基因工程概况概述教材
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第一章基因工程概述-PowerPointPresent
1957年，本泽尔（Seymour Benzer） 以T4噬菌体为材料，在DNA分子水平上研 究基因内部的精细结构，提出了顺反子 （cistron）概念。
顺反子是1个遗传功能单位，1个 顺反子决定1条多肽链。
现代基因阶段
1．操纵子 （启动基因＋操纵基因＋结构基因）
现代基因阶段
2．跳跃基因
指DNA能在有机体的染色体组内从1个地方跳到另一个地方， 它们能从1个位点切除，然后插入同一或不同染色体上的另一个 位置。
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
Mendel提出：生物的某 种性状是由遗传因子负责 传递的。是颗粒性的，体 细胞内成双存在，生殖细 胞内成单存在。遗传因子 是决定性状的抽象符号。
Morgan的基因阶段
1909年丹麦遗传学家 Yohannsen (18591927)
发表了“纯系学说”首 先提出了“基因”的概 念，代替了Mendel “遗传因子” 的 概念。 但没有提出基因的物质 概念。
连锁遗传规律的提出
1910年以后，Morgan T.H.等提出了基因的连锁遗传 规律。说明了基因是在染色体上占有一定空间的实体。 基因不再是抽象符号，被赋予物质内涵。
顺反子阶段
5、载体的发现及其应用
载体主要是小分子量的复制子如：病毒、噬菌体、质粒。 1972年，美国Stanford大学的P. Berg 等首次成功地实现了 DNA的体外重组；
SV40
λ噬菌体
Eco RI Eco RI
T4连接酶
第一个重组分子
6、重组子导入受体细胞技术
1944年，肺炎链球菌被成功转化。 1970年，大肠杆菌才被成功转化，得益于 CaCl2的应用
顺反子是1个遗传功能单位，1个 顺反子决定1条多肽链。
现代基因阶段
1．操纵子 （启动基因＋操纵基因＋结构基因）
现代基因阶段
2．跳跃基因
指DNA能在有机体的染色体组内从1个地方跳到另一个地方， 它们能从1个位点切除，然后插入同一或不同染色体上的另一个 位置。
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
Mendel提出：生物的某 种性状是由遗传因子负责 传递的。是颗粒性的，体 细胞内成双存在，生殖细 胞内成单存在。遗传因子 是决定性状的抽象符号。
Morgan的基因阶段
1909年丹麦遗传学家 Yohannsen (18591927)
发表了“纯系学说”首 先提出了“基因”的概 念，代替了Mendel “遗传因子” 的 概念。 但没有提出基因的物质 概念。
连锁遗传规律的提出
1910年以后，Morgan T.H.等提出了基因的连锁遗传 规律。说明了基因是在染色体上占有一定空间的实体。 基因不再是抽象符号，被赋予物质内涵。
顺反子阶段
5、载体的发现及其应用
载体主要是小分子量的复制子如：病毒、噬菌体、质粒。 1972年，美国Stanford大学的P. Berg 等首次成功地实现了 DNA的体外重组；
SV40
λ噬菌体
Eco RI Eco RI
T4连接酶
第一个重组分子
6、重组子导入受体细胞技术
1944年，肺炎链球菌被成功转化。 1970年，大肠杆菌才被成功转化，得益于 CaCl2的应用
《基因工程的概述》word版
第一章基因工程第一节基因工程的概述【学习目标】1、简述基因工程的概念含义，简述基因工程的诞生历程，认同基因工程的诞生和发展离不开理论突破和技术创新2、简述基因工程的原理，说出DNA重组技术的基本工具及其作用、特点，简述基因工程基本操作程序，以及各步骤的一般方法、原理，模拟重组DNA分子的操作过程【课前预习】1、基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，在通过人工和等方法，对生物的基因进行和，然后导入并使重组基因在中表达，产生人类需要的基因产物的技术。
因而又叫DNA重组技术。
基因工程是在水平上操作、改变生物遗传性状的技术，包括基因的、以及在受体细胞内的和过程。
2、为基因工程的创立作出了重要的理论铺垫，而的发现，则直接促进了基因工程的诞生。
1973年，美国科学家将不同来源的两种DNA分子体外重组，并首次实现了在大肠杆菌中的表达。
3、“分子手术刀”：。
其作用的特点是：其产生的DNA末端有两种形式：和。
“分子针线”将双链DNA片段缝合起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的。
4、“运载工具”。
通常利用质粒作为载体。
作为载体必须具备以下条件：载体DNA必需有一个或多个的切割位点；载体DNA必需能在受体细胞中；载体DNA必需带有特殊的基因。
5、基因工程的基本操作步骤包括：①②、③、④6、PCR是一项在生物复制特定DNA片段的核酸合成技术。
目的基因受热形成，与结合，在的作用下延伸形成DNA。
【共同探究】【思考题1】（10全国2）下列叙述符合基因工程概念的是A．B淋巴细胞与肿瘤细胞融合，杂交瘤细胞中含有B淋巴细胞中的抗体基因B．将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌，获得能产生人干扰素的菌株C．用紫外线照射青霉菌，使其DNA发生改变，通过筛选获得青霉素高产菌株D．自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后其DNA整合到细菌DNA上（一）DNA重组技术的基本工具1、“分子手术刀”——限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶能将外来的DNA切断，即能够限制异源DNA的侵入并使之失去活力，但对自己的DNA却无损害作用，这样可以保护细胞原有的遗传信息。
基因工程的基本内容学习教材PPT课件
在获取真核细胞中的目的基因时,一般 用人工合成基因的方法.
• 哪些新技术能大大简化基因工程的操作技术？ 1）DNA序列自动测序仪： 对提取出来的 基因进行核苷酸 序列分析。 2）PCR技术： 使目的基因的片段 在短时间内成百万倍 地扩增。
• 步骤二：目的基因与运载体重组
1）用一定的限制酶切割质粒，使其出现 一个切口，露出黏性末端。 2）用同一种限制酶切断目的基因，使其 产生相同的黏性末端。 3）将切下的目的基因片段插入质粒的切 口处，再加入适量DNA连接酶，形成了一 个重组DNA分子（重组质粒） 目的基因与运载体的结合过程，实际 上是不同来源的基因重组的过程。
• 外源基因(如抗虫基因)怎样才能导入受体细 胞(如棉花细胞)？ 导入过程需要运输工具——运载体。 • 运载体的作用有哪些？ 作用一：作为运载工具，将外源基因(抗虫基 因)转移到受体细胞(棉花细胞)中去。 作用二：利用运载体在受体细胞(棉花细胞) 内，对外源基因(抗虫基因)进行大量复制。
• 作为运载体必须具备哪些条件？ 1）能够在宿主细胞中复制并稳定地保存。
2）具多个限制酶切点，以便与外源基因连接。
3）具有某些标记基因，便于进行筛选。 如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应 的基因等。
常用的运载体主要有两类： 1）细菌细胞质的质粒 2）噬菌体或某些动植物病毒
• 质粒： 质粒是染色体外能够进行自主复制的 遗传单位，包括真核生物的细胞器和细菌 细胞中核区外的DNA分子。现在习惯上用 来专指细菌、酵母菌和放线菌等生物中核 以外的DNA分子。 质粒是基因工程最常用的运载体。 绝大多数细菌质粒都是闭合环状DNA 分子。有的一个细菌中有一个，有的一个 细菌中有多个。
大量的目的基因
• 步骤四：目的基因的检测和表达
第一章 基因工程概述
2. 1 基因是基因重组的物质基础
基因作为独特的独立单位 而代代相传。细胞中有成对的 基本遗传单位，在杂种的生殖 细胞中，成对的遗传单位一个 来自雄性亲本，一个来自雌性 亲本，形成配子时这些遗传单 位彼此分离。
孟德尔
1909年，丹麦生物学家约翰逊 （Wilhelm Ludwig Johannsen， 1857～1927）根据希腊文“给 予生命”之义，创造了基因 （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。
5、老鼠库姆利纳
5、老鼠库姆利纳2000年，科学家在美国 夏威夷成功克隆一只老鼠，这只老鼠被命 名为“库姆利纳”（Cumulina），它一直 存活了两年7个月。据悉，这在克隆研究领 域是一项重大突破。
6、母牛诺托和卡加
这两头母牛是在1998年被成功克隆的，随 后克隆了数千头母牛，这是日本克隆技术 上的最大成果，这项技术也为其他克隆技 术生产出更好的肉质和牛奶做出巨大贡献。
9、野牛诺亚
2001年，一只叫做诺亚的亚洲野牛被成功 克隆，据悉，近年来亚洲野牛的数量锐减。 诺亚由于痢疾只存活了两天。
10、克隆猫科毕
这只名叫科毕的猫于2001年成功克隆，从 此开辟了宠物克隆市场，并最终形ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ了克 隆宠物的国际性行业。
中国完成世界首例转基因克隆兔实验
家兔的克隆是一个世界性难题 。由于兔子和人在 生理上较为接近,克隆兔的出现,可将其作为帮助人 类筛选药物、研究遗传学疾病的“动物模型”,有 助于研究一些人类遗传疾病。
“我们4月2日拿到最后一份检测报告。”马天杰说，5个 被检出含转基因成分的产品不仅包括此前披露的保质期至 2007年3月12日（K/A）的批次，而且还涉及保质期至 2007年5月13日（E/A）等批次的亨氏米粉产品，其中3个 产品被进一步证实含有未经批准的转Bt基因水稻。
《基因工程说课》课件
《基因工程说课》ppt课 件
CATALOGUE
目 录
• 基因工程简介 • 基因工程的基本技术 • 基因工程实验操作流程 • 基因工程的安全与伦理问题 • 未来展望
01
CATALOGUE
基因工程简介
基因工程的定义
基因工程是指通过人工操作将外源基因导入细胞或生物体内，以改变其遗传物质， 从而达到改良生物性状、生产生物制品或治疗遗传性疾病目的的技术。
基因工程是生物工程的一个重要分支，它利用分子生物学和分子遗传学的原理和技 术，对生物体的遗传物质进行操作和改造。
基因工程的基本操作包括基因克隆、基因转移、基因表达和基因沉默等，这些技术 为人类提供了强大的工具来探索和利用生命系统的奥秘。
基因工程的历史与发展
基因工程的起源可以追溯到20世纪70 年代初期，当时科学家们开始探索限制 性内切酶和DNA连接酶等基本工具，
健康风险
基因工程可能对人类健康产生负面 影响，如基因治疗中的副作用。
安全风险
基因工程可能被用于制造生物武器 或生物恐怖主义。
基因工程的伦理问题
人类基因编辑
基因资源与知识产权
基因工程应用于人类胚胎编辑可能引 发一系列伦理问题，如设计婴儿等。
基因资源属于全人类共享的遗产，涉 及知识产权和利益分配问题。
为基因操作奠定了基础。
1973年，美国科学家斯坦利·柯恩和赫 伯特·博耶利用限制性内切酶和DNA连 接酶，成功地将SV40病毒的DNA切割 并重新连接，从而实现了第一个重组
DNA分子。
自此以后，基因工程技术不断发展，逐 渐形成了完整的理论体系和技术体系， 并在医学、农业、工业和基础研究中得
到了广泛应用。
基因歧视
基因信息可能被用于歧视某些人群， 如保险、就业等方面。
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目 录
• 基因工程简介 • 基因工程的基本技术 • 基因工程实验操作流程 • 基因工程的安全与伦理问题 • 未来展望
01
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基因工程简介
基因工程的定义
基因工程是指通过人工操作将外源基因导入细胞或生物体内，以改变其遗传物质， 从而达到改良生物性状、生产生物制品或治疗遗传性疾病目的的技术。
基因工程是生物工程的一个重要分支，它利用分子生物学和分子遗传学的原理和技 术，对生物体的遗传物质进行操作和改造。
基因工程的基本操作包括基因克隆、基因转移、基因表达和基因沉默等，这些技术 为人类提供了强大的工具来探索和利用生命系统的奥秘。
基因工程的历史与发展
基因工程的起源可以追溯到20世纪70 年代初期，当时科学家们开始探索限制 性内切酶和DNA连接酶等基本工具，
健康风险
基因工程可能对人类健康产生负面 影响，如基因治疗中的副作用。
安全风险
基因工程可能被用于制造生物武器 或生物恐怖主义。
基因工程的伦理问题
人类基因编辑
基因资源与知识产权
基因工程应用于人类胚胎编辑可能引 发一系列伦理问题，如设计婴儿等。
基因资源属于全人类共享的遗产，涉 及知识产权和利益分配问题。
为基因操作奠定了基础。
1973年，美国科学家斯坦利·柯恩和赫 伯特·博耶利用限制性内切酶和DNA连 接酶，成功地将SV40病毒的DNA切割 并重新连接，从而实现了第一个重组
DNA分子。
自此以后，基因工程技术不断发展，逐 渐形成了完整的理论体系和技术体系， 并在医学、农业、工业和基础研究中得
到了广泛应用。
基因歧视
基因信息可能被用于歧视某些人群， 如保险、就业等方面。
基因工程一基因工程概况PPT教案
第27页/共52页
二 、应用研究
（一） 药物相关基因 最活跃发展最快的领域
主要种类有： 1. 活性多肽 2. 疫苗 3. DNA药物
第28页/共52页
1、活性多肽
种类： 干扰素、胰岛素、白介素，生长因子等。 用途 诊断、预防和治疗疾病 干扰素：干扰病毒复制，广谱抗病毒活性和免疫调节功能 胰岛素：治疗糖尿病， 白介素：治疗多种实质性恶性肿瘤。
作用方式： • 重组DNA药物并转入病变组织、细胞，发挥作用治疗基因缺陷。 • 药物蛋白基因转入病人体内表达后发挥作用。 • DNA插入异常表达基因使其失活。
第32页/共52页
DNA药物的生产方法： • 转基因微生物发酵培养 • 转基因动物细胞培养 • 利用转基因动物的乳腺生产
第33页/共52页
（二）转基因植物 1、转化方法： • 农杆菌介导法 • 枝接转化法：基因枪、电穿孔、聚乙二醇法 2、受体细胞 • 愈伤组织(Callus) ,叶片, Protoplast(原生质体) • 种质系统的基因转移：子房注射、花粉管通导等。
第29页/共52页
生产方法： 传统方法：培养动物，从中分离 基因工程方法：克隆基因—转入细菌—基因表达 ----纯化蛋白
第30页/共52页
2、 疫苗
诱导免疫反应.
传统生产方法 ：灭活或减毒的病原物。
缺点：有不良反应。
基因工程方法 ：
•
去除有毒基因，根本解决致病性
•
可食疫苗。
第31页/共52页
3、 DNA药物
第8页/共52页
3、基因是可以转移的. 基因可在不同染色体、细胞和物种间转移。 4、多肽与基因之间存在对应关系。 有一条多肽就有一种相对应的基因，基因序列决定 多肽的序列，通过多肽链可推导基因的有无。
二 、应用研究
（一） 药物相关基因 最活跃发展最快的领域
主要种类有： 1. 活性多肽 2. 疫苗 3. DNA药物
第28页/共52页
1、活性多肽
种类： 干扰素、胰岛素、白介素，生长因子等。 用途 诊断、预防和治疗疾病 干扰素：干扰病毒复制，广谱抗病毒活性和免疫调节功能 胰岛素：治疗糖尿病， 白介素：治疗多种实质性恶性肿瘤。
作用方式： • 重组DNA药物并转入病变组织、细胞，发挥作用治疗基因缺陷。 • 药物蛋白基因转入病人体内表达后发挥作用。 • DNA插入异常表达基因使其失活。
第32页/共52页
DNA药物的生产方法： • 转基因微生物发酵培养 • 转基因动物细胞培养 • 利用转基因动物的乳腺生产
第33页/共52页
（二）转基因植物 1、转化方法： • 农杆菌介导法 • 枝接转化法：基因枪、电穿孔、聚乙二醇法 2、受体细胞 • 愈伤组织(Callus) ,叶片, Protoplast(原生质体) • 种质系统的基因转移：子房注射、花粉管通导等。
第29页/共52页
生产方法： 传统方法：培养动物，从中分离 基因工程方法：克隆基因—转入细菌—基因表达 ----纯化蛋白
第30页/共52页
2、 疫苗
诱导免疫反应.
传统生产方法 ：灭活或减毒的病原物。
缺点：有不良反应。
基因工程方法 ：
•
去除有毒基因，根本解决致病性
•
可食疫苗。
第31页/共52页
3、 DNA药物
第8页/共52页
3、基因是可以转移的. 基因可在不同染色体、细胞和物种间转移。 4、多肽与基因之间存在对应关系。 有一条多肽就有一种相对应的基因，基因序列决定 多肽的序列，通过多肽链可推导基因的有无。
基因工程第1讲概论课件
为基因工程技术的诞生典定了理论基础。
理论上的可行性。
41
二、分子遗传学新方法是基因工程的 技术基础（六大技术）
首当其冲的是要解决: ① 如何自如地得到目的基因； ② 如何在体外改造基因，得到重 组体； ③ 如何在体外转移重组基因；
直到20世纪70年代中期，相继出现了 几项关键性技术，梦想成真。
42
实际上的可操作性 材料、实验条件、时空条件、
经济条件和政策。 基础方面的基本条件（可能性+ 可行性+ 可操作性）具备, 尚需人的科学创新 思维+ 艰苦的实践。才能得到创新的发明、 发现
49
1970年, MIT 的 科学家率先提出在体 外把不同来源的遗传 物质进行重组的设想, 但遭到反对, 不予支
50
办
不
不
到
到
的
的
22
第一节 基因工程的 发生与发展
23
一、基因工程诞生的理论基础
2生物遗传的物质基础是 DNA 肺炎链球菌光滑型和粗糙型的转化 试验
24
● 1944年, 美 国微生物学家 Avery证明基 因就是DNA分 子, 提出 DNA 是遗传信息的 载体。
32
遗 传 密 码 表
目 录33
mRNA分子上从5 至3 的方向,每3个核 苷酸构建一个密码子, 编码某一特定氨基酸或 作为蛋白质合成的起始、终止信号, 称为三联 体密码(triplet codon), 也称遗传密码子(genetic codon)。
解决了信息语言的对应关系。
34
•密码: 43 = 64
14
（4）利用重组DNA技术可以在体外大 量扩增、纯化人们感兴趣的基因, 研 究其结构、功能及调控机制, 从而拓 宽了分子生物学的研究领域。
理论上的可行性。
41
二、分子遗传学新方法是基因工程的 技术基础（六大技术）
首当其冲的是要解决: ① 如何自如地得到目的基因； ② 如何在体外改造基因，得到重 组体； ③ 如何在体外转移重组基因；
直到20世纪70年代中期，相继出现了 几项关键性技术，梦想成真。
42
实际上的可操作性 材料、实验条件、时空条件、
经济条件和政策。 基础方面的基本条件（可能性+ 可行性+ 可操作性）具备, 尚需人的科学创新 思维+ 艰苦的实践。才能得到创新的发明、 发现
49
1970年, MIT 的 科学家率先提出在体 外把不同来源的遗传 物质进行重组的设想, 但遭到反对, 不予支
50
办
不
不
到
到
的
的
22
第一节 基因工程的 发生与发展
23
一、基因工程诞生的理论基础
2生物遗传的物质基础是 DNA 肺炎链球菌光滑型和粗糙型的转化 试验
24
● 1944年, 美 国微生物学家 Avery证明基 因就是DNA分 子, 提出 DNA 是遗传信息的 载体。
32
遗 传 密 码 表
目 录33
mRNA分子上从5 至3 的方向,每3个核 苷酸构建一个密码子, 编码某一特定氨基酸或 作为蛋白质合成的起始、终止信号, 称为三联 体密码(triplet codon), 也称遗传密码子(genetic codon)。
解决了信息语言的对应关系。
34
•密码: 43 = 64
14
（4）利用重组DNA技术可以在体外大 量扩增、纯化人们感兴趣的基因, 研 究其结构、功能及调控机制, 从而拓 宽了分子生物学的研究领域。
基因工程课件
05
基因工程的伦理与法规问题
伦理问题
人类基因组编辑
尽管有可能治愈某些遗传疾病，但人类基 因组的编辑可能会带来不可逆转的后果，
对人类基因库产生长远影响。
A 基因歧视
基因工程可能导致基于基因信息的 歧视，特别是在就业、保险、教育
等领域。
B
C
D
生物安全与生物武器
基因工程可能产生具有高度传染性和杀伤 力的生物武器，对人类安全构成威胁。
法规执行困难
由于基因工程技术的复杂性和专 业性，法规的执行可能面临挑战 ，例如如何界定和处罚违规行为 。
跨国公司的监管
跨国公司在不同国家开展业务时 可能面临复杂的法律和监管环境 ，这可能对公司的运营和投资决 策产生影响。
06
未来展望与挑战
技术创新与发展趋势
基因编辑技术的优化
随着基因编辑技术的发展，未来有望实现更为精确和高效 的基因编辑，为基因治疗、生物育种等领域提供更多可能 性。
基因隔离
基因工程可能会加剧社会不平等，导致基 因“精英”与大多数人的隔离。
法规问题
缺乏全球统一的法规 目前尚无全球统一的基因工程法 规，各国对基因工程的监管存在 差异，这可能导致不公平竞争和 市场混乱。
公众参与和透明度 公众对基因工程的了解和参与程 度可能影响法规的制定和执行， 同时保证透明度也有助于维护公 众信任。
DNA上的特定位点并与之结 合，从而调节转录的效率和
时间。
表观遗传学
表观遗传学研究的是在不改 变DNA序列的情况下，通过 调节基因表达来实现遗传性 状的改变。这包括DNA甲基 化、组蛋白修饰和微RNA等 机制。
基因克隆与鉴定
克隆化
基因克隆是将目的基因插入到载体中并导入 到宿主细胞中，使目的基因在宿主细胞中复 制、扩增和表达的过程。
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将合成的胰岛素基因 导入大肠杆菌，每2000L 培养液就能产生100g胰 岛素！大规模工业化生产 不但解决了这种比黄金还 贵的药品产量问题，还使 其价格降低了30%-50%!
从大肠杆菌说起－－干扰素
干扰素
一千克纯的干扰素价值可达440亿美元。
传统生产方法：血液中提出白细胞，然 后用病毒去感染它，这时会产生干扰素，1 个细胞最多生产100~1000个干扰素分子
转基因植物研究
1. 提高植物抗性
抗虫方面——将抗虫基因导入易感植物中提高植物的 抗虫性
苏云金杆菌的Bt杀虫蛋白基因；胰蛋白酶抑制基 因；凝集素基因
抗虫棉花
由中国农科院生物工程中心开发的Bt棉对棉铃虫有显著的抗性。 与对照相比减少农药用量80％，并减少用工150个/hm2，以上 两者可使每公顷节省1500元，Bt转基因棉种深受棉农的欢迎。
转基因植物研究
1983年，转基因烟草和转基因马铃薯获得成功 转基因的目的： 提高植物抗性 改良作物品质 作为生物反应器生产有用化合物 举例： 1. 提高植物抗性 抗病毒方面，将病毒外壳蛋白基因转入植株中，
是植物获得抗病毒的能力。1986年首先将TMV外壳蛋 白导入烟草和番茄中。见图
许多药品的生产 是从生物组织中提取 的。受材料来源限制 产量有限，其价格往 往十分昂贵。
我国生产的部分基因 工程疫苗和药物
微生物生长迅速，容易控制，适于大规模 工业化生产。若将生物合成相应药物成分的基 因导入微生物细胞内，让它们产生相应的药物， 不但能解决产量问题，还能大大降低生产成本。
产品名称 菌株或细胞
中国糖尿病患者人数高达1.14亿
从大肠杆菌说起－－胰岛素
胰岛素
每100kg 猪或牛的胰腺中提取 4~5g胰岛素
1979年，利用大肠杆菌的DNA分子重组，2000L培养 液提取100g ， 相当于2吨猪胰腺中提取的量
胰岛素是治疗糖尿病的特效 药，长期以来只能依靠从猪、牛 等动物的胰腺中提取，100Kg胰 腺只能提取4-5g的胰岛素，其产 量之低和价格之高可想而知。
工具酶
概念：
体外进行DNA合成、切割、修饰和连接等系列过程中所 需要的酶，包括DNA聚合酶、限制性核酸内切酶、修饰酶 和连接酶等。
举例: DNA聚合酶（Taq酶，pfu酶） 限制性内切酶（Hind III、Sal I、Kpn I） 连接酶（T4连接酶） 修饰酶（碱性磷酸酶）
新技术
核酸凝胶电泳技术 核酸分子杂交技术 细菌转化转染技术 DNA序列分析技术 寡核苷酸合成技术 基因定点突变技术 聚合酶链反应（PCR）技术
基因工程（Gene Engineering）：
利用DNA体外重组或PCR扩增技术从某种生物基因组中 分离靶基因,或是用人工合成的方法获取基因,然后经过一 系列切割,加工修饰,连接反应形成重组DNA分子,再将其转 入适当的受体细胞,以期获得基因表达的过程.
基因工程指重组DNA技术的产业化设计与应用，包括 上游技术和下游技术两大组成部分。上游技术指的是基 因重组、克隆和表达的设计与构建（即重组DNA技术）； 而下游技术则涉及到基因工程菌或细胞的大规模培养以 及基因产物的分离纯化过程。
遗传学在分子水平上得到解释。 1972 年美国Berg, Jackson 等人将猿猴病基因组 SV40
DNA , 噬菌体基因，大肠杆菌半乳糖操纵子，体外重组获 得成功。
四． 基因工程的发展历史
2）问世阶段
1973 年美国斯坦福大学 Cohen, Boyer 等，在体外构建含 有 四环素，链霉素，两个抗性基因的重组质粒分子,导入大 肠杆菌后稳定复制，赋予受体 细胞 相应 抗生素抗性。
1.基因工程的基本概念
重组DNA技术
重组DNA技术是指将一种生物（供体）的基 因与载体在体外进行拼接重组，然后转入另 一种生物体（受体）内，使之按照人们的意 愿稳定遗传并表达出新产物或新性状的DNA 体外操作程序，也称为分子克隆技术。
因此，供体、受体、载体是重组DNA技术的三 大基本元件
基因工程含义
举例：
原核生物（大肠杆菌；蓝藻） 真核生物（酵母菌；植物；动物）
目的基因
基因是一种资源，且是一种战略资源 基因工程研究的任务是开发人们特许需要的基因产
物 基因组计划：从1990年开始，耗费30亿，由美国、
英国、日本、德国、法国和中国一起完成，我国承 担基因组1％的测序任务。 2000年6月26日是人类历 史上值得纪念的一天。人类基因组的工作草图已经 绘制完毕并于这天向全世界公布。最终完成图要求 测序所用的克隆能忠实地代表常染色体的基因组结 构，序列错误率低于万分之一。
通过不同途径能将承载的外源DNA片段（基因）带入受 体细胞，并在其中得以维持的DNA分子称为DNA克隆载体 或基因克隆载体。
举例：
pET系列载体 T载体 pBR322等
受体细胞
概念：
受体细胞也称为宿主细胞或寄主细胞，从技术上 讲是能摄取外源DNA并使其稳定维持的细胞；从实验 目的上讲是有运用价值和理论研究价值的细胞。
烟草
抗CMV病毒转基因番茄
甜椒在栽培的过程中，容易受 病毒的感染。我国科学工作者， 采用转基因技术，培育出抗病毒 的甜椒。
抗CMV病毒转基因甜椒
转基因植物研究
1. 提高植物抗性
抗细菌和真菌——从抗病植物中克隆出抗病基因再 导入易感病植物中，从而提高后者的抗病性。
如：抗白粉病、赤霉病和黄矮病的小麦或将抗菌肽 转入植株
基因工程：改造的大肠杆菌发酵生产： 一天内便可生产20万个干扰素分子。1KG培 养物中可以得到20~40mg干扰素
Hale Waihona Puke 现在市面上销售干扰素价格爱尔兰先灵葆雅公司 100μg 支 1600； 上海罗氏制药有限公司 180ug/ml*0.5ml 瓶 1350；
安达芬注射用重组人干扰素α-2a 安徽安科生物（集团） 股份有限公司 600万IU 支 52；
基因工程概况
参考书
基因工程（第二版） 孙明 高等教育出版社 基因工程原理 吴乃虎 基因工程概论 张惠展 分子克隆 生物学期刊杂志 网络上的各种技术相关视频
思考题
1.请问你对遗传学上所说的杂交的理解是？ 2.为何要杂交？ 3.杂交后代有何优势？ 4.传统育种杂交中亲代的选择是？
的先进生产工艺--------（揭开基因工程产业化的序幕） 1983年，携带有细菌新霉素抗性基因的重组Ti 质粒转化 植
物细胞获得成功。 1990年，美国科学家对一名因腺苷脱氨酶基因缺陷患有重度
联合免疫缺陷症的儿童进行基因治疗获得成功。 ------- （分 子医学新纪元）
四． 基因工程的发展历史
四． 基因工程的发展历史
1）准备阶段
19世纪中 孟德尔 豌豆杂交试验 遗传因子 经典遗传学 20世纪初 莫尔根 果蝇杂交试验 基因 基因学 1944年 艾弗瑞 肺炎双球菌转化实验 遗传物质DNA 1953年 沃森－克瑞克 DNA双螺旋结构 —搞清了遗传
物质的分子机制 1958年至1971年确立中心法则，破译64种遗传密码—使
将bar基因、bxn基因、tfdA基因导入作物提高抗性
抗除草剂大豆
抗除草剂作物
转基因植物研究
1. 提高植物抗性
抗旱、抗寒、抗热和抗盐
转鱼抗寒基 因的番茄
转基因番茄
1994年，美国政府批 准了他们研制成功抗 干旱、早熟、保鲜的 转基因番茄商品化之 后，我国也相继成功 培育出优良品种的转 基因番茄，以满足人 们的需求。
药物研究
1.基因工程激素类药物（胰岛素；生长激素； 促卵泡激素）
2.基因工程细胞因子类药物（干扰素；集落 刺激因子；白介素；肿瘤坏死因子；趋化因 子等）
3.基因工程抗体（抗肿瘤、抗感染、防止器 官移植中的排斥反应等）
4.基因工程受体（细胞因子受体；免疫球蛋 白受体；补体受体；抗原受体）
5.基因工程疫苗（细菌疫苗；病毒疫苗；核 酸疫苗；其他疫苗）
转基因植物研究
2.改善植物品质
通过转基因技术改变植物中氨基酸组成和含量，提 高植物的品质
我国科学工 作者，用转基 因技术，可以 转变矮牵牛花 的花色，使矮 牵牛花的花色 更加丰富多彩。
样品比较（左为普通棉花，右为兔毛转基因棉花）
转基因小麦
从植物体中分离出合 成赖氨酸的基因，把这基因 转入小麦植株中，培育出转 基因小麦。用这种转基因小 麦制造出来的面粉，更适合 用来烤面包，而且面粉中赖 氨酸含量高，这种面包的营 养价值高。
如今中国北部地区的棉花有95%都已 经是转基因的了，只有新疆北部地区还在 种植非转基因棉花。.
我国大豆食用油近七成是“转基因”产品
转基因植物研究
1. 提高植物抗性
抗除草剂——改变除草剂靶物的敏感性或导入编码除草剂的 解毒酶基因
如：将除草剂草甘膦的靶酶（EPSPS）的cDNA转入油菜，使 油菜对草甘膦的抗性提高4倍；
二、基因工程的理论依据
不同的基因具有相同的物质基础 基因是可以切割的 基因是可以转移的 多肽与基因间存在对应关系 遗传密码是通用的 基因可以通过复制把遗传信息传递到下一代
三基因操作的基本步骤
四个基本步骤：
1）提取目的基因 2）目的基因与运载体结合 3）将目的基因导入受体细 胞 4）目的基因的检测和表达
能 发 光 的 水 母
不 能 发 光 的 热 带 斑 马 鱼
设想
能否让热带鱼也能 发光?
能发 荧光 的热 带斑 马鱼
普通热带斑马鱼是不发荧光的
抗 虫 害 的 玉 米
抗虫棉
能产 生人 胰岛 素的 大肠 杆菌
糖尿病
糖尿病是一组以高血糖为特征的代谢性疾病。 高血糖则是由于胰岛素分泌缺陷或其生物作 用受损，或两者兼有引起。。
应用
人胰岛素 大肠杆菌
治疗糖尿病
人生长激素 大肠杆菌 治疗生长缺陷症
表皮生长因子 大肠杆菌 治疗烫伤、胃溃疡
从大肠杆菌说起－－干扰素
干扰素
一千克纯的干扰素价值可达440亿美元。
传统生产方法：血液中提出白细胞，然 后用病毒去感染它，这时会产生干扰素，1 个细胞最多生产100~1000个干扰素分子
转基因植物研究
1. 提高植物抗性
抗虫方面——将抗虫基因导入易感植物中提高植物的 抗虫性
苏云金杆菌的Bt杀虫蛋白基因；胰蛋白酶抑制基 因；凝集素基因
抗虫棉花
由中国农科院生物工程中心开发的Bt棉对棉铃虫有显著的抗性。 与对照相比减少农药用量80％，并减少用工150个/hm2，以上 两者可使每公顷节省1500元，Bt转基因棉种深受棉农的欢迎。
转基因植物研究
1983年，转基因烟草和转基因马铃薯获得成功 转基因的目的： 提高植物抗性 改良作物品质 作为生物反应器生产有用化合物 举例： 1. 提高植物抗性 抗病毒方面，将病毒外壳蛋白基因转入植株中，
是植物获得抗病毒的能力。1986年首先将TMV外壳蛋 白导入烟草和番茄中。见图
许多药品的生产 是从生物组织中提取 的。受材料来源限制 产量有限，其价格往 往十分昂贵。
我国生产的部分基因 工程疫苗和药物
微生物生长迅速，容易控制，适于大规模 工业化生产。若将生物合成相应药物成分的基 因导入微生物细胞内，让它们产生相应的药物， 不但能解决产量问题，还能大大降低生产成本。
产品名称 菌株或细胞
中国糖尿病患者人数高达1.14亿
从大肠杆菌说起－－胰岛素
胰岛素
每100kg 猪或牛的胰腺中提取 4~5g胰岛素
1979年，利用大肠杆菌的DNA分子重组，2000L培养 液提取100g ， 相当于2吨猪胰腺中提取的量
胰岛素是治疗糖尿病的特效 药，长期以来只能依靠从猪、牛 等动物的胰腺中提取，100Kg胰 腺只能提取4-5g的胰岛素，其产 量之低和价格之高可想而知。
工具酶
概念：
体外进行DNA合成、切割、修饰和连接等系列过程中所 需要的酶，包括DNA聚合酶、限制性核酸内切酶、修饰酶 和连接酶等。
举例: DNA聚合酶（Taq酶，pfu酶） 限制性内切酶（Hind III、Sal I、Kpn I） 连接酶（T4连接酶） 修饰酶（碱性磷酸酶）
新技术
核酸凝胶电泳技术 核酸分子杂交技术 细菌转化转染技术 DNA序列分析技术 寡核苷酸合成技术 基因定点突变技术 聚合酶链反应（PCR）技术
基因工程（Gene Engineering）：
利用DNA体外重组或PCR扩增技术从某种生物基因组中 分离靶基因,或是用人工合成的方法获取基因,然后经过一 系列切割,加工修饰,连接反应形成重组DNA分子,再将其转 入适当的受体细胞,以期获得基因表达的过程.
基因工程指重组DNA技术的产业化设计与应用，包括 上游技术和下游技术两大组成部分。上游技术指的是基 因重组、克隆和表达的设计与构建（即重组DNA技术）； 而下游技术则涉及到基因工程菌或细胞的大规模培养以 及基因产物的分离纯化过程。
遗传学在分子水平上得到解释。 1972 年美国Berg, Jackson 等人将猿猴病基因组 SV40
DNA , 噬菌体基因，大肠杆菌半乳糖操纵子，体外重组获 得成功。
四． 基因工程的发展历史
2）问世阶段
1973 年美国斯坦福大学 Cohen, Boyer 等，在体外构建含 有 四环素，链霉素，两个抗性基因的重组质粒分子,导入大 肠杆菌后稳定复制，赋予受体 细胞 相应 抗生素抗性。
1.基因工程的基本概念
重组DNA技术
重组DNA技术是指将一种生物（供体）的基 因与载体在体外进行拼接重组，然后转入另 一种生物体（受体）内，使之按照人们的意 愿稳定遗传并表达出新产物或新性状的DNA 体外操作程序，也称为分子克隆技术。
因此，供体、受体、载体是重组DNA技术的三 大基本元件
基因工程含义
举例：
原核生物（大肠杆菌；蓝藻） 真核生物（酵母菌；植物；动物）
目的基因
基因是一种资源，且是一种战略资源 基因工程研究的任务是开发人们特许需要的基因产
物 基因组计划：从1990年开始，耗费30亿，由美国、
英国、日本、德国、法国和中国一起完成，我国承 担基因组1％的测序任务。 2000年6月26日是人类历 史上值得纪念的一天。人类基因组的工作草图已经 绘制完毕并于这天向全世界公布。最终完成图要求 测序所用的克隆能忠实地代表常染色体的基因组结 构，序列错误率低于万分之一。
通过不同途径能将承载的外源DNA片段（基因）带入受 体细胞，并在其中得以维持的DNA分子称为DNA克隆载体 或基因克隆载体。
举例：
pET系列载体 T载体 pBR322等
受体细胞
概念：
受体细胞也称为宿主细胞或寄主细胞，从技术上 讲是能摄取外源DNA并使其稳定维持的细胞；从实验 目的上讲是有运用价值和理论研究价值的细胞。
烟草
抗CMV病毒转基因番茄
甜椒在栽培的过程中，容易受 病毒的感染。我国科学工作者， 采用转基因技术，培育出抗病毒 的甜椒。
抗CMV病毒转基因甜椒
转基因植物研究
1. 提高植物抗性
抗细菌和真菌——从抗病植物中克隆出抗病基因再 导入易感病植物中，从而提高后者的抗病性。
如：抗白粉病、赤霉病和黄矮病的小麦或将抗菌肽 转入植株
基因工程：改造的大肠杆菌发酵生产： 一天内便可生产20万个干扰素分子。1KG培 养物中可以得到20~40mg干扰素
Hale Waihona Puke 现在市面上销售干扰素价格爱尔兰先灵葆雅公司 100μg 支 1600； 上海罗氏制药有限公司 180ug/ml*0.5ml 瓶 1350；
安达芬注射用重组人干扰素α-2a 安徽安科生物（集团） 股份有限公司 600万IU 支 52；
基因工程概况
参考书
基因工程（第二版） 孙明 高等教育出版社 基因工程原理 吴乃虎 基因工程概论 张惠展 分子克隆 生物学期刊杂志 网络上的各种技术相关视频
思考题
1.请问你对遗传学上所说的杂交的理解是？ 2.为何要杂交？ 3.杂交后代有何优势？ 4.传统育种杂交中亲代的选择是？
的先进生产工艺--------（揭开基因工程产业化的序幕） 1983年，携带有细菌新霉素抗性基因的重组Ti 质粒转化 植
物细胞获得成功。 1990年，美国科学家对一名因腺苷脱氨酶基因缺陷患有重度
联合免疫缺陷症的儿童进行基因治疗获得成功。 ------- （分 子医学新纪元）
四． 基因工程的发展历史
四． 基因工程的发展历史
1）准备阶段
19世纪中 孟德尔 豌豆杂交试验 遗传因子 经典遗传学 20世纪初 莫尔根 果蝇杂交试验 基因 基因学 1944年 艾弗瑞 肺炎双球菌转化实验 遗传物质DNA 1953年 沃森－克瑞克 DNA双螺旋结构 —搞清了遗传
物质的分子机制 1958年至1971年确立中心法则，破译64种遗传密码—使
将bar基因、bxn基因、tfdA基因导入作物提高抗性
抗除草剂大豆
抗除草剂作物
转基因植物研究
1. 提高植物抗性
抗旱、抗寒、抗热和抗盐
转鱼抗寒基 因的番茄
转基因番茄
1994年，美国政府批 准了他们研制成功抗 干旱、早熟、保鲜的 转基因番茄商品化之 后，我国也相继成功 培育出优良品种的转 基因番茄，以满足人 们的需求。
药物研究
1.基因工程激素类药物（胰岛素；生长激素； 促卵泡激素）
2.基因工程细胞因子类药物（干扰素；集落 刺激因子；白介素；肿瘤坏死因子；趋化因 子等）
3.基因工程抗体（抗肿瘤、抗感染、防止器 官移植中的排斥反应等）
4.基因工程受体（细胞因子受体；免疫球蛋 白受体；补体受体；抗原受体）
5.基因工程疫苗（细菌疫苗；病毒疫苗；核 酸疫苗；其他疫苗）
转基因植物研究
2.改善植物品质
通过转基因技术改变植物中氨基酸组成和含量，提 高植物的品质
我国科学工 作者，用转基 因技术，可以 转变矮牵牛花 的花色，使矮 牵牛花的花色 更加丰富多彩。
样品比较（左为普通棉花，右为兔毛转基因棉花）
转基因小麦
从植物体中分离出合 成赖氨酸的基因，把这基因 转入小麦植株中，培育出转 基因小麦。用这种转基因小 麦制造出来的面粉，更适合 用来烤面包，而且面粉中赖 氨酸含量高，这种面包的营 养价值高。
如今中国北部地区的棉花有95%都已 经是转基因的了，只有新疆北部地区还在 种植非转基因棉花。.
我国大豆食用油近七成是“转基因”产品
转基因植物研究
1. 提高植物抗性
抗除草剂——改变除草剂靶物的敏感性或导入编码除草剂的 解毒酶基因
如：将除草剂草甘膦的靶酶（EPSPS）的cDNA转入油菜，使 油菜对草甘膦的抗性提高4倍；
二、基因工程的理论依据
不同的基因具有相同的物质基础 基因是可以切割的 基因是可以转移的 多肽与基因间存在对应关系 遗传密码是通用的 基因可以通过复制把遗传信息传递到下一代
三基因操作的基本步骤
四个基本步骤：
1）提取目的基因 2）目的基因与运载体结合 3）将目的基因导入受体细 胞 4）目的基因的检测和表达
能 发 光 的 水 母
不 能 发 光 的 热 带 斑 马 鱼
设想
能否让热带鱼也能 发光?
能发 荧光 的热 带斑 马鱼
普通热带斑马鱼是不发荧光的
抗 虫 害 的 玉 米
抗虫棉
能产 生人 胰岛 素的 大肠 杆菌
糖尿病
糖尿病是一组以高血糖为特征的代谢性疾病。 高血糖则是由于胰岛素分泌缺陷或其生物作 用受损，或两者兼有引起。。
应用
人胰岛素 大肠杆菌
治疗糖尿病
人生长激素 大肠杆菌 治疗生长缺陷症
表皮生长因子 大肠杆菌 治疗烫伤、胃溃疡