基因工程原理與操作主講教師：李洪濤資源與環境學院應用生物科學專業學習內容第一章緒論第二章基因工程工具酶第三章基因工程載體第四章核酸操作的基本技術第五章聚合酶鏈式反應第六章基因文庫的構建與目的基因獲得學習內容第七章DNA體外重組與基因轉移第八章重組子的篩選與鑒定第九章外源基因的表達第十章生物信息學第十一章基因工程規則、安全性及專利基本要求了解基因工程的發展歷史及意義。掌握基因克隆的工具及基本方法。了解怎樣利用基因重組技術研究基因的結構、表達和調控。能夠設計一個基因克隆的程序。利用基因工程生產重組蛋白。學習資料教材

?基因工程原理與應用?

陳宏2003中國農業出版社參考書

?基因工程原理?吳乃虎1999科學出版社

?分子克隆實驗指南?J.SambtookEFFrishTManiatis；金冬雁等譯科學出版社考核要求期末閉卷考試，占總成績70%。課堂提問及出勤，占總成績30%。第一章緒論問題什么是基因工程？基因工程是如何發展形成的？基因工程的研究內容是什么？基因工程發展前景如何？第一節基因工程的概念基因工程（基因操作），分子生物學、分子遺傳學等學科基礎上，20世紀70年代誕生一門嶄新的生物技術科學。基因工程

指在體外將核酸分子插入病毒、質粒或其他載體分子，構成遺傳物質的新組合，并使之參入到原先沒有這類分子的寄主細胞內，而能持續穩定的繁殖。

基因工程發展至今30多年的歷史，所使用的名詞術語還未統一。文獻中常見的有

遺傳工程（geneticengineering）

基因工程（geneengineering）

基因操作（genemanipulation）

重組DNA技術（recombinantDNAtechnique）

基因克隆（genecloning）

分子克隆（molecularcloning）第二節基因工程的誕生與發展一、基因工程誕生的理論基礎基因工程1973無數科學家智慧與勞動基礎理論上的三大發現技術上的三大發明（一）理論上的三大發現證實了DNA是遺傳物質

①基因學說的創立②基因與DNA物質現代遺傳學之父，奧地利生物學家格雷戈爾·孟德爾（JohannGregorMendel，1822～1884）并未描述過基因，也沒有觀測到基因以及使用基因這個詞。但這位奧地利傳教士發現了遺傳定律，他通過繁育豌豆，畫出其結果圖，就得出了卓越的結論。

1900年，成為遺傳學史乃至生物科學史上劃時代的一年，來自三個國家的三位學者同時獨立地“重新發現”孟德爾遺傳定律，他們是荷蘭的德弗里斯(HugoDeVries)、德國的柯靈斯(CarlErichCorrens)和澳大利亞的契馬克(ErichvonTschermak-Seysenegg)。遺傳學進人了孟德爾時代。

1909年，丹麥生物學家約翰遜根據希臘文“給予生命”之義，創造了基因（gene）一詞，并用這個術語代替孟德爾的“遺傳因子”。不過他所說的基因并不代表物質實體，而是一種與細胞的任何可見形態結構毫無關系的抽象單位。

果蠅是上帝專門為摩爾根創造的

美國遺傳學家摩爾根（ThomasHuntMorgan，1866～1945）對基因學說的建立作出了卓越的貢獻。1915年至1928年，他和他的助手以果蠅作為實驗材料，第一次將代表某一特定性狀的基因，同某一特定的染色體聯系了起來，創立了遺傳的染色體理論。基因的化學本質就是DNA分子加拿大生物化學家艾弗里（OswaldTheodoreAvery，1877～1955）。1945年，他和他的合作者在紐約進行細菌轉化的研究（下圖），實驗材料是肺炎鏈球菌，結果說明，使細菌性狀發生轉化的因子是DNA，而不是蛋白質或RNA。這一重大的發現轟動了整個生物界，在遺傳學理論上樹起了全新的觀點，即DNA分子是遺傳信息的載體。

當人們為艾弗里的實驗而激烈爭論時，美國微生物學家赫爾希（AlfredDayHershey，1908～1997）等人在考慮，能否將蛋白質和DNA完全分開，單獨觀察DNA的作用呢？他們的實驗材料是T2噬菌體。實驗證實，進入細菌細胞的噬菌體是核酸；進而說明，攜帶遺傳信息的是核酸，而不是蛋白質。噬菌體的DNA不但包括噬菌體自我復制的信息，而且包括合成噬菌體蛋白質所需要的全部信息。1952年，赫爾希和他的學生共同發表報告，肯定了艾弗里的結論。此后，再也無人懷疑DNA是遺傳物質了。美國冷泉港卡內基遺傳學實驗室（一）理論上的三大發現揭示了DNA分子的雙螺旋結構模型和半保留復制機理

①雙螺旋結構是雙鏈、三鏈還是四鏈？三螺旋還是雙螺旋？②半保留復制

1953年，最偉大的模型——DNA雙螺旋結構模型被提出來了，兩位創立者是美國生物化學家沃森和英國生物物理學家克里克。這一模型的建立，揭開了生物遺傳信息傳遞的秘密，從遺傳物質結構變化的角度解釋了遺傳性狀突變的原因，并標志著遺傳學完成了由“經典”向“分子”時代的過渡。

ＤＮＡ雙螺旋結構發現５０年來，生命的很多秘密已經被解開，但剩下的秘密更多。一切不過只是剛剛開始。“今天比我起步的時候有更多的新的疆域，”沃森在接受美國《時代》周刊采訪時曾表示，“未來幾百年中，還會有足夠多的問題需要人們去應對。”1957年，當時在Caltech作研究生的Meselson和作博士后的Stahl設計并實現了這組著名的，證明了DNA復制半保留機理的實驗。（一）理論上的三大發現遺傳密碼的破譯和遺傳信息傳遞方式的確定

①遺傳密碼----生命的語言

數學推理階段和實驗研究階段②中心法則----生命信息的傳遞

第一階段和第二階段

1954年俄裔美國物理學家伽莫夫提出蛋白質的遺傳密碼是由3個堿基的排列組合而成的假說。1961年，美國生物學家尼倫伯格（MarshallWarrenNirenberg，1927～）（左圖）等人成功破譯了遺傳密碼，以無可辯駁的科學依據證實了DNA雙螺旋結構的正確性。有關遺傳密碼的幾個問題

“密碼比”“密碼是否重疊”“相鄰的2個三聯體之間是否存在（逗號）”遺傳密碼表霍拉納(1922～)（右圖）美國生物化學1960～1966年，破譯了mRNA的全部基因密碼，并在蛋白質合成機制、信使核糖核酸等方面取得了重要研究成果。在遺傳學上，我們把遺傳信息的流動方向叫做信息流。信息流的方向可以用科學家克里克提出的“中心法則”來表示。

科學是永無止境的，它是一個永恒之謎。——愛因斯坦

（二）技術上的三大發明限制性核酸內切酶的發現與DNA的切割內森斯使用II型限制性內切酶首次完成了對基因的體外切割。他們的研究成果為人類在分子水平上實現人工基因重組提供了有效的技術手段。

1965年阿爾伯首次從理論上提出了生物體內存在著一種具有切割基因功能的限制性內切酶，并于1968年成功分離出I型限制性內切酶。1970年史密斯分離出了II型限制性內切酶（二）技術上的三大發明DNA連接酶的發現與DNA片斷的連接1967年在世界上有5個實驗室幾乎同時發現了DNA連接酶。1970年當時在Wisconsin大學的一個實驗小組，發現T4DNA連接酶具有更高的連接活性。到了1972年底，人們已經掌握了好幾種連接雙鏈DNA分子的方法。（二）技術上的三大發明基因工程載體的研究與應用