中国农业大学：《动物遗传学》课程教学资源（PPT课件讲稿）第十章 动物基因工程

第十章动物基因工程 现代生物技术(生物工程)的概念 建立在分子遗传学、生物化学、微生物学以及化学工程 计算技术等基础上的现代生物技术,是20世纪后半叶蓬勃发 展起来的新技术领域,为人类保健、农牧业、食品工业、环 境保护等提供了强大的发展动力。 现代生物技术的内涵非常广泛并不断发展,目前主要有 基因工程·细胞工程·蛋白质工程酶工程·糖工程·环境生 物工程·转基因动物·克隆动物·基因治疗·生物制药生物 信息学·高级生物传感器

1 第十章 动物基因工程 现代生物技术（生物工程）的概念 建立在分子遗传学、生物化学、微生物学以及化学工程、 计算技术等基础上的现代生物技术，是20世纪后半叶蓬勃发 展起来的新技术领域，为人类保健、农牧业、食品工业、环 境保护等提供了强大的发展动力。 现代生物技术的内涵非常广泛并不断发展，目前主要有： 基因工程 · 细胞工程 · 蛋白质工程· 酶工程 · 糖工程 · 环境生 物工程 · 转基因动物 · 克隆动物 · 基因治疗 · 生物制药· 生物 信息学 · 高级生物传感器

第一节基因工程概述 重组DNA技术的建立 1972年美国斯坦福大学的Berg获得了SV40和入DNA重组 的DNA分子 1973年美国斯坦福大学的 Cohen等人,将大肠杆菌R65 质粒DNA(含卡那霉素抗性基因)和大肠杆菌pSC101质粒 DNA〔含四环素素抗性基因)重组后转化大肠杆菌,产生同 时表现出两种抗性的细菌。 Cohen与 Boyer等合作,将非洲爪蟾编码核糖体的基因同 pSC10质粒构成重组DNA分子,并导入大肠杆菌,证实动 物基因进入了细菌细胞,并在细菌细胞中增殖和转录产生相 应的mRNA

2 第一节 基因工程概述 一、重组DNA技术的建立 1972年美国斯坦福大学的Berg获得了SV40和λDNA重组 的DNA分子 1973年美国斯坦福大学的Cohen 等人，将大肠杆菌R6-5 质粒DNA（含卡那霉素抗性基因）和大肠杆菌pSC101质粒 DNA（含四环素素抗性基因）重组后转化大肠杆菌，产生同 时表现出两种抗性的细菌。 Cohen与Boyer等合作，将非洲爪蟾编码核糖体的基因同 pSC101质粒构成重组DNA分子，并导入大肠杆菌，证实动 物基因进入了细菌细胞，并在细菌细胞中增殖和转录产生相 应的mRNA

Berg p、 Cohen和 Boyer等人的工作是世界上第一次实现DNA 体外重组,建立了第一个基因克隆系统(质粒一大肠杆菌) 导致了一个全新的生物技术学科和产业基因工程的诞生 基因工程的诞生打破了物种的界限,实现了物种间的基因交 流,在实验室里对生物直接进行改造,为生命科学的研究开辟 了新的领域、注入了新的方法,为提高人类的生活质量和健康 水平开辟了新的途径,在农业、工业、医药等领域有巨大的应 用前景

3 Berg P、Cohen和Boyer等人的工作是世界上第一次实现DNA 体外重组，建立了第一个基因克隆系统（质粒—大肠杆菌）， 导致了一个全新的生物技术学科和产业——基因工程的诞生。 基因工程的诞生打破了物种的界限，实现了物种间的基因交 流，在实验室里对生物直接进行改造，为生命科学的研究开辟 了新的领域、注入了新的方法，为提高人类的生活质量和健康 水平开辟了新的途径，在农业、工业、医药等领域有巨大的应 用前景

基因工程的概念 o基因工程是一种DNA重组技术在分子水平上进行 遗传操作,按设计的蓝图,从供体中提取或人工合成目 的基因,令其与载体构建成重组DNA,再转移到受体细 胞,目的基因在细胞中表达获得新的遗传性状 o基因工程的操作程序:获取目的基因目的基 因与载体构建重组DNA分子重组DNA分子转移至受 体细胞转化细胞的扩增、鉴定和筛选

4 基因工程的概念 ○基因工程是一种DNA重组技术,在分子水平上进行 遗传操作，按设计的蓝图，从供体中提取或人工合成目 的基因，令其与载体构建成重组DNA，再转移到受体细 胞，目的基因在细胞中表达获得新的遗传性状 ○基因工程的操作程序：获取目的基因——目的基 因与载体构建重组DNA分子——重组DNA分子转移至受 体细胞——转化细胞的扩增、鉴定和筛选

第二节工具酶 限制性内切酶 (-)分类与命名 o酶有几千种,分为6大类:氧化还原酶、转移酶, 水解酶、裂合酶、异构酶、连接酶。 基因工程中常用作用于核酸的酶,包括水解酶、修 饰酶、聚合酶等 水解酶分为内切酶和外切酶 o内切酶在核酸链内部切割,生成寡核苷酸;外切酶 从核酸链的末端开始,渐进式地水解核酸链,逐渐释 放单核苷酸

5 第二节 工具酶 一、限制性内切酶 （一）分类与命名 ○ 酶有几千种，分为6大类：氧化还原酶、转移酶、 水解酶、裂合酶、异构酶、连接酶。 ○ 基因工程中常用作用于核酸的酶，包括水解酶、修 饰酶、聚合酶等 水解酶分为内切酶和外切酶 ○ 内切酶在核酸链内部切割，生成寡核苷酸；外切酶 从核酸链的末端开始，渐进式地水解核酸链，逐渐释 放单核苷酸

限制性内切核酸酶 (restriction enzymes) 能识别双链DNA分子中一段特异的核苷酸序列, 在这一段序列内将双链DNA分子切断。 ●功能:降解外来DNA分子,以限制( restriction 或阻止病毒侵染 是细菌细胞为防御异源遗传物质进入的一种有 效方式

6 限制性内切核酸酶 (restriction enzymes) ⚫ 能识别双链DNA分子中一段特异的核苷酸序列， 在这一段序列内将双链DNA分子切断。 ⚫ 功能：降解外来DNA分子，以限制(restriction ) 或阻止病毒侵染 ⚫ 是细菌细胞为防御异源遗传物质进入的一种有 效方式

限制性內切酶分类 第Ⅰ类限制性酶:每隔一段DNA序列随机切割双链 DNA分子,没有序列特异性 第Ⅱ类限制性酶:能识别一段特异的DNA序列,准确 地酶切双链DNA的特异序列 识别的序列是对称的,即在一条链中从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 这种从两个方向阅读而序列相同的序列称为回 称序列( palindrome)( ECoR I) 另一类酶,如SmaⅠ,它们酶切DNA双链后,产生 的DNA片段具有平齐末端( blunt ends)

7 限制性内切酶分类 ⚫ 第Ⅰ类限制性酶：每隔一段DNA序列随机切割双链 DNA分子，没有序列特异性 ⚫ 第Ⅱ类限制性酶：能识别一段特异的DNA序列，准确 地酶切双链DNA的特异序列 – 识别的序列是对称的，即在一条链中从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。 这种从两个方向阅读而序列相同的序列称为回纹对 称序列(palindrome)（EcoRⅠ） – 另一类酶，如SmaⅠ，它们酶切DNA双链后，产生 的DNA片段具有平齐末端(blunt ends)

限制性酶coR识别位点(粘性末端) Recognition site 5 G-A-A-T-T-C 3 C-T-T-A-A-G Treatment with EcoRI G A-A-T-T-C 3 Complementary tails C-T-T-A-A 5

8 限制性酶EcoRI识别位点（粘性末端）

EcoRI酶切不同来源的DNA及退火重组 G-AAT-T-CTTT G-A·A-T·TC C·T-TA·A-G C-TT-A·A-G Cleavage with ECoRI Cleavage with EcoRI A·A·TT·C Fragments with C-T-T-A-A complementary tails Gap Annealing allows recombinant GA-A-TT-C DNA molecules to form by complementary base pairing C·T-T-A·A1G The two strands are not covalently bonded as indicated by shaded gaps DNA ligase G-A·A·T-T-C DNA ligase seals the gaps, covalently bonding the C·T·T-A-A.G two strands

9 EcoRI酶切不同来源的DNA及退火重组

平齐末端(SmaI) 5--CCCGGG--3 GGGCCC--5 5—cCc GGG—3 3'-GGG CCC-5

10 平齐末端（SmaⅠ）