《基因工程和基因组学》.ppt

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； 研究基因功能的方法 第一节 基因工程 遗传工程概述 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 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。 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。 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。 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 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） 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 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。 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 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) 将外源DNA片段运送进宿主细胞(host cell)进行扩增或表