基因工程和基因组学解析

➢ 细胞工程包括细胞培养、细胞融合、细胞器转 移、生物体的克隆与规模化繁殖等。
第一个哺乳动物的克隆——Dolly羊
酶工程
➢利用酶的催化作用，在一定的生物反应器 中，将相应的原料转化成所需要的产品。
➢是酶学理论与化工技术相结合的新技术体 系。
发酵工程
➢利用微生物生长速度快、生长条件简单 和产物分离容易等特点与现代化工程技 术相结合，在生物反应器中生产人类需 要的物质的一种技术体系。
第九章 基因工程和基因组学
基因工程和基因组学
§1 基因工程 遗传工程概述 基因工程
§2 基因组学 基因组学概述 基因组图谱的构建 基因组测序 功能基因组学
➢本章教学时数：4学时。 ➢本章重点：基因工程和基因组计划的基
本流程。 ➢本章难点：分子标记和基因图谱程概述 ➢工具酶 ➢载体 ➢基因分离方法 ➢外源基因导入 ➢外源基因的检测 ➢基因工程的应用
➢目前医用抗生素、农用抗生素绝大部分 都是发酵工程产品。
基因工程
➢利用人工方法在体外（in vitro）切割、
拼接、重组生物的遗传物质，获得重组 DNA分子，然后导入宿主细胞或个体， 使受体的遗传特性得到修饰或改良。
➢基因工程操作的对象是DNA分子。 ➢又称为重组DNA技术
重组DNA技术流程
基因工程的工具酶
➢ 识别序列是对称的，在一条链中从5’到3’方 向的序列与其互补链从5’到3’方向的序列完 全相同，称为回纹对称序列(palindrome)。
酶切与连接
常 见 内 切 酶
DNA连接酶
• 连接5’－磷酸和3’－OH，形成磷酸 二酯键，封闭DNA双链上的缺刻。
反 转 录 酶
载体(vector)
遗传工程概述
➢遗传工程 （genetic engineering）， 也称生物工程（biological engineering）。
➢是指利用工程技术的方法改造和修饰生 物体，使其产生新的性状或更适合人类 需求的产品的遗传学手段。
遗传工程概述
➢“遗传工程 genetic engineering”有广 义和狭义之分。
➢广义的遗传工程包括细胞工程、基因工程、 酶工程和发酵工程等。
➢狭义的遗传工程即是通常所讲的基因工程。
细胞工程
➢ 细胞工程是指在离体（in vitro）条件下以细
胞为基本单位，借助人工培养基，对生物细胞 进行培养、繁殖，或者使其发生变异，从而改 良生物品种、创造新品种、加速繁育、或利用 细胞培养生产有用物质的过程。
➢ 名称最后的是罗马数字，表示从这种细菌中分 离出来的酶的序号，如从某个菌株中分离出来 的第一种酶为Ⅰ，第二种酶为Ⅱ，等等。
➢ 如 EcoRⅠ 来 自 大 肠 杆 菌 （ Escherichia coli）R菌株，读作echo-r-one；
➢Hind Ⅲ 来自流感噬血杆菌
（Hemophilus influenzae）d菌株,读
②具有多种限制性酶的切点，用于连接外源 DNA 片段。
③载体上的限制酶酶切位点对于任何一种限 制酶来说只能有一个。
④具有一个选择标记基因。
质粒载体
①分子量小(2.69kb),但能携带较大的外源片段；②拷贝数多,在每个宿主细胞
可达500个；③酶切位点多，克隆方便；④具有α-互补显色表型,便于检测。
互补显色反应
➢内切核酸酶(endonuclease) ➢DNA连接酶(ligase) ➢DNA聚合酶（DNA polymerase） ➢RNA聚合酶（RNA polymerase） ➢反转录酶（reverse transcriptase）
➢最 重 要 的 工 具 酶 是 限 制 性 核 酸 内 切 酶 （restriction endonuclease）
➢将外源DNA片段运送进宿主细胞 (host cell)进行扩增或表达的运载工 具称为载体。
➢载体也是DNA分子。
➢常用的载体有细菌质粒、噬菌体、病 毒等。
➢都要经过人工改造。 ➢细菌人工染色体（BAC）、酵母菌人工染
色体（YAC）和人类人工染色体（HAC）
载体的基本条件
①有独立的复制原点(ori)，能独立地自我复 制，而且能带动外源DNA一起复制。
限制性内切核酸酶的命名原则：
➢ 根据分离出这种酶的细菌在分类学上的属名、 种名和菌株名来命名。
➢ 名称的第一个字母是该细菌的属名的第一个字 母，大写，斜体。
➢ 名称的第二、三个字母是该细菌种名的前两个 字母，小写，斜体。
➢ 名称的第四个字母是菌株的名称，大写或小写， 正体。如果没有菌株名称就不写。
λ噬菌体（30kb）
粘粒载体（45kb）
细菌人工染色体BAC（300kb）
YAC（1Mb）
Ti质粒
➢Ti质粒是根癌农杆菌的染色体外遗传物质 ➢双链闭合环状DNA，150～200kb
▪ T-DNA
Transfer DNA
▪ 是农杆菌侵入植 物细胞时从Ti质 粒上转移到植物 细胞的一段 DNA
的位置上随机切割DNA分子 ➢在基因工程中没有什么用途
Ⅲ型限制酶
➢有特定的识别序列
➢切割位置在识别序列3’端相距20bp处， 可以产生各种类型的单链末端。
➢Ⅲ型限制酶在基因工程中有特定的用途， 但总体来说，用途不大。
Ⅱ型限制酶
➢ 在DNA上有特定的识别序列
➢ 而且其切割位点就在识别序列内部
➢ 基因工程中用途最广
作hind-three
限制酶的分类
➢ 限制性核酸内切酶的工作分为2个步骤： 识别特定的DNA序列 在特定的位置切割DNA分子
➢ 根据其作用特点,可以将限制性酶分为三种类型： Ⅰ型 Ⅱ型 Ⅲ型。
➢ 在基因工程中用途最广泛的是Ⅱ型限制酶。
Ⅰ型限制酶
➢有特定的识别序列 ➢但切割位置远离识别位置 ➢有的种类可以在同识别序列相距1000bp
▪ T-DNA两端个 有一段25bp的 同向重复序列， 是T-DNA的边 缘区
限制性内切核酸酶
➢或称限制性酶(restriction enzyme),是基 因工程最重要的工具。
➢在细菌中这些酶的功能是降解外来DNA分 子，以限制(restriction)或阻止病毒侵染。
➢这种酶能识别双链DNA分子中一段特异的 核苷酸序列，并在特定的位置将双连DNA 分子切断。
Eco R Ⅰ