《生物学》课程教学资源（教材讲义）第五部分 第19章 基因技术

第19章基因技术要点概述19.1对DNA操作的能力已经导致了一门全新的遗传学。限制性内切酶。能在特定位点剪切DNA的酶。它可以把不同来源的DNA片段接合到一起。使用限制性内切酶来处理基因。用限制性内切酶剪切DNA而产生的片段，可以被接合到质粒里，进而通过质粒插入到宿主细胞中。19.2基因工程包括的步骤简单明了。基因工程实验的四个步骤。基因工程师们把DNA切成片段，然后把这些片段接合进载体里，通过载体将DNA片段运送进细胞中。加工处理基因克隆基因技术被用于许多领域里，包括对DNA的操作。19.3生物技术正引起一场科学变革。DNA测序技术现在已经测出了许多生物体的完整的基因组核苷酸序列，并且可以用于比较。生物芯片生物芯片就是蚀刻上DNA链可以用来筛选基因的玻璃芯片。医药方面的应用如今许多药物和疫苗都是使用基因技术生产出来的。农业方面的应用基因工程师们培育出了抗病虫害和抗杀虫剂的农作物新品种，以及经济效益更高的动物品种。克隆近期的实验研究表明，克隆禽畜是可以实现的。这一结果给农业和社会都造成了广泛的影响。干细胞胚胎干细胞和组织特异性干细胞都能够被用来修复或者替换受损的组织

第 19 章 基因技术 要点概述 19.1 对 DNA 操作的能力已经导致了一门全新的遗传学。 限制性内切酶。能在特定位点剪切 。 DNA 的酶。它可以把不同来源的 DNA 片段接合到一起。 使用限制性内切酶来处理基因。用限制性内切酶剪切 。 DNA 而产生的片段， 可以被接合到质粒里，进而通过质粒插入到宿主细胞中。 19.2 基因工程包括的步骤简单明了。 基因工程实验的四个步骤。基因工程师们把 。 DNA 切成片段，然后把这些片 段接合进载体里，通过载体将 DNA 片段运送进细胞中。 加工处理基因克隆 基因技术被用于许多领域里，包括对 DNA 的操作。 19.3 生物技术正引起一场科学变革。 DNA 测序技术 现在已经测出了许多生物体的完整的基因组核苷酸序列，并 且可以用于比较。 生物芯片 生物芯片就是蚀刻上 DNA 链可以用来筛选基因的玻璃芯片。 医药方面的应用 如今许多药物和疫苗都是使用基因技术生产出来的。 农业方面的应用 基因工程师们培育出了抗病虫害和抗杀虫剂的农作物新品 种，以及经济效益更高的动物品种。 克隆 近期的实验研究表明，克隆禽畜是可以实现的。这一结果给农业和社 会都造成了广泛的影响。 干细胞 胚胎干细胞和组织特异性干细胞都能够被用来修复或者替换受损的 组织

伦理道德与规范基因工程引发了有关危险和隐私方面的重要问题。过去的几十年里，在研究和操作DNA方面，新的强大技术的发展造成了遗传学的革命（图19.1）。这些技术使生物学家们第一次可以直接地干预生物体的遗传命运。在这一章里，我们将探讨这些技术，考虑它们如何应用到那些具有重大实践价值的特殊问题上。在生物学中，像这样对我们未来生活有着如此巨大影响的领域并不多。图19.119.1对DNA操作的能力已经导致了一个著名的质粒。这张电子显微照片中一门全新的遗传学的环状分子是pSC101，第一个被成功限制性内切酶的用来克隆脊椎动物基因的质粒。它的名字源自于它是斯坦利科恩分离出的在1980年，遗传学家使用了一种比第101个质粒。较新颖的基因接合（splice）技术一一这种技术我们将在本章里加以描述一一把编码干扰素（interferon）的人类基因引入到一个细菌细胞的基因组里。干扰素是一种特殊的血液蛋白，它能够增强人类对病毒感染的抵抗力。医药科学家们对它可能在癌症治疗上发挥的作用有很大兴趣。然而，由于干扰素在血液中很稀少，临床试验所需要的大量的提纯干扰素将非常昂贵，因此这种可能性在1980年以前很难进行研究。必须要有一种廉价的生产干扰素的方法，而把产生干扰素的基因引入到细菌细胞使之成为可能。获得了人类干扰素基因的细菌细胞持续快速的产生于扰素，同时生长，分裂。不久培养基中就产生了数以百万计的产生干扰素的细菌，所有这些细菌都是最初获得人类干扰素基因的细菌细胞的后代。基因工程的出现这种从单个改变了的细胞产生一系列遗传性质与之相同的细胞的技术，叫做

伦理道德与规范 基因工程引发了有关危险和隐私方面的重要问题。 过去的几十年里，在研究和操作 DNA 方面，新的强大技术的发展造成了遗传学 的革命（图 19.1）。这些技术使生物学家 们第一次可以直接地干预生物体的遗传 命运。在这一章里，我们将探讨这些技术， 考虑它们如何应用到那些具有重大实践 价值的特殊问题上。在生物学中，像这样 对我们未来生活有着如此巨大影响的领 域并不多。 19.1 对 DNA 操作的能力已经导致了 一门全新的遗传学 限制性内切酶 在 1980 年，遗传学家使用了一种比 较新颖的基因接合（splice）技术――这种 技术我们将在本章里加以描述——把编码干扰素（interferon）的人类基因引入 ） 到一个细菌细胞的基因组里。干扰素是一种特殊的血液蛋白，它能够增强人类对 病毒感染的抵抗力。医药科学家们对它可能在癌症治疗上发挥的作用有很大兴 趣。然而，由于干扰素在血液中很稀少，临床试验所需要的大量的提纯干扰素将 非常昂贵，因此这种可能性在 1980 年以前很难进行研究。必须要有一种廉价的 生产干扰素的方法，而把产生干扰素的基因引入到细菌细胞使之成为可能。获得 了人类干扰素基因的细菌细胞持续快速的产生干扰素，同时生长，分裂。不久培 养基中就产生了数以百万计的产生干扰素的细菌，所有这些细菌都是最初获得人 类干扰素基因的细菌细胞的后代。 基因工程的出现 这种从单个改变了的细胞产生一系列遗传性质与之相同的细胞的技术，叫做 图 19.1 一个著名的质粒。这张电子显微照片中 。 的环状分子是 pSC101，第一个被成功 的用来克隆脊椎动物基因的质粒。它的 名字源自于它是斯坦利·科恩分离出的 第 101 个质粒

克隆（cloning）。它使培养基中的每一个细胞成为一个生产干扰素的微型工厂。人类胰岛素基因也被克隆到细菌中。现在这种对治疗某些类型的糖尿病有重要作用的激素，能够以相对非常低的成本大量的生产出来。除了上述这些医药方面的应用，克隆和有关的分子技术还被用来获取关于基因如何装配和调控的一些基本信息。干扰素实验和其他一些类似的实验标志着一门薪新的遗传科学一一基因工程(geneticengeneering)的诞生。基因工程的本质就是把DNA剪切成可识别的片段，再把这些片段以不同的方式重新排列。在干扰素实验里，一个携带干扰素基因的DNA片段被插入到一个质粒中，通过质粒引入到一个细菌细胞里。许多其他的基因工程方法都使用与之相同的基本策略一一首先把有价值的基因插入到质粒或传染性病毒中，再引入到靶细胞里。要进行这些实验工作，我们必须能够恰当的剪切DNA供体（比如，在干扰素实验中的人类DNA）和质粒DNA，使DNA供体中我们需要的片段能够永久的接合到质粒上。这种剪切是通过一些能识别和剪切DNA中的特定核首酸序列的酶来实现的。这些酶是基因工程的基本工具。限制性内切酶的发现科学发现最开始往往是一些看起来不那么重要的发现，它们在其真正价值被意识到之前往往得不到重视。以基因工程为例，最开始的发现是细菌使用某些酶来抵抗病毒。绝大多数生物体最终都进化出了抵抗捕食者和寄生者的方法，细菌也不例外。细菌的天敌之一是噬菌体，一种感染细菌并在其内部繁殖的病毒。它们使细菌细胞破裂，释放出数以千计更多的病毒。通过自然选择，某些种类的细菌获得了对付这些病毒的强有力的武器：它们含有一种叫做限制性内切酶（restrictionendonuclease）的酶，能够在病毒DNA进入细菌细胞时将其剪切成一个个片段。许多限制性内切酶能识别DNA链上的特定核苷酸序列，与这些序列相结合，并在该序列上的某个特定位点处切断DNA。为什么限制性内切酶没有把细菌自己的DNA也像病毒的一样切断？问题的答案是：细菌能使用其它的一些酶，对它们自已的DNA进行修饰，比如用甲基化酶（methylase）给细菌DNA上的一些核苷酸加一个甲基。当限制性内切酶识

克隆（cloning）。它使培养基中的每一个细胞成为一个生产干扰素的微型工厂 ） 。 人类胰岛素基因也被克隆到细菌中。现在这种对治疗某些类型的糖尿病有重要作 用的激素，能够以相对非常低的成本大量的生产出来。除了上述这些医药方面的 应用，克隆和有关的分子技术还被用来获取关于基因如何装配和调控的一些基本 信息。干扰素实验和其他一些类似的实验标志着一门崭新的遗传科学――基因工 程(genetic engeneering)的诞生。 基因工程的本质就是把 DNA 剪切成可识别的片段，再把这些片段以不同的 方式重新排列。在干扰素实验里，一个携带干扰素基因的 DNA 片段被插入到一 个质粒中，通过质粒引入到一个细菌细胞里。许多其他的基因工程方法都使用与 之相同的基本策略――首先把有价值的基因插入到质粒或传染性病毒中，再引入 到靶细胞里。要进行这些实验工作，我们必须能够恰当的剪切 DNA 供体（比如， 在干扰素实验中的人类 DNA）和质粒 DNA，使 DNA 供体中我们需要的片段能 够永久的接合到质粒上。这种剪切是通过一些能识别和剪切 DNA 中的特定核苷 酸序列的酶来实现的。这些酶是基因工程的基本工具。 限制性内切酶的发现 科学发现最开始往往是一些看起来不那么重要的发现，它们在其真正价值被 意识到之前往往得不到重视。以基因工程为例，最开始的发现是细菌使用某些酶 来抵抗病毒。 绝大多数生物体最终都进化出了抵抗捕食者和寄生者的方法，细菌也不例 外。细菌的天敌之一是噬菌体，一种感染细菌并在其内部繁殖的病毒。它们使细 菌细胞破裂，释放出数以千计更多的病毒。通过自然选择，某些种类的细菌获得 了对付这些病毒的强有力的武器：它们含有一种叫做限制性内切酶（restriction endonuclease）的酶，能够在病毒 DNA 进入细菌细胞时将其剪切成一个个片段。 许多限制性内切酶能识别 DNA 链上的特定核苷酸序列，与这些序列相结合，并 在该序列上的某个特定位点处切断 DNA。 为什么限制性内切酶没有把细菌自己的 DNA 也像病毒的一样切断？问题的 答案是：细菌能使用其它的一些酶，对它们自己的 DNA 进行修饰，比如用甲基 化酶（methylase）给细菌 DNA 上的一些核苷酸加一个甲基。当限制性内切酶识

别序列上的核苷酸被甲基化后，这个内切酶就不能与该序列结合了。结果，细菌DNA被保护而避免了在那些位点上被降解。另一方面，病毒DNA没有被甲基化因此无法逃脱被剪切的命运。限制性内切酶如何剪切DNA限制性内切酶的识别序列通常是4到6个核苷酸长度，而且经常是回文结构（palindromes）。这意味着识别序列一端的核苷酸与另一端的互补，因此DNA双螺旋的两条链在识别序列处，沿各自的方向有相同的核苷酸组成。核苷酸的这种排列方式产生两种重要结果：第一，因为双螺旋的两条链上有着同样的识别序列，限制性内切酶可以同时结合并切断两条链，从而有效的将DNA截成两半。这种同时截断两条链的能力很可能就是限制性内切酶进化成识别这种双重反向对称的核苷酸序列的原因所在。第二，限制性内切酶切断的键通常不是位于它所结合的识别序列的中央，而DNA链是反平行的，所以双螺旋两条链的切入位点是相互错开的。（图19.2）剪切发生后，每一个DNA片段都有一段几个核苷酸长的单链未端。两个片段的单链末端是互补的。为什么限制性内切酶有这样大的用途细菌的限制性内切酶有成百上千种，每一种都有自己独特的识别序列。一种特定内切酶的识别序列有可能碰巧出现在给定的一个样品DNA里：识别序列越短，它碰巧出现在样品里的几率就越大。因此，一种特定的限制性内切酶很可能可以把任何来源的DNA切成一个个片段。每一个片段都将有彼此互补的单链未端，未端的序列是该内切酶特有的。由于这些末端的互补性，它们可以互相配对（因此它们有时被称为“粘性末端（stickyends）")。一旦它们的末端完成配对，两个片段就能在使磷酸二脂键重新生成的DNA连接酶（ligase）的帮助下接合到一起。限制性内切酶如此重要的原因在于，由同一种限制性内切酶产生的片段中的任何两个都能接合到一起。被同一种内切酶剪切的大象和驼鸟的DNA片段可

别序列上的核苷酸被甲基化后，这个内切酶就不能与该序列结合了。结果，细菌 DNA 被保护而避免了在那些位点上被降解。另一方面，病毒 DNA 没有被甲基化， 因此无法逃脱被剪切的命运。 限制性内切酶如何剪切 DNA 限制性内切酶的识别序列通常是 4 到 6 个核苷酸长度，而且经常是回文结构 （palindromes）。这意味着识别序列一端的核苷酸与另一端的互补 ） ，因此 DNA 双螺旋的两条链在识别序列处，沿各自的方向有相同的核苷酸组成。核苷酸的这 种排列方式产生两种重要结果： 第一， 因为双螺旋的两条链上有着同样的识别序列，限制性内切酶可以同 时结合并切断两条链，从而有效的将 DNA 截成两半。这种同时截断两条链的能 力很可能就是限制性内切酶进化成识别这种双重反向对称的核苷酸序列的原因 所在。 第二， 限制性内切酶切断的键通常不是位于它所结合的识别序列的中央， 而 DNA 链是反平行的，所以双螺旋两条链的切入位点是相互错开的。（图 19.2） 剪切发生后，每一个 DNA 片段都有一段几个核苷酸长的单链末端。两个片段的 单链末端是互补的。 为什么限制性内切酶有这样大的用途 细菌的限制性内切酶有成百上千种，每一种都有自己独特的识别序列。一种 特定内切酶的识别序列有可能碰巧出现在给定的一个样品 DNA 里；识别序列越 短，它碰巧出现在样品里的几率就越大。因此，一种特定的限制性内切酶很可能 可以把任何来源的 DNA 切成一个个片段。每一个片段都将有彼此互补的单链末 端，末端的序列是该内切酶特有的。由于这些末端的互补性，它们可以互相配对 （因此它们有时被称为“粘性末端（sticky ends）”）。一旦它们的末端完成配对， 两个片段就能在使磷酸二脂键重新生成的 DNA 连接酶（ligase）的帮助下接合到 ） 一起。限制性内切酶如此重要的原因在于，由同一种限制性内切酶产生的片段中 的任何两个都能接合到一起。被同一种内切酶剪切的大象和鸵鸟的 DNA 片段可

RestrictionsitesZDNACAATTGAATTCTTAACLTAAFduplexStickyends(complementaryRestrictionendonucleasesingle-stranded DNA tails)cleavestheDNACAATTCAATTGCTTAATTTAADDNAfromanothersourceTAATcutwiththesamerestrictionendonucleaseisadded.GOAATKCITAATDNAligaseRestrictionjoins the strands.EndonucleasesGTAATCTTAANRecombinant DNA molecule图19.2许多限制性内切酶作用生成有“粘性末端”的DNA片段。限制性内切酶EcoRI总是在GAATCC序列的G和A之间切入。因为两条链都有同样的序列，两条链将同时被切断。然而，这两个序列在两条链上是沿着相反的方向排列的，结果就产生了互补或者说“有粘性”的单链末端。Restriction sites限制性位点DNAduplexDNA双链stickyends(complementarysingle-strandedDNAtails）粘性末端（互补单链DNA尾部）RestrictionendonucleasecleavestheDNA限制性内切酶剪切DNADNAfromanothersourcecutwiththesamerestrictionendonucleaseisadded加入被同一限制性内切酶剪切的另一来源的DNADNAligasejoinsthestrandsDNA连接酶将各DNA链接合起来重组DNA分子RecombinantDNAmolecule以像两条细菌DNA片段一样很容易的互相结合。基因工程包括对特定基因的剪切和重组等操作。一个限制性内切酶总是在特定的位点切入，产生两个有着短单链末端的片段。因为这些末端彼此互补，由同一内切酶生成的任何来源的任何两个片段都可以结合在一起

以像两条细菌 DNA 片段一样很容易的互相结合。 基因工程包括对特定基因的剪切和重组等操作。一个限制性内切酶总是在 。一个限制性内切酶总是在 特定的位点切入，产生两个有着短单链末端的片段 ，产生两个有着短单链末端的片段。因为这些末端彼此互补 。因为这些末端彼此互补， 由同一内切酶生成的任何来源的任何两个片段都可以结合在一起。 图 19.2 许多限制性内切酶作用生成有“粘性末端”的 DNA 片段。限制性内切酶 。 EcoRI 总是在 GAATCC 序列的 G 和 A 之间切入。因为两条链都有同样的序列，两条链将同时被切断。 然而，这两个序列在两条链上是沿着相反的方向排列的，结果就产生了互补或者说“有 粘性”的单链末端。 Restriction sites 限制性位点 DNA duplex DNA 双链 sticky ends(complementary single-stranded DNA tails) 粘性末端（互补单链 DNA 尾部） Restriction endonuclease cleaves the DNA 限制性内切酶剪切 DNA DNA from another source cut with the same restriction endonuclease is added 加入被同一限 制性内切酶剪切的另一来源的 DNA DNA ligase joins the strands DNA 连接酶将各 DNA 链接合起来 Recombinant DNA molecule 重组 DNA 分子

使用限制性内切酶操作基因基米拉（chimera）是神话里的一种生物，它有狮子的头，羊的身体和蛇的尾巴。尽管自然界里并不存在这样的生物，但生物学家已经通过基因工程，制造了一种更为细微的基米拉。构建pSC101第一批基米拉中，有一个是美国遗传学家斯坦利·科恩（StanleyCohen）和赫伯特·波尔（HerbentBoyer）在1973年，用一种叫做抗性转移因子的细菌质粒制造出来的。科恩和波尔使用了从大肠杆菌中得到的一种叫做EcoRI的限制性内切酶，来把质粒剪切成片段。其中有一个9000核苷酸大小的片段，包含有复制的起始点和四环素抗性基因。因为这个片段的两个未端是被同一个限制性内切酶切断的，它们可以连接成环，形成一个较小的质粒，即科恩命名的pSC101。用pSC101生成重组DNA科恩和波尔还使用EcoRI来剪切从一种成体两栖类动物一一非洲爪蟾（Xenopuslaevis）中得到的编码rRNA的DNA，并将得到的爪蟾DNA的片段和由EcoRI重新打开的pSC101质粒混合，然后让细菌细胞从混合物中吸收DNA（图19.3）。有些细菌细胞立刻获得了对四环素的抗性，这说明它们把pSC101质粒与自已的抗生素抗性基因合并了。而且，有些含pSC101的细菌也开始产生爪蟾RNA！科恩和波尔推断，爪蟾rRNA基因一定是被插入到了这些细菌的pSC101质粒中。换句话说，被EcoRI切开的pSC101质粒的两端，已经和同样被EcoRI切开的，含有rRNA基因的爪蟾DNA片段的两端结合。含有爪蟾rRNA基因的pSC101质粒是一个真正的基米拉，一个自然界中从未出现过，也永远不会通过自发的方式产生出来的一个全新的基因组。它是一利重组DNA（recombinantDNA）一一也就是在实验室里，通过将来自不同基因组的片段彼此结合产生新组合，从而创造出来的DNA

使用限制性内切酶操作基因 基米拉（chimera）是神话里的一种生物 ） ，它有狮子的头，羊的身体和蛇的 尾巴。尽管自然界里并不存在这样的生物，但生物学家已经通过基因工程，制造 了一种更为细微的基米拉。 构建 pSC101 第一批基米拉中，有一个是美国遗传学家斯坦利·科恩（Stanley Cohen）和 赫伯特·波尔（Herbent Boyer）在 1973 年，用一种叫做抗性转移因子的细菌质 粒制造出来的。科恩和波尔使用了从大肠杆菌中得到的一种叫做 EcoRI 的限制性 内切酶，来把质粒剪切成片段。其中有一个 9000 核苷酸大小的片段，包含有复 制的起始点和四环素抗性基因。因为这个片段的两个末端是被同一个限制性内切 酶切断的，它们可以连接成环，形成一个较小的质粒，即科恩命名的 pSC101。 用 pSC101 生成重组 DNA 科恩和波尔还使用 EcoRI 来剪切从一种成体两栖类动物――非洲爪蟾 （Xenopus laevis）中得到的编码 ） rRNA 的 DNA，并将得到的爪蟾 DNA 的片段 和由 EcoRI 重新打开的 pSC101 质粒混合，然后让细菌细胞从混合物中吸收 DNA （图 19.3）。有些细菌细胞立刻获得了对四环素的抗性，这说明它们把 pSC101 质粒与自己的抗生素抗性基因合并了。而且，有些含 pSC101 的细菌也开始产生 爪蟾 RNA！科恩和波尔推断，爪蟾 rRNA 基因一定是被插入到了这些细菌的 pSC101 质粒中。换句话说，被 EcoRI 切开的 pSC101 质粒的两端，已经和同样 被 EcoRI 切开的，含有 rRNA 基因的爪蟾 DNA 片段的两端结合。 含有爪蟾 rRNA 基因的 pSC101 质粒是一个真正的基米拉，一个自然界中从 未出现过，也永远不会通过自发的方式产生出来的一个全新的基因组。它是一种 重组 DNA（recombinant DNA）――也就是在实验室里，通过将来自不同基因 组的片段彼此结合产生新组合，从而创造出来的 DNA

EndonucleaseEcoRlCleaveamphibianDNAwithrestrictionendonucleaseEcoRl.AmphibianDNArRNACleaveplasmidgenepSC101withEcoRl.PlasmidpSC101Recom-Cleavedplasmidbinanttetrgeneiscombinedwithplasmidamphibianfragment.图19.3最早的基因工程实验之一。本图展示了科恩和波尔如何将编码rRNA的两栖动物基因插入到pSC101中。质粒只有一个供限制性内切酶EcoRI剪切的位点；它还包含了tet，种能产生对抗生素四环素产生抗性的基因。通过EcoRI剪切两栖动物DNA和质粒，并使互补序列配对，而把rRNA编码基因插入到pSC101中。EndonucleaseEcoRI限制性内切酶EcoRIamphibianDNA两栖动物DNAcleaveamphibianDNAwithrestrictionendonucleaseEcoRI用限制性内切酶EcoRI剪切两栖动物DNArRNAgenerRNA基因PlasmidpSC101：质粒pSC101cleaveplasmidpSC101withEcoRI用限制性内切酶EcoRI剪切pSC101质粒tet genetet'基因Recombinantplasmid重组质粒cleavedplasmid iscombinedwithamphibianfragment被剪切过的质粒与两栖动物DNA片段的接合其它载体将外源DNA片段引入到宿主细胞在分子遗传学中已经是很普遍的了。将外源基因运送到宿主细胞中的基因组叫做载体（vectors）。像pUC18这类质粒，可以被诱导产生成百上千个自身的拷贝，同时也就是成百上千个它们所携带的外源基因的拷贝。更大的DNA片段可以用YACs（酵母细胞人工染色体）代替质粒作为载体来引入。不是所有的载体都以细菌为目标。比如，人类流感病毒一一腺

其它载体 将外源 DNA 片段引入到宿主细胞在分子遗传学中已经是很普遍的了。将外 源基因运送到宿主细胞中的基因组叫做载体（vectors）。像 pUC18 这类质粒，可 以被诱导产生成百上千个自身的拷贝，同时也就是成百上千个它们所携带的外源 基因的拷贝。更大的 DNA 片段可以用 YACs（酵母细胞人工染色体）代替质粒 作为载体来引入。不是所有的载体都以细菌为目标。比如，人类流感病毒――腺 图 19.3 最早的基因工程实验之一。本图展示了科恩和波尔如何将编码 。 rRNA 的两栖动物基因插 入到 pSC101 中。质粒只有一个供限制性内切酶 EcoRI 剪切的位点；它还包含了 tetr，一 种能产生对抗生素四环素产生抗性的基因。通过 EcoRI 剪切两栖动物 DNA 和质粒，并 使互补序列配对，而把 rRNA 编码基因插入到 pSC101 中。 Endonuclease EcoRI 限制性内切酶 EcoRI amphibian DNA 两栖动物 DNA cleave amphibian DNA with restriction endonuclease EcoRI用限制性内切酶EcoRI剪切两栖 动物 DNA rRNA gene rRNA 基因 Plasmid pSC101 质粒 pSC101 cleave plasmid pSC101 with EcoRI 用限制性内切酶 EcoRI 剪切 pSC101 质粒 tetr gene tetr 基因 Recombinant plasmid 重组质粒 cleaved plasmid is combined with amphibian fragment 被剪切过的质粒与两栖动物 DNA 片段的接合

病毒之类的动物病毒，是作为将基因引入到猴子和人体等真核细胞的载体，而动物基因也曾入到植物细胞中破引基因操作实例Herman，神奇的牛抗枯菱的花乙烯，使果实成熟的植物激素，同样能使花加利福尼亚的一家生物技术公司GenPharm枯萎。Purdue的研究者们发现了花孵应答乙培育出了Herman，一头拥有人类乳铁蛋白（HLF）基因的牛，乳铁蛋白在人体中有抗烯而调落的基因，把它替换为一个对乙烯不敏感的基因。他们培育出的转基因康乃馨在菌和铁运输等作用。Herman的许多雕性后被剪掉后能维持三个星期不枯萎，而普通的代能生产含有乳铁蛋白的牛奶。GenPhar打算建立这种转基因牛的群体，用来大规康乃馨只能维持三天。模的生产乳铁蛋白抗象鼻虫的豌豆基因工程不仅被用来控制田间农业病毒和害电，宅它还在储藏方面提供了一种控制害虫的方法。美国和澳大利亚的科学家们制造出了种只在豌豆种子超级鲜鱼里表达的基因。加拿大渔业科学家们将重组生长激素基这种基因编码的酶抑制素能阻止象鼻虫侵因插入到正在发育的鲑鱼胚胎里，培养出蚀豌豆。而象鼻虫是对仓储粮食危害最大了第一条转基因鲜鱼。这些鲜鱼不但生长的害电之一。由于仓储粮食中有高达百分周期缩短了·而且它们平均比非转基因之四十被昆虫吃掉，这项发明将在全球范鱼重11倍！这对于渔业和全球范围的食围内产生重大影响。品业的意义是很明显的。第一批用基因工程产生的重组基因组中，有一个是将两栖动物的RNA编码基因插入到细菌质粒中形成的。病毒也可以用作载体，将外源DNA插入到宿主

病毒之类的动物病毒，是作为将基因引入到猴子和人体等真核细胞的载体，而动 物 基 因 也 曾 被 引 入 到 植 物 细 胞 中 。 第一批用基因工程产生的重组基因组中，有一个是将两栖动物的 RNA 编码 基因插入到细菌质粒中形成的。病毒也可以用作载体，将外源 DNA 插入到宿主

细胞中，产生重组基因组。19.2基因工程涉及简单的可理解性程序基因工程实验的四个步骤就像科恩和波尔的实验一样，大多数的基因工程实验DNAandrestriction包括四个步骤：endonucleaseTDNA剪切，重(b)组 DNA 的制Cathode备，克隆和筛Longerfragment:选。PowersourceTGel-Shorter第一步骤：DNAfragment:GlaSsMixtureofDNAAnodeCompleted gel剪切platesfragments ofElectriccurrentapplied,fragmentsmigratedifferentsizesindowntheaelbvsize-smaller.onesmovesolutionplacedat thetop of"lanes"faster(and thereforegofarther)than larger(a)人们使用onesinthegel图19.4限制性内切酶凝胶电泳。（a）限制性内切酶剪切DNA以后，把得到的片段加到凝胶来把DNA剪切上，按通电流。DNA片段移动通过凝胶，其移动速度与大小成反比。因成片段。因为内为用溴化乙啶染色过后，移动的条带在紫外照射下能发出荧光，这些片切酶的识别序段很容易看到。（b）在照片里，DNA的一条带被从凝胶上切下来，用于列可能在供体进一步的分析。我们能看见它正在技术员拿着的试管里发光。DNA上多次出DNAandrestrictionendonucleaseDNA和限制性内切酶cathode负极现，剪切将产生anode正极Gel电泳胶glassplates玻璃板许多不同的片longerfragments较长片段shorterfragments较短片段completedgel电泳后的电泳胶段。使用识别不MixtureofDNAfragmentsof different sizesin solutionplacedatthetopof"lanes"inthe同序列的内切gel含有不同大小DNA片段的混合物的溶液被加到电泳胶各泳道的顶端Electric current applied, fragments migratedown the gel by size-smaller酶，将得到一套onesmovefaster(and thereforegofarther)thanlargerones接通电流，各片段根据各自大小沿胶向下移动一一小片段比大片段移动快（因此也移动的更远）

细胞中，产生重组基因组。 19.2 基因工程涉及简单的可理解性程序 基因工程实验的四个步骤 就 像 科 恩 和波尔的实验 一样，大多数的 基因工程实验 包括四个步骤： DNA 剪切，重 组 DNA 的 制 备，克隆和筛 选。 第一步骤：DNA 剪切 人 们 使 用 限制性内切酶 来把 DNA 剪切 成片段。因为内 切酶的识别序 列可能在供体 DNA 上多次出 现，剪切将产生 许多不同的片 段。使用识别不 同序列的内切 酶，将得到一套 图 19.4 凝胶电泳。（a）限制性内切酶剪切 DNA 以后，把得到的片段加到凝胶 上，按通电流。DNA 片段移动通过凝胶，其移动速度与大小成反比。因 为用溴化乙啶染色过后，移动的条带在紫外照射下能发出荧光，这些片 段很容易看到。（b）在照片里，DNA 的一条带被从凝胶上切下来，用于 进一步的分析。我们能看见它正在技术员拿着的试管里发光。 DNA and restriction endonuclease DNA 和限制性内切酶 cathode 负极 anode 正极 Gel 电泳胶 glass plates 玻璃板 longer fragments 较长片段 shorter fragments 较短片段 completed gel 电泳后的电泳胶 Mixture of DNA fragments of different sizes in solution placed at the top of “lanes” in the gel 含有不同大小 DNA 片段的混合物的溶液被加到电泳胶各泳道的顶端 Electric current applied, fragments migrate down the gel by size—smaller ones move faster(and therefore go farther)than larger ones 接通电流，各片段根据各自大小沿胶向下移动――小片段比大片段移动 快（因此也移动的更远）

不同的片段。这些片段，根据它们的大小不同可以通过电泳而彼此分离（图19.4）。第二步骤：制备重组DNAStage1:DNAfromtwo sources lsAnimaRestrictioendonucleasE.colcutsitesGeneOrestRegenePlasmidDNAThetwotypesnlPEDNAligasDNAandplasmidsAlacZ'qeneae9OCOOa1O?OQaOOEOOOO#Clone3CloneClone2Tostage4Partof a clone libraryClonesarescreenedforgeneofinteres图19.5基因工程实验的四个步骤。在第一步骤里，包含目的基因的DNA（在这里，DNA来自于动物）和质粒DNA被同一种限制性内切酶剪切。ampr和lacZr基因也被包括到质粒里，用来筛选克隆（第四步骤）。在第二步骤里，两段被剪切的DNA被混合到一起，其粘性末端互相配对。在第三步骤里，重组DNA被插入到细菌细胞中，该细胞繁殖后代，形成克隆。在第四步骤里，筛选克隆，以找到目的基因。animalcell动物细胞Restrictionendonucleasecutsites限制性内切酶剪切位点plasmid质粒amp’geneamp’基因lacZ'geneLacZ基因Restrectionsite限制性位点粘性末端geneofinterest目的基因stickyendsRecombinantDNAandplasmids重组DNA和质粒nonfunctional lacZgene无功能的LacZ'基因partofaclonelibrary克隆文库的一部分Stage1:DNAfrom two sources is isolated and cleaved with the same restriction endonuclease.第一阶段：两种来源的DNA被分离出来，并用同一种限制性内切酶剪切Stage 2:The two types of DNA can pair at their sticky ends when mixed together, DNA ligasejoinsthesegments第二阶段：当两种DNA混合在一起时，它们能在它们的粘性末端处配对：然后DNA连接酶将各片段连接起来。stage 3:Plasmids are inserted into bacterial cells by transformation, bacterial cells reproduceandformclones第三阶段：质粒通过转化被插入到细菌细胞里；细菌细胞复制繁殖，形成克隆。tostage4:clonesarescreenedforgeneofinterest.到第四阶段：克隆被用来筛选目的基因

不同的片段。这些片段，根据它们的大小不同可以通过电泳而彼此分离（图 19.4）。 第二步骤：制备重组 DNA 图 19.5 基因工程实验的四个步骤。在第一步骤里 。 ，包含目的基因的 DNA（在这里，DNA 来自 于动物）和质粒 DNA 被同一种限制性内切酶剪切。ampr 和 lacZr 基因也被包括到质粒里， 用来筛选克隆（第四步骤）。在第二步骤里，两段被剪切的 DNA 被混合到一起，其粘性 末端互相配对。在第三步骤里，重组 DNA 被插入到细菌细胞中，该细胞繁殖后代，形成 克隆。在第四步骤里，筛选克隆，以找到目的基因。 animal cell 动物细胞 Restriction endonuclease cut sites 限制性内切酶剪切位点 lacZ’ gene LacZ’基因 plasmid 质粒 amp r gene amp r 基因 gene of interest 目的基因 Restrection site 限制性位点 sticky ends 粘性末端 Recombinant DNA and plasmids 重组 DNA 和质粒 nonfunctional lacZ’ gene 无功能的 LacZ’基因 part of a clone library 克隆文库的一部分 Stage 1:DNA from two sources is isolated and cleaved with the same restriction endonuclease. 第一阶段：两种来源的 DNA 被分离出来，并用同一种限制性内切酶剪切 Stage 2:The two types of DNA can pair at their sticky ends when mixed together; DNA ligase joins the segments 第二阶段：当两种 DNA 混合在一起时，它们能在它们的粘性末端处配 对；然后 DNA 连接酶将各片段连接起来。 stage 3:Plasmids are inserted into bacterial cells by transformation; bacterial cells reproduce and form clones 第三阶段：质粒通过转化被插入到细菌细胞里；细菌细胞复制繁殖，形 成克隆。 to stage 4:clones are screened for gene of interest. 到第四阶段：克隆被用来筛选目的基因