基因工程第一章植物基因工程原理與技術(shù)

基因工程第一章植物基因工程原理與技術(shù)第1頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月主要內(nèi)容第一章：緒論部分第二章：基因工程的基本操作程序第三章：基因工程的工具酶第四章：核酸操作的基本技術(shù)第五章：基因工程的載體第六章：基因文庫(kù)第七章:外源基因表達(dá)第2頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第八章：聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)第九章：分子標(biāo)記及芯片技術(shù)第十章：微生物的基因工程第十一章：植物基因工程第十二章：動(dòng)物基因工程第十三章：基因工程規(guī)則、專利及安全性主要內(nèi)容第3頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月基本要求掌握基因克隆的基本工具。特別是不同的載體?？寺』虻幕痉椒?。怎樣利用基因重組技術(shù)研究基因的結(jié)構(gòu)、表達(dá)和調(diào)控。利用基因工程生產(chǎn)重組蛋白，基因工程在醫(yī)藥和農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用。能夠設(shè)計(jì)一個(gè)基因克隆的程序。PCR技術(shù)基本原理和應(yīng)用第4頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月參考書Genecloning,T.A.Brown.Thirdedition.基因工程原理，吳乃虎編著，科學(xué)出版社基因工程概論，張惠展編著，華東理工大學(xué)出版社。植物基因工程原理與技術(shù)，王關(guān)林，方宏筠主編，科學(xué)出版社。分子克隆實(shí)驗(yàn)指南，J.Sambtook,EFFrish,TManiatis,金冬雁，黎孟楓等譯，科學(xué)出版社。第5頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月ChapterI緒論基因工程的概念基因工程的發(fā)展史基因工程的研究?jī)?nèi)容基因工程的應(yīng)用第6頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月生物工程分子生物學(xué)基因工程基因工程的地位第7頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、生物工程等概念生物工程：直接或間接利用生物體的機(jī)能生產(chǎn)物質(zhì)的技術(shù)。包括發(fā)酵技術(shù)、基因重組、細(xì)胞融合、細(xì)胞大量培養(yǎng)、生物反應(yīng)器等技術(shù)。生物技術(shù)：是在細(xì)胞水平上，特別是在分子水平上對(duì)生物體遺傳性實(shí)現(xiàn)接近定向改造的一套內(nèi)容繁多和復(fù)雜的技術(shù)。包括基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、發(fā)酵工程等。第8頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月遺傳工程：人工改造生物體遺傳性的技術(shù)。包括細(xì)胞工程、染色體工程、細(xì)胞器工程、基因工程等。

生物技術(shù)的范圍最廣。一、生物工程等概念第9頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、生物工程等概念基因工程(又稱分子克隆或基因的無(wú)性繁殖)

按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的方案，利用現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)，特別是酶學(xué)技術(shù)，對(duì)遺傳物質(zhì)DNA直接進(jìn)行體外重組操作與改造，將一種生物（供體）的基因轉(zhuǎn)移到另外一種生物（受體）中去，從而實(shí)現(xiàn)受體生物的定向改造與改良。即：通過(guò)體外基因操作，引起生物體性狀改變的技術(shù)基因工程的三要素:供體,受體,載體第10頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月廣義基因工程：DNA重組技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化設(shè)計(jì)與應(yīng)用。上游技術(shù)：外源基因重組、克隆和表達(dá)的設(shè)計(jì)與構(gòu)建（重組DNA技術(shù)，即狹義基因工程）下游技術(shù)：含有外源基因的生物細(xì)胞（基因工程菌或細(xì)胞）的大規(guī)模培養(yǎng)以及外源基因的表達(dá)、分離、純化過(guò)程。第11頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

genemanipulationgenecloning,recombinantDNAtechnologygeneticmodification,newgenetics,molecularagriculture第12頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月基因工程產(chǎn)生的理論依據(jù)（1）DNA是遺傳物質(zhì)（2）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)（3）中心法則和遺傳密碼（4）基因是可切割的（5）基因是可以轉(zhuǎn)移的（6）多肽與基因之間存在對(duì)應(yīng)關(guān)系（7）基因可以通過(guò)復(fù)制傳遞遺傳信息第13頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1860至1870年奧地利學(xué)者孟德?tīng)柛鶕?jù)豌豆雜交實(shí)驗(yàn)提出遺傳因子概念，并總結(jié)出孟德?tīng)栠z傳定律。1909年丹麥植物學(xué)家和遺傳學(xué)家約翰遜首次提出“基因”這一名詞，用以表達(dá)孟德?tīng)柕倪z傳因子概念。1944年

3位美國(guó)科學(xué)家分離出細(xì)菌的DNA（脫氧核糖核酸），并發(fā)現(xiàn)DNA是攜帶生命遺傳物質(zhì)的分子。1953年美國(guó)人沃森和英國(guó)人克里克通過(guò)實(shí)驗(yàn)提出了DNA分子的雙螺旋模型。

1969年科學(xué)家成功分離出第一個(gè)基因。1980年科學(xué)家首次培育出世界第一個(gè)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物轉(zhuǎn)基因小鼠。

1983年科學(xué)家首次培育出世界第一個(gè)轉(zhuǎn)基因植物轉(zhuǎn)基因煙草。

1988年

K.Mullis發(fā)明了PCR技術(shù)。

1990年10月被譽(yù)為生命科學(xué)“阿波羅登月計(jì)劃”的國(guó)際人類基因組計(jì)劃啟動(dòng)

1998年一批科學(xué)家在美國(guó)羅克威爾組建塞萊拉遺傳公司，與國(guó)際人類基因組計(jì)劃展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)。1998年12月一種小線蟲(chóng)完整基因組序列的測(cè)定工作宣告完成，這是科學(xué)家第一次繪出多細(xì)胞動(dòng)物的基因組圖譜。二、基因工程的發(fā)展歷史第14頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1999年9月中國(guó)獲準(zhǔn)加入人類基因組計(jì)劃，負(fù)責(zé)測(cè)定人類基因組全部序列的1%。中國(guó)是繼美、英、日、德、法之后第6個(gè)國(guó)際人類基因組計(jì)劃參與國(guó)，也是參與這一計(jì)劃的惟一發(fā)展中國(guó)家。1999年12月1日國(guó)際人類基因組計(jì)劃聯(lián)合研究小組宣布，完整破譯出人體第22對(duì)染色體的遺傳密碼，這是人類首次成功地完成人體染色體完整基因序列的測(cè)定。

2000年4月6日美國(guó)塞萊拉公司宣布破譯出一名實(shí)驗(yàn)者的完整遺傳密碼，但遭到不少科學(xué)家的質(zhì)疑。2000年4月底中國(guó)科學(xué)家按照國(guó)際人類基因組計(jì)劃的部署，完成了1%人類基因組的工作框架圖。2000年5月8日德、日等國(guó)科學(xué)家宣布，已基本完成了人體第21對(duì)染色體的測(cè)序工作。

2000年6月26日科學(xué)家公布人類基因組工作草圖，標(biāo)志著人類在解讀自身“生命之書”的路上邁出了重要一步。

二、基因工程的發(fā)展歷史

第15頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2000年12月14日美英等國(guó)科學(xué)家宣布繪出擬南芥基因組的完整圖譜，這是人類首次全部破譯出一種植物的基因序列。

2001年2月12日中、美、日、德、法、英6國(guó)科學(xué)家和美國(guó)塞萊拉公司聯(lián)合公布人類基因組圖譜及初步分析結(jié)果。迄今為止，全基因測(cè)序，轉(zhuǎn)錄組測(cè)序等已經(jīng)大規(guī)模展開(kāi)，在華大基因，北京貝瑞和康、上海生工、南京金斯瑞等測(cè)序公司已經(jīng)全面展開(kāi)基因的大規(guī)模測(cè)序，為研究基因功能奠定基礎(chǔ)。二、基因工程的發(fā)展史第16頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、基因工程的發(fā)展歷史基因工程的準(zhǔn)備階段（理論上和技術(shù)上）基因工程問(wèn)世基因工程迅速發(fā)展階段第17頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、理論上的準(zhǔn)備生物的遺傳物質(zhì)――DNA的發(fā)現(xiàn)：（現(xiàn)代生物科學(xué)的開(kāi)端）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)和半保留復(fù)制機(jī)理的建立（大大促進(jìn)生物科學(xué)的發(fā)展）遺傳信息傳遞方式（中心法則）（為基因工程的誕生奠定了理論基礎(chǔ)）二、基因工程的發(fā)展史第18頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月沃森和克里克提出的DNA分子結(jié)構(gòu)第19頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、技術(shù)上的準(zhǔn)備限制性內(nèi)切酶和DNA連接酶的發(fā)現(xiàn)（標(biāo)志著DNA重組時(shí)代的開(kāi)始）載體的使用基因的體外重組二、基因工程的發(fā)展史逆轉(zhuǎn)錄酶的發(fā)現(xiàn)。第20頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月基因工程問(wèn)世

1973年，Cohen等首次完成重組質(zhì)粒DNA對(duì)大腸桿菌的轉(zhuǎn)化，同時(shí)又與別人合作，將非洲爪蟾含核糖體基因的DNA片段與質(zhì)粒pSC101重組，轉(zhuǎn)化大腸桿菌，轉(zhuǎn)錄出相應(yīng)的mRNA。此研究成果表明基因工程已正式問(wèn)世，不僅宣告質(zhì)粒分子可以作為基因克隆載體，能攜帶外源DNA導(dǎo)人宿主細(xì)胞，并且證實(shí)真核生物的基因可以轉(zhuǎn)移到原核生物細(xì)胞中，并在其中實(shí)現(xiàn)功能表達(dá)。第21頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月基因工程迅速發(fā)展階段1980年首次通過(guò)顯微注射培育出世界上第一個(gè)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物——轉(zhuǎn)基因小鼠1983年采用農(nóng)桿菌介導(dǎo)法培育出世界上第一例轉(zhuǎn)基因植物——轉(zhuǎn)基因煙草基因工程基礎(chǔ)研究的發(fā)展推動(dòng)了基因工程應(yīng)用的迅速發(fā)展第22頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月目前已有多種采用基因工程技術(shù)研制生產(chǎn)的貴重藥物，自1986年首次批準(zhǔn)轉(zhuǎn)基因煙草進(jìn)行田間試驗(yàn)以來(lái)，至1994年11月短短幾年，全世界批準(zhǔn)進(jìn)行田間試驗(yàn)的轉(zhuǎn)基因植物就有1467例，又過(guò)4年，至1998年4月已達(dá)4387項(xiàng)?；蚬こ萄杆侔l(fā)展階段第23頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月如果說(shuō)20世紀(jì)80-90年代是基因工程基礎(chǔ)研究趨向成熟，應(yīng)用研究初露鋒芒的階段那么，21世紀(jì)初將是基因工程應(yīng)用研究的鼎盛時(shí)期，農(nóng)林牧漁醫(yī)的很多產(chǎn)品都會(huì)打上基因工程的標(biāo)記基因工程迅速發(fā)展階段第24頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、基因工程的研究?jī)?nèi)容基礎(chǔ)研究應(yīng)用研究第25頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月基因工程克隆載體的研究基因工程受體系統(tǒng)的研究目的基因的研究基因工程工具酶的研究基因工程新技術(shù)的研究1、基礎(chǔ)研究

第26頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、基礎(chǔ)研究特定目的基因的分離或合成構(gòu)建重組DNA分子轉(zhuǎn)化宿主細(xì)胞篩選重組DNA菌落目的基因的有效表達(dá)第27頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、基本步驟：(切、接、轉(zhuǎn)、增、檢）（1）

從供體細(xì)胞中分離出基因組DNA，用限制性核酸內(nèi)切酶分別將外源DNA包括（外源基因或目的基因）和載體分子切開(kāi)（“切”）（2）

用DNA連接酶將含有外源基因的DNA片段接到載體分子上，形成DNA重組分子（“接”）（3）

借助于細(xì)胞轉(zhuǎn)化手段將DNA重組分子導(dǎo)入受體細(xì)胞中（“轉(zhuǎn)”）（4）

短時(shí)間培養(yǎng)轉(zhuǎn)化細(xì)胞，以擴(kuò)增DNA重組分子或使其整合到受體細(xì)胞的基因組中（“增”）（5）

篩選和鑒定轉(zhuǎn)化細(xì)胞，獲得使外源基因高效穩(wěn)定表達(dá)的基因工程菌或細(xì)胞（“檢”）第28頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、基因克隆需要特殊的工具和技術(shù)運(yùn)輸工具：細(xì)菌質(zhì)粒病毒染色體DNA操作技術(shù)純化DNA 剪切DNA分子分析DNA片段大小連接DNA分子將DNA轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞重組子的鑒定第29頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第30頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、基因工程應(yīng)用研究

基因工程已在醫(yī)藥業(yè)、農(nóng)牧業(yè)、食品工業(yè)、環(huán)境保護(hù)、能源開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域重到了廣泛的應(yīng)用第31頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、基因工程的應(yīng)用和發(fā)展農(nóng)業(yè)應(yīng)用應(yīng)用重組技術(shù)培育具有改良性狀的糧食作物的工作已初見(jiàn)成效。這方面工作按照發(fā)展水平可以分為三個(gè)不同的階段：（1）主要集中于有重要農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)意義的目的基因的分離與改造（2）主要目標(biāo)是培育出具有改良有重要經(jīng)濟(jì)性狀的工程植株（3)發(fā)展方向是培育出具有生物反應(yīng)器功能的工程植株第32頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月具有抗蟲(chóng)、抗病、抗除草劑性狀的轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物（應(yīng)用反義RNA技術(shù)培育成功的具有耐貯藏的轉(zhuǎn)基因西紅柿，已開(kāi)始在美國(guó)投放市場(chǎng)利用植物合成微生物甚至哺乳動(dòng)物的一些特殊蛋白質(zhì)，如干擾素，人血清蛋白等理論上講，在將來(lái)還有可能通過(guò)轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)更多的藥用蛋白質(zhì)?；蚬こ痰膽?yīng)用和發(fā)展第33頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月抗病蟲(chóng)性提高品質(zhì)提高花卉的觀賞價(jià)值抗逆性家畜 瘦肉比飼料利用率加快生長(zhǎng)

第34頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月醫(yī)藥業(yè)應(yīng)用重組DNA技術(shù)還有力地促進(jìn)了醫(yī)學(xué)科學(xué)研究的發(fā)展，如疾病的臨床診斷、遺傳病的基因治療、新型疫苗的研制以及癌癥和艾滋病的研究等，并且已取得了相當(dāng)?shù)某删汀Ｔ谀[瘤方面的重要突破是發(fā)現(xiàn)了致癌基因，弄清了腫瘤的起因?；蚬こ痰膽?yīng)用和發(fā)展第35頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在醫(yī)藥業(yè)的應(yīng)用（1）轉(zhuǎn)基因細(xì)菌生產(chǎn)激素類藥物（2）轉(zhuǎn)基因細(xì)菌生產(chǎn)抗生素（3）轉(zhuǎn)基因微生物生產(chǎn)疫苗基因治療:單基因缺陷的診斷

,檢測(cè)遺傳疾病、病原:診斷遺傳病

,遺傳損傷,癌癥基因工程的應(yīng)用和發(fā)展重組藥物第36頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)