DNA RNA 中心法则 PROTEIN 表型 代谢问题 生长、分化 个体发育 表型变异
1972
P. Berg等体外获得：SV40+λ
分享1980诺贝尔化学奖。
与 W.Gilbert & F.Sanger
1973 S.Cohen与H.Boyer等
非洲爪蟾
＋
核糖体基因
pSC101 质粒
重组DNA
大肠杆菌
• 各种生物遗传性状的差异是由DNA分子上碱 基排列的差异造成的。 • 将核苷酸顺序对应“翻译”成氨基酸顺序， 靠的是DNA分子上3个连续碱基构成的遗传 密码。
• 密码子：DNA或RNA上的碱基序列3个为1组， 可以编码1种氨基酸。
遗传密码表
遗传密码的特点
1. 简并性 • 同义密码子； • 差别在第3个碱基 上 2. 蛋白质合成有序性 • 起始密码AUG； • 终止密码UAA、 UAG、UGA； 3. 通用性
第3, 11, 12, 22号染色体的中等精度的图谱公布。
• 1996年国际合作的人类基因组大规模测序战略会议举行。 • 1997年美国成立国家人类基因组研究所(NHGRI)。第二次 大规模测序战略会议在白幕大群岛举行。 • 1998年美国能源部和国立卫生研究院制定新的五年计划， 预计整个计划将于2003年完成。 800多名各学科人员参 加的最大规模的“伦理 法律和社会问题”会议举行。
另外，据需要可能还要求
④ 携带外源DNA幅度宽 ⑤ 有促进外源DNA表达的调控区 ⑥ 特定宿主细胞段与载体连接，转
移到宿主细菌中长成克隆。克隆中每个细胞的载体上都 含有特定的基因组DNA片段。这些克这样的一套克隆称基因组克隆）
碱基
3.4nm
碱基
2nm
氢键 核糖-磷酸骨架
碱基对
3 ’ 端羟基
遗传信息载体： 脱氧核糖核酸（DNA）双螺旋分子；长度 单位：碱基对 (bp)，千碱基对 (Kb)，百万碱基对 (Mb)
DNA的二级结构
结构要点： • 反向平行; • 碱基配对; • 碱基距离为0.34nm; • 螺距为3.4nm。
34A0
最小的
突变(mutation unit)
交换(cross-over unit)
“三位一体”的
不可分割的
基本的
遗传单位
遗传学密码最早的提出者： George GAMOW • 俄裔理论物理学家 • “隧道”理论和宇宙大爆炸理论的奠基者之一 • “三联体”密码子的最早建议人 • RNA领带俱乐部的发起人之一和积极参与者
以一条DNA链为模板合成RNA
尿嘧啶（U）取代了胸腺嘧啶（T）
蛋白质的合成
翻译 Translation
• 定义： 以mRNA为模板，在核糖体上合成蛋 白质的过程。 • 参与翻译的分子： tRNA 、rRNA、mRNA、蛋白质。
tRNA 的结构和功能
核糖体的活性位点
蛋白质合成过程
中心法则
• DNA分子准确自我复制，使遗传物质世代相 传，使性状在繁Байду номын сангаас过程中保持了稳定性和 连续性。 • DNA复制时，一般每103-109碱基对可能出现 一次误差，如果在强理化因素影响下，差 错频率将大大增加。 • 这种差错反映到蛋白质结构上，使生物性 状和功能发生变异。
基因的概念
Concept of the Gene
构建重组体DNA
(Making Recombinant DNA)
一.
工具酶
1. 限制性核酸内切酶
Ⅰ型 切割位置远离识别序列
Ⅱ型
Ⅲ型
切割位置就在识别序列
切割位置在识别序列3’端20bp处
Ⅱ型限制酶
识别4个、6个、8个或更多碱基对的序列 产生粘性末端或平末端
例如
EcoRⅠ
5′－G A A T T C－3′
继人类基因组计划之后，美、英、中、日、加拿大参与 宗旨 加速识别与癌症、心脏病等疾病有关的基因
2003年3月7日 美 1200万美元 启动后基因组计划
旨在发现和确定人类基因中的功能基因
遗传密码表
反密码子：tRNA上携带的遗传密码是与 mRNA上的密码互补的，这个与遗传密码 互补的密码被称为反密码子。 密码子与反密码子间的正确识别是遗传 信息准确传递的保障。
遗传信息的转录
转录因子
ATGCCGGTACGGGCAAATATGCCCATGC TACGGCCATGCCCGT TTATACGGGTACG
草图的完成。
2000年7月，中国科学院遗传研究所人类基因组中心在
国际人类基因组组织注册，承担了其中1%的测序任务。
2001年 8月 26日宣布提前两年绘就“中国卷”
人类基因组的某些特征
基因组大小 （2.91～3.2）×106kb
常染色质
转录成RNA的序列 蛋白质的编码序列
2。952×106kb（占基因组92%）
• 1999年12月1日，首条人类染色体完成测序，人类 第22染
色体DNA全序列测定宣布完成。 人类基因组计划获得全 部基因序列“工作草图”的目标从2001年提前到2000年。
2000年4月6日，美国Celera遗传信息公司宣布，该公司
以破译出一名实验者的完整遗传密码。
2000年5月，科学家聚集美国冷泉港，宣布人类基因组
3.4A0
20A0
RNA的分子结构
1、核糖取代了DNA中的脱氧核糖
2、尿嘧啶（U）取代了胸腺嘧啶（T） 3、单链，但一条RNA链上互补部分会产生碱 基配对，形成双链区域。
二、DNA半保留复制
（一） DNA半保留复制学说
（二）半保留复制的验证
（三）复制过程
起始 延伸 终止
三、DNA复制的半不连续性
占基因组28% 占基因组1.1%～1.4%
内含子序列
基因间序列 基因数目
占基因组24%
占基因组75% 约4万个
其中功能未知的
已有诠释的基因数目 其中功能未知的
59%
2.6万个 42%
基因数目最多的染色体
基因数目最少的染色体
19号染色体（23个基因/Mb)
13号和Y染色体（5个基因/Mb)
2002年正式启动国际遗传变异图谱计划
切割
连接
植物的遗传转化
转化受体
细胞类型 叶片，茎段（子叶，胚轴） 原生质体 愈伤组织，悬浮培养细胞 未成熟胚，分生组织
⑴ 能接受外源基因并插入染色体组
⑵ 有再生能力 转化方法 农杆菌介导，基因枪 电击，PFG, 脂质体，微注射 基因枪，超声波 农杆菌介导，基因枪，超声波
花粉
子房，胚珠
基因枪，浸泡法
第二章 遗传物质的分子基础
一、核酸的分子组成及结构
(Cytosine,C)
(Uracil, U) (Thymine, T)
(Adenine, A)
(Guanine, G)
DNA的一级结构
DNA的二维结构
DNA 结构示意图
腺嘌呤
A
碱基
胞嘧啶
C
鸟嘌呤
G
胸腺嘧啶
T
5 ’ 端磷酸 磷酸
碱基 核糖
脱氧核糖核苷酸组成 多聚核苷酸链，两条链 互相盘绕形成双螺旋
Theory of the Gene
Thomas Hunt Morgan
1926
Theory of the gene • 基因是染色体上的实体 • 基因象链珠(bead)一样，孤立地呈 线状地排列在染色体上
• 基因是 (Three in one) ；
(1926 T. H. Morgan)
功能(functional unit)
经典的基因概念
1866. -1926.
遗传因子假说
(Hypothesis of the inherited factor G. J. Mendel 1866. ) • 生物性状由遗传因子控制 • 亲代传给子代的是遗传因子(A,a….) • 遗传因子在体细胞内成双(AA,aa) 在生殖细胞内为单（A,a） • 杂合子体细胞内具有成双的遗传因子(Aa) • 等位的遗传因子独立分离 • 非等位遗传因子间自由组合地分配到配子中
花粉通道，子房注射
微注射
基因枪
转化 病毒感染
农杆菌介导
人类基因组计划简史
• 1900 美国能源部和国立卫生研究院向美国国会提交人 类基因组计划。10月，美国投资三十亿启动了该计划。
• 1991 人类染色体图谱数据库GDB建立。
• 1992 人类的全部基因组的低精度遗传图谱公布。 • 1993美国能源部和国立卫生研究院修改其五年目标。 • 1994遗传图谱的五年计划提前一年完成。 • 1995 第16, 19号染色体的高分辨率物理图谱分别完成。
3′－C T T A A G－5′
AluⅠ
5’ －A G C T－3’ 3’ －T C G A－5’
2. DNA连接酶
催化相邻的3 ′－OH和5 ′磷酸基末端之 间形成磷酸二酯键
• •
连接粘端的连接酶 连接平端的连接酶
二. 载体(Vector)
1. 载体的条件
① 有复制原点，在细胞中能自主复制。 ② 有合适的限制酶切位点，外源DNA插入不影响载 体复制。 ③ 有选择标记基因或报道基因。