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1、 如何理解基因工程？有哪些理论依据？怎样达到目的？第1页/共17页一、基因工程含义 进行严密设计，通过体外DNA重组和转基因等技术将外源基因导入受体细胞，有目的地改造生物，短时内创造出更完善的新的生物类型。广义上指产业化设计与应用，包括上、下游技术两大部分，倾向于工程学范畴。优点：打破了常规的物种间界限（原核与真核生物之间、动植物之间、甚至人与其他生物之间），使遗传信息进行重组和转移。第2页/共17页二、二、基因工程理论依据基因工程理论依据基因有共同的物质基础：基因有共同的物质基础：有遗传功能的特定核酸序列：DNA片段或RNA。基因可切割：基因可切割：存在间隔序列（重叠序列的基因也可切出）。基
2、因可转移：基因可转移：可在染色体DNA或不同染色体之间跳跃，基因组也可重组。第3页/共17页多肽与基因之间存在对应关系。多肽与基因之间存在对应关系。一种多肽对应一种基因。根据表达产物的性质可检查基因的转移或重组。遗传密码通用。遗传密码通用。三联密码子（少数除外）与氨基酸相对应，所有生物都相同，只要具备转录翻译条件均能转译出原样的氨基酸。基因可人工合成。基因可复制传递遗传信息。基因可复制传递遗传信息。重组基因可传代，获得相对稳定的转基因生物。第4页/共17页三、基因工程的基本技术路线 第5页/共17页四、基因工程研究发展史 准备阶段准备阶段。1944年美国Avery等细菌转化证明DNA是基因载体
3、。1953年Watson和CrickDNA双螺旋模型。19581971年先后确立中心法则,破译64种密码子，揭 示了遗传信息的流向和表达。20世纪60年代末70年代初：发现限制性核酸内切酶和 DNA连接酶，实现DNA体外切割和连接。1972年首次构建出重组DNA分子。第6页/共17页基因工程问世。基因工程问世。基因工程问世。基因工程问世。1973197319731973年首次完成重组质粒年首次完成重组质粒年首次完成重组质粒年首次完成重组质粒DNADNADNADNA对大肠杆菌的转化，证实真核基因可转移到原核生物对大肠杆菌的转化，证实真核基因可转移到原核生物对大肠杆菌的转化，证实真核基因可转移到原
4、核生物对大肠杆菌的转化，证实真核基因可转移到原核生物细胞并表达。细胞并表达。细胞并表达。细胞并表达。基因工程的迅速发展阶段。基因工程的迅速发展阶段。基因工程的迅速发展阶段。基因工程的迅速发展阶段。一系列新的操作技术，构建了多种供转化（或转导）原核生物和动、植物细胞的载一系列新的操作技术，构建了多种供转化（或转导）原核生物和动、植物细胞的载体，获得了大量转基因菌株。体，获得了大量转基因菌株。19801980年：显微注射培育出第一个转基因动物年：显微注射培育出第一个转基因动物转基因小鼠，转基因小鼠，1983 1983年：农杆菌介导培育出第一例转基因植物年：农杆菌介导培育出第一例转基因植物转基因烟草
5、。转基因烟草。2121世纪初将是基因工程应用研究的鼎盛时期，医、农、牧、渔的等产品都会使用基世纪初将是基因工程应用研究的鼎盛时期，医、农、牧、渔的等产品都会使用基因工程的标记。因工程的标记。第7页/共17页五、基因工程研究内容五、基因工程研究内容 基础研究 1 1、克隆载体：原核生物的克隆载体：Ti Ti质粒及其衍生载体（植物基因工程），质粒及其衍生载体（植物基因工程），动物病毒克隆载体（动物基因工程）。动物病毒克隆载体（动物基因工程）。核心环节：构建新载构建新载体（适于高等动植物转基因表达载体体（适于高等动植物转基因表达载体和定位整合载体），应大力发展。和定位整合载体），应大力发展。第8页/
6、共17页2 2、受体系统：、受体系统：克隆载体的宿主克隆载体的宿主：外源目的基因表达场所（单个细胞、组织、器官、个体）。分两类：原核分两类：原核,如大肠杆菌，早期的蓝藻；真核真核单细胞生物如酵母菌。人和高等动、植物复杂基因组文库的受体系统：人和高等动、植物复杂基因组文库的受体系统：小球藻和衣藻，高等植物受体（愈伤组织、细胞和原生质体、部分组织和器官），双子叶植物拟南芥、烟草，单子叶植物水稻、玉米等。动物体细胞动物体细胞再分化能力差，主要是生殖细胞或胚细胞受体生殖细胞或胚细胞受体，已获转基因鼠、鱼等。人体细胞受体人体细胞受体。转基因细胞系作病理研究，以异常生长细胞作受体，通过转基因使其回复正常生
7、长状态（基因治疗）。第9页/共17页3 3、目的基因：开发人们特殊需要的基因，即目的基因（优良性状的开发人们特殊需要的基因，即目的基因（优良性状的基因、致病基因）。发达国家激烈竞争的焦点，有限的战基因、致病基因）。发达国家激烈竞争的焦点，有限的战略性资源，可申请新基因专利。略性资源，可申请新基因专利。获取途径获取途径 ：构建基因组文库或：构建基因组文库或cDNAcDNA文库；文库；PCRPCR直接从直接从某生物基因组扩增；较小的可人工化学合成某生物基因组扩增；较小的可人工化学合成 。已获目的基因大致种类：与医药相关的基因；抗病、已获目的基因大致种类：与医药相关的基因；抗病、虫害和恶劣环境的基因
8、；编码特殊营养价值的蛋白或多肽虫害和恶劣环境的基因；编码特殊营养价值的蛋白或多肽基因。基因。某种生物基因组的全部基因：某种生物基因组的全部基因：19901990年开始实施年开始实施“人类人类基因组计划基因组计划”，20002000年年6 6月已绘制月已绘制“工作框架图工作框架图”。意义：意义：人生长、发育、繁殖人生长、发育、繁殖 ，遗传性疾病的病因（基因治疗），遗传性疾病的病因（基因治疗），优生优育。优生优育。“水稻基因组计划水稻基因组计划”：中国水稻（籼稻）基因组：中国水稻（籼稻）基因组“工工作框架图作框架图”和数据库已完成。中、英两国合作和数据库已完成。中、英两国合作 “家猪基因家猪基因组
9、计划组计划”。第10页/共17页4 4、工具酶：指体外进行指体外进行DNADNA合成、切割、修饰和连接等系列过程中所需要的酶（合成、切割、修饰和连接等系列过程中所需要的酶（DNADNA聚合酶、聚合酶、限制性核酸内切酶、修饰酶和连接酶）。限制性核酸内切酶、修饰酶和连接酶）。限制性核酸内切酶：限制性核酸内切酶：有规律地切割有规律地切割DNADNA，获得特定末端的获得特定末端的DNADNA片段。研片段。研究热点：耐热内切酶和长识别序列稀切酶。究热点：耐热内切酶和长识别序列稀切酶。两种两种DNADNA连接酶：连接酶：大肠杆菌大肠杆菌DNADNA连接酶、连接酶、T4 DNAT4 DNA连接酶。连接酶。D
10、NADNA聚合酶：聚合酶：人工合成连杆、引物等人工合成连杆、引物等DNADNA小片段以及含基因的较大的小片段以及含基因的较大的DNADNA片段，片段，制备制备DNADNA探针。已发现的多种耐热性探针。已发现的多种耐热性DNADNA聚合酶有聚合酶有TaqTaq、TthTth、BstBst、PwoPwo、pfupfu等。等。DNADNA修饰酶修饰酶：修饰：修饰DNADNA分子的有甲基化酶，修饰末端的有碱性磷酸酯酶、转移分子的有甲基化酶，修饰末端的有碱性磷酸酯酶、转移酶、核酸外切酶等。酶、核酸外切酶等。第11页/共17页5 5、新技术、新技术：一系列用于不同类型受体细胞的一系列用于不同类型受体细胞的
11、DNADNA转化方法转化方法和病毒转导方法：基因枪、电激仪等克服了某些和病毒转导方法：基因枪、电激仪等克服了某些克隆载体应用的物种局限性，提高外源克隆载体应用的物种局限性，提高外源DNADNA转化的转化的效率。效率。基因的检测技术：基因的检测技术：放射性同位素标记探针，非放射性标记DNA探针和荧光探针技术。基因分离技术基因分离技术：凝胶电泳可分开几万碱基的DNA分子或DNA片段；脉冲电泳能分开上百万碱基的DNA分子或片段或完整的染色体。第12页/共17页应用研究：广泛用于医、农、牧、渔等产业，甚至环保。基因工程药物基因工程药物：最活跃和发展最快的领域。最活跃和发展最快的领域。欧、美、日等国激烈
12、竞争，金融界和大企业家投资的热点，欧、美、日等国激烈竞争，金融界和大企业家投资的热点，我国近年猛追势头。我国近年猛追势头。主要指基因工程活性多肽、疫苗和主要指基因工程活性多肽、疫苗和DNADNA药物等药物等 ，一些人体活性多肽（如激素、一些人体活性多肽（如激素、神经多肽、淋巴因子、凝血因子等），用于疾病诊断、预防和治疗。神经多肽、淋巴因子、凝血因子等），用于疾病诊断、预防和治疗。已生产和上市的人体活性多肽有干扰素（已生产和上市的人体活性多肽有干扰素（IFNIFN）、）、白介素（白介素（ILIL）、）、生长因子等几生长因子等几十种。十种。转基因植物疫苗，如转抗原基因马铃薯、香蕉、蓝藻等转基因植物
13、疫苗，如转抗原基因马铃薯、香蕉、蓝藻等。第13页/共17页转基因植物转基因植物：三类 农杆菌介导的基因转移。直接基因转移：以原生质体或细胞为受体。如用PEG、电激仪、基因枪、脂质体等将基因导入细胞或原生质体，培养成转基因植株。种质系统的基因转移。如利用子房注射，花粉管通导等方法导入外源基因。抗病毒、细菌和真菌病，抗虫，抗除草剂，抗病毒、细菌和真菌病，抗虫，抗除草剂，抗旱、抗寒、抗热和抗盐，改善植物品质，获得抗旱、抗寒、抗热和抗盐，改善植物品质，获得能生产疫苗或活性多肽药物的植物。能生产疫苗或活性多肽药物的植物。第14页/共17页转基因动物转基因动物：改良家畜、家禽和鱼的经济性状，生产某些药物和
14、改良家畜、家禽和鱼的经济性状，生产某些药物和蛋蛋白质等，白质等，转基因兔、羊、转基因兔、羊、鱼等多种。鱼等多种。其他方面其他方面 ：酶制剂工业、食品工业、化酶制剂工业、食品工业、化学与能源工业及环境保护等。学与能源工业及环境保护等。相应的安全管理：相应的安全管理：2020世纪世纪8080年代发达国家已制定一系列法则。年代发达国家已制定一系列法则。我国1993年发布基因工程安全管理办法；1996年发布农业生物基因工程安全管理实施办法；2001年发布了农业转基因生物安全管理条例，对基因工程操作的各个环节做了严格的规定。第15页/共17页六、基因工程研究发展前景 传统的生产方式和产业结构:决策者的战略：决策者的战略：竞相拟定宏伟研究发展计划，争竞相拟定宏伟研究发展计划，争取主动权，巨资开发。取主动权，巨资开发。一大一大批高学历的科技工作者参与：批高学历的科技工作者参与：重点开展重点开展 基因组学、基因工程药物、基因组学、基因工程药物、动植物生物反动植物生物反应器和环应器和环保等方面。保等方面。人类生活质量全面改善 第16页/共17页感谢您的观看！第17页/共17页