第1頁，課件共61頁，創作于2023年2月基因工程的創立與發展與基因的研究之間的內在聯系

基因的研究為基因工程的創立奠定了堅實的理論基礎，基因工程的誕生是基因研究發展的必然結果；

基因工程技術的發展與應用，又深刻并有力地影響著基因的研究，使我們對基因本質的認識提高到了一個空前的高度。第2頁，課件共61頁，創作于2023年2月1基因研究的發展基因的發展大體可劃分為三個階段基因的染色體遺傳學階段(細胞遺傳學):

20世紀50年代之前，主要從細胞染色體水平上進行研究。基因的分子生物學階段(分子遺傳學):

20世紀50年代之后，主要從DNA水平上進行研究。基因工程學階段(分子生物技術):

20世紀70年代，重組DNA技術的建立，使基因的研究進入了反向生物學研究階段。第3頁，課件共61頁，創作于2023年2月5′3′5′5′3′3′2DNA的分子結構及其特點DNA分子中各脫氧核苷酸之間以3′-5′磷酸二酯鍵連接。不同的DNA分子具有不同的核苷酸排列順序，因此攜帶有不同的遺傳信息。5′3′DNA分子是脫氧核苷酸的多聚體。第4頁，課件共61頁，創作于2023年2月

DNA堿基組成特點和規律不同物種間DNA堿基組成一般是不同的；一個給定物種的DNA堿基組成不因個體的年齡、營養狀態和環境改變而改變

；

DNA堿基組成的Chargaff定律：腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩爾數相等，即[A]=[T]；鳥嘌呤和胞嘧啶的摩爾數也相等，即[G]=[C]；嘌呤的總數等于嘧啶的總數，即[A]+[G]=[C]+[T]。第5頁，課件共61頁，創作于2023年2月

DNA的雙螺旋結構（Watson-Crick模型）5′3′5′3′5′3′5′3′磷酸脫氧核糖堿基T-A堿基對C-G堿基對小溝大溝第6頁，課件共61頁，創作于2023年2月

DNA復制的一般特點

1、半保留復制2、固定的起點和方向3、半不連續4、需要RNA作為引物5、需要模板

DNA的特性DNA的復制

第7頁，課件共61頁，創作于2023年2月DNA

的半保留復制實驗依據

1958年Meselson&stahl用同位素示蹤標記加密度梯度離心技術實驗,證明了DNA是采取半保留的方式進行復制.[15N]DNA原始分子[14N-15N]DNA第一子代[14N]DNA[14N-15N]DNA第二子代第8頁，課件共61頁，創作于2023年2月

DNA的特性DNA的變性

是指雙螺旋之間氫鍵斷裂，雙螺旋解開，形成單鏈無規則線團，因而發生性質改變（如粘度下降，沉降速度增加，浮力上升，紫外吸收增加等），稱為DNA變性。

第9頁，課件共61頁，創作于2023年2月

增色效應（hyperchromiceffect）由于DNA在260nm處有最大吸收值，因此，可利用DNA變性后波長260nm處紫外吸收的變化追蹤變性過程。在DNA雙螺旋結構模型中堿基藏于內側，變性時由于雙螺旋解開，于是堿基外露，260nm紫外吸收值因而增加，這一現象稱為增色效應。第10頁，課件共61頁，創作于2023年2月

熔解溫度（meltingtemperature,Tm）通常把DNA分子雙螺旋結構失去一半時的溫度稱為熔點或熔解溫度（meltingtemperature,Tm）。DNA的Tm一般在70-85℃之間。第11頁，課件共61頁，創作于2023年2月1）DNA的均一性：均一性高的DNA，Tm值的范圍越窄；DNA的Tm值與以下因素有關：2）溶劑的性質：離子強度較低的介質中，DNA的Tm值較低，熔解溫度的范圍也較窄。因此，DNA制劑不應保存在離子強度過低的溶液中，一般保存在1MNaCl溶液中較穩定；

3）G-C含量：G-C含量越高，Tm值越高。第12頁，課件共61頁，創作于2023年2月

DNA的特性DNA的復性與雜交

復性(renaturation)：變性DNA在適當條件，二條彼此分開的互補鏈重新結合，恢復原來的雙螺旋結構，這一過程稱為復性或退火(annealing)。雜交(hybridization):當DNA復性時，來源不同的DNA(或RNA)片段,按堿基互補關系形成雜交雙鏈分子

。第13頁，課件共61頁，創作于2023年2月復性在基因工程中的應用顯示不同生物體間的遺傳相關性；檢測特定的DNA；考查某些序列在特定生物體DNA中的拷貝數；確定特定堿基序列在DNA中的位置；分離克隆基因。第14頁，課件共61頁，創作于2023年2月第15頁，課件共61頁，創作于2023年2月第16頁，課件共61頁，創作于2023年2月12345CKSouthernbloting第17頁，課件共61頁，創作于2023年2月3基因的定義

經典的基因概念：在染色體或DNA分子上，基因是成串珠似的一個挨一個地排列著，它們之間是由非遺傳的物質連接起來。交換只是在基因之間進行，而不是在基因內部發生。基因的三位一體論

遺傳功能單位交換單位突變單位第18頁，課件共61頁，創作于2023年2月順反子概念的提出

1955年，Benzer通過對噬菌體的研究提出了順反子(cistron)概念。順反子(cistron)

：編碼一種完整多肽鏈的核苷酸序列。這種多肽既可以是一種具有生物活性的蛋白質，也可同別的多肽聚合形成多功能的蛋白質。

第19頁，課件共61頁，創作于2023年2月順反子是功能單位，其最小交換單位(又稱交換子)和最小突變單位(又稱突變子)，都應是DNA分子中的一個核苷酸對。順反子概念表明，基因不是最小的單位，它仍然是可分的；并非所有的DNA序列都是基因，而只有其中某一特定的多核苷酸區段才是基因的編碼區。

第20頁，課件共61頁，創作于2023年2月基因就是合成有功能意義的蛋白質多肽鏈或RNA所必需的全部核酸序列。基因的分子定義：按照這個定義，一個基因應包括哪些部分？

？第21頁，課件共61頁，創作于2023年2月4基因的結構1．基因的組成部分基因編碼區(codingregion)非編碼區(nocodingregion)啟動區(promoterregion)

終止區(terminatorregion)第22頁，課件共61頁，創作于2023年2月編碼區(codingregion)含有大量的遺傳密碼，包括起始密碼子(AUG)和終止密碼子(UAA,UAG或UGA)，以及表達子(exon)。

非編碼區(nocodingregion)指基因分子結構中存在的對于遺傳信息表達所必須的、但卻不能轉譯成蛋白質多肽的DNA序列。

5-UTR，即5-末端非轉譯區；3-UTR，即3-末端非轉譯區；Intron，即真核基因的間隔子序列。第23頁，課件共61頁，創作于2023年2月啟動區(promoterregion)指位于基因5上游的一段具有特殊功能的DNA序列區，RNA聚合酶是通過同它結合作用而啟動基因的轉錄。終止區(terminator)位于基因3端下游外側與終止密碼子相連的一段非編碼的核苷酸短序列區，具有終止轉錄信號的功能。第24頁，課件共61頁，創作于2023年2月按照基因的定義，一個基因應包括：⑴編碼蛋白質多肽鏈或RNA的核酸序列；⑵保證轉錄所必需的調控序列、5′端非翻譯序列、內含子、3′端非翻譯序列等所有的核酸序列。第25頁，課件共61頁，創作于2023年2月2．原核基因的結構原核基因的范圍原核基因(Prokargoticgene)：系指由原核生物如大腸桿菌基因組的編碼基因，以及高等植物葉綠體基因組的編碼基因，還有線粒體基因組的編碼基因，都是屬于原核基因。第26頁，課件共61頁，創作于2023年2月

……TAATTTCCGAGGAAAACCTCGGAAAAAA反向回文序列反向回文序列終止區序列+1-10-35轉錄區終止區啟動區5上游3下游原核基因的結構T80A95t45A60A50T96T82T84G78A65C54a45

ATGttgaca…………tataat…TAA5‘UTR3‘UTRN5-9N17NNNNNNNNNNNN……………第27頁，課件共61頁，創作于2023年2月原核基因的mRNA結構原核基因的mRNA編碼區(是連續不間斷的序列)轉錄而不轉譯的5-UTR轉錄而不轉譯的3-UTR第28頁，課件共61頁，創作于2023年2月真核基因的范圍3．真核基因的結構真核基因(Eukaryoticgene)：系指由真核細胞基因組的編碼基因和感染真核細胞的DNA病毒及反轉錄病毒基因組的編碼基因均屬于真核基因。第29頁，課件共61頁，創作于2023年2月+1-20-70轉錄區終止區啟動區-80TATACCAATGC增強子內含子剪接點內含子剪接點內含子真核基因的結構加尾信號…ggccacaccc…ggccaatct…ggggcatataa………ATGCAACGGGCT…TGTGCTAT5‘UTR…GTCACTCAGgtaagg……catataggccaa……ctgcagTAGCAGCTG……AATAAA3‘UTR第30頁，課件共61頁，創作于2023年2月真核基因的mRNA結構真核基因的mRNA5端帽的結構5-UTR3端poly(A)尾巴編碼區3-UTRm7G5’ppp-NmpNp-…AUGCTT…CAACGGUAA…AAUAAA……AAAAAA…5端帽的結構

3端poly(A)尾巴第31頁，課件共61頁，創作于2023年2月5基因的類型1．根據產物類型分類結構基因(Structuralgenes)除了調節基因以外的編碼任何RNA或蛋白質產物的基因。

調節基因(Regulatorgenes)其產物能夠控制另外一個基因或若干基因表達效率的基因。例如大腸桿菌lac操縱子的laci基因，其編碼蛋白質能夠控制lac操縱子結構基因的表達。第32頁，課件共61頁，創作于2023年2月無誘導物時葡萄糖(+),乳糖(–)結構基因表達關閉第33頁，課件共61頁，創作于2023年2月2．根據表達特性組成基因(Constitutivegenes)又叫做看家基因(Housekeepinggene)，是一類理論上在所有細胞類型中都能進行表達、并為所有類型細胞生存提供必需的基本功能的基因。誘導基因(Induciblegenes)因環境中某種特殊物質的存在而被誘導表達的基因，叫做“誘導型基因”，簡稱“誘導基因”。第34頁，課件共61頁，創作于2023年2月3．根據實驗用途選擇基因(Selectablegenes)

是指可使被轉化的細胞獲得其親本細胞所不具備的新的遺傳特性，從而使得人們能夠使用特定的選擇性培養基，將轉化的新細胞從其親本細胞群體中選擇出來的一類特殊的基因。

選擇基因主要是一類編碼可使抗菌素(諸如氨芐青霉素、潮霉素、鏈霉素、卡那霉素等)或除草劑失活的蛋白酶基因。第35頁，課件共61頁，創作于2023年2月

Amp選擇培養基篩選A.pBridge-GmMYBZ1B.pBridge-GmMYBZ2C.pBridge-GmMYBJ6D.pBridge-GmMYBJ7

D

A

B

C

第36頁，課件共61頁，創作于2023年2月C

A

B

D

A.CKB.GmMYBZ2C.GmMYBJ6D.GmMYBJ7第37頁，課件共61頁，創作于2023年2月報告基因(reportergene)特指其編碼產物能被快速檢測，常用來判斷外源基因是否已經成功地導入寄主細胞、器官或組織的一類特殊的基因。常用的報告基因有氯霉素乙酰轉移酶(CAT)基因，-葡萄糖醛酸糖苷酶(GUS)基因，以及綠色熒光蛋白(greenfluorescentprotein,GFP)基因。第38頁，課件共61頁，創作于2023年2月promoter-GUSexpressionpattern第39頁，課件共61頁，創作于2023年2月subcellularlocalizationoftheOsAbc1-2protein第40頁，課件共61頁，創作于2023年2月3．根據結構特點斷裂基因(splitgene)編碼序列不連續的間斷基因，即在其核苷酸序列中間插入了與氨基酸編碼無關的DNA間隔區，使一個基因分隔成若干個不連續的區段。第41頁，課件共61頁，創作于2023年2月splitgene第42頁，課件共61頁，創作于2023年2月移動基因(movablegene)又叫跳躍基因或轉位因子，是指一種可以在染色體基因組上移動，甚至在不同染色體之間、噬菌體及質粒DNA之間躍遷的DNA短片段。

1951年由BarbaraMclintock（麥克林托克）首次在玉米中發現了一種控制元件，后來這個元件被命名為轉座元件或轉座子。由此，BarbaraMclintock在1983年獲得了諾貝爾獎。第43頁，課件共61頁，創作于2023年2月特點：不必借助同源序列就可移動的DNA片段，即轉座作用與供體和受體之間的序列無關。轉座序列可沿染色體移動，也可在不同染色體間跳躍（又稱之為跳躍基因）。原核生物和真核生物均有轉座子。第44頁，課件共61頁，創作于2023年2月

玉米轉座因子對胚乳顏色的影響紫色無色紫色斑點？第45頁，課件共61頁，創作于2023年2月假基因(pseudogene)指一類同野生型基因序列大部分同源，但由于突變而失去活性的畸變的核苷酸序列。重疊基因(overlappinggene)又叫嵌套基因(nestedgene)。系指核苷酸編碼序列彼此重疊的、編碼不同蛋白質的兩個或多個基因。重復基因(repeatgene)以串聯方式重復排列在特定染色體上的某些多拷貝基因。如rRNA基因、tRNA基因等。第46頁，課件共61頁，創作于2023年2月6基因的表達1．正義鏈與反義鏈早期文獻：正義鏈(有意義鏈)：雙鏈DNA分子中轉錄成RNA分子的模板鏈。反義鏈(無意義鏈)：與有意義鏈互補的DNA鏈。第47頁，課件共61頁，創作于2023年2月現代文獻：反義鏈(-鏈)：雙鏈DNA分子中轉錄成RNA分子的模板鏈。正義鏈(+鏈)：雙鏈DNA分子中的編碼鏈。除了以T堿基取代U堿基之外，與RNA轉錄本具有同樣的序列結構。第48頁，課件共61頁，創作于2023年2月2．基因的表達基因表達：基因通過DNA的轉錄和RNA的翻譯等過程，將其所攜帶的遺傳信息轉變成蛋白質多肽鏈(或RNA轉錄本)的過程。定義：第49頁，課件共61頁，創作于2023年2月組成性表達(constitutiveexpression)基因表達的方式看家基因較少受環境因素影響，而是在個體各個生長階段的大多數或幾乎全部組織中持續表達，或變化很小。這類基因表達視為基本的或組成性基因表達。第50頁，課件共61頁，創作于2023年2月適應型或調節型表達(adaptiveorregulatoryexpression)

有一些基因表達極易受環境變化影響而改變，稱為適應型或調節型表達。在特定環境信號刺激下，相應的基因被激活，基因表達產物增加，這種基因是可誘導的，稱為誘導。相反，如果基因對環境信號應答時被抑制，基因表達產物水平降低，稱為阻遏。第51頁，課件共61頁，創作于2023年2月第52頁，課件共61頁，創作于2023年2月時間特異性：按功能需要，某一特定基因的表達嚴格按特定的時間順序發生，這是基因表達的時間特異性。多細胞生物基因表達的時間特異性又稱階段特異性。基因表達的時間性及空間性空間特異性：在個體生長全過程，某種基因產物在個體按不同組織空間順序出現，這就是基因表達的空間特異性，又稱細胞特異性或組織特異性。第53頁，課件共61頁，創作于2023年2月mRNA加工成熟水平上的調控(differentialprocessingofRNAtranscript)轉錄水平上的調控(transcriptionalregulation)翻譯水平上的調控(differentialtranslationofmRNA)3.基因的表達調控基因表達的調控水平DNA水平上的調控(regulationonDNAlevel)翻譯后水平上的調控(differentialpost-translationofmRNA)第54頁，課件共61頁，創作于2023年2月

DNARNA反饋(?)轉錄復制

翻譯

蛋白質生理功能圖:遺傳信息傳遞的“中心法則”示意圖（21世紀后修正的）tRNA和rRNA小RNA（microRNAs）非編碼RNA（Non-codingRNA）第55頁，課件共61頁，創作于2023年2月順式作用元件和反式作用因子順式作用元件(cis-actingelement):是指影響自身基因表達活性的DNA序列（如轉錄啟動子和增強子）。它作為一種原位（insitu）順序，其活性只影響與其自身處在同一個DNA分子上的基因。第56頁，課件共61頁，創作于2023年2月