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生命科学 基因工程的发展历程和理论基础 一、基因工程诞生的理论基础 (一)理论上的三大发现 1.DNA是生物的遗传物质 (基因工程的先导) 1944年,美国微生物学家O.T.Avery首次证实遗传物质的基础是DNA,基因位于DNA上。 肺炎双球菌转化实验 生命科学 基因工程的发展历程和理论基础 35S-标记蛋白质 32P-标记 DNA 1952年Alfred Hershy和Marsha Chase分别用放射性同位素标记噬菌体 噬菌体转染实验 进一步证明遗传物质是DNA 生命科学 基因工程的发展历程和理论基础 35S 标记外壳蛋白质,感染后放射标记不进入大肠杆菌细胞 32P 标记 DNA ,感染后放射标记进入大肠杆菌细胞 生命科学 基因工程的发展历程和理论基础 2.揭示了DNA分子的双螺旋结构和半保留复制机制 1953年James D. Watson和Francis H. C. Crick揭示了DNA分子的双螺旋结构和半保留复制机制。 生命科学 基因工程的发展历程和理论基础 Francis Crick James Watson 生命科学 基因工程的发展历程和理论基础 1966年Nireberg等破译了全部64个遗传密码 3.遗传密码的破译和遗传信息传递方式的确定 生命科学 基因工程的发展历程和理论基础 DNA mRNA Protein transcription translation 1957年Crick又提出了遗传信息传递的“中心法则” (central dogma),揭示了遗传信息的流向和表达问题。 生命科学 基因工程的发展历程和理论基础 一、基因工程诞生的理论基础 (二)技术上的三大发明 1.限制性核酸内切酶的发现与DNA切割 1970年H.O. Smith等分离出第一种限制性核酸内切酶。 Werner Arber 理论预见限制酶 Daniel Nathans 用限制酶切得SV40 DNA片断 Hamilton O. Smith 得到第一个限制酶 1978年Nobel生理或医学奖 生命科学 基因工程的发展历程和理论基础 2.DNA连接酶的发现与DNA片段的连接 1967年世界上5个实验室几乎同时发现DNA连接酶; 1970年Khorana实验室发现T4 DNA连接酶。 3.基因工程载体的研究与应用 1972年前后使用小分子量的细菌质粒和?噬菌体作载体。 在细菌细胞里的大量扩增。 理论上的三大发现: 证明了生物的遗传物质是DNA (基因工程的先导) DNA的双螺旋结构和半保留复制机理 遗传信息的传递方式(中心法则) 技术上的三大发现: 限制性内切酶的发现(标志着DNA重组时代的开始) DNA连接酶的发现 载体的使用 生命科学学院 生命科学 基因工程的发展历程和理论基础 二、基因工程的诞生 (一)Berg的开创性实验 1972年美国斯坦福大学Berg博士领导的研究组用EcoRI在体外对猿猴病毒SV40的DNA和λ噬菌体DNA分别酶切,然后用T4 DNA连接酶将两种酶切片段连接,结果获得了SV40和λ噬菌体DNA的重组DNA分子,成功完成了世界上第一次DNA体外重组实验,并因此与Gilbert、Sanger分享1980年度诺贝尔化学奖。 生命科学 基因工程的发展历程和理论基础 EcoRI recognition sites λ phage DNA EcoRI cuts DNA into fragments Sticky end SV40 DNA The two fragments stick together by base pairing DNA ligase Recombinant DNA 1972年第一个DNA重组分子产生 生命科学 基因工程的发展历程和理论基础 (二) Boyer-Cohen实验 1973年,Cohen等人将编码Kan抗性基因质粒R6-5和编码Tet抗性基因质粒pSC101混合后,加入EcoRI进行酶切,用T4 DNA连接酶连接成重组DNA分子,最后转化大肠杆菌,结果某些转化菌落表现出既抗Kan又抗Tet的双重抗性特性。从这种双抗性转化菌落的大肠杆菌中分离出的重组质粒DNA带有完整pSC101分子和一个来自R6-5质粒编码Kan抗性基因DNA片段。 后来又把非洲爪蟾核糖体基因片断同pSC101质粒重组,转化大肠杆菌,并在菌体内成功转录出相应的mRNA。这是第一次成功的基因克隆实验。 生命科学 基因工程的发展历程和理论基础 Boyer-Cohen实验 Stanley Cohen 1986 Nobel生理或医学奖 Her
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