科技探索之路　基礎(chǔ)理論和技術(shù)的發(fā)展催生了基因工程

1、科技探索之路。,基礎(chǔ)理論和技術(shù)的發(fā)展催生了基因工程,我們知道，煙草中含有的尼古丁是人類健康的殺手。但你聽(tīng)說(shuō)過(guò)將煙草改造成可以生產(chǎn)醫(yī)用蛋白的植物這一說(shuō)法嗎？其實(shí)，人們只要將能夠生產(chǎn)藥物蛋白的基因?qū)霟煵葜?，煙草就可以變成批量生產(chǎn)藥物蛋白的工廠；當(dāng)我們將這些蛋白質(zhì)從煙草的葉片中提取出來(lái)，經(jīng)純化制成藥物時(shí)，人類健康的殺手煙草，就變成了人類健康的“保護(hù)神”。,基因工程的產(chǎn)物,基因工程的概念： 又叫做基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)。通俗的說(shuō)，就是按照人們的意愿，把一種生物的某種基因提取出來(lái)，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細(xì)胞里，定向地改造生物的遺傳性狀。,基因重組,生物體外,基因/DNA,分子水平,剪

2、切拼接導(dǎo)入表達(dá),人類需要的基因產(chǎn)物,回顧：,優(yōu)點(diǎn)： 定向地改造生物的遺傳性狀； 實(shí)現(xiàn)基因在不同物種之間的轉(zhuǎn)移，迅速培育出生物新品種,基因工程究竟是怎樣發(fā)展起來(lái)的呢？,基因工程是在生物化學(xué)、分子生物學(xué)和微生物學(xué)等學(xué)科的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，正是這些學(xué)科的基礎(chǔ)理論和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展催生了基因工程,一、基礎(chǔ)理論的重大突破,早期基礎(chǔ)理論: 達(dá)爾文的進(jìn)化理論 孟德?tīng)柼岢龌虻姆蛛x定律 和自由組合定律 摩爾根證明基因在染色體上， 并提出基因的連鎖互換定律,一、基礎(chǔ)理論的重大突破,后期基礎(chǔ)理論: 1.艾弗里證明DNA是遺傳物質(zhì)，DNA可 從一種生物個(gè)體轉(zhuǎn)移到另一種生物個(gè)體。 2.沃森、克里克提出DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)

3、模型 3.梅塞爾松、斯塔爾證明DNA的半保留復(fù)制 4.克里克等提出中心法則 5. 1963年尼倫伯格和馬太破譯編碼氨基 酸的遺傳密碼，1966年霍拉納用實(shí)驗(yàn)加以證明。,1基因拼接的理論基礎(chǔ) (1)大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)是DNA。 (2)DNA的基本組成單位都是四種脫氧核苷酸。 (3)雙鏈DNA分子的空間結(jié)構(gòu)都是規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)。,2外源基因在受體內(nèi)表達(dá)的理論基礎(chǔ) (1)基因是控制生物性狀的獨(dú)立遺傳單位。 (2)遺傳信息的傳遞都遵循中心法則。 (3)生物界共用一套遺傳密碼。,基礎(chǔ)理論的歸納：,二、技術(shù)發(fā)明使基因工程的實(shí)施成為可能,1.基因轉(zhuǎn)移載體的發(fā)現(xiàn) 1967年，羅思（T. F. Roth) 和

4、赫林斯基（D. R. Helinski)發(fā)現(xiàn)細(xì)菌擬核DNA之外的質(zhì)粒有自我復(fù)制能力，并可以在細(xì)菌細(xì)胞間轉(zhuǎn)移，這一發(fā)現(xiàn)為基因轉(zhuǎn)移找到了一種運(yùn)載工具。,2.工具酶的發(fā)現(xiàn) 1970年，阿爾伯（W. Arber)、內(nèi)森斯（D. Nathans)，史密斯（H . C. Smith)在細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)限制性內(nèi)切酶（簡(jiǎn)稱限制酶）后，20世紀(jì)70年代初相繼發(fā)現(xiàn)了多種限制酶和連接酶，以及逆轉(zhuǎn)錄酶，這些發(fā)現(xiàn)為DNA的切割、連接以及功能基因的獲得創(chuàng)造了條件。,二、技術(shù)發(fā)明使基因工程的實(shí)施成為可能,3.DNA合成和測(cè)序技術(shù)的發(fā)明 自1965年，桑格（F.Sanger)發(fā)明氨基酸序列分析技術(shù)后，1977年，科學(xué)家又發(fā)

5、明了DNA序列分析的方法，為基因序列圖的繪制提供了可能，之后，DNA合成儀的問(wèn)世又為引物、探針和小分子量DNA基因的獲得提供了方便。,二、技術(shù)發(fā)明使基因工程的實(shí)施成為可能,4.DNA體外重組的實(shí)現(xiàn) 1972年伯格（P. Berg)首先在體外進(jìn)行了DNA 改造的研究，成功地構(gòu)建了第一個(gè)體外重組DNA分子。,二、技術(shù)發(fā)明使基因工程的實(shí)施成為可能,5.重組DNA表達(dá)實(shí)驗(yàn)的成功 1973年，博耶（H. Boyer) 和科恩（S. Cohen)選用僅含單一EcoRI酶切位點(diǎn)的載體質(zhì)粒pSC 101，使之與非洲爪蟾核糖體蛋白基因的DNA片段重組。重組的DNA轉(zhuǎn)入大腸桿菌DNA中，轉(zhuǎn)錄出相應(yīng)的mRNA。這個(gè)實(shí)驗(yàn)證明了質(zhì)粒不僅可以作為基因工程的載體，重組DNA還可以進(jìn)入受體細(xì)胞，外源基因可以在原核細(xì)胞中成功表達(dá)，并實(shí)現(xiàn)物種之間的基因交流。至此，基因工程正式問(wèn)世。,二、技術(shù)發(fā)明使基因工程的實(shí)施成為可能,6.第一例轉(zhuǎn)基因動(dòng)物問(wèn)世 1980年，科學(xué)家首次通過(guò) 顯微注射培育出世界上第一個(gè)轉(zhuǎn)基因小鼠。1983年，科學(xué)家又采用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法，培育出世界上第一例轉(zhuǎn)基因煙草。 此后，基因工程進(jìn)入了迅速發(fā)展階段。,二、技術(shù)發(fā)明使基因工程的實(shí)施成為可能,7.PCR技術(shù)的發(fā)明 基因