第一章 基因與基因工程

基因工程原理主要參考資料靜國(guó)忠等.基因工程及其分子生物學(xué)基礎(chǔ)吳乃虎等.基因工程原理龍敏南等.基因工程(第二版)基因工程原理第一章基因與基因工程第二章基因操作的工具酶第三章cDNA文庫(kù)和基因組文庫(kù)第四章基因克隆的載體第五章重組DNA分子的構(gòu)建、導(dǎo)入及篩選第六章

分子雜交技術(shù)第七章

聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)及其應(yīng)用第八章DNA序列分析第九章基因突變第十章

基因分離的策略第十一章

基因的表達(dá)調(diào)控分析第十二章

克隆基因的表達(dá)第一章基因與基因工程第一節(jié)基因研究的發(fā)展第二節(jié)基因的現(xiàn)代概念第三節(jié)基因工程的誕生及其主要的研究?jī)?nèi)容第一節(jié)基因研究的發(fā)展1、基因?qū)W說的創(chuàng)立2、基因與DNA分子3、基因與DNA的多核苷酸區(qū)段4、基因與多肽鏈5、基因的堿基順序與蛋白質(zhì)的氨基酸順序6、基因的結(jié)構(gòu)7、基因的表達(dá)與調(diào)控8、基因的分離與合成MendelG.J.(1822-1884).1857-1864豌豆雜交實(shí)驗(yàn)。Mendel和遺傳規(guī)律的研究1900年Mendel遺傳規(guī)律被重新發(fā)現(xiàn)遺傳學(xué)的元年1866年發(fā)表論文，提出分離規(guī)律和獨(dú)立分配規(guī)律孟德爾分離律孟德爾自由組合律生物的每一種性狀都是由遺傳因子控制的，這些因子從親代到子代，代代相傳；在體細(xì)胞內(nèi)成對(duì)存在；在形成配子時(shí)彼此分開，在性細(xì)胞中成單存在；由雜種形成的不同類型的配子數(shù)相等；雌雄配子的結(jié)合是隨機(jī)的，有同等的結(jié)合機(jī)會(huì)。1909年JohannsenW.L.(1859-1927)發(fā)表了“純系學(xué)說”首先提出了“基因”的概念，代替了Mendel“遺傳因子”的概念。基因概念的提出基因gene希臘文“給予生命”只是一種遺傳符號(hào)，是一種與細(xì)胞的任何可見形態(tài)結(jié)構(gòu)毫無關(guān)系的抽象單位1910年以后，MorganT.H.等提出了基因的連鎖遺傳規(guī)律，染色體遺傳理論發(fā)展為《細(xì)胞遺傳學(xué)》連鎖遺傳規(guī)律的提出第一次將代表某一特定性狀的基因，同某一特定的染色體聯(lián)系了起來，證實(shí)了遺傳的染色體理論隨后遺傳學(xué)家們又應(yīng)用當(dāng)時(shí)發(fā)展的基因作圖技術(shù)，構(gòu)建了基因的連鎖圖，進(jìn)一步揭示了在染色體載體上基因是按線性順序排列的但是人們對(duì)于基因的理解仍然缺乏準(zhǔn)確的物質(zhì)內(nèi)容back1944年，AveryO.T.肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)DNA是遺傳物質(zhì)被證實(shí)40年代，證實(shí)DNA是遺傳物質(zhì)

早在上世紀(jì)20年代，已經(jīng)知道染色體由DNA和組蛋白構(gòu)成，但組成蛋白的氨基酸有20種，而組成DNA的核苷酸只有4種，什么是遺傳物質(zhì)？

1928年，英國(guó)微生物學(xué)家F.Griffith著名的肺炎雙球菌感染小白鼠實(shí)驗(yàn)。

（1）S型：注射小白鼠，死亡。（2）S型，65℃加熱：注射小白鼠，活。（3）R型：注射小白鼠，活。（4）65℃加熱S型+R型：注射小白鼠，死亡。死鼠體內(nèi)得到了S型菌。

1944年，美國(guó)洛克菲勒研究所的OswaldAvery等公開發(fā)表了改進(jìn)的肺炎雙球菌實(shí)驗(yàn)結(jié)果

（1）S型菌無細(xì)胞提取物及其純化的DNA都可使R型菌轉(zhuǎn)變成S型菌；（2）經(jīng)DNase處理的S型菌無細(xì)胞提取物失去了轉(zhuǎn)化作用。（3）經(jīng)胰蛋白酶處理的S型菌無細(xì)胞提取物仍有轉(zhuǎn)化作用。

1944年，Avery等的細(xì)菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)首次證明基因的化學(xué)本質(zhì)就是DNA分子當(dāng)時(shí)許多研究者都認(rèn)為只有像蛋白質(zhì)這樣的大分子才能決定細(xì)胞的特性和遺傳。Avery等的工作打破了這種信條，在遺傳學(xué)理論上樹立了全新的觀點(diǎn)，即DNA分子是遺傳信息的載體。35S－標(biāo)記蛋白質(zhì)32P－標(biāo)記DNA分別用放射性同位素標(biāo)記噬菌體35S標(biāo)記外殼蛋白質(zhì),感染后放射標(biāo)記不進(jìn)入大腸桿菌細(xì)胞32P標(biāo)記DNA,感染后放射標(biāo)記進(jìn)入大腸桿菌細(xì)胞1952年，Hershey-Chase的噬菌體感染實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步說明：在噬菌體中的遺傳物質(zhì)也是DNA分子，而不是蛋白質(zhì)。Watson和CrickDNA雙螺旋模型的提出50年代，DNA的雙螺旋模型的提出和DNA復(fù)制機(jī)理的闡明

DNA是遺傳物質(zhì)已被證實(shí)，但是DNA是怎樣攜帶并傳遞遺傳信息的？在細(xì)胞增殖過程中，DNA是怎樣復(fù)制的？因此，對(duì)于DNA結(jié)構(gòu)的研究成為了當(dāng)時(shí)生物學(xué)家研究的熱點(diǎn)。

1953年，F(xiàn)rancisCrick和JamesWatson搜集了力所能及的資料，提出了DNA的雙螺旋模型。隨后，DNA的半保留復(fù)制和半不連續(xù)復(fù)制機(jī)理也被闡明，為基因工程的誕生奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

DNA雙螺旋模型半保留復(fù)制細(xì)菌培養(yǎng)在含15N的培養(yǎng)基中細(xì)菌培養(yǎng)在含14N的培養(yǎng)基中一代兩代證實(shí)半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)1958年，Meselson和Stahl用實(shí)驗(yàn)證明了DNA半保留復(fù)制，解決了基因自我復(fù)制和傳遞問題雙螺旋模型的建立使人們開始從分子的層次上研究基因的遺傳現(xiàn)象，從此進(jìn)入了基因的分子生物學(xué)的新時(shí)代。back每一段DNA都是基因？基因是功能單位，同時(shí)也是交換單位和突變單位？

1955年，Benzer正式使用“順反子”（cistron）這個(gè)術(shù)語T4突變體rⅡ突變型rⅡA和rⅡB兩個(gè)亞區(qū)各產(chǎn)生一種特殊物質(zhì)

最小交換單位和突變單位---單核苷酸back1941年，BeadleG.W.等證明了基因通過酶起作用，提出了“一種基因一種酶”的假說一種基因一種酶當(dāng)時(shí)對(duì)基因的認(rèn)識(shí)還局限于經(jīng)典的、抽象的孟德爾遺傳單位1957年，氨基酸序列分析鐮性形細(xì)胞貧血癥

β鏈基因的突變會(huì)直接影響到編碼的蛋白質(zhì)多肽鏈的成分的改變同型多體蛋白質(zhì)/異型多體蛋白質(zhì)“一種基因一種多肽鏈”back1958年，Crick提出了“中心法則”1971年，

Crick修訂了“中心法則”50年代末60年代初遺傳密碼61年，解決了3個(gè)主要問題：1、密碼比

2、是否重疊

3、是否有標(biāo)點(diǎn)符號(hào)

66年，64種密碼子全部破譯

與基因的DNA共性一樣，遺傳密碼的通用性也是我們賴以開展基因工程最重要的基礎(chǔ)理論之一back基因是一段具有特定功能和結(jié)構(gòu)的連續(xù)的脫氧核苷酸序列揭示基因內(nèi)部精細(xì)結(jié)構(gòu)

50年代晚期

70年代中期基因克隆/DNA序列分析從單堿基水平上分析基因的分子結(jié)構(gòu)編碼區(qū)/非編碼區(qū)啟動(dòng)子/終止子一種典型的原核蛋白質(zhì)編碼基因的結(jié)構(gòu)示意圖一種典型的真核蛋白質(zhì)編碼基因的結(jié)構(gòu)示意圖back原核生物的基因調(diào)控操縱子模型1961年，JacquesMonod和FancoisJacob提出了原核基因調(diào)控的操縱子模型（operonmodel）。

基因不僅在結(jié)構(gòu)上是可分的而且在功能上也是可分的

乳糖操縱子模型back1969年，Beckwith等應(yīng)用DNA-DNA分子雜交技術(shù)，分離β-半乳糖苷酶基因70年代重組DNA技術(shù)（寄主菌株/克隆載體）80年代DNA測(cè)序方法改進(jìn)和PCR技術(shù)的發(fā)明1970年，Khorana等合成酵母苯丙氨酸轉(zhuǎn)移核糖核酸基因1976年，合成大腸桿菌酪氨酸轉(zhuǎn)移核糖核酸基因1977年，Boyer等將化學(xué)合成的人腦激素連接在乳糖操縱子上并導(dǎo)入大腸桿菌細(xì)胞

首次成功將一種高等真核生物的基因移入原核生物的細(xì)胞內(nèi)，并能轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯，產(chǎn)生出有生物活性的蛋白質(zhì)第二節(jié)基因的現(xiàn)代概念一、移動(dòng)基因movablegenes/transposableelements/jumpinggene可以從染色體基因組上的一個(gè)位置轉(zhuǎn)移到另一個(gè)位置，甚至在不同的染色體之間躍遷McCintock40年代晚期激活-解離因子Ac/Ds60年代末E.Coli兩側(cè)反向重復(fù)序列(IR)靶位點(diǎn)同向重復(fù)復(fù)制/保守逆轉(zhuǎn)位子(返座元)轉(zhuǎn)座作用的遺傳學(xué)效應(yīng)轉(zhuǎn)座子示蹤技術(shù)next轉(zhuǎn)位子Tn3系轉(zhuǎn)位子TnpA轉(zhuǎn)位酶基因