《基因时工程概论》PPT课件.ppt
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1、基因工程概论,多利和它的孩子,沃尔小组成功克隆两只恒河猴,吴明杰小组:5只克 隆猪,基因工程概论,基 因(gene),基因研究发展的过程,基因的概念,基因的特点,基因工程(genetic engineering),基因工程研究发展史,基因工程的定义、研究内容,基因工程的应用,基因操作,是在分子生物学和分子遗传学等学科综合发展的基础上、于本世纪70年代诞生的一门崭新的生物技术科学。 基因的研究为基因工程的创立奠定了坚实的理论基础,基因工程的诞生是基因研究发展的必然结果;而基因工程技术的发展和应用,又深刻并有力地影响着基因的研究,使我们对基因的研究提到了空前的高度。 因此,对基因研究发展的过程,以
2、及基因的现代概念进行一下回顾是十分必要的。,基因工程与基因,什么是基因?,一、基 因(gene),1.A brief history of genetics.,1866年,孟德尔(G.J.Mendel)提出了遗传因子(hereditary factor)的概念。他将控制豌豆性状的遗传因素称之为遗传因子形成了基因的雏形。,1909年,丹麦的遗传学家W. Johanssen根据希腊语“给予生命”之义,创造了“gene”一词。但它只是一个抽象的单位,并不代表物质实体。,“遗传因子/基因”的设想一经提出,便推动人们去寻找,去探索 基因在哪里? 基因是什么?,1910年,美国遗传学家摩尔根 (T.H.M
3、.organ)以果蝇为研究材料,发现了连锁交换定律并提出遗传粒子学说,第一次将代表某一特定性状的基因与某一特定的染色体联系起来,即基因位于染色体上。,1944年,美国微生物学家O.T.Avery首次证实遗传物质的基础是DNA,基因位于DNA上。,The transforming principle is DNA.,DNA is the genetic material,1953年,J.Watson和F.Crike创立DNA双螺旋模型,证实基因是具有一定遗传效应的DNA片段。,1955年,Benzer在T4噬菌体的顺反互补实验中,正式使用 “顺反子(cristron)”这个术语,并将顺反子与基因
4、在意义上和功能上统一起来。 同时证实了基因不是最小单位。它仍然是可分的;并非所有的DNA序列都是基因,只有其中某一特定的核苷酸区段才是基因的编码区。,1960年,F.Jacob和J.Monmd提出了操纵元(操纵子)的概念,揭示了原核生物基因表达调控的重要规律。,2.基因的定义 基因(gene):一段可以编码具有某种生物学功能物质的核苷酸序列。是遗传物质的最小功能单位。 编码蛋白的基因 只转录而无翻译功能的基因(tRNA,rRNA) 不转录的基因,基因的现代概念 移动基因(movable gene) 断裂基因(split gene) 假基因(pseudogene) 重复基因(repeated g
5、enes) 重叠基因(overlapping genes) 或嵌套基因(nested genes),3.基因的特点 : 不同基因具有相同的物质基础 在原则上,所有生物的DNA都是可以重组互换的,因为他们的基因都是一个具有遗传功能的特定核苷酸序列的DNA片断,而所有生物的DNA结构都是一样的。 有些病毒的基因定位在RNA上,但这些病毒RNA可以通过反转录产生CDNA,并不影响不同基因的重组互换。,基因是可以切割的 基因在染色体上的存在形式是直线排列。大多数基因彼此之间存在这间隔,少数基因是重叠排列的。,基因是可以转移的 生物体内有的基因是可以在染色体上移动的,甚至可以在不同的染色体上跳跃,插入到
6、靶DNA分子中。基因在转移的过程中就完成了基因间的重组。(转座子、反转座子),多肽与基因之间存在对应关系 现在普遍认为,一种多肽就有一种相对应的基因。因此,基因的转移或重组可以根据其表达产物多肽的性质来检查。,遗传密码是通用的 一系列的三联密码子(除极少数外)同氨基酸之间的对应关系,在所有生物中都是相同的。,基因可以通过复制把遗传信息传递给下一代 经重组的基因一般来说是能传代的,可以获得相对稳定的转基因生物。,生物技术可以分为传统生物技术,工业生物发酵技术和现代生物技术。现在人们常说的生物技术实际上就是现代生物技术。 现代生物技术包括基因工程、蛋白质工程、细胞工程、酶工程和发酵工程等五大工程技
7、术。 其中基因工程技术是现代生物技术的核心技术。,二、基因工程(genetic engineering) 也叫基因操作、遗传工程,或重组体DNA技术。一般说来所谓的基因工程是指在体外将核酸分子插入病毒、质粒或其它载体分子,构成遗传物质的新组合,并使之参入到原先没有这类分子的寄主细胞中内,而能持续稳定的繁殖。,一般认为1973年是基因工程诞生的元年 (S. Cohen等获得了卡那霉素和四环素双抗性的转化子菌落) 理论上的三大发现和技术上的三大发明 对于基因工程的诞生起到了决定性的作用。,1、 基因工程的诞生,理论上的三大发现 (1)、DNA是遗传物质被证实 1944年,Avery O.T.利用肺
8、炎双球菌转化实验 (2)、DNA的双螺旋结构和半保留复制机理 (3)、“中心法则”和“操纵子学说”的提出 三联体密码子系统的建立,(1)、工具酶的发现和应用,技术上的三大发现,限制性内切酶和DNA连接酶的发现(标志着DNA重组时代的开始),1970年,逆转录酶的发现。,(2)、载体的发现及其应用 载体主要是小分子量的复制子如:病毒、噬菌体、质粒。 1972年,美国Stanford大学的P. Berg 等首次成功地实现了DNA的体外重组;,SV40,噬菌体,第一个重组分子,(3)、重组子导入受体细胞 1944年,肺炎链球菌被成功转化。 1970年,大肠杆菌才被成功转化,得益于CaCl2的应用,基
9、因工程诞生 1973年,Stanford大学的Cohen等成功地利用体外重组实现了细菌间性状的转移。 1973年被定为基因工程诞生的元年。,Cohen等的重组实验示意图,Tcr,Ner,基因工程发展史上首次实现了重组DNA的细菌转化,pSC101质粒DNA,R65质粒DNA,2.基因工程的定义: 将外源基因通过体外重组后导入受体细胞内,使这个基因能在受体细胞内复制、转录、翻译表达的操作称为基因工程 基因工程包括基因的分离、重组、转移以及基因在受体细胞内的保持、转录、翻译表达等全过程。,基因工程的实施至少要有四个必要条件 工具酶 基因 载体 受体细胞,遗传工程 DNA重组 基因工程,区别?,遗传
10、工程是发生在遗传过程中的自然界原本存在的导致变异的一种现象,及自然出现的不同DNA链断裂并连接成新的DNA分子,新的DNA分子含有不同于亲本的DNA片段。 DNA重组是人们根据遗传工程的原理利用限制性内切酶在体外对于DNA进行的人工操作,构成杂种DNA,在自然界一般不能自发实现。,目的基因转移 转化或感染,3.基因工程的基本操作程序,第三步: 将目的基因导入受体细胞,第四步: 目的基因的检测与鉴定,第一步: 目的基因的获取,第二步: 基因表达载体构建,从复杂的生物有机体基因组中,经过酶切消化或PCR扩增等步骤,分离出带有目的基因的DNA片段; 在体外,将带有目的基因的外源DNA片段连接到能够自
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