10、基因重组与基因工程

10、基因重组与基因工程自然界生物的基因重组DNA重组技术基因工程10.1自然界生物的基因重组（一）同源重组（二）非同源重组转座子与跳跃基因10.2DNA重组技术（一）DNA分子的加工与工具酶限制性内切酶与连接酶分子剪刀和分子针线（二）、DNA片断的分离和检测1、凝胶电泳技术2、核酸杂交技术荧光原位杂交显示端粒DNA的变性与复性3、基因图谱和DNA序列分析（1）限制性作图与RFLP限制酶A、B限制酶A限制酶B2kb3kb5kb2kb8kb3kb7kbAB2kb5kb3kb基因图（DNA测序仪显示的碱基排列顺序)（2）DNA序列分析已完成测序工作的生物面包酵母蛔虫果蝇芥菜1988年，美国国家卫生院和能源部迄今为止在生命科学领域最宏大的研究计划—人类基因组计划主要内容是完成人体23对染色体的全部基因的遗传作图和物理作图，完成23对染色体上30亿个碱基的序列测定以美国为主、包括英国、法国、日本和中国多国科学家参加的国际合作计划9.7人类基因组计划人类基因组计划主要应用了4方面相互配合与补充的研究方法和技术：1.用RFLP等标记出包含大约1Mb的超大片段进行定位作图2.用RFLP把超大片段分割成10多个包含100kb的大片段，做出它们的物理图3.用酵母人工染色体(YACs）或其他载体构建包含其中小片段的一系列重叠的克隆，约0.5～1.0Mb4.对小片段逐个进行测序，进而实现对整个染色体的测序和作图1992年，酵母3号染色体DNA的全部315357个碱基序列的测定，这是人类完成的第一条真核生物染色体DNA的全序列。1995年，科学家们获得了人类第3、第16和第22号染色体的高密度物理图。1996年，科学家们完成酵母其他15条染色体的碱基序列测定。1997年，大肠杆菌基因组序列测定宣告完成。1999年12月1日，科学家们宣布，人类第22号染色体，含3.34×107个碱基序列的测定已经全部完成，这是人类完成的第一条人类自身染色体的全序列测定。2000年6月26日，人类基因组工作框架图完成，标志着功能基因组时代的到来。科学家们对人类基因组的性质和作用的认识在不断地深化。未来：健康领域、基础科学研究领域……（三）DNA序列的复制（一）DNA克隆技术2、PCR技术10.3基因工程（一）基因工程的基本原理和方法基因工程的实现主要分为三个步骤：第一步：目的基因的分离或制备：人工分离生物基因组群中目的基因及内切酶定位切割或人工酶促合成第二步：重组DNA：选择载体及目的基因与载体基因重组第三步：导入与表达：重组DNA导入受体细胞，目的基因表达出目的效应和性状实现以上三步需要进行以下工作：1)寻找目标基因2)取得目标基因3)基因的载体问题：现主要有质粒载体、病毒载体、脂质载体、原生质载体（2）转基因生物的生产转基因小鼠：导入人类基因，具有较强的学习能力。在迷宫实验中，转基因鼠觅食本领比普通鼠要高许多，同时对迷宫中食物存放地点记忆更清楚。（二）基因工程的应用1、特殊蛋白质的大量生产乳汁中分泌人凝血因子IX的转基因山羊美国转基因猪，其体内含有人类的基因，乳汁含有人体蛋白fatorⅧ。只需300～600只这样的母猪就能满足全世界对这种蛋白的需求。人胰岛素从猪和牛的胰脏提取，获得100g胰岛素需800－1000kg的牛胰脏。现在用基因工程方法在大肠杆菌中表达产生。人生长激素具有物种特异性，只能用人的生长激素来治疗侏儒症。以前从尸体脑垂体中提取，来源非常有限，现在用基因工程方法在大肠杆菌中表达产生。干扰素体外培养人体细胞来生产，产量低，成本高，现用重组大肠杆菌生产。不易腐烂的番茄2、动物植物的遗传改良抗虫植物化学农药兔毛棉花在我国培育成功：用兔的一种角蛋白转化棉花，棉花纤维质量好，具有兔毛般的光泽。3、人类基因治疗（1）体细胞基因治疗1990年9月14日美国政府首次批准了一项基因治疗临床研究计划：对一台患有腺苷脱氨酶（ADA）缺陷的重度联合免疫缺陷症（SCID）4岁女童进行基因治疗并获得成功。该患者今年已经10岁了。从而开创了医学界的新纪元。（2）种系基因治疗：将外源基因导入性细胞、受精卵、早期胚细胞——转基因人3、转基因生物的安全问题（1）转基因生物的环境风险（2）转基因生物的安全和伦理问题其它：基因资源、基因武器复习题1、解释：同源重组限制性内切酶基因克隆基因工程2、问答题：（1）限制酶和连接酶是常用的工具酶，它们在加工DNA分子时分别起什么作用？（2）基因工程的基本步骤（3）试举例说明转基因植物、动物和微生物分别由哪些应用价值?