GY科技探索之路基础理论和技术的发展催生了基因工程基因工程是在生物化学、分子生物学和微生物学等学科的基础上发展起来的，正是这些学科的基础理论和相关技术的发展作生了基因工程20世纪中叶基础理论取得了重大突破DNA是造传物质的证明1944年，艾弗里（O.Avery）等通过不同类型肺炎双球菌的转化实验，不仅证明了生物的遗传物质是DNA，还证明了DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体艾弗里等人的工作可以说是基因艾男建工程的先导DNA双爆旋结构和中心法则的确立1953年，沃森(J.D.Watson）和克里克（F.Crick）建立了DNA双爆旋结构模型，1958年，梅塞尔松(MMeselson）和斯塔尔（E.Stahl）用实验证明DNA的半保留复制。随后不久确立的中心法则，解开了DNA复制，转录和翻译过程之选，闲明了遗传信息流动的方向造传密码的玻译1963年，尼伦伯格（M.WNienberg）和马太（HMatthaei）破译端码氧基酸的達传密码1966年，室拉纳（HG.Khorana）用实验证实了尼伦伯格提出的遗传密码的存在，这些成果不仅使人们认识到，自然界中从微生物到人类共用一套遗传密码，而且为基因构视的分离和合成等提供了理论依据。技术发明使基因工程的实施成为可能因转移载体的发现1967年，多思（T.F.Roth）和海林斯基（D.R.Helinski）发现细菌染色体DNA之外的质粒有自我复制能力、并可以在细菌细胞间转移，这一发现为基因转移找到了一种运载工具。工具酵的发明1970年，阿尔伯（W.Arber）、内森斯（D.Nathans）史密斯（H.C.Smith）在加菌中发现了第一个限制性内切酶（商乐限制醇）后，20世纪70年代初相子的手术刀继发现了多种限制酶和连接酶，以及逆转录酶，这些发现为DNA的切刺、连接以及功能基因的获得创遗了条件。DNA合成和测序技术的发期自1965年，桑格（F
Sanger)发明氢基酸序列分析技术后，1977年，科学家叉发明了DNA序列分析的方法，为基固序列图的绘制提供了可能，之后，DNA合成仪的问世又为引物、探针和小分子量DNA基因的获得提供了方使DNA体外重组的实现1972年伯格（P.Berg）首先在体外进行了DNA改造的研完，成功地构建了第一个体外重组DNA分子。●重组DNA表达实验的成功1973年，博耶（H.Boyer）和科思（S.Cohen）选用仅含单一EcoRI酶切位点的载休质粒pSC101，使之与非洲爪塘核糖体蛋白基因的DNA片段重组。重组的DNA转入大肠杆菌DNA中，转录出相应的mRNA，这个实验证明了质粒不仅可以作为基因工程的载体，重组DNA还可以进入受体细胞，外源基因可以在原核细胞中成功表达，并实现物种之间的基因交流，至此，表明基因工程正式问世第一例转基因动物问世1980年，科学家首次通过显微注射培育出世界上第一个转基因小。1983年，科学家又采用农杆菌转化法，培育出世界上第一例转基因烟草，此后、基因工程进入了迅速发展阶段。伯格·PCR技术的发期基固工程问世后，1988年由参里斯（K.Mullis）发明的PCR技术，使基固工程技术得到了进一步发展和完善。上速仅是简要提及基础理论的突破和技术的创新，有些你已经学习过，更多的将在本专题中展开。科学提供对自然界的说明，技术将科学原转基因小鼠（下）理转化为工艺和产品，从而造福于人类，科学，技术，社与对黑小鼠会的互动，不断调整着人类与自熟界的关系，推动着文明的进展
1.1DNA重组技术的基本工具“工欲善其事，必先利其器”。我国拥有自主知识运编工具产权的转基因抗虫棉，就是通过精心设计，用“分子工具”构建成的。培育抗虫棉首先要在体外对含有抗虫基因的DNA分子进行“切割、改造、修饰和“拼接”，然后，导人棉花体细胞内，并使重组DNA在细胞中表达。实现这一精确的操作过程至少需要三种工具，即准确切割DNA的“手术刀”、将DNA片段再连接起来的“缝合针，将体外重组好的DNA导入受体细胞的“运输工具”。科学家已经找到井运用了力这三种必需的工具，才使培育抗虫棉这一奇妙构想变成了现实（图1一1）。抗虫基因缝合针限制性核酸内切酶一“分子手术刀”图1-1抗虫棉（左侧为对照）切割DNA的工具是限制性核酸内切酶（restrictionendonucleases），文称限制酶（restrictionenzyme）。这类酶根间底主要是从原核生物中分离纯化出来的。迄今已从近300种根据你所掌握的知识，你能推测不同的微生物中分离出了约4000种限制酶。它们能够识这类酶存在于原核生物中的作用别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并且使每一条链是什么吗？中特定部位的两个核首酸之间的磷酸二酯键（图1一2）断磷酸二酯键图1-2双链DNA结构和锁酸二酯键位氟4专题1基因工程
开。大多数限制酶的识别序列由6个核背酸组成，例如生物技术资料卡AALEcoRI、Smal限制酶识别的序列均为6个核苷酸，也有少限制酶的名字怎么起？数限制酶的识别序列由4、5或8个核苷酸组成。DNA分子限制酶的名半是怎么起的经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式吧2是用生物具名的头一个黏性末端和平末端（图1-3）。当限制酶在它识别序列的字母与种名的头两个字母中心轴线（图中整线）两侧将DNA的两条链分别切开时，组成了3个字母的略语，以产生的是黏性末端，面当限制酶在它识别序列的中心轴线此来表示这个酶是从哪个生处切开时产生的则是平末端。物中分高出来的，例如，一种限创摩是从大肠杆菌(Escherichiacoll）的R型菌株分高来的，就用字每ECORAATTCGAATTCG表示，如果它是从大肠杆菌ECORIGCTTAAGCTTAA(AGNA之AMN)R菌株中分高出来的第一个限剑醇，则进一步表示成粘性末端EcoRI,:中轴线外团出店工程菜务AAO-.scCCGGGCCCGGGSmalGGGCCCGGGcCCCEGNCZNMMD个--中轴线平末端.图1-3切割DNA分子时产生的两种不同末端（箭头表示酵的切制位置）....DNA连接酶一“分子缝合针”将切下来的DNA片段拼接成新的DNA分EcoRI切此位点子，是需DNA连接酶来完成的。1967年，世界GAATTCGAATTC上几个实验室几乎同时发现了一种能够将两条CTTAAGCTTAAt4DNA链连接起来的酶.称之为DNA连接酶（DNAECORI切此位点ligase）。根据酶的来源不同，可以将这些酶分为双链断开两类：一类是从大肠杆菌中分离得到的，称为E·CoiDNA连接酶：另一类是从T噬菌体中分回AATTC国AATTC回国CTTAACITAA离出来的，称为T，DNA连接酶。这两类酶都是将双链DNA片段缝合”起来，恢复被限制酶切不同来源的DNA片段结合开了的两个核苷酸之间的确酸二酯键（图1一4）。CAATC但这两种酶在性质上有差别：E·coliDNA连接CTTAAG酶只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间连接起来，不能将双链DNA片段平末端之间进行图1-4DNA分子的切制和连接专题1基因工程5
寻租间座连接。而TDNA连接酶既可以“缝合”双链DNA片段互.DNA连接与DNA聚合降是补的黏性末端，又可以“缝合”双链DNA片段的平末端，国事哦？为什么？但连接平末端之间的效率比较低。基因进入受体细胞的载体一“分子运输车用什么方法才能将外源基因送入细胞中呢？通常是利用质粒（plasmid）作为载体（vector），将基因送人细胞中。想一耗，其各什么条件才能充质粒是一种裸露的、结构筒单、独立于细菌染色体之外，井第分子运输车？具有自我复制能力的双链环状DNA分子。质粒DNA分子上有一个至多个限制酶切割位点，供外源DNA片段（基因）插人其中。携带外源DNA片段的质粒进人受体细胞后，停DNA留在细胞中进行自我复制，或整合到染色体DNA上，随染色体DNA进行同步复制。质粒DNA分子上有特殊的遗传标记基因，如抗四环素、氮芋青霉素等标记基因，供重组大肠杆菌维粥质粒DNA的鉴定和选择（图I-S）在基因工程中使用的教体除质粒外，还有入噬菌体的衍生物、动植物病毒等。它们来源不同，在大小、结构、日的就因插入位点复制以及插入片段大小上也有很大差别，这些基因工程载敏芋青莓素体的作用，就相当于一种运输工具，因此将它们比喻为“分抗性基围子运输车”。复解原点在进行基因工程操作中，真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒的基础上进行过人工改造的。图1-5大肠杆菌及质粒载体结构模式图模拟制作重组DNA分子的模拟操作自的要求DNA连接酶）。模拟重组DNA分子的操作过程，说出方法步骤其基本原理。1.选两种颜色的等宽硬纸板，如绿色材料用具纸板和粉红色纸板。在绿硬纸板上依次等两种颜色（如绿色和粉红色）的硬纸距离写上下列字母（字母要清晰、工整）：板，剪刀代表EcoRI)，透明胶条（代表ATAGCATGCTATCCATGAATTCGGCATACTATCGTACGATAGGTACTTAAGCCGTATG6专题1基因工程