基因重组与基因工程-宋千成

SouthernMedicalUniversityInstituteofGeneticEngineering番木瓜Caricapapaya生物化学课程SouthernMedicalUniversityInstituteofGeneticEngineeringHealthyPunapapayafieldsin1992SeverelyPRSV-infectedpapayafieldsin1994thatwereabandoned.番木瓜环斑病SouthernMedicalUniversityInstituteofGeneticEngineeringDr.MaureenM.FitchPapayaringspotvirus(PRSV)和番木瓜环斑病coatprotein-mediatedprotection(CPMP外壳蛋白介导的病毒抗性)SouthernMedicalUniversityInstituteofGeneticEngineeringKapohofieldtrialstartedin1995,showingasolidblockofPRSV-resistantRainbowgrowingwellwhilethesurroundingsusceptiblenon-transgenicSunriseisseverelyinfectedwithPRSV.Picturetaken19monthsafterstartofthefieldtrial.SouthernMedicalUniversityInstituteofGeneticEngineering转基因番木瓜的基因组有３处留下了植入基因的痕迹SouthernMedicalUniversityInstituteofGeneticEngineering李华平教授SouthernMedicalUniversityInstituteofGeneticEngineering基因重组和基因工程GeneticRecombinationandGeneticEngineering生物化学课程宋千成SouthernMedicalUniversityInstituteofGeneticEngineering中心法则逆转录转录RNA翻译蛋白质复制DNA生物体环境基因的表达调控适应环境SouthernMedicalUniversityInstituteofGeneticEngineering中心法则对天然的DNA进行改造为人类服务基因工程SouthernMedicalUniversityInstituteofGeneticEngineering克隆：来自同一始祖的相同副本或拷贝的集合。分子克隆(molecularclone)细胞克隆器官（或组织）克隆个体克隆（动物或植物）DNA克隆（DNAcloning）在体外利用酶学方法将目的DNA片段与能自主复制的遗传元件（又叫载体）连接，形成重组DNA分子，进而在受体细胞中扩增，从而获得大量拷贝。SouthernMedicalUniversityInstituteofGeneticEngineering重组DNA技术RecombinantDNAtechnology分子克隆(molecularclone)基因克隆（genecloning)基因工程（geneticengineering）克隆目的基因后，针对该基因进行特定蛋白质或多肽制备以及定向改造基因结构所用的方法及相关的工作统称为基因工程（geneticengineering）。DNA克隆（DNAcloning）SouthernMedicalUniversityInstituteofGeneticEngineering»1866年，孟德尔总结出孟德尔遗传定律。»1909年，约翰逊首次提出“基因”这一名词，用以表达孟德尔的遗传因子概念»1944年3位美国科学家分离出细菌的DNA，并发现DNA是携带生命遗传物质的分子（肺炎球菌转化实验）»1953年，华森和克里克发现了DNA的双螺旋结构»1969年科学家成功分离出第一个基因。»1973第一例成功的克隆实验»1978Genentech公司人胰岛素第一个基因工程蛋白药物»1980年科学家首次培育出世界第一个转基因动物（转基因小鼠）。»1983年科学家首次培育出世界第一个转基因植物（转基因烟草）。»1988年K.Mullis发明了PCR技术。»1990年10月被誉为生命科学“阿波罗登月计划”的国际人类基因组计划启动。»1993基因工程西红柿在美国上市»1996年，第一只克隆羊诞生；»2000年6月26日科学家公布人类基因组工作草图。»2001年2月12日中、美、日、德、法、英6国科学家和美国塞莱拉公司联合公布人类基因组图谱及初步分析结果。基因工程大事记SouthernMedicalUniversityInstituteofGeneticEngineering孟德尔（G.J.Mendel)(1822.7.20-1884.1.6)于1865年发现遗传定律，被称为“现代遗传学之父(fatherofmoderngenetics）”。达尔文（C.R.Darwin）（1809.2.12—1882.4.19）以博物学家的身份参加了五年的环球航行。在动植物和地质方面进行了大量的观察和采集，经过综合探讨，形成了生物进化的概念。1859年出版了《物种起源》。SouthernMedicalUniversityInstituteofGeneticEngineeringSouthernMedicalUniversityInstituteofGeneticEngineeringMauriceWilkins,MaxPerutz,FrancisCrick,JohnSteinbeck,JamesWatsonandJohnKendrewweretheNobelPrizewinnersin1962.他做出这个重大发现的部分原因是他从不会错误地混淆努力工作和努力思考，他总是拒绝将它们相互取代，这样他当然有时间打网球和追求女孩子。MaxPerutz（1914～2002）DNA双螺旋结构模型SouthernMedicalUniversityInstituteofGeneticEngineeringDNA克隆、测序与重组技术的历史PaulBerg1972PaulBerg构建了世界上第一个DNA重组分子HerbertBoyerandStanleyCohen1973年，StanleyCohen等人首次获得体外重组DNA的分子克隆SouthernMedicalUniversityInstituteofGeneticEngineering1976年世界上第一家基因工程公司Genentech创立HerbertBoyerandRobertSwansonDNA克隆、测序与重组技术的历史SouthernMedicalUniversityInstituteofGeneticEngineering1977年Genentech公司成功实现了在大肠杆菌中表达人类蛋白质（生长激素抑制素），首次实现在其他物种中表达人类蛋白质。随后生产出人胰岛素（1978），生长素（1979），干扰素（1980）。1980年美国高等法院批准了基因工程技术的专利。1985年Genentech公司将第一个基因工程产品——人胰岛素推向了市场。DNA克隆、测序与重组技术的历史SouthernMedicalUniversityInstituteofGeneticEngineering1977年，WalterGilbert和AllanMaxam的化学裂解DNA测序法问世（Maxam-Gilbertsequencing）同年，Sanger等的双脱氧测序法（Sangerdideoxymethod）DNA克隆、测序与重组技术的历史SouthernMedicalUniversityInstituteofGeneticEngineeringDNA克隆、测序与重组技术的历史双脱氧测序法（Sangerdideoxymethod）SouthernMedicalUniversityInstituteofGeneticEngineering人类基因组计划DNA克隆、测序与重组技术的历史SouthernMedicalUniversityInstituteofGeneticEngineeringDNA克隆、测序与重组技术的历史人类基因组计划SouthernMedicalUniversityInstituteofGeneticEngineering测序技术的飞跃»CraigVenter开发出一种快速追踪测序方法，并于2007年9月完成Venter自身全基因组的测定工作，花费约1亿美元2003年，“HGP”获得首张人类全基因组图谱，花费了30亿美元和13年的时间SouthernMedicalUniversityInstituteofGeneticEngineering»2008.4.17《Nature》杂志，454测序新技术：美国454LifeSciences公司，花费约150万美元，4个月。NOW:50001000?测序技术的飞跃SouthernMedicalUniversityInstituteofGeneticEngineeringDNA克隆、测序与重组技术的历史2010年,CraigVenter将人工合成的基因组导入到一个没有DNA的细胞中，创造出了世界上首个人工合成的生物SynthiaInthe40yearsthathavepassedsincepublicationofourfindings,useofDNAcloninghasproducedinsightsabouttheworkingsofgenesandcellsinhealthanddiseaseandhasalteredthenatureofthebiotechnologyandbiopharmaceuticalindustries.促进了生物学和医学研究改变了生物技术和制药技术SouthernMedicalUniversityInstituteofGeneticEngineering自然界中的DNA重组和基因转移第一节DNARecombinationandGeneTransferinNatureSouthernMedicalUniversityInstituteofGeneticEngineering不同DNA之间发生共价连接形成新的DNA分子。基因移动和重组是生物界普遍现象，是生物进化的动力，DNA重组具有重要的生物学意义DNA重组概念SouthernMedicalUniversityInstituteofGeneticEngineeringDNA重组的类型位点特异性重组（site-specificrecombination）同源重组（homologousrecombination）转座重组（transpositionrecombination）细菌的基因转移与重组接合(conjugation)转化(tranformation)转导(transduction)SouthernMedicalUniversityInstituteofGeneticEngineering发生在同源序列间的重组称为同源重组(homologousrecombination)。一、同源重组是最基本的DNA重组方式是最基本的DNA重组方式，通过链的断裂和再连接，在两个DNA分子同源序列间进行单链或双链片段的交换。Holliday模型SouthernMedicalUniversityInstituteofGeneticEngineeringHolliday模型的4个关键步骤：两个同源染色体DNA排列整齐；片段重组体(patchrecombinant)拼接重组体(splicerecombinant)一个DNA的一条链断裂、并与另一个DNA对应的链连接，形成Holliday中间体；通过分支移动产生异源双链DNA；Hol