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1、第十第十四四章章 基因重基因重组组与基因工程与基因工程Chapter 14 gene recombination and genetic engineering基因重基因重组组与与基因工程基因工程基因重基因重组组(gene recombination)是指是指DNA片段在片段在细细胞内、胞内、细细胞胞间间，甚至在不同物种之，甚至在不同物种之间进间进行交行交换换，交，交换换后的片段仍然具有复制和表达的功能。后的片段仍然具有复制和表达的功能。基因工程基因工程(genetic engineering）是指采用人工）是指采用人工方法将不同来源的方法将不同来源的DNA进进行重行重组组，并将重，并将重组组
2、后后的的DNA引入宿主引入宿主细细胞中胞中进进行增殖或表达的行增殖或表达的过过程。程。第一第一节节 自然界的基因自然界的基因转转移和重移和重组组一、接合作用一、接合作用 当当细细胞与胞与细细胞相互接触胞相互接触时时，DNA分分子即从一个子即从一个细细胞向另一个胞向另一个细细胞胞转转移，移，这这种种遗传遗传物物质质的的转转移方式称移方式称为为接合接合作用作用（conjugation）。）。一、接合作用一、接合作用接合作用的典型的例子是接合作用的典型的例子是细细菌所含的一菌所含的一种种质质粒粒DNA-F因子，因子，该该因子含因子含细细菌性菌性鞭毛蛋白鞭毛蛋白编码编码基因，当基因，当F+细细菌与菌与
3、F-细细菌菌接触接触时时，性鞭毛，性鞭毛连连接就会在两接就会在两细细胞胞间间形形成，成，F因子被因子被酶酶切成切成单链单链并通并通过过性鞭毛性鞭毛连连接接桥桥向向F-细细胞胞转转移，从而使移，从而使F-细细菌菌转转变为变为F+细细菌。菌。二、二、转转化和化和转转染染o由外来由外来DNA引起生物体引起生物体遗传遗传性状改性状改变变的的过过程称程称为为转转化化(transformation)。o 1943年，年，Avery将有毒型肺炎双球菌将有毒型肺炎双球菌DNA与无毒型肺炎双球菌一起培养，与无毒型肺炎双球菌一起培养，结结果使无果使无毒型肺炎双球菌毒型肺炎双球菌转变为转变为有毒型肺炎双球菌。有毒型
4、肺炎双球菌。o其原因就是有毒型肺炎双球菌其原因就是有毒型肺炎双球菌DNA进进入无入无毒型肺炎双球菌中，引起其毒型肺炎双球菌中，引起其遗传遗传性状改性状改变变。噬菌体常常可感染噬菌体常常可感染细细菌并将其菌并将其DNA注入注入细细菌菌体内，也可引起体内，也可引起细细菌菌遗传遗传性状的改性状的改变变。通通过过感染方式将外来感染方式将外来DNA引入宿主引入宿主细细胞，并胞，并导导致宿主致宿主细细胞胞遗传遗传性状改性状改变变的的过过程称程称为为转转染染(transfection)。转转染是染是转转化的一种特殊形式。化的一种特殊形式。二、二、转转化和化和转转染染三、整合和三、整合和转导转导外来外来DNA
5、侵入宿主侵入宿主细细胞，并与宿主胞，并与宿主细细胞胞DNA进进行重行重组组，成，成为为宿主宿主细细胞胞DNA的一部分，的一部分，这这一一过过程称程称为为整合整合。整合后的外来整合后的外来DNA仍然可随染色体仍然可随染色体DNA一起复制，并在适当的条件下一起复制，并在适当的条件下进进行表达，但也可在相当行表达，但也可在相当长长的一段的一段时间时间内内不表达。不表达。整合在宿主整合在宿主细细胞染色体胞染色体DNA中的外来中的外来DNA，可以被切离出来，同，可以被切离出来，同时时也可也可带带走走一部分的宿主一部分的宿主DNA，这这一一过过程称程称为转导为转导(transduction)。来源于宿主来
6、源于宿主DNA的基因称的基因称为转导为转导基因。基因。噬菌体感染宿主噬菌体感染宿主细细胞后出胞后出现现的溶菌途径的溶菌途径和溶源菌途径就是典型的整合和和溶源菌途径就是典型的整合和转导转导的的例子。例子。三、整合和三、整合和转导转导四、四、转转座座转座又称为转位转座又称为转位（transpositiontransposition），），是指是指DNADNA的片段或基因从基因组的一的片段或基因从基因组的一个位置转移到另一个位置的现象。个位置转移到另一个位置的现象。这些能够在基因组中自由游动的这些能够在基因组中自由游动的DNADNA片段包括片段包括插入序列和转座子插入序列和转座子两种类型。两种类型。
7、（一）插入序列（一）插入序列插入序列：插入序列：典型的插入序列（典型的插入序列（insertion sequence，IS）是）是长长750-1500bp的的DNA片段，由两个分离的反向重复序列和一片段，由两个分离的反向重复序列和一个个转转座座酶酶基因。基因。当当转转座座酶酶基因表达基因表达时时，即可引起，即可引起该该序列序列的的转转座。座。其其转转座方式主要有座方式主要有保守性保守性转转座座和和复制性复制性转转座座。o转转座子座子(transposons)：是可从一个是可从一个染色体位点染色体位点转转移到另一个位点的分移到另一个位点的分散的重复序列，含两个反向重复序散的重复序列，含两个反向重
8、复序列、一个列、一个转转座座酶酶基因和其他基因基因和其他基因（如抗生素抗性基因）。（如抗生素抗性基因）。（二）（二）转转座子座子o免免疫疫球球蛋蛋白白重重链链基基因因由由一一组组可可变变区区基基因因（VH）和和一一组组恒恒定定区区基基因因（CH）构成）构成。o通通过过这这些些基基因因的的选选择择性性转转座座和和重重组组，就就可可以以转转录录表表达达出出各各种种各各样样的的免免疫疫球球蛋蛋白白重重链链，以以对对付付不同的抗原。不同的抗原。五、基因重五、基因重组组的方式的方式常常见见的基因重的基因重组组方式有：方式有：（一）位点特异性重（一）位点特异性重组组：在整合：在整合酶酶的催化的催化下，两段下，两段DNA序列的特异的位点序列的特异的位点处发处发生整生整合并共价合并共价连连接，称接，称为为位点特异性重位点特异性重组组。（二）同源重（二）同源重组组：发发生在同源生在同源DNA序列之序列之间间的重的重组组称称为为同源重同源重组组(homologous recombination)。这这种重种重组组方式要求两段方式要求两段DNA序列序列类类似，并在特定的重似，并在特定的重组组蛋白或蛋白或酶酶的作用下完成。的作用下完成。