1+绪论

1995 Canada is the first country in the world to grow biotech crops.
Today Biotechnology has made a great impact in agriculture, medicine , food and many other products.
因此，供体、受体、载体是重组DNA技术的三大基本元件
。
1 基因工程的基本概念
B 基因工程的基本定义
基因工程（广义）是指重组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。
The applying of gene manipulation（ Genetic Engineering ）： Sequence analysis In vivo biochemistry The new medicine
Sequence
analysis Cloning permits the isolation of discrete pieces of a genome and their amplification. This in turn enables the DNA to be sequenced. From the nucleotide sequence of a gene it is easy to deduce the protein sequence which it encodes.

4 基因工程的诞生与发展 1） Berg的开创性实验
1972年斯坦福大学的Paul Berg小组完成了首次体外重组实验： 将SV40的DNA片断与噬菌体的DNA片断连接起来。
（用DNA末端转移酶，而非 限制性内切酶）
1980年Nobel化学奖
1972 The first experiment to combine different DNA molecules was performed in 1972 in the laboratory of Paul Berg (who shared the 1980 Nobel Prize in chemistry for this work).
1） 目的基因的获取----(切)
从复杂的生物基因组中，经过酶切消化(切)或PCR扩增等步骤， 分离出带有目的基因的DNA片断。
2）重组体的制备-----（接）
将目的基因DNA片断插入到能自我复制并带有选择性标记（抗菌 素抗性）的载体分子上（接）。
3）重组体的转化-----转
将重组体（载体）转入适当的受体细胞中（转）。
1 基因工程的基本概念
C 重组DNA技术与基因工程的基本用途
分离、扩增、鉴定、研究、整理生物信息资源 大规模生产生物活性物质 设计、构建生物的新性状甚至新物种
大规模生产生物活性物质
天然细胞 分离工程 分 离 工 程 酶 天然细胞 基因工程 蛋白质工程 途径工程 工程细胞 发酵工程 细胞工程 生物活性物质
1979 Human growth hormone cloned by Genentech scientists
1980 Genentech went public, raising $35 million 1981 First transgenic animal, the golden carp(鲤鱼), is cloned by Chinese scientists. Canada's first biotechnology company, Allelix, is f ormed.
生物工程专业核心课程
基因工程
黄冈师范学院 夏启中
基因工程
1 基因工程的基本概念 2 基因工程的基本原理 3 基因工程所需的基本条件 4 基因工程的操作过程 5 目的基因的克隆与基因文库的构建 6 大肠杆菌基因工程 7 酵母基因工程 8 哺乳动物基因工程
9 高等植物基因工程
第一章 绪 论
Genetic Engineering
酶工程
1 基因工程的基本概念
D 基因工程的基本形式
第一代基因工程 蛋白多肽基因的高效表达 经典基因工程 第二代基因工程 蛋白编码基因的定向诱变 蛋白质工程
第三代基因工程 代谢信息途径的修饰重构 途径工程
第四代基因工程 基因组或染色体的转移
基因组工程
2 基因工程的基本原理
A 重组DNA技术的理论基础 B 基因的分子生物学 C 基因工程的基本原理 D 基因工程的支撑技术
2 基因工程的基本原理
D 基因工程的支撑技术
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
1） 限制性内切酶（restriction enzymes）
1970年H.O. Smith等分离出第一种限制性核酸内切 酶。

Initially this sequence analysis was done manually. Now such analyses have been facilitated by rapid increases in the power of computers and improvements in software which have taken place contemporaneously（ 同期） with advances in gene cloning.
Paul Berg
Herbert W. Boyer, Ph.D.
1973 Stanley Cohen and Herbert Boyer discover recombinant DNA technology, considered to be the birth of modern biotechnology
1973年
伯格-杰克森-考恩-鲍耶 DNA分子体外拼接
基因工程
2 基因工程的基本原理
B 基因的分子生物学
2 基因工程的基本原理
C 基因工程的基本原理
提高外源基因的剂量——分子遗传学原理 筛选修饰重组基因表达的转录调控元件，如：启动子、 增强子、操作子、终止子、上游调控序列等 ——分子生物学原理 修饰构建蛋白质生物合成的翻译调控元件，如：SD序 列、mRNA非编码区、密码子等 ——分子生物学原理 基因工程菌（微型生物反应器）的增殖及稳定生产 ——生化工程学原理
---Gene Manipulation
1
基因工程的基本概念
A 重组DNA技术的基本定义 B 基因工程的基本定义
C 重组DNA技术与基因工程的基本用途 D 基因工程的基本形式
1 基因工程的基本概念
A 重组DNA技术的基本定义
重组DNA技术(DNA recombination 狭义上的基因工程)是 指将一种生物体（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(Molecular cloning)技术。
Boyer-Cohen实验
Stanley Cohen
1986 Nobel生理或医学奖
Herb Boyer
1978 Recombinant human insulin first produced
空间晶体
地球晶体
Recombinant Human Insulin; space-grown (left) and earth-grown (right).
转 增
检
基因工程的基本形式

第一代基因工程蛋白多肽基因的高效表达
-------------经典基因工程

第二代基因工程蛋白编码基因的定向诱变
------------蛋白质工程

第三代基因工程代谢信息途径的修饰重构 ------------途径工程 第四代基因工程基因组或染色体的转移 -----------基因组工程
As the identification of the sequences and structures which characterize the principal control elements of gene expression, it became possible to scan new DNA sequences and identify potential new genes, or open reading frames, because they were bounded by characteristic motifs.
2） Boyer-Cohen实验 1973年斯坦福大学的S. Cohen小组将含有卡那霉素抗性基 因的大肠杆菌R6-5质粒与含有四环素抗性基因的另一种大 肠杆菌质粒pSC101连接成重组质粒，具有双重抗药性。 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。
Genetic Engineering (In the UK)
The formation of new combinations of heritable material by the insertion of nucleic acid molecules， produced by whatever means outside the cell， into any virus, bacterial plasmid or other vector systemwk.baidu.comso as to allow their incorporation into a host organism in which they do not naturally occur but in which they are capable of continued propagation.
5) 琼脂糖凝胶电泳
1960s发明了琼脂糖凝胶电泳，可将不同长度的DNA分离开。
6) DNA测序技术
1975年F. Sanger、A. Maxam和W. Gilbert发明了DNA快 速测序技术。
1980年Nobel化学奖
3 基因工程的基本过程
基因工程的整个过程由工程菌的设计构建和基因产物
的生产两大部分组成。
2 基因工程的基本原理
A 重组DNA技术的理论基础
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 摩尔根 果蝇杂交实验 基因 基因学 1944年 Avery，确定了基因的分子载体是DNA，而不是蛋白质。
1952年 Hershey和 Chase进一步证明遗传物质是DNA。
分子生物学 1953年 沃森-克瑞克 DNA双螺旋结构 分子生物学 1957年 Crick又提出了遗传信息传递的“中心法则” 1964年 Nirenberg和 Khorana等终于破译了64个遗传密码
• •
2） DNA连接酶（ligase）
1967年5个实验室几乎同时发现了DNA连接酶。
3） 载体（vector）
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。
4）感受态体系
1970年M. Mandel和A. Higa发现经过氯化钙处理的大肠 杆菌容易吸收噬菌体DNA。1972年S. Cohen发现这种处理 过的细菌同样能吸收质粒DNA。
4）扩增转化细胞----增
培养转化细胞，扩增重组DNA分子（增）。
5）筛选和鉴定，构建高效稳定的工程菌----检
筛选和鉴定转化后的细胞（检），获得外源基因高效稳定表 达的基因工程菌。
6）目的基因表达----基因产物的生产
使导入寄主细胞的目的基因表达出我们所需要的基因产物。 重组产物的分离纯化。
切
接
Werner Arber 理论预见限制酶
Hamilton O. Smith 得到第一个限制酶
Daniel Nathans 用限制酶切得 SV40 DNA片断
1978年Nobel生理或医学奖
Restriction Enzymes
1975 Called restriction enzymes, these tools cut pieces of DNA so that other pieces can be added. These restriction enzymes allow scientists to recombine the genes of different species. The process is also known as genetic engineering.