基因工程第一章植物基因工程原理與技術第1頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月主要內容第一章：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第五章：基因工程的載體第六章：基因文庫第七章:外源基因表達第2頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月第八章：聚合酶鏈式反應(PCR)第九章：分子標記及芯片技術第十章：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容第3頁，課件共39頁，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。克隆基因的基本方法。怎樣利用基因重組技術研究基因的結構、表達和調控。利用基因工程生產重組蛋白，基因工程在醫(yī)藥和農業(yè)上的應用。能夠設計一個基因克隆的程序。PCR技術基本原理和應用第4頁，課件共39頁，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，科學出版社基因工程概論，張惠展編著，華東理工大學出版社。植物基因工程原理與技術，王關林，方宏筠主編，科學出版社。分子克隆實驗指南，J.Sambtook,EFFrish,TManiatis,金冬雁，黎孟楓等譯，科學出版社。第5頁，課件共39頁，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內容基因工程的應用第6頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月生物工程分子生物學基因工程基因工程的地位第7頁，課件共39頁，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能生產物質的技術。包括發(fā)酵技術、基因重組、細胞融合、細胞大量培養(yǎng)、生物反應器等技術。生物技術：是在細胞水平上，特別是在分子水平上對生物體遺傳性實現接近定向改造的一套內容繁多和復雜的技術。包括基因工程、細胞工程、酶工程、發(fā)酵工程等。第8頁，課件共39頁，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。包括細胞工程、染色體工程、細胞器工程、基因工程等。

生物技術的范圍最廣。一、生物工程等概念第9頁，課件共39頁，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性繁殖)

按照預先設計好的方案，利用現代分子生物學技術，特別是酶學技術，對遺傳物質DNA直接進行體外重組操作與改造，將一種生物（供體）的基因轉移到另外一種生物（受體）中去，從而實現受體生物的定向改造與改良。即：通過體外基因操作，引起生物體性狀改變的技術基因工程的三要素:供體,受體,載體第10頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月廣義基因工程：DNA重組技術的產業(yè)化設計與應用。上游技術：外源基因重組、克隆和表達的設計與構建（重組DNA技術，即狹義基因工程）下游技術：含有外源基因的生物細胞（基因工程菌或細胞）的大規(guī)模培養(yǎng)以及外源基因的表達、分離、純化過程。第11頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月

genemanipulationgenecloning,recombinantDNAtechnologygeneticmodification,newgenetics,molecularagriculture第12頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月基因工程產生的理論依據（1）DNA是遺傳物質（2）DNA雙螺旋結構（3）中心法則和遺傳密碼（4）基因是可切割的（5）基因是可以轉移的（6）多肽與基因之間存在對應關系（7）基因可以通過復制傳遞遺傳信息第13頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月1860至1870年奧地利學者孟德爾根據豌豆雜交實驗提出遺傳因子概念，并總結出孟德爾遺傳定律。1909年丹麥植物學家和遺傳學家約翰遜首次提出“基因”這一名詞，用以表達孟德爾的遺傳因子概念。1944年

3位美國科學家分離出細菌的DNA（脫氧核糖核酸），并發(fā)現DNA是攜帶生命遺傳物質的分子。1953年美國人沃森和英國人克里克通過實驗提出了DNA分子的雙螺旋模型。

1969年科學家成功分離出第一個基因。1980年科學家首次培育出世界第一個轉基因動物轉基因小鼠。

1983年科學家首次培育出世界第一個轉基因植物轉基因煙草。

1988年

K.Mullis發(fā)明了PCR技術。

1990年10月被譽為生命科學“阿波羅登月計劃”的國際人類基因組計劃啟動

1998年一批科學家在美國羅克威爾組建塞萊拉遺傳公司，與國際人類基因組計劃展開競爭。1998年12月一種小線蟲完整基因組序列的測定工作宣告完成，這是科學家第一次繪出多細胞動物的基因組圖譜。二、基因工程的發(fā)展歷史第14頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月1999年9月中國獲準加入人類基因組計劃，負責測定人類基因組全部序列的1%。中國是繼美、英、日、德、法之后第6個國際人類基因組計劃參與國，也是參與這一計劃的惟一發(fā)展中國家。1999年12月1日國際人類基因組計劃聯合研究小組宣布，完整破譯出人體第22對染色體的遺傳密碼，這是人類首次成功地完成人體染色體完整基因序列的測定。

2000年4月6日美國塞萊拉公司宣布破譯出一名實驗者的完整遺傳密碼，但遭到不少科學家的質疑。2000年4月底中國科學家按照國際人類基因組計劃的部署，完成了1%人類基因組的工作框架圖。2000年5月8日德、日等國科學家宣布，已基本完成了人體第21對染色體的測序工作。

2000年6月26日科學家公布人類基因組工作草圖，標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，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月2000年12月14日美英等國科學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國科學家和美國塞萊拉公司聯合公布人類基因組圖譜及初步分析結果。迄今為止，全基因測序，轉錄組測序等已經大規(guī)模展開，在華大基因，北京貝瑞和康、上海生工、南京金斯瑞等測序公司已經全面展開基因的大規(guī)模測序，為研究基因功能奠定基礎。二、基因工程的發(fā)展史第16頁，課件共39頁，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備階段（理論上和技術上）基因工程問世基因工程迅速發(fā)展階段第17頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月1、理論上的準備生物的遺傳物質――DNA的發(fā)現：（現代生物科學的開端）DNA雙螺旋結構和半保留復制機理的建立（大大促進生物科學的發(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）二、基因工程的發(fā)展史第18頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月沃森和克里克提出的DNA分子結構第19頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月2、技術上的準備限制性內切酶和DNA連接酶的發(fā)現（標志著DNA重組時代的開始）載體的使用基因的體外重組二、基因工程的發(fā)展史逆轉錄酶的發(fā)現。第20頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月基因工程問世

1973年，Cohen等首次完成重組質粒DNA對大腸桿菌的轉化，同時又與別人合作，將非洲爪蟾含核糖體基因的DNA片段與質粒pSC101重組，轉化大腸桿菌，轉錄出相應的mRNA。此研究成果表明基因工程已正式問世，不僅宣告質粒分子可以作為基因克隆載體，能攜帶外源DNA導人宿主細胞，并且證實真核生物的基因可以轉移到原核生物細胞中，并在其中實現功能表達。第21頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月基因工程迅速發(fā)展階段1980年首次通過顯微注射培育出世界上第一個轉基因動物——轉基因小鼠1983年采用農桿菌介導法培育出世界上第一例轉基因植物——轉基因煙草基因工程基礎研究的發(fā)展推動了基因工程應用的迅速發(fā)展第22頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月目前已有多種采用基因工程技術研制生產的貴重藥物，自1986年首次批準轉基因煙草進行田間試驗以來，至1994年11月短短幾年，全世界批準進行田間試驗的轉基因植物就有1467例，又過4年，至1998年4月已達4387項?；蚬こ萄杆侔l(fā)展階段第23頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月如果說20世紀80-90年代是基因工程基礎研究趨向成熟，應用研究初露鋒芒的階段那么，21世紀初將是基因工程應用研究的鼎盛時期，農林牧漁醫(yī)的很多產品都會打上基因工程的標記基因工程迅速發(fā)展階段第24頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月三、基因工程的研究內容基礎研究應用研究第25頁，課件共39頁，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的研究1、基礎研究

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

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

借助于細胞轉化手段將DNA重組分子導入受體細胞中（“轉”）（4）

短時間培養(yǎng)轉化細胞，以擴增DNA重組分子或使其整合到受體細胞的基因組中（“增”）（5）

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

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

第34頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月醫(yī)藥業(yè)應用重組DNA技術還有力地促進了醫(yī)學科學研究的發(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，并且已取得了相當的成就。在腫瘤方面的重要突破是發(fā)現了致癌基因，弄清了腫瘤的起因。基因工程的應用和發(fā)展第35頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月在醫(yī)藥業(yè)的應用（1）轉基因細菌生產激素類藥物（2）轉基因細菌生產抗生素（3）轉基因微生物生產疫苗基因治療:單基因缺陷的診斷

,檢測遺傳疾病、病原:診斷遺傳病

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