基因工程和基因组学1

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1、第九章　基因工程和基因组学遗传工程或基因工程，是将分子遗传学的理论与技术相结合，用来改造、创建动、植物新品种，工业化生产生物产品，诊断和治疗人类遗传疾病的一个新领域。本章介绍遗传工程的基本原理和方法，基因组学的发展及应用前景。广义遗传工程包括:生化工程、蛋白质工程、细胞工程、染色体工程、细胞器工程、基因工程及酶工程等。狭义遗传工程是指:基因工程(重组DNA技术)。一、基因工程概述:第一节基因工程１.概念：基因工程：在分子水平上，采取工程建设方式按照预先设计的蓝图借助于实验室技术将某种生物的基因或基因组转移到另一种生物中去使后者定向获得新遗传

2、性状的一门技术。基因工程技术的建立，使所有实验生物学领域产生巨大的变革。基因工程是采用分子生物学、核酸生物化学以及微生物遗传学的现代方法和手段建立起来的综合技术。2.发展：1971年，Smith等人从细菌中分离出的一种限制性酶，酶切病毒DNA分子，标志着DNA重组时代的开始。1972年，Berg等用限制性酶分别酶切猿猴病毒和Tl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等进一步将酶切后的DNA分子与质粒DNA连接起来，并将重组质粒转入E.cloi细胞中。1982年，美国食品卫生和医药管理局批准，用基

3、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。1996年全世界转基因植物种植面积为170万公顷，1997年为1100万公顷，1998年为2780万公顷，1999年达到3990万公顷，2000年达到4420万公顷，2001年达到5260万公顷，2002年达到5000万公顷。2001年种植面积已超过100万公顷的作物有：大豆（3330万hm2，占全世界转基因作物的63%，均为抗除草剂大豆）、玉米（980万hm2，占19%）、棉花（680万hm2，占13%）、油菜

4、（270万hm2，5%）；其它还有水稻、小麦、花生、向日葵、亚麻、甘蓝、马铃薯等，番茄、烟草、南瓜和木瓜等50多种转基因作物已实现商品化。主要分布在美国（3570万hm2）、阿根廷（1180万hm2）、加拿大（320万hm2）和中国（150万hm2）等国。2001年全世界转基因作物占相应种植总面积的百分率2001年我国的转基因农作物和林木已达22种，其中转基因棉花、大豆、马铃薯、烟草、玉米、花生、菠菜、甜椒、小麦等进行了田间试验，转基因棉花已经大规模商品化生产。3．内容：①．从细胞和组织中分离DNA；②．限制性内切酶酶切DNA分子，制备DNA片段

5、；③．将酶切DNA分子与载体DNA连接构建能在宿主细胞内自我复制的重组DNA分子；④．把重组DNA分子引入宿主受体细胞复制；⑤．重组DNA随宿主细胞的分裂而分配到子细胞建立无性繁殖系(Clone)或发育成个体；⑥．从细胞群体中选出所需要的无性繁殖系并使外源基因在受体细胞中正常表达，翻译成蛋白质等基因产物、回收；或筛选出获得定向的性状变异的个体。1.限制性内切酶(restrictionenzyme)：一种水解DNA的磷酸二脂酶，遗传工程中重要工具。这种酶能识别双链DNA分子中一段特异的核苷酸序列，在这一段序列内将双链DNA分子切断。细菌细胞

6、中存在限制修饰系统：限制：降解外源DNA，防御异源遗传信息进入的手段。修饰：修饰外源DNA片段后，保留在新细胞中。二、限制性内切核酸酶限制性内切酶EcoRⅠ：识别序列：回纹对称序列(palindrome)，不同生物的DNA具有相同识别序列。酶切方式：以交错方式切断DNA双链，产生二个相同的单链粘性末端。重组过程：两种片段在适宜条件下，可经碱酸二脂链，连接成重组DNA分子。⑴．限制性内切酶的命名：根据其来自的生物名称，用英文字母和数字表示；②.HindⅢ来自Haemophilusinfluenzae。①.EcoRI来自Escherichiacoli

7、；⑵．限制性内切酶的类别：第Ⅰ类酶:每隔一段DNA序列随机切割双链DNA分子，没有序列特异性,酶切位点不定。如EcoB(大肠杆菌B株)、EcoK(大肠杆菌K株)分子量较大(约300000)，作用时需ATP、Mg++等辅助因子。第Ⅱ类酶:能识别一段特异的DNA序列，准确地酶切双链DNA的特异序列。如EcoRI(大肠杆菌)、HindⅢ(嗜血杆菌)，分子量较小(约20000-100000)，作用时需Mg2+存在。第Ⅱ类酶特点：(1)切割产生平末端(bluntends)如SmaⅠ：(2)有的产生粘性末端从两个方向阅读而序列相同的序列。识别特定碱基顺序，为

8、回文对称序列,又称反向重复序列：如EcoRⅠ：载体：将“目的”基因导入受体细胞的运载工具。DNA片段与适合的载体DNA连接构成重组DNA