因?根据目前人们的认识,基因应该是能够表达和产生基因产物的DNA(RNA)序列。 根据产物类别分为:Protein基因、RNA基因(tRNA基因和rRNA基因)两大类。 根据产物功能分为:结构基因(酶和不直接影响其他基因表达的蛋白质)和调节基因(阻遏蛋白或转录激活因子)。 概括起来,基因就是一段含有特定遗传信息的核苷酸序列,是遗传物质的最小功能单位。null基因工程的支撑技术 核酸凝胶电泳技术 核酸分子杂交技术 细胞转化转染技术 DNA序列分析技术 寡核苷酸合成技术 基因定点突变技术 聚合酶链反应技术null核酸凝胶电泳技术nullnullnull关于转基因食品的争议 目前,全世界已有多个国家批准转基因食品上市销售,其中美国和加拿大规定不需要标注,而澳大利亚、新西兰、日本则规定必须标注。 北美从1996年起开始销售转基因食品,品种包括玉米、甜菜、大豆、马铃薯、蕃茄等,北美消费者日常生活中的食品中约有60~70%包含转基因成分。 转基因食品引起了强烈争议,主要是对其安全性的质疑。null 2012年9月,法国“转基因玉米致癌” 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 发表,引起轰动。转基因食品的安全性受到严重质疑。我国媒体关于此事的报道铺天盖地。虽然该论文并未得到学术界的认同,但成功地在普通消费者心目中制造了转基因食品有害的印象。 null 几个月后,欧洲食品安全局(EFSA)发表评论,认为该论文的实验设计存在缺陷,无法得出转基因玉米致癌的结论,该论文对转基因食品安全性评价的科学证据不足。 null 法国转基因玉米致癌论文遭到了欧洲食品监管机构的否定,在国际学术界也被强烈质疑。与该论文刚发表时铺天盖地的报道相比,我国媒体对这些评论选择性失明。 2012年湖南发生了一件有关转基因大米的事件:科研人员在给受试对象(未成年人)食用金大米时,未向其说明金大米为转基因食品。受试对象担心其健康受到严重影响。此事也给转基因食品的声誉造成了严重损害。null 什么是“金大米”? 大米的营养成份中缺少维生素A,因此以大米为主食的人群容易患维生素A缺乏症。科学家们向水稻中转入了四种酶的基因,使水稻细胞产生胡萝卜素(金黄色),进入人体后变成维生素A。科学家们还往金大米中再转入三种基因,增加大米中的铁含量并有助于人的肠道吸收铁。 金大米是一个世纪以来最伟大的发明之一。全世界以大米为主食的人口超过30亿,每天有6000人(主要是妇女、儿童)死于维生素A缺乏症,因为贫困,这些人除了大米外无法获得其他食物。 “金大米”推广的三重障碍:技术、专利和反对人士,前两个障碍都已解决,只剩下最后一个。null 今年金大米即将在菲律宾开始大规模种植。印度总理也明确表示支持金大米推广。 在目前我国的社会环境下,金大米的推广遥遥无期。
本文档为【第一章 基因工程概述】,请使用软件OFFICE或WPS软件打开。作品中的文字与图均可以修改和编辑, 图片更改请在作品中右键图片并更换,文字修改请直接点击文字进行修改,也可以新增和删除文档中的内容。
该文档来自用户分享,如有侵权行为请发邮件ishare@vip.sina.com联系网站客服,我们会及时删除。
[版权声明] 本站所有资料为用户分享产生,若发现您的权利被侵害,请联系客服邮件isharekefu@iask.cn,我们尽快处理。
本作品所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用。
网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽..)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
下载需要: 免费 已有0 人下载
最新资料
资料动态
专题动态
is_597951
暂无简介~
格式:ppt
大小:8MB
软件:PowerPoint
页数:0
分类:其他高等教育
上传时间:2013-02-28
浏览量:71