第十三章 基因工程和基因组学 第一节基因工程 第二节基因组学 Functional genomicsomE
第十三章 基因工程和基因组学 第一节 基因工程 第二节 基因组学 Functional genomics
第一节基因工程 一、基因工程概述 1、概念： >一般意义上的基因工程是指“重组DNA技术”或“基 因转移技术”，即：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内，而能持续稳 定的繁殖。（吴乃虎，1998) >广义的遗传工程包括细胞工程、染色体工程、细胞器 工程、基因工程等。 >狭义的遗传工程是指基因工程（重组DNA技术）
第一节 基因工程 一、基因工程概述 １、概念： 一般意义上的基因工程是指“重组DNA技术”或“基 因转移技术”，即：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内，而能持续稳 定的繁殖。（吴乃虎，1998） 广义的遗传工程包括细胞工程、染色体工程、细胞器 工程、基因工程等。 狭义的遗传工程是指基因工程（重组DNA技术）
基因工程图解： 分离外源基因 载体 重组 重组DNA 转化或 转染 整合 →筛选 受体细胞 转化子
重组DNA 筛选 分离外源基因 载体 重组 转化子 整合 基因工程图解： 转化或 转染 受体细胞
一、基因工程概述 2、基因工程的建立与发展： > 1971年，史密斯(Smith H0)等人从细菌中分离出的一种限制性酶，酶切 病毒DNA分子，标志着DNA重组时代的开始。 > 1972年，伯格（BegP)等用限制性酶分别酶切猿猴病毒和噬菌体DNA,将 两种DNA分子用连接酶连接起来，得到新的DNA分子。 >1973年，科恩(Cohen S)等进一步将酶切DNA分子与质粒DNA连接起来， 并将重组质粒转入E.cloi细胞中。 > 1982年，美国食品卫生和医药管理局批准，用基因工程在细菌中生产人的胰 岛素投放市场。 > 1985年，转基因植物获得成功。 > 1994年，延熟保鲜的转基因番茄商品生产。 人 1996年，克隆羊诞生。 > 2001年，人类基因组序列草图完成
一、基因工程概述 2、基因工程的建立与发展 ： 1971年，史密斯（Smith H O）等人从细菌中分离出的一种限制性酶，酶切 病毒DNA分子，标志着DNA重组时代的开始。 1972年，伯格（Berg P）等用限制性酶分别酶切猿猴病毒和噬菌体DNA，将 两种DNA分子用连接酶连接起来，得到新的DNA分子。 1973年，科恩（Cohen S）等进一步将酶切DNA分子与质粒DNA连接起来， 并将重组质粒转入E.cloi细胞中。 1982年，美国食品卫生和医药管理局批准，用基因工程在细菌中生产人的胰 岛素投放市场。 1985年，转基因植物获得成功。 1994年，延熟保鲜的转基因番茄商品生产。 1996年，克隆羊诞生。 2001年，人类基因组序列草图完成。 -------------------
一、基因工程概述 3、基因工程的内容： >从细胞和组织中分离DNA; > ：限制性内切核酸酶酶切DNA分子，制备DNA片段； > 将酶切的DNA分子片段与载体DNA连接，构建重组DNA分子。其 载体能在宿主细胞内自我复制； >将重组DNA分子导入宿主细胞，重组DNA分子复制产生多个完全 相同的拷贝； >重组DNA能随宿主细胞的分裂而分配到子细胞，使子代群体细胞 具有重组DNA分子的拷贝； > ,能从宿主细胞中回收、纯化和分析克隆的重组DNA分子； > 克隆的DNA能转录成mRNA、翻译成蛋白质。能分离、鉴定基因 产物
一、基因工程概述 3、基因工程的内容 ： 从细胞和组织中分离DNA； 限制性内切核酸酶酶切DNA分子，制备DNA片段； 将酶切的DNA分子片段与载体DNA连接，构建重组DNA分子。其 载体能在宿主细胞内自我复制； 将重组DNA分子导入宿主细胞，重组DNA分子复制产生多个完全 相同的拷贝； 重组DNA能随宿主细胞的分裂而分配到子细胞，使子代群体细胞 具有重组DNA分子的拷贝； 能从宿主细胞中回收、纯化和分析克隆的重组DNA分子； 克隆的DNA能转录成mRNA、翻译成蛋白质。能分离、鉴定基因 产物
二、限制性内切核酸酶 >限制性内切核酸酶(restriction endonucleases.):在DNA分子 内部的特异性的碱基序列部位进行切割，是一种水解DNA的 磷酸二脂酶，遗传工程中重要工具。 >限制性内切酶的命名原则：由分离出酶的微生物的属名第一个 字母和种名的前两个字母组成，如Eco(Esherichia coli)。 属名 种名 株名 序数 来源菌株 名称 (大写) (小写) EcoR I E co R I Escherichia coli R Hind III H in d Ⅲ Haemaphilus influenzae Hind II H in d II Haemaphilus influenzae Hind I H in d I Haemaphilus parainfluenzae
二、限制性内切核酸酶 限制性内切核酸酶（restriction endonucleases）：在DNA分子 内部的特异性的碱基序列部位进行切割，是一种水解DNA的 磷酸二脂酶，遗传工程中重要工具。 限制性内切酶的命名原则：由分离出酶的微生物的属名第一个 字母和种名的前两个字母组成，如Eco（Esherichia coli）。 名 称 属 名 (大写) 种 名 (小写） 株名 序数 来 源 菌 株 EcoR I E co R I Escherichia coli R Hind III H in d III Haemaphilus influenzae Hind II H in d II Haemaphilus influenzae Hind I H in d I Haemaphilus parainfluenzae
二、限制性内切核酸酶 Ⅱ型限制性内切核酸酶识别序列特点： >均有严格的识别特定核苷酸的序列。 >识别的核苷酸序列一般在4-8个碱基对，最常见的是4个或6个核苷酸， 少数也有识别5个核苷酸以及7个、9个、10个和11个核苷酸的。 >大多数识别位点具有180度旋转对称的结构形式。 ----GAATTC--- ----GGN NCC---- ----CTTAA G---- ----CCN NGG---- EcoR I Nlal V
二、限制性内切核酸酶 II型 限制性内切核酸酶识别序列特点： 均有严格的识别特定核苷酸的序列。 识别的核苷酸序列一般在4-8个碱基对，最常见的是4个或6个核苷酸， 少数也有识别5个核苷酸以及7个、9个、10个和11个核苷酸的。 大多数识别位点具有180度旋转对称的结构形式。 ----G AATTC---- ----CTTAA G---- ----GGN NCC---- ----CCN NGG---- EcoR I NlaI V
二、限制性内切核酸酶 切割产生平末端(blunt end),如SmaI; 切割产生粘性末端（sticky end),如BamH I。 a)Cut with Smal b)Cut with BamHI ...CCCGGG... ..GGGCCC.. 刻 5...GGATCC... CCTAGG..5 G Overhanging 5'GATCC...3' 8 ...CCTAG ("sticky") G.5 Blunt ends 5ends Sma I BamH I
二、限制性内切核酸酶 切割产生平末端（blunt end），如Sma I； 切割产生粘性末端（sticky end），如BamH I 。 Sma I BamH I
三、载体 >载体(vector):在基因工程操作中，常常把外源DNA片段 利用运载工具送入生物细胞。我们把携带外源基因进入受 体细胞的这种工具叫做载体。 >作为载体DNA分子需具备的条件： (1)具有复制原点（oi),能自我复制； (2)具多克隆位点(multiple cloningsite.,MCS),即有 多种限制性酶的切点； (3)具有选择标记基因； (4)易从宿主细胞中回收
三、载体 载体（vector）：在基因工程操作中，常常把外源DNA片段 利用运载工具送入生物细胞。我们把携带外源基因进入受 体细胞的这种工具叫做载体。 作为载体DNA分子需具备的条件： （1）具有复制原点（ori），能自我复制； （2）具多克隆位点（multiple cloningsite，MCS ），即有 多种限制性酶的切点； （3）具有选择标记基因； （4）易从宿主细胞中回收
三、载体 1、细菌质粒 >质粒(plasmid)：是细菌细胞内独立于细菌染色体而自然存在的、 能自我复制、易分离和导入的环状双链DNA分子。 >质粒的拷贝数是指某种质粒在一个细菌细胞内的数目。根据每个寄主 细胞中质粒拷贝数的多少，把质粒分为严紧型复制质粒（拷贝数少， 为1-5个)与松弛型复制质粒（拷贝数多，可达10-200个拷贝)。 大肠杆菌 Lac Z MCS pUC18/pUC19 2686bp 质粒 染色体 Ori 质粒的结构示意图 pUC18/pUC18
三、载体 1、细菌质粒 质粒（plasmid）：是细菌细胞内独立于细菌染色体而自然存在的、 能自我复制、易分离和导入的环状双链DNA分子。 质粒的拷贝数是指某种质粒在一个细菌细胞内的数目。根据每个寄主 细胞中质粒拷贝数的多少，把质粒分为严紧型复制质粒（拷贝数少， 为1-5个）与松弛型复制质粒（拷贝数多，可达10-200个拷贝）。 质粒 染色体 大肠杆菌 质粒的结构示意图 Ori Amp Lac Z r MCS Plac pUC18/ pUC18