第18章現代生物技術與動物育種1醫學資料理論教學2醫學資料第一節生物技術概論3醫學資料生物技術（Biotechnology）——概念的提出與發展4醫學資料生物技術經典分支領域基因工程（geneengineering)細胞工程(cellengineering)酶工程(enzymeengineering)發酵工程(fermentationengineering)5醫學資料基因工程基因工程的理論依據①不同基因具有相同的物質基礎②基因是可切割的③基因是可以轉移的④多肽與基因之間存在對應關系⑤遺傳密碼的通用性⑥基因可以通過復制把遺傳信息傳遞給下一代6醫學資料基因工程的基本流程7醫學資料基因工程研究進展成就：在醫藥領域在農業領域在工業領域研究進展：理論研究方面實際應用方面8醫學資料細胞工程主要技術:動植物組織細胞培養技術細胞融合技術（也稱細胞雜交技術）細胞移植技術染色體技術等

9醫學資料淋巴細胞雜交瘤產生單克隆抗體10醫學資料體細胞克隆“多莉（Dolly）”的產生11醫學資料

舉例2004年2月15日，美國愛達荷大學的研究人員在西雅圖的美國科學年會上展示三頭克隆騾子12醫學資料世界首例成年體細胞克隆水牛2005年3月17日在廣西大學“863計劃”良種牛南方繁殖中心誕生13醫學資料2005年4月24日韓國科學家培育出首只克隆狗“史納皮”（snuppy）14醫學資料

我國第一頭體細胞克隆豬誕生——經中國農業大學李寧教授領導的課題組一年多的科技攻關，2005年8月5日，我國第一頭體細胞克隆豬終于在河北省三河成功誕生

15醫學資料2005年12月8日中國科學院動物研究所用山羊克隆的一只亞洲黃羊(左)與普通山羊一起在山東臨沂亮相

國際首例體細胞異種克隆亞洲黃羊臨沂降生16醫學資料世界冠軍賽馬“斯卡普”被克隆成功

世界速度賽馬冠軍查爾馬妮·詹姆士2006年11月16日對外宣布，她向德克薩斯州奧斯汀的ViaGen公司支付了15萬美元,在四次嘗試失敗后，最終在今年8月8日成功克隆了她的賽馬——奪得過十項世界冠軍的“斯卡普”，產下小馬駒“克萊頓”17醫學資料

東北農業大學劉忠華教授帶領的課題組，把水母綠色熒光蛋白基因轉移到豬胎兒成纖維細胞的基因組中，再把轉基因體細胞的細胞核移植到成熟的去核豬卵母細胞中構建成轉基因胚胎。再將其植入受體母豬，經過114天的發育，2006年12月22日成功培育出國內首例綠色熒光蛋白轉基因克隆豬中國首例綠色熒光蛋白轉基因克隆豬問世18醫學資料發酵工程

發酵類型:微生物菌體發酵微生物酶發酵微生物代謝產物發酵微生物的轉化發酵生物工程細胞的發酵19醫學資料發酵工程的應用醫藥工業

抗生素、維生素、激素疫苗和菌苗等20醫學資料食品工業

微生物蛋白、氨基酸、新糖源、飲料、酒類食品添加劑（檸檬酸、乳酸、天然色素等）21醫學資料能源工業

酒精沼氣氫能22醫學資料化學工業

可降解的生物塑料化工原料（乙醇、丙酮、丁醇、癸二酸等）生物表面活性劑及生物凝集劑

23醫學資料冶金工業

黃金開采和銅、鈾等金屬的浸提

24醫學資料農業

生物固氮生物殺蟲劑微生物飼料

25醫學資料環境保護

使用生物肥料，生物殺蟲劑降解有毒物質凈化廢水廢氣，處理石油污染26醫學資料酶工程研究內容:酶的發酵生產酶的分離與純化酶的固定化技術酶修飾改造技術酶反應技術27醫學資料生物技術安全舉例:轉基因食品安全生物武器克隆人引發的倫理道德問題28醫學資料第二節細胞層面的生物技術

與動物育種應用29醫學資料30醫學資料人工授精人工授精對畜禽改良的重要性

人工授精技術要點

人工授精技術發展現狀與應用前景

31醫學資料胚胎移植技術

胚胎移植技術在畜種改良中的重要性胚胎移植的基本原則和技術程序32醫學資料奶牛MOET育種方案

33醫學資料性別控制技術

性別控制（sexcontrol）是指通過人為地干預并按人們的愿望使雌性動物繁殖出所需性別后代的一項繁殖新技術。

34醫學資料性別控制研究方法

受精前性別控制:受精前將x精子Y精子分離細胞流式分選法35醫學資料流式細胞檢索分離技術進展與問題

2007年4月中國金牛集團XY種畜（天津）有限公司分離速度達到每秒4000－7000個精子每臺分選儀器每小時生產5－6枚性控細管精子（每細管含有效精子200萬個）分離后獲得的X精子純度在90%以上輸精配種后的產母犢率在90%以上

主要問題受胎率較低，50%左右。原因有待進一步探討（如每劑所含有效精子數較少？精子活率達不到輸精要求？）染色劑對精子的影響：36醫學資料胚胎的性別鑒定:SRY-PCR鑒定法

37醫學資料動物細胞核移植技術

核移植及克隆技術的發展

核移植（nucleartransplantation）是將發育不同時期的胚胎或成體細胞核顯微注射至去核卵母細胞透明帶下，再經過細胞融合移植到去核卵母細胞中，或直接將體細胞的核注入去核卵母細胞質中，構成重組胚胎的技術。

38醫學資料核移植技術及影響因素

:①供核細胞因素的影響②受核細胞因素的影響③動物種屬差異的影響

39醫學資料多莉羊的生產過程和克隆動物意義體細胞全能性無性繁殖的可能性瀕危動物種質資源保護提高生產轉基因動物的效率

40醫學資料第三節分子層面的生物技術與

動物育種應用41醫學資料

分子遺傳標記技術遺傳標記及其發展

遺傳標記（geneticmarker）是指可準確鑒別并可用于反映個體特異性的遺傳特征。理想的遺傳標記應具備：①高度多態性，即群體中有多種基因型存在。多態程度越高，個體之間在標記上就越能表現出差異，所提供的信息就越多。②數量多，而且均勻地覆蓋整個基因組。③測定不受年齡、性別、環境等因素限制。④共顯性，能夠準確判別所有可能的基因型。42醫學資料

1.表型標記方法

包括:形態學標記、細胞學標記、免疫學標記和生化標記

2.DNA標記第1代標記——限制性片段長度多態性方法第2代標記——小衛星，微衛星DNA標記第3代標記——單核苷酸多態性標記

43醫學資料主要分子遺傳標記方法

限制性片段長度多態性：

基因組DNA經特定限制性內切酶酶切后，形成大小不等、數量不同的分子片段，該特異DNA片段經電泳分離，通過Southern印記法將DNA片斷轉移至支持膜（尼龍膜或硝酸纖維素膜）上，然后用放射性同位素或非同位素（如地高辛、熒光素）標記的探針與支持膜上的DNA片段雜交。不同基因組DNA因為在檢測區域內發生了點突變、片段缺失、插入或重排等，導致酶切位點發生改變，使得RFLP譜帶表現出不同程度的多態性，從而構建出多態性圖譜。44醫學資料RFLP的優點：①RFLP由限制性內切酶切割特定位點產生，故標記結果可靠，重復性好；②RFLP標記位點的等位基因間呈共顯性，通過雜交后電泳帶型可以直接區分雜合子與純合子；③RFLP通過酶切反應來反映DNA水平上的所有差異，因而在數量上無限制；④無表型差異。但是RFLP標記也有一定局限性，如操作過程復雜，相對費時；在檢測中需用放射性同位素；多態信息含量低等等。

45醫學資料小衛星標記和微衛星標記

微衛星DNA小衛星DNA存在部位染色體任何部位染色體近端粒和著絲粒區重復單位長度1-6bp6-70bp，常富含GC重復次數10-60次幾次到幾百次總序列長度約200bp0.3-30kb重復單位的差異重復單位的變異性低，可看為結構相同重復單位組成稍有差異，如單個堿基轉換存在數量很多，人基因組有5-10萬個有限，有些染色體尚未見到46醫學資料微衛星ＤＮＡ結構

TGCCTTCTACCAAATACCC…CACACACACACACACACA…GGTGTTGCTTCTCTCAGGAAGAC

ACGGAAGATGGTTTATGGG…GTGTGTGTGTGTGTGTGT…CCACAACGAAGAGAGTCCTTCTG

47醫學資料

微衛星DNA主要用于：①繪制各種生物的基因組圖譜。②在生物學或生物的進化關系方面，微衛星對親子分析和品種劃分很有用。③作為一種工具估測生物群體的近交水平。④群體內的微衛星變異可用于評估群體大小、群體間的基因流并進而闡明群體間的遺傳相關和遺傳差異。⑤微衛星變異也被用于研究近緣物種間的雜交程度。⑥微衛星還可用于近緣物種的進化史分析。48醫學資料單核苷酸多態性標記(SNP)

SNP具有以下特征：①高密度②代表性③易實現自動化分析49醫學資料

單鏈構象多態性(SingleStrandConformationPolymorphism,SSCP)

50醫學資料SNP主要用于：①遺傳作圖②進化分析③位點標識④疾病檢測51醫學資料線粒體DNA標記

52醫學資料分子遺傳標記在動物育種中的應用

標記輔助選擇個體及群體親緣關系的鑒定種質資源的遺傳評估、監測、保護和利用構建動物遺傳圖譜53醫學資料動物轉基因技術

動物轉基因技術及用途

目前主要采用反轉錄病毒法、顯微注射法、胚胎干細胞法、精子載體法等方法。目前轉基因動物的用途主要有開展畜禽品種改良、構建生物反應器、建立疾病模型、基因治療和發育調控、器官移植等。

54醫學資料動物轉基因技術的主要問題

:①生產轉基因動物需要高水平DNA操作②動物轉基因技術效率低③基因的非定向整合和非可控表達限制了轉基因動物的用途。55醫學資料轉基因動物育種

轉基因動物具有自身的優點：①將理想的遺傳物質直接轉入染色體中，擴大了種內的遺傳變異，且不受有性繁殖的限制，實現基因在物種間的交流；②可以形成價值很高的新的經濟性狀和其他性狀；③可將高性能種質資源的畜種有利基因導入低性能畜種中，以淘汰其不利基因，為選育新品種或類群提供最有效的途徑；④可開展畜禽抗病育種，充分利用現有畜種的抗性資源，全面提高畜禽生產效率。56醫學資料

就目前的技術水平而言，要使動物轉基因技術成為一項育種技術，還有許多問題亟待解決:①目的基因有哪些？②轉基因技術自身的問題（如上所述）③被轉移基因的穩定遺傳問題④建立純合的轉基因動物育種系的問題

57醫學資料基因組學技術

基因組（genomics）學是美國的RoderickH于1986年提出來的。研究基因組的結構與功能的科學就是基因組學。基因組表示一個生物物種所有染色體的總和；從分子遺傳學角度講，基因組表示一個生物物種所有核酸分子的總和。為便于理解，采用現代生物學定義，即指一個物種結構與功能的所有遺傳信息的總和就是基因組。

58醫學資料

人類基因組計劃

1987年，美國國立衛生研究院和美國能源部聯合提出了人類基因組計劃（HGP），于1990年正式啟動59醫學資料目標：完成人類基因組全部DNA序列測定人類單倍體基因組含30億堿基對(bp)的DNA序列，包括約2.6萬個基因，分布于22條常染色體和X、Y性染色體。60醫學資料基因組的結構

13蛋白編碼基因細胞核基因組線粒體基因組人類基因組基因外DNA基因和基因有關序列

2個cRNA

基因

22個tRNA

基因單一或中等重復編碼DNA非編碼DNA假基因DNA片段內含子非翻譯順序

中度至高度重復順序

單一的或低拷貝順序

串聯重復順序/成鎖重復順序

中度至高度重復順序61醫學資料遺傳圖譜轉錄圖譜0.7cM或kb

序列圖譜物理圖譜100kbSTSmap結構基因組四張圖物理圖轉錄圖遺傳圖序列圖

62醫學資料功能基因組任務：利用結構基因組學中已有的信息，建立與發展各種技術和實驗模型來測定基因及其非編碼序列的生物學功能研究方法：序列比對技術基因表達分析技術蛋白質產物分析技術基因定位進展：63醫學資料基因組進化任務：比較不同物種基因組的異同，分析生物基因組進化關系研究方法：系統發育譜法（phylogeneticprofilemethod）基因鄰居法（geneneighbourmethod）進展：

64醫學資料基因組學技術及意義

基因組學技術

全自動核酸測序技術、分子遺傳標記技術、功能基因組學技術、全基因組分析技術、比較基因組分析技術、蛋白質組學技術、生物芯片技術等

意義

鑒定新基因、分析基因功能表達譜、分析非編碼區信息結構、設計蛋白質分子和藥物、研制新藥、基因診斷和基因治療、動植物遺傳改良和新品種選育等方面，有著不可替代的重要用途。

65醫學資料生物信息學技術

生物信息學（Bioinformatics）是指通過對生物學實驗數據的獲取、加工、存儲、分類、檢索與分析，以達到揭示生物學數據（大分子信息）所蘊含的生物學意義的目的。生物信息學的內涵比較豐富，但其核心是基因組信息學。包括基因組信息的獲取、處理、存儲、分配和解釋。

66醫學資料生物信息學研究內容

①生物信息的收集、存儲、管理與提供②基因組序列信息的提取和分析③功能基因組相關信息分析④生物大分子結構模擬和藥物設計⑤生物信息分析的技術與方法研究⑥應用與發展研究67醫學資料生物信息學基本理論和常用軟件

基本理論

①多重排列②相似性搜索③分類和種系發生學

生物信息學軟件①序列對比軟件②進化分析軟件③基因組序列分析工具④PCR引物設計程序68醫學資料

PCR引物設計軟件“69醫學資料MVSP軟件（主成份分析）70醫學資料

StructureandDistructure軟件（遺傳結構推導）K=2K=371醫學資料Network軟件（網絡關系分析）72醫學資料基因芯片技術

生物芯片（genechip）技術是20世紀90年代中期以來隨人類基因組計劃的進展而快速發展起來的以基因芯片為先導的高新技術。是一種小型的分析裝置,通過微加工和微電子技術在固相基質表面構建微型生物化學分析系統，實現對細胞、蛋白質、核酸以及其他生物分子開展準確、快速、高通量檢測。生物芯片分為三大類，即基因芯片、蛋白質芯片和芯片實驗室，目前以基因芯片技術的發展為主流。73醫學資料基因芯片原理74醫學資料

基因芯片技術主要包括4個基本技術環節

①芯片微陣列制備②樣品制備③生物分子反應④信號的檢測與分析基因芯片技術75醫學資料

生物信息學應用前景：

生物信息學是分析處理生物分子信息、揭示生物分子信息內涵的一項技術。通過這項技術，將基因的序列與功能關聯起來，認識基因在表達調控、機體分化等方面的生物學意義；揭示生物遺傳進化、生長發育、分化衰老等許多生命現象的奧秘；深入了解人類及畜禽疾病的物質基礎及發生、發展過程；開發基因診斷、治療和基因工程藥物并用來預防、診斷和治療各種遺傳性疾病，這些都是現代生物技術所面臨的最大挑戰。隨著各種生物基因組研究工作及各項生物技術的不斷發展，生物信息學將會發揮越來越重要的作用，如對畜禽種類性狀的分子遺傳標記、基因定位、動物轉基因育種技術等產生重大影響。76醫學資料案例教學77醫學資料案例一根據基因工程研究技術路線圖談談目的基因獲取的方法有哪些？78醫學資料案例分析

從基因工程技術路線圖可以看出目的基因的獲取有5種方法:直接酶切（較為常用）PCR擴增（較為常用）基因組文庫cDNA文庫人工合成79醫學資料案例二轉基因動物的生產過程復雜，而且轉基因效率也不高，如何識別轉基因動物？影響轉基因效率的因素有哪些？80醫學資料案例分析1個體水平鑒定根據性狀特征和生理特征2細胞和組