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回顾 ☆ 染色体知识 ☆ 基因工程 目 录 引言：基因组工程的诞生 一、基因工程与基因组工程 二、基因组工程的实现手段 （一）人工染色体的构建 （二）转染色体工程 （三）转染色体工程实例 三、基因组工程的发展前景 引言：基因组工程的破壳 从基因工程到基因组工程 20世纪70年代，DNA体外重组技术的出现导致了基因工程的诞生；30多年来，基因工程作为生物科技的核心与前沿科学，在改造生物遗传、创造生物产品方面起到了巨大的作用。但是，经典的基因工程主要是针对原核生物进行少数的基因操作。 20世纪90年代以来，HGP的实施推动着人们对多种模式生物的基因组的研究（其中很多是真核生物，包括许多高等的动植物)；真核生物的基因组远比原核生物复杂；真核生物的基因表达远比原核生物的基因表达要复杂得多，它不是单一基因的表达，也不是多个单一基因表达的简单组合，它所表达引起的生理过程所需要整合的一群基因（少则几十个，多则成百上千）的协同活动，它们相互协调、制约和促进。 生命活动复杂体系需要基因群体共同参与，有条不紊地完成生命有机体复杂的生化反应和生理活动，在这种背景下去改造他们的生物遗传，创造丰富的基因产品，是目前还处在一个或几个基因改造、利用的简单遗传操作阶段的基因工程还不能满足得的。 随着人类及其他模式生物基因组计划的实施以及相关生物技术的发展（特别是生物信息学的产生），在原来的基因工程的基础上，以基因组为单位对物种进行大范围修饰和改造即将成为一种可能。在这种形势下基因组工程（Genomic Engineering）呼之欲出，以便可同时对大量的基因群体进行操作，模拟某一生理过程，产生新的生命活力，改造物种，实现细胞和生物体能做什么，人类在实验室或工厂也能做什么的梦想。在这种形势下基因组工程（Genomic Engineering)就破壳而出了。 一、基因组工程与基因工程 基因组工程的原理、技术和方法是在基因工程、基因组计划以及生物信息学的研究基础上发展起来的，基因工程与基因组工程之间的研究既有差别又有相互重叠和交叉。应该说重组DNA技术和基因工程是基因组工程的基础和出发点；基因组工程是基因工程的延伸及归宿。 一、基因组工程与基因工程 1、操作的基因和载体 基因工程和基因组工程，都是对基因进行工程性的遗传操作，但两者有着质的不同。基因工程常用的载体是质粒和病毒载体，克隆基因的容量有限，通常包含的基因只有一个或几个，而且长度较短，称为Kb级（指克隆DNA片段长度）工程性遗传操作。在基因组工程研究中，采用的载体是人工染色体，容纳的基因可达几十到几百个，甚至几千个，是基因群体克隆和表达，而且这种表达是按生理活动过程予以遗传控制。克隆DNA片段长度可达几千Kb，也称为Mb级工程性遗传操作。 一、基因组工程与基因工程 2．克隆和扩增的宿主 重组后的基因或基因群体需要在适当的宿主内寄生，一般以下列中的一种方式存在：1）于宿主染色体之外，独立存在；2）整合到宿主的染色体内。用于基困工程研究的克隆和扩增的宿主有细菌（如大肠杆菌、枯草杆菌等）、真菌（如酵母等）、动植物细胞（如昆虫细胞、哺乳类细胞等），但大多是以大肠杆菌为主，而用于基因组工程研究的克隆和扩增的宿主也可以是细菌、真菌、动植物细胞，但主要以酵母和哺乳类培养细胞为主。 一、基因组工程与基因工程 3．工程性遗传操作手段 重组DNA技术是基因工程研究的基础，它依赖于质粒或病毒载体、限制性内切酶、DNA连接酶和大肠杆菌宿主等。基因导入宿主的手段通常有转化、转导、转染和显微注射等。基因组工程在重组DNA技术应用基础上，发展人工染色体作为载体，建立遗传同源重组技术作为Mb级的DNA大片段切割和整合（包括改造和修饰）的基础，完善酵母和培养细胞的转化和融合技术，开拓干细胞和体细胞克隆个体的策略。 一、基因组工程与基因工程 4．产物检测 基因或基因群体导人宿主后，对宿主需作导入基因和表达产物检测和分析。在基因工程研究中，利用限制性内切酶图谱、Southern印迹、Northern印迹、PCR、序列分析等手段分析基因表达，对其表达产物可以用蛋白分析、酶学分析、抗体或底物结合等手段来研究。在基因组工程研究中，操作的基因数量大，产物非常复杂，除掉用常规手段（如 PCR、序列分析等）来检测基因及表达之外，还需用高通量的研究手段如生物芯片（包括核酸芯片、蛋白/酶芯片、抗体芯片、底物芯片、配体芯片等）来检测基因群体、表达囹谱及产物群。 一、基因组工程与基因工程 生物芯片的研制开始于90年代初，它是基于Southern印迹、Northern印迹、Western印迹、底物结合、配体/受