将合成的胰岛素基因 导入大肠杆菌，每2000L 培养液就能产生100g胰 岛素！大规模工业化生产 不但解决了这种比黄金还 贵的药品产量问题，还使 其价格降低了30%-50%!
从大肠杆菌说起－－干扰素
干扰素
一千克纯的干扰素价值可达440亿美元。
传统生产方法：血液中提出白细胞，然 后用病毒去感染它，这时会产生干扰素，1 个细胞最多生产100~1000个干扰素分子
转基因植物研究
1. 提高植物抗性
抗虫方面——将抗虫基因导入易感植物中提高植物的 抗虫性
苏云金杆菌的Bt杀虫蛋白基因；胰蛋白酶抑制基 因；凝集素基因
抗虫棉花
由中国农科院生物工程中心开发的Bt棉对棉铃虫有显著的抗性。 与对照相比减少农药用量80％，并减少用工150个/hm2，以上 两者可使每公顷节省1500元，Bt转基因棉种深受棉农的欢迎。
转基因植物研究
1983年，转基因烟草和转基因马铃薯获得成功 转基因的目的： 提高植物抗性 改良作物品质 作为生物反应器生产有用化合物 举例： 1. 提高植物抗性 抗病毒方面，将病毒外壳蛋白基因转入植株中，
是植物获得抗病毒的能力。1986年首先将TMV外壳蛋 白导入烟草和番茄中。见图
许多药品的生产 是从生物组织中提取 的。受材料来源限制 产量有限，其价格往 往十分昂贵。
我国生产的部分基因 工程疫苗和药物
微生物生长迅速，容易控制，适于大规模 工业化生产。若将生物合成相应药物成分的基 因导入微生物细胞内，让它们产生相应的药物， 不但能解决产量问题，还能大大降低生产成本。
产品名称 菌株或细胞
中国糖尿病患者人数高达1.14亿
从大肠杆菌说起－－胰岛素
胰岛素
每100kg 猪或牛的胰腺中提取 4~5g胰岛素
1979年，利用大肠杆菌的DNA分子重组，2000L培养 液提取100g ， 相当于2吨猪胰腺中提取的量
胰岛素是治疗糖尿病的特效 药，长期以来只能依靠从猪、牛 等动物的胰腺中提取，100Kg胰 腺只能提取4-5g的胰岛素，其产 量之低和价格之高可想而知。
工具酶
概念：
体外进行DNA合成、切割、修饰和连接等系列过程中所 需要的酶，包括DNA聚合酶、限制性核酸内切酶、修饰酶 和连接酶等。
举例: DNA聚合酶（Taq酶，pfu酶） 限制性内切酶（Hind III、Sal I、Kpn I） 连接酶（T4连接酶） 修饰酶（碱性磷酸酶）
新技术
核酸凝胶电泳技术 核酸分子杂交技术 细菌转化转染技术 DNA序列分析技术 寡核苷酸合成技术 基因定点突变技术 聚合酶链反应（PCR）技术
基因工程（Gene Engineering）：
利用DNA体外重组或PCR扩增技术从某种生物基因组中 分离靶基因,或是用人工合成的方法获取基因,然后经过一 系列切割,加工修饰,连接反应形成重组DNA分子,再将其转 入适当的受体细胞,以期获得基因表达的过程.
基因工程指重组DNA技术的产业化设计与应用，包括 上游技术和下游技术两大组成部分。上游技术指的是基 因重组、克隆和表达的设计与构建（即重组DNA技术）； 而下游技术则涉及到基因工程菌或细胞的大规模培养以 及基因产物的分离纯化过程。
遗传学在分子水平上得到解释。 1972 年美国Berg, Jackson 等人将猿猴病基因组 SV40
DNA , 噬菌体基因，大肠杆菌半乳糖操纵子，体外重组获 得成功。
四． 基因工程的发展历史
2）问世阶段
1973 年美国斯坦福大学 Cohen, Boyer 等，在体外构建含 有 四环素，链霉素，两个抗性基因的重组质粒分子,导入大 肠杆菌后稳定复制，赋予受体 细胞 相应 抗生素抗性。
1.基因工程的基本概念
重组DNA技术
重组DNA技术是指将一种生物（供体）的基 因与载体在体外进行拼接重组，然后转入另 一种生物体（受体）内，使之按照人们的意 愿稳定遗传并表达出新产物或新性状的DNA 体外操作程序，也称为分子克隆技术。
因此，供体、受体、载体是重组DNA技术的三 大基本元件
基因工程含义
举例：
原核生物（大肠杆菌；蓝藻） 真核生物（酵母菌；植物；动物）
目的基因
基因是一种资源，且是一种战略资源 基因工程研究的任务是开发人们特许需要的基因产
物 基因组计划：从1990年开始，耗费30亿，由美国、
英国、日本、德国、法国和中国一起完成，我国承 担基因组1％的测序任务。 2000年6月26日是人类历 史上值得纪念的一天。人类基因组的工作草图已经 绘制完毕并于这天向全世界公布。最终完成图要求 测序所用的克隆能忠实地代表常染色体的基因组结 构，序列错误率低于万分之一。
通过不同途径能将承载的外源DNA片段（基因）带入受 体细胞，并在其中得以维持的DNA分子称为DNA克隆载体 或基因克隆载体。
举例：
pET系列载体 T载体 pBR322等
受体细胞
概念：
受体细胞也称为宿主细胞或寄主细胞，从技术上 讲是能摄取外源DNA并使其稳定维持的细胞；从实验 目的上讲是有运用价值和理论研究价值的细胞。
烟草
抗CMV病毒转基因番茄
甜椒在栽培的过程中，容易受 病毒的感染。我国科学工作者， 采用转基因技术，培育出抗病毒 的甜椒。
抗CMV病毒转基因甜椒
转基因植物研究
1. 提高植物抗性
抗细菌和真菌——从抗病植物中克隆出抗病基因再 导入易感病植物中，从而提高后者的抗病性。
如：抗白粉病、赤霉病和黄矮病的小麦或将抗菌肽 转入植株
基因工程：改造的大肠杆菌发酵生产： 一天内便可生产20万个干扰素分子。1KG培 养物中可以得到20~40mg干扰素
Hale Waihona Puke 现在市面上销售干扰素价格爱尔兰先灵葆雅公司 100μg 支 1600； 上海罗氏制药有限公司 180ug/ml*0.5ml 瓶 1350；
安达芬注射用重组人干扰素α-2a 安徽安科生物（集团） 股份有限公司 600万IU 支 52；
基因工程概况
参考书
基因工程（第二版） 孙明 高等教育出版社 基因工程原理 吴乃虎 基因工程概论 张惠展 分子克隆 生物学期刊杂志 网络上的各种技术相关视频
思考题
1.请问你对遗传学上所说的杂交的理解是？ 2.为何要杂交？ 3.杂交后代有何优势？ 4.传统育种杂交中亲代的选择是？
的先进生产工艺--------（揭开基因工程产业化的序幕） 1983年，携带有细菌新霉素抗性基因的重组Ti 质粒转化 植
物细胞获得成功。 1990年，美国科学家对一名因腺苷脱氨酶基因缺陷患有重度
联合免疫缺陷症的儿童进行基因治疗获得成功。 ------- （分 子医学新纪元）
四． 基因工程的发展历史
四． 基因工程的发展历史
1）准备阶段
19世纪中 孟德尔 豌豆杂交试验 遗传因子 经典遗传学 20世纪初 莫尔根 果蝇杂交试验 基因 基因学 1944年 艾弗瑞 肺炎双球菌转化实验 遗传物质DNA 1953年 沃森－克瑞克 DNA双螺旋结构 —搞清了遗传
物质的分子机制 1958年至1971年确立中心法则，破译64种遗传密码—使
将bar基因、bxn基因、tfdA基因导入作物提高抗性
抗除草剂大豆
抗除草剂作物
转基因植物研究
1. 提高植物抗性
抗旱、抗寒、抗热和抗盐
转鱼抗寒基 因的番茄
转基因番茄
1994年，美国政府批 准了他们研制成功抗 干旱、早熟、保鲜的 转基因番茄商品化之 后，我国也相继成功 培育出优良品种的转 基因番茄，以满足人 们的需求。
药物研究
1.基因工程激素类药物（胰岛素；生长激素； 促卵泡激素）
2.基因工程细胞因子类药物（干扰素；集落 刺激因子；白介素；肿瘤坏死因子；趋化因 子等）
3.基因工程抗体（抗肿瘤、抗感染、防止器 官移植中的排斥反应等）
4.基因工程受体（细胞因子受体；免疫球蛋 白受体；补体受体；抗原受体）
5.基因工程疫苗（细菌疫苗；病毒疫苗；核 酸疫苗；其他疫苗）
转基因植物研究
2.改善植物品质
通过转基因技术改变植物中氨基酸组成和含量，提 高植物的品质
我国科学工 作者，用转基 因技术，可以 转变矮牵牛花 的花色，使矮 牵牛花的花色 更加丰富多彩。
样品比较（左为普通棉花，右为兔毛转基因棉花）
转基因小麦
从植物体中分离出合 成赖氨酸的基因，把这基因 转入小麦植株中，培育出转 基因小麦。用这种转基因小 麦制造出来的面粉，更适合 用来烤面包，而且面粉中赖 氨酸含量高，这种面包的营 养价值高。
如今中国北部地区的棉花有95%都已 经是转基因的了，只有新疆北部地区还在 种植非转基因棉花。.
我国大豆食用油近七成是“转基因”产品
转基因植物研究
1. 提高植物抗性
抗除草剂——改变除草剂靶物的敏感性或导入编码除草剂的 解毒酶基因
如：将除草剂草甘膦的靶酶（EPSPS）的cDNA转入油菜，使 油菜对草甘膦的抗性提高4倍；
二、基因工程的理论依据
不同的基因具有相同的物质基础 基因是可以切割的 基因是可以转移的 多肽与基因间存在对应关系 遗传密码是通用的 基因可以通过复制把遗传信息传递到下一代
三基因操作的基本步骤
四个基本步骤：
1）提取目的基因 2）目的基因与运载体结合 3）将目的基因导入受体细 胞 4）目的基因的检测和表达
能 发 光 的 水 母
不 能 发 光 的 热 带 斑 马 鱼
设想
能否让热带鱼也能 发光?
能发 荧光 的热 带斑 马鱼
普通热带斑马鱼是不发荧光的
抗 虫 害 的 玉 米
抗虫棉
能产 生人 胰岛 素的 大肠 杆菌
糖尿病
糖尿病是一组以高血糖为特征的代谢性疾病。 高血糖则是由于胰岛素分泌缺陷或其生物作 用受损，或两者兼有引起。。
应用
人胰岛素 大肠杆菌
治疗糖尿病
人生长激素 大肠杆菌 治疗生长缺陷症
表皮生长因子 大肠杆菌 治疗烫伤、胃溃疡