10、基因重组与基因工程
自然界生物的基因重组
DNA重组技术
基因工程
10.1自然界生物的基因重组
（一）同源重组
（二） 非同源重组
转座子与跳跃基因
10.2 DNA重组技术
（一） DNA分子的加工与工具酶
限制性内切酶与连接酶
分子剪刀和分子针线
（二）,DNA片断的分离和检测
1、凝胶电泳技术
2、核酸杂交技术
荧光原位杂交显示端粒
DNA的变性与复性
3、基因图谱和 DNA序列分析
（ 1）限制性作图与 RFLP
限制酶 A,B 限制酶 A 限制酶 B
2kb
3kb
5kb
2kb
8kb
3kb
7kb
A B
2kb 5kb 3kb
基因图（ DNA测序仪显示的碱基排列顺序 )
（ 2） DNA序列分析
已完成测序工作的生物
面包酵母 蛔虫 果蝇 芥菜
?1988年，美国国家卫生院和能源部
迄今为止在生命科学领域最宏大的研究
计划 — 人类基因组计划
? 主要内容是完成人体 23对染色体的全部基因的遗传
作图和物理作图，完成 23对染色体上 30亿个碱基的
序列测定
? 以美国为主、包括英国、法国、日本和中国多国科
学家参加的国际合作计划
9.7 人类基因组计划
? 人类基因组计划主要应用了 4方面相互配合与补充
的研究方法和技术：
1,用 RFLP等标记出包含大约 1
Mb的超大片段进行定位作图
2,用 RFLP把超大片段分割成
10多个包含 100 kb的大片段,
做出它们的物理图
3,用酵母人工染色体 (YACs）
或其他载体构建包含其中小片
段的一系列重叠的克隆, 约
0.5～ 1.0 Mb
4,对小片段逐个进行测序,
进而实现对整个染色体的测序
和作图
? 1992年，酵母 3号染色体 DNA的全部 315 357个碱基序列的测定，
这是人类完成的第一条真核生物染色体 DNA的全序列。
? 1995年，科学家们获得了人类第 3、第 16和第 22号染色体的
高密度物理图。
? 1996年，科学家们完成酵母其他 15条染色体的碱基序列测定。
? 1997年，大肠杆菌基因组序列测定宣告完成。
? 1999年 12月 1日，科学家们宣布，人类第 22号染色体，含
3.34× 107个碱基序列的测定已经全部完成，这是人类完成
的第一条人类自身染色体的全序列测定。
? 2000年 6月 26日，人类基因组工作框架图完成，标志着功能
基因组时代的到来。
? 科学家们对人类基因组的性质和作用的认识在不断地深化。
? 未来：健康领域、基础科学研究领域 ……
（三） DNA序列的复制
（一） DNA克隆技术
2,PCR技术
10.3 基因工程
（一）基因工程的基本原理和方法
? 基因工程的实现主要分为三个步骤：
? 第一步：目的基因的分离或制备：人工分离生物基因组群中
目的基因及内切酶定位切割或人工酶促合成
? 第二步：重组 DNA：选择载体及目的基因与载体基因重组
? 第三步：导入与表达：重组 DNA导入受体细胞，目的基因表
达出目的效应和性状
? 实现以上三步需要进行以下工作：
? 1) 寻找目标基因
? 2) 取得目标基因
? 3) 基因的载体问题：现主要有质粒载体、
病毒载体、脂质载体、原生质载体
（ 2） 转基因生物的生产
转基因小鼠：导入人类
基因,具有较强的学习
能力。在迷宫实验中，
转基因鼠觅食本领比普
通鼠要高许多，同时对
迷宫中食物存放地点记
忆更清楚。
（二） 基因工程的应用
1、特殊蛋白质的大量生产
乳汁中分泌人凝血因
子 IX的转基因山羊
美国转基因猪，其体内含有人类的基
因，乳汁含有人体蛋白 fatorⅧ 。只
需 300～ 600只这样的母猪就能满足
全世界对这种蛋白的需求。
?人胰岛素 从猪和牛的胰脏提取，获得 100g胰
岛素需 800－ 1000kg的牛胰脏。现在用基因工程
方法在大肠杆菌中表达产生。
?人生长激素 具有物种特异性，只能用人的生
长激素来治疗侏儒症。以前从尸体脑垂体中提取，
来源非常有限，现在用基因工程方法在大肠杆菌
中表达产生。
?干扰素 体外培养人体细胞来生产，产量低，
成本高，现用重组大肠杆菌生产。
不易腐烂的番茄
2、动物植物的遗传改良
抗虫植物 化学农药
兔毛棉花在我国培育成功：用
兔的一种角蛋白转化棉花，棉
花纤维质量好，具有兔毛般的
光泽。
3、人类基因治疗
（ 1）体细胞基因治疗
1990年 9月 14日美国政府首次批准了一项基因治疗临
床研究计划：对一台患有腺苷脱氨酶（ ADA）缺陷
的重度联合免疫缺陷症（ SCID） 4岁女童进行基因
治疗并获得成功。该患者今年已经 10岁了。从而开
创了医学界的新纪元。
（ 2）种系基因治疗：将外源基因导入性细胞、
受精卵、早期胚细胞 —— 转基因人
3、转基因生物的安全问题
（ 1）转基因生物的环境风险
（ 2）转基因生物的安全和伦理问题
其它：基因资源、基因武器
复习题
? 1、解释：同源重组 限制性内切酶
基因克隆 基因工程
? 2、问答题：
? （ 1）限制酶和连接酶是常用的工具酶，它
们在加工 DNA分子时分别起什么作用？
? （ 2）基因工程的基本步骤
? （ 3）试举例说明转基因植物、动物和微生
物分别由哪些应用价值?
自然界生物的基因重组
DNA重组技术
基因工程
10.1自然界生物的基因重组
（一）同源重组
（二） 非同源重组
转座子与跳跃基因
10.2 DNA重组技术
（一） DNA分子的加工与工具酶
限制性内切酶与连接酶
分子剪刀和分子针线
（二）,DNA片断的分离和检测
1、凝胶电泳技术
2、核酸杂交技术
荧光原位杂交显示端粒
DNA的变性与复性
3、基因图谱和 DNA序列分析
（ 1）限制性作图与 RFLP
限制酶 A,B 限制酶 A 限制酶 B
2kb
3kb
5kb
2kb
8kb
3kb
7kb
A B
2kb 5kb 3kb
基因图（ DNA测序仪显示的碱基排列顺序 )
（ 2） DNA序列分析
已完成测序工作的生物
面包酵母 蛔虫 果蝇 芥菜
?1988年，美国国家卫生院和能源部
迄今为止在生命科学领域最宏大的研究
计划 — 人类基因组计划
? 主要内容是完成人体 23对染色体的全部基因的遗传
作图和物理作图，完成 23对染色体上 30亿个碱基的
序列测定
? 以美国为主、包括英国、法国、日本和中国多国科
学家参加的国际合作计划
9.7 人类基因组计划
? 人类基因组计划主要应用了 4方面相互配合与补充
的研究方法和技术：
1,用 RFLP等标记出包含大约 1
Mb的超大片段进行定位作图
2,用 RFLP把超大片段分割成
10多个包含 100 kb的大片段,
做出它们的物理图
3,用酵母人工染色体 (YACs）
或其他载体构建包含其中小片
段的一系列重叠的克隆, 约
0.5～ 1.0 Mb
4,对小片段逐个进行测序,
进而实现对整个染色体的测序
和作图
? 1992年，酵母 3号染色体 DNA的全部 315 357个碱基序列的测定，
这是人类完成的第一条真核生物染色体 DNA的全序列。
? 1995年，科学家们获得了人类第 3、第 16和第 22号染色体的
高密度物理图。
? 1996年，科学家们完成酵母其他 15条染色体的碱基序列测定。
? 1997年，大肠杆菌基因组序列测定宣告完成。
? 1999年 12月 1日，科学家们宣布，人类第 22号染色体，含
3.34× 107个碱基序列的测定已经全部完成，这是人类完成
的第一条人类自身染色体的全序列测定。
? 2000年 6月 26日，人类基因组工作框架图完成，标志着功能
基因组时代的到来。
? 科学家们对人类基因组的性质和作用的认识在不断地深化。
? 未来：健康领域、基础科学研究领域 ……
（三） DNA序列的复制
（一） DNA克隆技术
2,PCR技术
10.3 基因工程
（一）基因工程的基本原理和方法
? 基因工程的实现主要分为三个步骤：
? 第一步：目的基因的分离或制备：人工分离生物基因组群中
目的基因及内切酶定位切割或人工酶促合成
? 第二步：重组 DNA：选择载体及目的基因与载体基因重组
? 第三步：导入与表达：重组 DNA导入受体细胞，目的基因表
达出目的效应和性状
? 实现以上三步需要进行以下工作：
? 1) 寻找目标基因
? 2) 取得目标基因
? 3) 基因的载体问题：现主要有质粒载体、
病毒载体、脂质载体、原生质载体
（ 2） 转基因生物的生产
转基因小鼠：导入人类
基因,具有较强的学习
能力。在迷宫实验中，
转基因鼠觅食本领比普
通鼠要高许多，同时对
迷宫中食物存放地点记
忆更清楚。
（二） 基因工程的应用
1、特殊蛋白质的大量生产
乳汁中分泌人凝血因
子 IX的转基因山羊
美国转基因猪，其体内含有人类的基
因，乳汁含有人体蛋白 fatorⅧ 。只
需 300～ 600只这样的母猪就能满足
全世界对这种蛋白的需求。
?人胰岛素 从猪和牛的胰脏提取，获得 100g胰
岛素需 800－ 1000kg的牛胰脏。现在用基因工程
方法在大肠杆菌中表达产生。
?人生长激素 具有物种特异性，只能用人的生
长激素来治疗侏儒症。以前从尸体脑垂体中提取，
来源非常有限，现在用基因工程方法在大肠杆菌
中表达产生。
?干扰素 体外培养人体细胞来生产，产量低，
成本高，现用重组大肠杆菌生产。
不易腐烂的番茄
2、动物植物的遗传改良
抗虫植物 化学农药
兔毛棉花在我国培育成功：用
兔的一种角蛋白转化棉花，棉
花纤维质量好，具有兔毛般的
光泽。
3、人类基因治疗
（ 1）体细胞基因治疗
1990年 9月 14日美国政府首次批准了一项基因治疗临
床研究计划：对一台患有腺苷脱氨酶（ ADA）缺陷
的重度联合免疫缺陷症（ SCID） 4岁女童进行基因
治疗并获得成功。该患者今年已经 10岁了。从而开
创了医学界的新纪元。
（ 2）种系基因治疗：将外源基因导入性细胞、
受精卵、早期胚细胞 —— 转基因人
3、转基因生物的安全问题
（ 1）转基因生物的环境风险
（ 2）转基因生物的安全和伦理问题
其它：基因资源、基因武器
复习题
? 1、解释：同源重组 限制性内切酶
基因克隆 基因工程
? 2、问答题：
? （ 1）限制酶和连接酶是常用的工具酶，它
们在加工 DNA分子时分别起什么作用？
? （ 2）基因工程的基本步骤
? （ 3）试举例说明转基因植物、动物和微生
物分别由哪些应用价值?
