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基因工程第一章绪论第二章操作技术原理第三章酶学原理第四章载体第五章目的基因的分离与鉴定第六章克隆基因的表达第七章动物基因工程第八章植物基因工程参考书目：吴乃虎，《基因工程原理》（上，下）第二版，科学出版社，2001。楼士林，杨盛昌等编著.《基因工程》，科学出版社，2002版。马建岗主编.《基因工程学原理》，西安交通大学出版社，2001。张惠展，《基因工程概论》，华东理工大学出版社，2000。《GeneⅧ》参考期刊：《生命的化学》、《Gene》、《生物化学与生物物理研究进展》《ReviewofMicrobiologyandMolecular》等参考网站：=PubMed=1://考试方式各部分成绩的比例如下：①平时作业与小测占5%②讨论与回答问题占5%③课程总结与文献综述占10%④期末闭卷考试占80%基因工程原理考核方式主要是采取平时作业与小测、讨论与文献综述、课程总结、与期末闭卷考试相结合的方式进行，通过平时考核及时掌握学生的领受状况，及时解决并且提高学生平时听课的积极性和听课效果（成绩占总成绩的20%）；通过期末考试测验学生对本课程的总体掌握水平（成绩占总成绩的80%）。第一章绪论第一节基因工程的发展过程一、基因工程与基因二、基因的认识1、基因的发展过程2、基因的现代概念三、基因工程的诞生第二节基因工程的主要研究内容第三节基因工程的应用第四节基因工程的安全性一、基因工程与基因基因决定性状家蚕能够吐出蚕丝为人类利用豆科植物的根瘤能够固定空气中的氮青霉菌能产生对人类有用的抗生素——青霉素定向基因改造设想设想一能否让禾本科的植物也能够固定空气中的氮？能否让细菌“吐出”蚕丝？设想二能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素等珍贵的药物？设想三经过多年的努力，科学家于20世纪70年代创立了可以定向改造生物的新技术——基因工程。一、基因工程与基因基因工程是在分子生物学和分子遗传学等学科综合发展的基础上、于本世纪70年代诞生的一门崭新的生物技术科学。它的创立和发展，直接依赖于基因工程或称分子生物学的进步，两者之间有着密不可分的联系。基因的研究为基因工程的创立奠定了坚实的理论基础，基因工程的诞生是基因研究发展的必然结果；而基因工程技术的发展和应用，又深刻并有力地影响着基因的研究，使我们对基因的研究提到了空前的高度。因此，对基因研究发展的过成，以及基因的现代概念进行一下回顾是十分必要的。二、基因的认识1866年发表论文，提出分离规律和独立分配规律。1900年Mendel遗传规律被重新发现，遗传学的元年1866年，孟德尔（JohannGregorMendel，1822－1884）提出了遗传因子（hereditaryfactor）的概念。他将控制豌豆性状的遗传因素称之为遗传因子形成了基因的雏形。（1856-1864豌豆杂交实验）1、基因的发展过程1909年，丹麦的遗传学家WilhelmLudwigJohanssen(1859-1927)。根据希腊语“给予生命”之义，创造了“gene”一词，并用这个术语代替孟德尔的“遗传因子”。不过他所说的基因并不代表物质实体，而是一种与细胞的任何可见形态结构毫无关系的抽象单位。因此，那时所指的基因只是遗传性状的符号，还没有具体涉及基因的物质概念。“遗传因子/基因”的设想一经提出，便推动人们去寻找，去探索基因在哪里？基因是什么？显微镜技术与染色技术的发展，使人们注意到，细胞分裂时，尤其是减数分裂中，染色体的行为和孟德尔提出的等位基因的分离规律相当一致，所以，确定基因在细胞核中，在染色体上。第一次将代表某一特定性状的基因与某一特定的染色体联系起来，创立了遗传的染色体理论。随后遗传学家又应用当时发展的基因作图（genemapping）技术，构筑了基因的连锁图，进一步揭示了在染色体载体上基因是按线性顺序排列的。。1910年，美国遗传学家摩尔根（ThomasHuntMorgan,1866-1945）以果蝇为研究材料，发现了连锁交换定律并提出遗传粒子学说。19331941年，美国生化遗传学家比德尔(GeorgeWellsBeadle,1903～1989)等通过果蝇复眼色素的研究和脉孢菌的营养缺陷型的研究，证明了基因通过酶起作用，提出了“一个基因一个酶”的假说。这一假说揭示了基因的基本功能。他所使用的营养缺陷型研究方法，以后被广泛应用于各种代谢途径和发育途径的研究。莱德伯格(JoshuaLederberg)采用大肠杆菌的营养缺陷型发现了细菌的遗传重组，从而开辟了微生物遗传学研究的广阔领域。因此，无论在概念上还是在方法上，“一个基因一种酶”的假说及工作，是分子生物学的重要基础之一。为此，比德尔与泰特姆(EdwardLawrieTatum)以及莱德伯格共同获得了1958年的诺贝尔生理学或医学奖。1958发现DNA的遗传功能，始于1928年英国科学家格里菲斯（P．Griffith）所做的用肺炎双球菌感染小鼠的实验。首次发现了基因是一类特殊生物分子的证据。FredericGriffith1879—1941格里菲斯用肺炎球菌做实验时发现了一个令人惊异的现象：加热杀死的能致病的S型菌＋不能致病的R型菌→混合→注射到小鼠体内→小鼠病死→从死鼠体内分离出大量的S型肺炎球菌难道S型致病菌复活了吗？这就是著名的“格里菲斯之谜”。艾弗里等人的实验说明使细菌性状发生转化的因子是DNA（即脱氧核糖核酸），而不是蛋白质或RNA（即核糖核酸）。不仅揭开了“格里菲斯之谜”，并且在世界上第一次证明基因就在DNA上。OswaldTheodoreAvery(1877～1955)1944年，艾弗里首次证实遗传物质的基础是DNA，基因位于DNA上。实验材料是肺炎链球菌，他们发现死去的S型菌并未复活，而是S型菌的DNA进入了R型菌，使其转化为新的S型致病肺炎双球菌。美国微生物学家阿尔弗雷德·戴·赫尔希（AlfredDayHershey，1908～1997）他们的实验材料是T2噬菌体实验证实，进入细菌细胞的噬菌体是核酸；进而说明，携带遗传信息的是核酸，而不是蛋白质。噬菌体的DNA不但包括噬菌体自我复制的信息，而且包括合成噬菌体蛋白质所需要的全部信息。1952年，赫尔希和他的学生共同发表报告，肯定了艾弗里的结论。此后，再也无人怀疑DNA是遗传物质了。35S－32P－35S标记外壳蛋白质,感染后放射标记不进入大肠杆菌细胞32P标记DNA,感染后放射标记进入大肠杆菌细胞19691953年，FrancisCrick和JamesWatson创立DNA双螺旋模型，证实基因是具有一定遗传效应的DNA片段。用分子结构的特征解释生命现象最基本问题之一－－基因复制的机理，从而使生物学真正进入分子生物学的新时代。1953JamesDeweyWatson，FrancisHarryComptonCrick1955年，美国分子遗传学家和行为遗传学家西摩尔·本泽（SeymourBenzer）在T4噬菌体的顺反互补实验中，正式使用“顺反子（cristron）”这个术语，并将顺反子与基因在意义上和功能上统一起来。西摩尔·本泽（SeymourBenzer）是参与开创分子生物学的重要人物，在1950年代用实验证明基因突变是由于DNA序列的改变导致，并提出每个生物系学生都学过的顺反子学说。1960年代起，他转而以果蝇为材料，研究基因与动物行为、发育的关系，做出了一系列重大发现（包括发现第一种控制动物行为的基因——一种控制果蝇生物钟的基因），使得果蝇这个经典遗传学的英雄，在寂寞多年之后，在分子生物学时代重新成为热门的动物模型。这些都是影响深远的开拓性工作，本泽也获得了几乎所有重要的生物医学学奖项（拉斯卡奖、格拉芙奖、沃尔夫奖等等），独独缺一个诺贝尔奖。1961年，法国巴黎巴斯德研究所的雅各布（FrançoisJacob）和莫诺(JacquesMonod)提出了操纵元（操纵子）的概念，揭示了原核生物基因表达调控的重要规律。JacquesMonodFrançoisJacobAndreMichelLwoff19651965年，雅各布、尔沃夫（AndreMichelLwoff）和莫诺“因有关酶和病毒合成的遗传调节方面的发现”获得诺贝尔奖。DNA如何储存并表达遗传信息？这个问题引起了很多物理学家的兴趣，1945年，薛定谔在《生命是什么》一书中提出了遗传密码的概念。1954年，物理学家伽莫夫提出三联体密码的概念。1961年，尼伦伯格和马太利用三联体密码合成了由笨丙氨酸组成的多肽长链。到1966年，64种遗传密码的含义全部得到了解答，形成了一部密码辞典。1961年，美国生物学家尼伦伯格（MarshallWarrenNirenberg，1927～）等人成功破译了遗传密码，以无可辩驳的科学依据证实了DNA双螺旋结构的正确性。人们对遗传机制有了更深刻的认识。1967年发表了全套的遗传密码表。1968现在，基因已经是以一种真正的分子物质呈现在我们面前，再也不是一种神秘成分了。科学家可以像研究其它大分子一样，客观地探索基因的结构和功能，并已经开始向控制遗传机制、防治遗传疾病、合成生命等更大的造福于人类的工作方向前进。2、现代基因概念此后随着分子生物学的迅速发展，人们对基因的认识不断深化。移动基因（movablegene）又称为转位因子(transposableelements），由于它可以从染色体基因组上的一个位置转移到另一个位置，甚至在不同的染色体之间跃迁，因此又叫做跳跃基因（jumpinggenes），最早在玉米中发现。它又分为插入序列、转位子、逆转座子。1983芭芭拉.麦克林托克(BarbaraMcClintock,1902-1992)50年代初,芭芭拉.麦克林托克在玉米的染色体中发现了可以改变自身位置的基因，她称之为“解离因子”。1963年泰勒发现噬菌体Mu能随机地插入细菌染色体基因组内；1966年，贝克威斯等在大肠杆菌中发现了可以整合在染色体上、也可游离于染色体外的F因子（性因子）；60年代末，科学家们在大肠杆菌中发现存在所谓的“插入序列”（IS）；后又在沙门氏菌中发现了基因的流动性（转座子）和抗药性基因等。1.插入序列（insertionsequence）两端有短的正向重复序列（directrepeats，DR）,略长的反向重复序列（invertedrepeasts,IR）及1kb左右的编码区，仅编码和转座有关的转座酶。HostDNAHostDNA2.复合转座子（compositetransponson）3.TnA家族转座子长约5kb左右，两端具有IR，而不是IS，中部的编码区不仅编码抗性标记,还编码转座酶和解离酶。transposaseresolvase转位作用a.Replicativetranspositionb.non-replicativetranspositionc.conservativetransposition4.逆转录转座子(Retrotransposon/retroposon)Retroposonformation断裂基因（splitgene）1993(美国)理查德·罗伯茨(RichardJ.Roberts)和菲利浦·夏普(PhillipA.Sharp)在腺病毒(adenovirus)中发现一个基因可以被分开成几个单位（splitgene）。指编码序列不连续的间断基因PhillipA.SharpRichardJ.Roberts1977年M．T．道尔等首次发现卵清蛋白基因是不连续的，在基因内部插入了7个没有编码意义的DNA片段。鸡卵清蛋白mRNA与DNA杂交实验S1核酸酶作图法测定断裂基因中的间隔子类似于基因但不表达的DNA序列,常用ψ表示。不表现任何功能，是基因的退化形式。假基因在基因组中形成稳定的和无活性的拷贝，由活化的原始基因突变而来，这是