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基因工程 曹永长 教授 华南农业大学动物科学学院 生物技术 生物技术(Biotechnology)是一门新兴的综合的学科,有时也称生物工程(Bioengineering)，是指人们以现代生命科学为基础，结合先进的工程技术手段和其他学科的技术原理，按照预先的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。 生物技术的种类 1、基因工程 (gene engineering) 2、细胞工程 (cell engineering) 3、酶工程 (enzyme engineering) 4、发酵工程 (fermentation engineering) 5、蛋白质工程 (protein engineering) 五大技术之间的关系 基因工程 应用人工方法把生物的遗传物质(DNA)分离出来,在体外进行切割、拼接和重组。然后将重组了的DNA导入某种宿主细胞或个体,从而改变它们的遗传品性;有时还使新的遗传信息在新的宿主细胞或个体中大量表达，以获得基因产物(多肽或蛋白质)。这种创造新生物并给予新生物以特殊功能的过程就称为基因工程,又叫DNA重组技术。 基因克隆（gene cloning），DNA克隆（DNA cloning），分子克隆（molecular cloning)，基因工程（gene engineering），遗传工程（genetic engineering）等术语常与重组DNA技术通用。 基因工程理论依据 1、不同基因具有相同的物质基础。 2、基因是可以切割的。 3、基因是可以转移的。 4、多肽与基因之间存在对应关系。 5、遗传密码是通用的。 6、基因是可以遗传的。 遗传物质——DNA 在每轮DNA复制过程中，DNA分子的每条链均被用作合成其互补链的模板。因此，经过多代复制之后，其遗传信息仍然保持完整。DNA复制是“半保留”的，因为子代DNA双螺旋由一条亲代链与一条新合成的链组成。 中心法则 DNA是遗传信息的一级载体，能够被转录成RNA，并进行蛋白质的合成，这就是遗传信息流。 DNA RNA 蛋白质 瞧这一家子！ 两种动物性别决定基因的部分比较 人与鲸的外形十分不同，但他们仍然由大体上相同的蛋白质组成。尽管人与鲸的分化时间已经很长，但他们许多基因的核苷酸序列还非常相似。图中展示了人与鲸中编码雄性决定蛋白基因的一部分序列，阴影部分是两者完全相同的部分。 各种生物共享相同的分子机制 图中显示婴儿及小鼠的前额部都有相似的白班，因为他们各自的kit基因都有缺陷。色素细胞的发育和存活都需要这个基因。 基因工程研究发展史 准备阶段： 1944年，Avery等通过细菌转化研究，证明DNA是基因载体。 1953年，Watson和Crick建立DNA分子的双螺旋模型。 1958—1971，确立中心法则，破译64种密码子。 1960—1970，发现限制性内切酶和DNA连接酶。 1972年，首次构建重组DNA分子。 基因工程问世 1973年，Cohen等首次完成了重组质粒DNA对大肠杆菌的转化； 同时，他们将非洲爪蟾含核糖体基因的DNA片段与质粒pSC101重组，转化大肠杆菌，转录出相应的mRNA。 基因工程迅速发展阶段 （1）1980—1990年代，基因工程基础研究趋于成熟，发展了一系列新的基因操作技术，构建了多种载体，获得了大量转基因菌株。 （2）1980年培育第一个转基因动物——超级鼠。 （3）1983年培育出第一例转基因植物——转基因烟草。 （4）大量的基因工程药物研究成功。 基因工程的基本程序 分—载体和目的基因的分离 切—限制性内切酶 接—载体与目的基因连接成重组体 转—基因序列转入细胞 筛—目的基因序列克隆的筛选和鉴定 分—载体和目的基因的分离 目的基因的来源和分离 基因文库 cDNA文库 人工化学合成 聚合酶链(PCR)反应 切—限制性内切酶的应用 限制性内切酶（restriction endonuclease） 该酶有三类，即限制性内切酶Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ。实际工作应用的为限制性内切酶Ⅱ，它能识别和切割双链DNA的特异顺序，产生特异的DNA片段。 Ⅱ型具有严格的识别、切割顺序。它以核酸内切方式水解DNA链中的磷酸二酯键，产生的DNA片段5′端为P，3′端为OH。识别顺序一般为4-6个碱基对。 不同限制性核酸内切酶切割的三种情况 产生3′突出粘性末端（cohesive end):以EcoR I为例： 5′---G AATTC---3′ 5′---GP OHAATTC---3′ 3′---CATAAA G---5′EcoR I 3′---CTTAA