基因工程的发展与应用.ppt
基因工程的发展与应用2023/4/11现在学习的是第1页，共35页三大理论发现20世纪四十年代，证明了DNA是生物的遗传物质，是遗传信息的携带者。20世纪五十年代，提出了DNA的双螺旋 结构模型学说。20世纪六十年代，确定了遗传信息的传递方式，即遗传学的中心法则。破译了64个遗传密码。2023/4/12现在学习的是第2页，共35页2023/4/13现在学习的是第3页，共35页三大技术发现 1970年，发现DNA限制性内切酶：为DNA体外重组提供剪刀 1970年，发现逆转录酶，为制备真 核基因奠定了基础 载体技术 1973年质粒作为基因工程 的载体2023/4/14现在学习的是第4页，共35页Stanley N.CohenHerbert W.Boyer 1973年，年，Stanley N.Cohen与与Herbert W.Boyer合作合作，把非洲爪蟾的编码核糖体基因把非洲爪蟾的编码核糖体基因的的DNA片断，同片断，同pSC101质粒重组，并导入质粒重组，并导入大肠杆菌细胞。转化子细胞分析结果表明大肠杆菌细胞。转化子细胞分析结果表明动物的基因的确进入到大肠杆菌细胞，并动物的基因的确进入到大肠杆菌细胞，并转录出相应的转录出相应的mRNA产物。产物。2023/4/15现在学习的是第5页，共35页基因工程的发展与应用基因工程的发展与应用基因工程药物基因工程药物基因工程疫苗基因工程疫苗基因诊断基因诊断基因治疗基因治疗基因工程新技术的开发与应用基因工程新技术的开发与应用2023/4/16现在学习的是第6页，共35页第四次工业大革命1978年，美国年，美国Genentech公司开发出利用公司开发出利用重组大肠杆菌合成人胰岛素的先进生产工艺重组大肠杆菌合成人胰岛素的先进生产工艺，从而揭开了基因工程产业化的序幕。，从而揭开了基因工程产业化的序幕。1980.11.15，美国纽约证券交易所开盘，美国纽约证券交易所开盘20分钟内，分钟内，Genentech公司的新上市股票从公司的新上市股票从3.5美元飚升到美元飚升到89美元。美元。2023/4/17现在学习的是第7页，共35页基因工程发展大事记1982年，美国科学家将大鼠的生长激素基年，美国科学家将大鼠的生长激素基因转入小鼠体内，培育出大鼠般的小鼠。因转入小鼠体内，培育出大鼠般的小鼠。1983年，携带细菌新霉素抗性基因的重组年，携带细菌新霉素抗性基因的重组质粒转化植物细胞成功，高等植物转基因技质粒转化植物细胞成功，高等植物转基因技术问世。术问世。2023/4/18现在学习的是第8页，共35页1990年，美国首次施行人体基因治疗获得年，美国首次施行人体基因治疗获得成功。成功。1991年，美国倡导人类基因组计划。年，美国倡导人类基因组计划。2023/4/19现在学习的是第9页，共35页人类基因组计划人类基因组包括分布于人类基因组包括分布于4646条染色体的条染色体的3030亿余核苷酸对。亿余核苷酸对。人类基因组可能含人类基因组可能含34,000-35,00034,000-35,000个基因个基因 （也有文章说只有（也有文章说只有20,000-25,00020,000-25,000个基因）个基因）2023/4/110现在学习的是第10页，共35页人类基因组计划最终目的是测定基因组的全部序列，弄清整个基因组的结构、功能及其表达产物，彻底了解人类生命活动本质。2023/4/111现在学习的是第11页，共35页人类基因组计划的发展19991999年年1212月月1 1日日，人人类类第第2222号号染染色色体体DNADNA全全序列测定完成。序列测定完成。20002000年年4 4月月6 6日日，美美国国CeleraCelera遗遗传传信信息息公公司司宣宣布布，该该公公司司已已破破译译出出一一名名实实验验者者的的完完整整遗遗传传密码。密码。20002000年年5 5月月，科科学学家家聚聚集集美美国国冷冷泉泉港港，宣宣布布人类基因组草图的完成。人类基因组草图的完成。2023/4/112现在学习的是第12页，共35页6国科学家组成的人类基因组中心主要研究比例美国：美国：WASHWASHMITMIT等等7 7家研究中心，贡献率为家研究中心，贡献率为5454。英国：英国：SANGERSANGER一家研究中心，贡献率为一家研究中心，贡献率为3333。日本：日本：RIKENRIKEN等两家研究中心，贡献率为等两家研究中心，贡献率为7 7。法国：法国：GENOSCOPEGENOSCOPE研究中心，贡献率为研究中心，贡献率为2.82.8。德国：德国：IMBIMB等等3 3家研究中心，贡献率为家研究中心，贡献率为2.22.2。中国：北京华大研究中心、国家南、北方基因研究中国：北京华大研究中心、国家南、北方基因研究 中心等三家，贡献率为中心等三家，贡献率为1 1。2023/4/113现在学习的是第13页，共35页 1965年9月，中国学者首先在世界上成功地实现了人工合成具有天然生物活力的蛋白质结晶牛胰岛素。结晶牛胰岛素的人工合成是新中国第一个居世界领先水平的基础理论研究成果。2023/4/114现在学习的是第14页，共35页 中国科学院上海生物化学所、上海有机化学所、北京大学等单位的学者在王应睐、邹承鲁、钮经义、汪猷、邢其毅等学科带头人的领导组织下，历经8年的艰苦努力，终于攻克了胰岛素A及B链的拆合关、A链和B链的合成关等一道道难关，最终完成了牛胰岛素的全合成。2023/4/115现在学习的是第15页，共35页 从1968年开始，中国科学院上海生物化学研究所、上海细胞生物学研究所、上海有机化学研究所、生物物理所和上海化学试剂二厂等五单位合作进行酵母丙氨酸tRNA的人工全合成。1974年北京大学生物学系也参加此工作，经过13年的不懈努力，终于在1981年11月完成了这一工作，这是世界首次人工合成的和天然tRNA具有完全相同的组成和结构并具有全部生物活力的tRNA。2023/4/116现在学习的是第16页，共35页 这项工作的创造性和先进性有几个方面1.合成的酵母丙氨酸tRNA既含有四种常见核苷酸，又含有七种九个修饰核苷酸；2.既能接受丙氨酸，又能将所携带的丙氨酸掺入到蛋白质中，当时国外实验室合成的tRNA都不含修饰核苷酸（直到1992年法国科学家才合成了含修饰核苷酸的大肠杆菌丙氨酸tRNA），实际上不是tRNA，而是tRNA的类似物，因此接受氨基酸的活力都很低，而且都未进行氨基酸掺入试验。2023/4/117现在学习的是第17页，共35页二二000000年六月二十六日克林顿宣布年六月二十六日克林顿宣布人类基因组草图绘制完成人类基因组草图绘制完成2023/4/118现在学习的是第18页，共35页 这是人类基因组计划首席科学家这是人类基因组计划首席科学家 美国国家人类基因组研究所所长美国国家人类基因组研究所所长 弗朗西斯弗朗西斯柯林斯在介绍情况。柯林斯在介绍情况。2023/4/119现在学习的是第19页，共35页人类基因组草图基本信息由由31.6531.65亿亿bpbp组成组成含含3 33.53.5万个基因万个基因基因在染色体上不是均匀分布的，有些区域有很基因在染色体上不是均匀分布的，有些区域有很多的基因，有些区域（约多的基因，有些区域（约1/41/4）则象）则象“荒漠荒漠”。不同种族有不同种族有99.99%99.99%的相同基因，并不比同一种族的相同基因，并不比同一种族不同个体之间的差异大。不同个体之间的差异大。2023/4/120现在学习的是第20页，共35页 1 tgctgagaaa acatcaagctg tgtttctcct tccccaaag acacttcgca gcccctcttg 61 ggatccagcg cagcgcaagg taagccagat gcctctgctg ttgccctccc tgtgggcctg 121 ctctcctcac gccggccccc acctgggcca cctgtggcac ctgccaggag gctgagctgc 181 aaaccccaat gaggggcagg tgctcccgga gacctgcttc ccacacgccc atcgttctgc 241 ccccggcttt gagttctccc aggcccctct gtgcacccct ccctagcagg aacatgccgt 301 ctgccccctt gagctttgca aggtctcggt gataatagga aggtctttgc cttgcaggga 361 gaatgagtca tccgtgctcc ctccgagggg gattctggag tccacagtaa ttgcagggct 421 gacactctgc cctgcaccgg gcgccccagc tcctccccac ctccctcctc catccctgtc 481 tccggctatt aagacggggc gctcaggggc ctgtaactgg ggaaggtata cccgccctgc 541 agaggtggac cctgtctgtt ttgatttctg ttccatgtcc aaggcaggac atgaccctgt 601 tttggaatgc tgatttatgg attttccagg ccactgtgcc ccagatacaa ttttctctga 661 cattaagaat acgtagagaa ctaaatgcat tttcttctta aaaaaaaaaa aaaccaaaaa 721 aaaaaaaaaa aaaccaaaaa actgtactta ataagatcca tgcctataag acaaaggaac 781 acctcttgtc atatatgtgg gacctcgggc agcgtgtgaa agtttacttg cagtttgcag 841 taaaatgaca aagctaacac ctggcgtgga caatcttacc tagctatgct ctccaaaatg 901 tattttttct aatctgggca acaatggtgc catctcggtt cactgcaacc tccgcttccc 961 aggttcaagc gattctccgg cctcagcctc ccaagtagct gggaggacag gcacccgcca 1021 tgatgcccgg ttaatttttg tatttttagc agagatgggt tttcgccatg ttggccaggc 1081 tggtctcgaa ctcctgacct caggtgatcc gcctgccttg gcctcccaaa gtgctgggat 1141 gacaggcgtg agccaccgcg cccagccagg aatctatgca tttgcctttg aatattagcc 1201 tccactgccc catcagcaaa aggcaaaaca ggttaccagc ctcccgccac ccctgaagaa 1261 taattgtgaa aaaatgtgga attagcaaca tgttggcagg atttttgctg aggttataag 1321 ccacttcctt catctgggtc tgagcttttt tgtattcggt cttaccattc gttggttctg 1381 tagttcatgt ttcaaaaatg cagcctcaga gactgcaagc cgctgagtca aatacaaata 1441 gatttttaaa gtgtatttat tttaaacaaa aaataaaatc acacataaga taaaacaaaa 1501 cgaaactgac tttatacagt aaaataaacg atgcctgggc acagtggctc acgcctgtcaA stretch of genome fromthe X chromo-some of Homo sapienhttp:/www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/viewer.fcgi?val=2276452&db=Nucleotide&dopt=GenBankThe completegenome has 2,000,000 suchPages基因組基因組非常巨大非常巨大2023/4/121现在学习的是第21页，共35页2023/4/122现在学习的是第22页，共35页中国人类基因组计划19931993年年，中中国国人人类类基基因因组组计计划划（CHGPCHGP）启启动动，首首先先开开展展了了“中中华华民民族族基基因因组组中中若若干干位位点基因结构的研究点基因结构的研究”。19971997年年，我我国国启启动动了了“重重大大疾疾病病相相关关基基因因的的定位、克隆、结构与功能研究定位、克隆、结构与功能研究”项目。项目。之之后后，在在上上海海和和北北京京相相继继成成立立了了国国家家人人类类基基因组南、北两个中心。因组南、北两个中心。2023/4/123现在学习的是第23页，共35页中国人类基因组计划研究成果1.1.1%1%测序任务，测序任务，第三条染色体第三条染色体30003000万万bpbp2.2.精确度精确度99.99%99.99%3.3.发现发现142142个基因，个基因，其中其中8080个为预测基因个为预测基因2023/4/124现在学习的是第24页，共35页人类基因组计划1%测序中国实验室2023/4/125现在学习的是第25页，共35页水稻基因组破译大事记 我国科学家成功绘制出水稻基因组图谱，得到相关科学家的高度评价，被誉为“里程碑”和“世界级”的成就。1999年10月起，科学家开始酝酿杂交水稻基因组计划。2000年5月11日，中科院基因组信息学中心暨北京华大基因研究中心、国家杂交水稻工程技术研究中心和中科院遗传所家单位联合宣布实施“中国超级杂交水稻基因组计划”。2023/4/126现在学习的是第26页，共35页2000年5月16日，顶级杂志科学详细报道了这一计划2001年7月，SUN10000大型计算机到位，杂交水稻父本全方面采用“鸟枪法”测序。2001年9月20日，“工作框架图”基本完成。2001年10月12日，中科院、国家计委、科技部联合宣布完成了水稻基因组的“工作框架图”2023/4/127现在学习的是第27页，共35页 2002年4月4日，中国科学院和美国科学杂志在京联合举行通报会宣布，中国科学家成功绘制出水稻基因组图谱。月日在美国出版的科学杂志以封面文章的形式发表了中国科学家有关水稻基因组的论文，获得国际同行的高度评价，引起全世界的关注。2023/4/128现在学习的是第28页，共35页2023/4/129现在学习的是第29页，共35页2023/4/130现在学习的是第30页，共35页2023/4/131现在学习的是第31页，共35页后基因组时代序幕拉开 人类基因组测序完成后，更加繁重艰人类基因组测序完成后，更加繁重艰巨的工作还在前面。蛋白质扮演着构筑生巨的工作还在前面。蛋白质扮演着构筑生命大厦的命大厦的“砖块砖块”角色，其中可能隐藏着角色，其中可能隐藏着开发疾病诊断新方法和新药物的开发疾病诊断新方法和新药物的“钥匙钥匙”。2023/4/132现在学习的是第32页，共35页 基因数是3万、4万还是10万 人类遗传基因数量比原先估计的少很多。目前研究表明，人类基因组中约有3万至4万个蛋白编码基因，仅仅是果蝇基因数目的两倍，人有而鼠没有的基因只有300个。现在两大科研小组的数据是从DNA水平上得出的；而“人类有10万个基因”则是从RNA水平上得出的结论。2023/4/133现在学习的是第33页，共35页基因工程如日中天仅举几例利用基因工程构建新的微生物，分解纤维素，生产葡萄糖；利用基因工程构建新的微生物，处理三废；新型植物固氮菌的构建；将固氮基因转移到非豆科植物中；2023/4/134现在学习的是第34页，共35页环境污染治理：环境污染治理：基因工程做成的基因工程做成的“超级细菌超级细菌”能吞食和分解多能吞食和分解多种污染环境的物质。如种污染环境的物质。如吞食转化汞、镉等重金属，吞食转化汞、镉等重金属，分解分解DDT等毒害物质。等毒害物质。2023/4/135现在学习的是第35页，共35页
