分子生物学与基因工程第一讲.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一讲 绪论,主 要 内 容,分子生物学与基因工程含义,分子生物学与基因工程发展简史,分子生物学与基因工程基本内容,与其他学科的关系,几个热点问题,其他,生物学经历了一个漫长的研究历程。最早人们从研究,动物和植物的形态、解剖和分类,开始，随着,细胞学、遗传学、微生物学、生理学、生物化学,的发展，研究进入细胞水平。到,20,世纪中叶以来，生物学以生物大分子为研究目标，,分子生物学（,Molecular Biology,）,开始形成了独立的学科，这是对生物界的认识不断深入的过程。,从广义来讲，蛋白质及核酸等生物大分子结构和功能的研究都属于分子生物学的范畴，也就是从,分子水平阐明生命现象和生物学规律,。例如，,蛋白质的结构、运动和功能,，,酶的作用机理和动力学,，,膜蛋白结构与功能及跨膜运输,等都属于分子生物学的研究内容。,1,分子生物学与基因工程的含义,从狭义上讲，分子生物学主要是研究生物体主要遗传物质,-,基因或,DNA,的结构及其复制、转录、表达和调节控制,等过程的科学。当然，也涉及到与这些过程有关的,蛋白质和酶的结构与功能,的研究。,2,分子生物学与基因工程发展简史,1944,年，,Avery,在肺炎双球菌转化实验中证实了,DNA,是遗传的物质基础,，标志着分子生物学的诞生；,1953,年，,Watson,和,Crick,在,Nature,杂志（,171,：,737,738,）上提出了著名的,DNA,双螺旋模型,，为分子生物学的发展奠定了坚实的基础；,1956,年，,Kornberg,在大肠杆菌的无细胞提取液中实现了,DNA,的合成,；,1958,年，,Crick,提出了遗传信息的传递规律，即著名的,“中心法则,”；,同年，,Meselson,与,Stahl,用实验证明了,DNA,复制是一种半保留复制,；,1959,年，,Uchoa,发现了细菌的,多核苷酸磷酸化酶,，成功地合成了,RNA,，研究并重建了将基因内的遗传信息通过,RNA,中间体翻译成蛋白质的过程；,1961,年，,Nirenberg,和,Matthaei,破译了所有,三联体密码子,；,同年，法国科学家,Jacob,和,Monod,提出了,著名的乳糖操纵子模型,；,1962,年，,Arber,首次发现,DNA,限制性内切酶,的存在；,1970,年，,Smith,首次从大肠杆菌中分离到第一个限制性内切酶；同年，,Temin,和,Baltimore,首次发现在病毒中存在以,RNA,为模板，逆转录成,DNA,的,逆转录酶,；,1972,年，,Berg,构建了世界上第一个,重组,DNA,分子,，开辟了生物学新领域,-,遗传工程,；,1977,年，,Robert,和,Sharp,在研究腺病毒的,mRNA,合成时，首次发现了,断裂基因,的存在；,1977,年，,Sanger,和,Gilbert,分别提出了两种,DNA,测序技术,-,酶法（或,双脱氧链终止法,）和,化学修饰法,；,1981,年，,Cech,和,Altman,首次发现,RNA,具有生物催化功能,；,1983,年，,Mullis,发明了,聚合酶链式反应（,Polymerase Chain Reaction,，,PCR,）技术,，极大地推动了分子生物学的发展；,1990,年，,人类基因组计划,启动，同时先后开展多种模式生物的基因组测序。标志着生命科学研究进入“基因组学”时代；,1994,年，,Wilkins,和,Williams,等首次提出了,蛋白质组,的概念；,1997,年，,Wilmut,等首次成功地从体细胞中克隆出羊,-,Dolly,；,到目前为止，人们已完成包括人和水稻等重要模式生物的基因组测序工作。生命科学研究进入“蛋白质组学”的新的发展阶段。,分子生物学与基因工程发展的几个里程碑,上个世纪,50,年代，,Watson,和,Crick,提出了的,DNA,双螺旋模型；,60,年代，法国科学家,Jacob,和,Monod,提出了的乳糖操纵子模型；,70,年代，,Berg,首先发现了,DNA,连接酶，并构建了世界上第一个重组,DNA,分子；,80,年代，,Mullis,发明了聚合酶链式反应（,Polymerase Chain Reaction,，,PCR,）技术；,90,年代，开展了“人类基因组计划”和模式生物的基因组测序，分子生物学进入“基因组时代”；,目前，分子生物学进入了“后基因组时代”或“蛋白质组时代”。,人 名,年 份,获 奖 内 容,Kossel,1910,分离出,腺嘌呤、胸腺嘧啶和组氨酸,Uchoa,Kornberg,1959,RNA,的合成,DNA,的复制,Watson,Crick,1962,提出,DNA,双螺旋结构,Kendrew,Perutz,1962,测定了,肌红蛋白和血红蛋白的高级结构,Jacob,Monod,1965,提出了,乳糖操纵子学说,Nirenberg,Holly,Khorana,1969,破译,DNA,遗传密码,阐明,tRNA,的结构,首次,人工合成核酸分子,分子生物学领域获得诺贝尔奖一览表,人 名,年 份,获 奖 内 容,Temin,Baltimore,1975,逆转录酶,的发现,Arber,1978,DNA,限制性内切酶,的发现,Sanger,1958,1980,测定了,牛胰岛素的一级结构,提出,DNA,测序法,-,酶法,Gilbert,1980,提出,DNA,测序法,-,化学修饰法,Berg,1980,发现,DNA,连接酶,并构建了第一个重组分子,Kohler,Milstein,Jerne,1984,提出了,单克隆抗体技术,McClintock,1988,跳跃基因,的发现,Altman,Cech,1989,RNA,具有生物催化功能,人 名,年 份,获 奖 内 容,Bishop,Varmus,1989,正常细胞同样带有,原癌细胞,Roberts,Sharp,1993,断裂基因,的发现,Mullis,1993,发明了,PCR,仪,Smith,1993,发明了,寡聚核苷酸定点突变法,Gilman,Rodbell,1994,G,蛋白,的发现,Lewis,Nusslein,Wieschaus,1995,鉴定了控制,果蝇体节发育基因,人 名,年 份,获 奖 内 容,Stanley,1997,蛋白致病因子朊蛋白的发现,Gunter,1999,蛋白质具有控制其运输和定位的内在信号,Hartwell,Hunt Nurse,2001,发现了细胞周期的关键调节因子,Agre MacKinnon,2003,细胞膜离子通道的结构和机理研究,ROSE,等,2004,泛素调节的蛋白质降解,Kornberg,2006,发现真核生物转录的分子基础,Andrew,、,Craig,2006,发现,RNA,干扰现象,Smith,等,2007,胚胎干细胞和哺乳动物,DNA,重组,Hausen,等,2008,人乳头状瘤病毒,(HPV),和,HIV,的发现,钱永健等,2008,绿色荧光蛋白的发现与应用,3.1,分子生物学的研究内容,核酸的结构,基因与基因组的结构与序列特征,DNA,生物合成（复制）,DNA,损伤与修复,DNA,重组,RNA,生物合成（转录）,蛋白质的生物合成,基因表达调控,基因工程研究的主要内容,克隆载体研究,:cloning vector,受体系统的研究,:host cell system,目的基因的研究,:target gene,生物基因组学的研究,:genomic research,应用研究,:application,3.2,基因工程的主要研究内容,基因工程的基本操作程序,分离获得目的基因,限制性核酸内切酶将切割外源,DNA,和载体,DNA,连接酶将外源,DNA,和载体连接，组成重组,DNA,分子。,将重组,DNA,分子引入受体细胞,带有重组体的细胞培养扩增，获得大量的细胞繁殖群体,筛选和鉴定转化细胞,进一步研究分析，实现功能蛋白的表达,发育生物学与分子生物学的关系,许多发育相关基因纷纷克隆成功，如控制果蝇体节发育的,Homeo,基因、金鱼草的的花瓣发育基因,DEF,等。,上述基因的克隆已开辟了发育分子生物学的崭新研究领域，并在近年来获得较大进展。,4,分子生物学与其他学科的关系,在植物生理学方面光合作用的研究已进入分子水平。一些植物的,叶绿体,DNA,的全序列测定已经完成，,光合作用有关的基因如光系统,I,和,II,、电子传递链、二磷酸核酮糖羧化,/,加氧酶等,的表达调控研究都已基本完成，使光合作用研究进入了一个新的阶段。,植物生理学与分子生物学的关系,神经科学与分子生物学的关系,神经系统分子生物学的研究造成神经生物学的革命性变化。如,乙酰胆碱受体的分离纯化和基因克隆,已经完成。,神经通道,也已得到纯化和基因克隆，分子生物学渗入神经科学已产生了,分子神经生物学,。,5,当前分子生物学与基因工程的几个热点问题,一些重大疾病的致病分子机理研究,（,如癌症、,HIV,、,SARS,和禽流感等,）；,基因与发育的关系；,抗病分子作用机制研究；,分子育种技术的建立与发展,主要参考书,现代分子生物学,朱玉贤主编 高等教育出版社,分子生物学基础,杨歧生 编著 浙江大学出版社,分子生物学,阎隆飞主编 中国农业大学出版社,分子生物学,杨荣武主编 南京大学出版社,分子生物学,陈启民等 编著 南开大学出版社,高级分子生物学要义,特怀曼 编著 科学出版社,分子生物学精要,Malacinski,著 化学工业出版社,Genes,Lewin.Pearson prentice hall.2004,Molecular biology of gene,（,fifth edition,）,Watson,et al Gold spring harbor Laboratory press.2004,张惠展,基因工程,华东理工大学出版社,2005,闫新甫,转基因植物,科学出版社,2003,王关林等,植物基因工程,（第二版）科学出版社,2002,吴乃虎,基因工程原理,（第二版）高等教育出版社,1998,Adrian Slater,et al Plant Biotechnology-The genetic manipulation of plant Oxford universsity press.2003,相关学术性刊物,1,外文期刊,Nature/Science,Cell,PNAS,EMBO J,Gene&Development,Plant Cell/Plant Journal,Plant Molecular Biology,Biotechnology and Genetic Engineering Reviews,Biotechnology&Bioengineering,Trends in Biotechnology,Nature,自然,出版：英国,MacMillan.Ltd,创刊：,1869,年,刊期：周刊,定位：兼顾学术期刊和科学杂志，即科学论文具较高的新闻性和广泛的读者群。论文不仅要求具有“突出的科学贡献”，还必须“令交叉学科的读者感兴趣”。,英文名：,Science Magazine,科学,是发表最好的原始研究论文、以及综述和分析当前研究和科学政策的同行评议的期刊。,该杂志于,1880,年由爱迪生投资,1,万美元创办，于,1894,年成为美国最大的科学团体,“,美国科学促进会,”,American Association for the Advancement of Science(AAAS),的官方刊物。全年共,51,期，为周刊，全球发行量超过,150,万份。,中国科学,科学通报,植物学报,遗传学报,分子生物学与生物化学学报,植物分子生物学与生理学报,生物工程学报,2,中文期刊,（,1,）分子生物学的发展史给我们带来什么样的启示？,（,2,）分子生物学热点问题的解决将为人类未来带来什么样的影响？,思 考 题,Thanks for your attention!,