第十二章　基因工程与基因组学 遗传工程是将分子遗传学的理论与技术相结合，用来改造、创建动、植物新品种，工业化生产生物产品，诊断和治疗人类遗传疾病的一个新领域。 广义遗传工程包括：细胞工程、染色体工程。 狭义遗传工程是指：基因工程(重组DNA技术)。 克隆羊“多莉”

Presentation on theme: "第十二章　基因工程与基因组学 遗传工程是将分子遗传学的理论与技术相结合，用来改造、创建动、植物新品种，工业化生产生物产品，诊断和治疗人类遗传疾病的一个新领域。 广义遗传工程包括：细胞工程、染色体工程。 狭义遗传工程是指：基因工程(重组DNA技术)。 克隆羊“多莉”"— Presentation transcript:

1 第十二章　基因工程与基因组学 遗传工程是将分子遗传学的理论与技术相结合，用来改造、创建动、植物新品种，工业化生产生物产品，诊断和治疗人类遗传疾病的一个新领域。 广义遗传工程包括：细胞工程、染色体工程。 狭义遗传工程是指：基因工程(重组DNA技术)。 克隆羊“多莉”

2 第一节 基因工程 在分子水平上，采取工程建设方式 ，按照预先设计的蓝图 ，借助于实验室技术将某种生物的基因（基因组）或人工合成的基因，转移到另一种生物细胞中， 使后者定向获得新的遗传性状的一门技术。 基础：分子遗传学理论：三大理论发现：DNA是遗传物质；DNA双螺旋结构；中心法则； 工具：分子生物学、核酸生物化学以及微生物遗传学的现代方法和手段三大技术建立：限制性内切酶分离纯化；连接酶发现和使用；大肠杆菌转化体系建立。 巨大的变革——定向改变生物遗传学特性，甚至产生新的生物。

3 一、基因工程发展 1971年 史密斯（Smith H. O.）等人从细菌中分离出的一种 限制性酶→酶切病毒DNA分子，标志着DNA重组
　　　　时代的开始。 1972年　伯格（Berg P.）等用限制性酶分别酶切猿猴病毒和 　　　　λ噬菌体DNA，将两种DNA分子用连接酶连接起来 　　　　得到新的重组DNA分子。 1973年　科恩（Cohen S.）等进一步将酶切DNA分子 与质粒DNA连接起来，并将重组质粒转入E. cloi细胞。 目的基因与载体结合并转入受体细胞， 基因工程成为可能

4 1982年，美国食品卫生和医药管理局批准，用基因工程在细菌中生产人的胰岛素投放市场。
1985年，转基因植物获得成功（利用基因过程技术将目的基因转入植物体内并在其中表达）。 1986年，穆勒斯发明了PCR技术， 专利转让达3亿美元。 1990 年9月14日是基因治疗的诞生日。 在美国马里兰州的一个医疗中心进行第一例基因治疗临床试验。一个4岁的小女孩戴斯瓦(A.eSilva)，患有严重综合免疫缺失症（SCID）。将腺苷酸脱氨酶（ADA）基因转入骨髓细胞，再送回病人体内，基因治疗SCID 获得初步效果。 1994年，延熟保鲜的转基因番茄商品生产。

5 二、基因工程研究内容 1．从细胞和组织中分离DNA，或人工合成基因； 2．限制性内切酶酶切DNA分子，制备DNA片段；
　5．重组DNA随宿主细胞的分裂而分配到子细胞→ 建立无性繁殖系(clone) 或发育成个体； 　6．从细胞群体中选出所需要的无性繁殖系→ 并使外源基因在受体细胞中 正常表达，翻译成蛋白质等基因产物、回收；或筛选出获得定向性状 变异的个体。 即三步（1）目的基因获得（2）目的基因与载体重组 （3）转入受体细胞表达筛选 四步、五步

6

7 （1）利用噬菌体或质粒摄取基因——单拷贝基因
三、基因工程步骤 （一）目的基因获得 1、目的基因的分离 从细胞和组织中分离DNA。 （1）利用噬菌体或质粒摄取基因——单拷贝基因 噬菌体λ和φ80分别感染大肠杆菌，分别在LacZ两侧插入整合→UV照射，不准确脱离，λ和φ80可能带有LacZ基因，即λLac和φ80Lac，但Lac区段方向相反有互补关系→变性处理，离心取出λLac和φ80Lac各自H链混合→在Lac区段两H链互补成双链，两侧不能互补的成单链LacZ用核酸外切酶切去得Lac。

8 （2）鸟枪射击法——多拷贝基因 用限制性内切酶或超声波处理→各种大小DNA片段→凝胶电泳分开各DNA片段→分层切出各段，放入不同试管中搅碎，并加入少量缓冲液→提取DNA与载体结合→重组DNA分别感染大肠杆菌，使目的基因增殖→选择确定目的基因。 2、目的基因的合成 （1）化学合成法 根据目的基因基因核苷酸序列设计合成若干单链DNA片段，有一定互补性→片段混合，互补配对→在连接酶作用下连接。 第一用基因工程生产激素的基因——生长素释放抑制因子基因（人脑激素结构基因）用此法合成的（1977年）。

9 （2）酶促合成法 取出目的基因的mRNA→体外mRNA为模版在反向转录酶作用下反向转录CDNA→在DNA聚合酶作用下合成双链DNA（目的基因）。 1972年以来用此法合成人、鼠、鸡、鸭、鸽子等血红蛋白基因。 根据已知的基因或氨基酸序列，将化学合成寡核苷酸的方法与酶促合成DNA的方法结合起来可很快地人工合成基因。 如SOE-PCR技术可扩增出完整的基因序列。 SOE (交错延伸拼接) ——基因拼接的新方法 PCR(多聚酶链式反应)——扩增基因

10 人工合成基因： 1. 化学合成的寡聚核苷酸(80-100个核苷酸)通过SOE将单链部分补齐； 2. PCR扩增DNA片段；
5. PCR扩增DNA，利用多级SOE-PCR 扩增出完整的基因。

11 （二）载体与目的基因重组 1、载体（本质是DNA） 将“目的”基因导入受体细胞的运载工具。DNA片段与适合的载体DNA连接构成重组DNA →在载体DNA的运载下，高效率地进入宿主细胞，并在其中进行复制。 （1）载体的条件 a、具有复制原点，能自我复制，分子大小适中； b、具多克隆位点即有多种限制酶的切点，每种酶仅有1个切点； c、能自由从一个细胞进入另一细胞，并在受体细胞中高效复制增殖； d、目的基因插入后不影响载体活性； e、选择时的遗传标记，如抗生素基因。

12 （2）载体类型 ①细菌质粒：质粒是细菌细胞内独立于细菌染色体而自然存在的、能自我复制、易分离和导入的环状双链DNA分子。质粒具有重组表型检测标记，检测是否携带外源DNA片段。 根据在细胞内的复制程度： 严紧型：一个细菌细胞内的质粒数量有1-2个； 松驰型：每个细胞内有的20-60个。 如F质粒；PSC101带抗四环素标记基因；ColE1，带大肠杆菌素基因

13 Ti质粒 农杆菌中质粒 Ti质粒一部分DNA叫转移DNA (transfer DNA，T-DNA)，当农杆菌感染植物时，T-DNA便转移到植物的染色体上，诱导冠瘿瘤，并能合成冠瘿碱(opine)，作为农杆菌的碳源和氮源。 农杆菌感染产生冠缨瘤

14 如pUC18质粒具有以下特点： ①. 分子量小，可接受较大外源片段； ②. 拷贝数多，每个细胞中有500个；
③. 克隆位点的酶切位点多，克隆方便； ④. 具有a－互补的显色表型，用于检测重组质粒的选择标记。

15 ②病毒 λ噬菌体(温和型)：基因组全长49kb。噬菌体DNA中间约2/3的序列为中间基因簇，位于两端的为DNA左、右臂。中间基因簇可被外源DNA替代而不影响浸染细菌的能力。能接受15-23kb外源DNA片段，可以作为cDNA或核DNA克隆的载体。 优点（1）携带大片段外源DNA分子，可占用总量的25%时仍不失活。 （2）不易引起生物危害，有助于“目的”基因进入细胞并增殖； SV40（寄生动物细胞）； ③ 改造的载体 ColE1改造成PBR322（抗氨苄青霉素和四环素）；PSC1340由ColE1和PSC101改造

16 2．工具酶 （1） 限制性内切酶(restriction enzyme)： 一种水解DNA的磷酸二脂酶，遗传工程中重要工具。
这种酶能识别双链DNA分子中一段特异的核苷酸序列，在这一段序列内将双链DNA分子切断。 细菌细胞中存在限制修饰系统： 限制：降解外源DNA，防御异源遗传信息进入的手段。 修饰：修饰外源DNA片段后，保留在新细胞中。

17 根据其来自的生物名称，用英文字母和数字表示；
限制性内切酶的命名 根据其来自的生物名称，用英文字母和数字表示； ①. EcoRI来自大肠杆菌（Escherichia coli）； 　 ②. Hind　Ⅲ来自嗜血杆菌（Haemophilus influenzae ） 限制性内切酶的类别 　　第Ⅰ类酶（切割部位无特异性）： 　　如EcoB(大肠杆菌B株)、EcoK(大肠杆菌K株)分子量较大(约300000)，作用时需ATP、Mg++等辅助因子。 　　第Ⅱ类酶（切割部位有特异性）： 　　如EcoRI(大肠杆菌)、Hind　Ⅲ(嗜血杆菌)，分子量较小(20000~100000)，作用时需Mg++存在。

18 特点： ①具有强的专一性，能识别双链DNA上特异的核苷酸序列，一般4－6个碱基对（回文结构， E.ColRⅠ识别GAATTC/CTTAAG）； ②在识别序列一定位置切断DNA（G与A之间解开二脂键）； ③产生两种末端（粘性和平齐末端）。

19

20 平齐末端 如Sma Ⅰ：粘质沙雷氏菌（Serratia marcescens）

21 粘性末端 识别特定碱基顺序，为回文对称序列,又称反向重复序列： 从两个方向阅读而序列相同的序列。 如EcoRⅠ：

22 2、载体与目的基因重组 （2）连接酶 形成二脂键，1976年在T4中发现，现分离400多种，常用10多种，平齐末端必须用T4连接酶。
将目的基因与载体重组，用同一种限制酶切目的基因和载体→混合加入连接酶→重组DNA。

23 (1) 通过限制性内切酶的切割 和DNA连接酶的连接； (2)目标DNA分子 + 载体DNA，共价连接； (3)获得重组DNA分子。

24 （三）转移、筛选和表达 重组DNA分子引入宿主受体细胞→ 复制→ 建立无性繁殖系(clone)→ 并使外源基因在受体细胞中正常表达，翻译成蛋白质等基因产物、回收；或筛选出获得定向性状变异的个体。 1、转入受体细胞 细菌转化；转导；微型注射器登方法。 2、目的基因筛选 利用标记基因，如限制性内切酶用BamHI(液化淀粉芽孢杆菌中得到)，载体用PBR322（抗氨苄青霉素Apr和四环素Tcr）酶切点在Tcr基因内，Tcr→Tcs，目的基因插入Tcr基因内，即含目的基因的重组DNA为AprTcs，通过不同培养基筛选。

25 3、目的基因表达 目的基因表达，是否有合适的启动子，用外来基因的启动子；启动子与受体细胞的RNA聚合酶是否协调；外源DNA插入方向与转录方向是否一致。

26 具有生长激素的转基因鼠 四、 基因工程成果及应用 研究发展迅速，已取得一系列重大突破，理论研究中应用：基因文库、测序、基因功能研究等
基因工程技术已广泛用于工业、农业、畜牧业、医学、 法学等领域，为人类创造了巨大的财富。 具有生长激素的转基因鼠

27 （一） 基因工程工业 最早应用基因工程生产人的蛋白质的方法是在细菌中表达人的胰岛素(1982)。
胰岛素是一种控制糖代谢的蛋白质激素。缺乏糖尿病，注射胰岛素。 现已在细菌中生产10多种药品，例如表皮生长因子、人生长激素因子、干扰素、乙型肝炎工程疫苗等。 　　目前，酵母菌、植物悬浮细胞、植株和动物培养细胞均成功地应用于表达外源蛋白。

28 植物基因转化是指将外源基因转移到植物细胞内、并整合到植物基因组中稳定遗传和表达的过程，获得外源DNA的植物——转基因植物。
（二）植物基因工程： 植物基因转化是指将外源基因转移到植物细胞内、并整合到植物基因组中稳定遗传和表达的过程，获得外源DNA的植物——转基因植物。 许多植物基因已经被分离、克隆。植物基因转化技术也得到不断发展和完善。 对照 抗虫稻

29 1996年全世界转基因植物种植面积为170万公顷，1997年为1100万公顷，1998年为2780万公顷，1999年达到3990万公顷，2000年达到4420万公顷，2001年达到5260万公顷，2002年达到5000万公顷。2006年1.02亿公顷（科学时报，国际服务组织（ISAAA）发布2006年度报告）。

30 2001年种植面积已超过100万公顷的作物有： 主要分布在美国（3570万hm2）、阿根廷（1180万hm2）、加拿大（320万hm2）和中国（150万hm2）等国。 大豆（3330万hm2，占全世界转基因作物的63%，均为抗除草剂大豆）、玉米（980万hm2 ，占19% ）、棉花（680万hm2 ，占13% ）、油菜（270万hm2 ，5% ）； 其它还有水稻、小麦、花生、向日葵、亚麻、甘蓝、马铃薯等，番茄、烟草、南瓜和木瓜等50多种转基因作物已实现商品化。

31 2001年全世界转基因作物占相应种植总面积的百分率

32 转基因棉花、大豆、马铃薯、烟草、玉米、花生、菠菜、 甜椒、小麦等进行了田间试验，转基因棉花已经大规模 商品化生产。
2001年我国的转基因农作物和林木已达22种，其中 转基因棉花、大豆、马铃薯、烟草、玉米、花生、菠菜、 甜椒、小麦等进行了田间试验，转基因棉花已经大规模 商品化生产。 转基因棉花

33 与转基因植物相比，转基因动物的发展要慢些。
（三）转基因动物: 与转基因植物相比，转基因动物的发展要慢些。 转基因动物：目的基因+载体重组DNA微量注射法 将重组DNA导入受体合子细胞核中遗传转化。 如：利用转基因羊，大量表达人类的抗胰蛋白酶。 　　可分泌人类生长因子Ⅸ的转基因羊“Polly”(下图)。 (Wilmut等，Nature 385, 1997) 克隆动物、转基因动物区别

34 转基因牛：受精卵注射法

35 转移有人类生长激素转基因鼠 人类生长激素转基因猪 同胞鼠对照

36 克隆动物：将处于终末分化细胞核移入去核卵细胞中，植入雌体子宫中
发育为个体。 研究简介： 1938年汉斯、斯皮漫建议用成年细胞核植入卵中进行哺乳动物克隆。 1984年斯蒂恩、威拉德森宣布用胚胎细胞克隆一头羊； 1996年，威尔穆特研究小组克隆羊“多莉”诞生 （利用6岁成年母羊乳腺细胞核）——克隆动物。

37 1998年，美国夏威夷大学用一只实验鼠的细胞 克隆了3代共50只实验鼠。 2000年，美国用无性繁殖技术克隆猴子 “泰特拉”，意味克隆人体已无技术障碍。 2001年，美国宣布首次克隆成功处于早期阶段 的人体胚胎。 2002年，12 月26日“雷尔”教女法国研究者布里吉特.瑟利耶宣布克隆出第一个女婴（夏娃）。

38 我国核移植和克隆动物： 60年代，生物学家童第周对鲤鱼、鲫鱼进行细胞核移植。 1990年5月，西北农业大学畜牧所克隆一只山羊。 1992年，江苏农科院克隆一只兔子。 1993年，中科院发育生物学研究所与扬州大学农学院合作，克隆 一只山羊。 1995年7月，华南师大与广西农大合作，克隆一头奶牛、黄牛 杂种牛。 1995年10月，西北农大克隆6头猪。 1996年12月，湖南医大克隆6只老鼠。同年中国农科院畜牧所克隆一头公牛犊。（以上为胚胎细胞克隆 研究） 1997年后多种动物克隆。 克隆动物面临许多问题，老年化、物种稳定、伦理等

39 （四） 遗传疾病诊断 利用重组DNA技术进行遗传疾病诊断，是直接从DNA即基因水平进行诊断准确度高，速度快。

40 例如 RFLP （限制性片段长度多态性）法 ： ①. 原理：限制性内切酶能识别并切割特异核苷酸序列。
　①. 原理：限制性内切酶能识别并切割特异核苷酸序列。 　某位点核苷酸序列发生突变→有可能导致缺失或产生新的限制性酶切位点。 若突变只发生在同源染色体的一条 上，另一条正常，限制性内切酶酶切→ DNA片段带型可用于鉴别同源染色体的差异。 酶切后产生的DNA片段长度的差异， 称为限制性片段长度多态性　(restriction　fragment　length polymorphisms，RFLP)。RFLP差异具有共显性特点。 BamH I酶切位点

41 ②. 镰刀性贫血病的诊断： 　该病由β－球蛋白基因一个核苷酸突变（由GAG变成GTG)导致的，这个核苷酸改变也正好导致一个限制性酶切位点改变。 杂合体经酶切产生带型差异，识别该位点。

42

43 利用基因工程技术，将特异基因导入并整合到有遗传缺陷患者的基因组中治疗遗传疾病，通常叫做基因治疗(gene therapy)。
（五）基因治疗 利用基因工程技术，将特异基因导入并整合到有遗传缺陷患者的基因组中治疗遗传疾病，通常叫做基因治疗(gene therapy)。 单基因遗传病：白化病、先天性聋哑、血友病等。 多基因遗传病：唇裂、腭裂、精神分裂症、 先天性心脏病 方法：利用减毒的病毒DNA作载体(retro virus DNA)构建重组DNA分子用病毒包装物包装后形成的减毒病毒感染患者的细胞将正常基因整合到染色体上。

44 例如，用漠洛尼氏鼠白血病病毒(MLV)改造而成的retro virus载体，已用于治疗严重综合免疫缺陷(SCID)。
SCID是由于腺苷脱氢酶基因(adenosine deaminase，ADA)突变引起的，患者无任何免疫功能。 方法：将ADA基因导入到MLV retrovirus 载体中取代该病毒DNA中的三个基因结构(gag、pol、env)将重组后的病毒去感染T细胞，使ADA基因整合到T细胞的染色体中实现基因治疗的目的。 2000年法国Fischer用该方法治愈患有SCID遗传病的两个婴儿(8个月和11个月) 。这一工作被认为是20世纪人类基因治疗上的重大突破。

45 1991年，我国在世界上首次对B型血友病进行基因治疗临床研究；
　我国基因治疗研究取得了明显的成绩。 　　1991年，我国在世界上首次对B型血友病进行基因治疗临床研究； 　 1995年：基因治疗列入国家863计划（国家高技术研究发展计划）生物领域重大项目，研制成功具有自主知识产权的基因导入载体系统；恶性肿瘤、B型血友病、梗塞性外周血管病等７个基因治疗方案已进入临床阶段；20多个具有自主知识产权的基因治疗方案将于2004~2007年进入临床研究。 　　2004年1月：深圳市塞百诺基因技术有限公司研制的世界首个重组腺病毒p53基因（抑癌基因）治疗药物“今又生”正式获准上市。

46 第二节 基因组学(genomics ) 遗传学研究进入分子水平后发展起来的一个分支，主要研究生物体内基因组的分子特征。 1985年提出人类基因组计划（HGP），随着HGP的提出和实施，产生的基因组学。 一、基因组学 （一）基因组学概念 指对所有基因进行基因作图（遗传图谱、物理图谱、转录图谱等）、核苷酸序列分析、基因定位、基因功能分析的一门科学。包括结构基因组学和功能基因组学，前者是以全基因组的测序为目标，后者以基因功能鉴定为目标（又称后基因组学）。C值悖论 研究目标： 认识基因组的结构、功能和进化； 阐明整个基因组所包含的遗传信息和相互关系； 充分利用有效资源，预防和治疗人类疾病。

47 （二）发展历程 1、噬菌体φX174：1980完成测序（5368bp），第一个被测序的基因组
2、流感嗜血杆菌( haemophilus influenzae) 　1995 年7 月第一个细菌基因组全序列发表,大小为1.8 Mb。含1703 个基因或开放阅读。这是微生物乃至整个生物学领域的一个里程碑.(Science)

48 3、1997 年9 月,大肠杆菌的完整基因图谱已绘制成功, 基因组全序列完成, 全长为5Mb ,共有4 288 个基因,同时也搞清了所有基因产物的氨基酸序列.

49 4、啤酒酵母，1997年，第一个真核生物基因组图谱公布。

50 5、秀丽线虫( caenorhabditis elegans)
1998 年12 月完成了基因组测序。基因组大小100 Mb ,分布于6 条染色体,预测有19，099 个基因。

51 6、果蝇 Celera公司2000 年3 月宣布了基因组全序列为180 Mb。有 个基因,其中一半的基因功能还没有搞清楚,有1 600 个碱基跨度区仍未能完全测序。

52 7、2000 年12 月,第一个植物基因组——拟南芥基因组被全部测序,遗传图谱、物理图谱建立,序列大小为125 Mb。基因组测序区段覆盖了全基因组的115.4 Mb ,分析共含有 个基因, 编码蛋白来自 个家族。

53 8、2001年2月中旬，《Nature》与《Science》分别发表了人类基因组工作框架图,报告人类基因组共有30 亿个碱基对, 预测编码基因31 000个,比最初预测的10 万个编码基因数大大减少。

54 (1)人类基因组计划简史 1986年，美国杜伯克在《科学》上撰文，号召大家联合起来，从整体上把人类的基因组搞清。 1990年10月，经5年的辩论以后，美国国会终于批准被誉为生命科学“阿波罗登月计划”的国际人类基因组计划。 1998年5月，在美国罗克威尔组建私人公司：塞莱拉遗传公司，目标是投入3亿美元，到2001年绘制出完善的人体基因图谱，与国际人类基因组计划展开竞争。 1999年12月1日，国际人类基因组计划联合研究小组宣布，完整破译出人体第22对染色体的遗传密码。 2000年5月8日，由德国和日本等国际科研小组宣布，基本完成了人体第21对染色体的测序工作。 2000年6月26日，中、美、日、德、法、英等6国科学家公布人类基因组工作草图，标志着人类在解读自身“生命之书”的路上迈出了重要一步。 2001年2月12日，6国科学家和美国塞莱拉公司联合公布人类基因组图谱及初步分析结果。 2003年4月14日，6国科学家宣布人类基因组序列图绘制成功，HGP的所有目标全部实现。覆盖人类基因组所含基因区域的99%，精确率达到99.99%，比原计划提前两年多，耗资27亿美元。并公开研究数据和结果，赢得了这场竞赛。 但国际HGP的协作组与私人公司的竞争仍没有停止过，目前在许多领域研究仍进行竞争，如在单个基因型的SNP图谱研究方面。

55 9、2002年4月，水稻基因组图谱公布。

56 10、2002年，小鼠、疟原虫和按蚊基因组测序完成

57 鼠基因组共有约27亿个碱基对，比人类少15％，但其包含的基因数目约在3万个左右，与对人类基因数的最新估计非常接近。

58 人被蚊子咬之后5到10分钟，疟原虫孢子就会到达肝脏，入侵肝细胞，在这里它们可以躲过人体免疫系统的攻击。孢子侵吞肝细胞的营养，大量地分裂繁殖，大概一个星期之后胀破肝细胞跑出来，将数以百万计的新孢子释放进入血液。新的孢子马上入侵红细胞，再次逃过免疫系统的追杀。它们以血红蛋白为食，继续繁殖，大概两天后破坏红细胞，产生更多的孢子入侵其它红细胞……用不了多久，2/3的红细胞都会被疟原虫占领。疟原虫在血液里这种周期性的繁殖过程，就会导致病人三天两头地发高烧、打寒战。 疟原虫破坏 两个红细胞 疟原虫的裂殖子

59 人肝细胞内间日疟原虫（Plasmodium vivax）细胞前期成熟裂殖体疟原虫是疟疾的病原体，分布区几乎遍及全球。间日疟原虫是四种寄生于人体的疟原虫之一。

60 11、2003年 人类基因组计划宣布，人类基因组序列图绘制成功，人类基因组计划的所有目标全部实现
人类遗传变异图谱研究以及黑猩猩基因组测序计划开始

61 12、2003年11月，世界上首个复杂生物体的蛋白图谱－－果蝇蛋白图谱公布，从而实现了只显示遗传密码的基因图谱到揭示遗传密码功能的蛋白图谱的飞跃。
这个果蝇（Drosophila melanogaster）蛋白图谱发表在《科学》杂志的网络版上

62 这篇研究发布的这个含有7,000多个果蝇蛋白的图谱含盖了这些蛋白之间超过20,000种不同的互作。
这些果蝇蛋白有许多与人类蛋白类似，适于作为研制小分子药物如用于治疗癌症、心脏病和糖尿病的口服药片等的靶点

63 13、2004年３月１日 多国科学家组成的两个研究小组宣布绘制出鸡的基因序列草图和遗传差异图谱。 科学家选取了家鸡的远祖——红原鸡为测绘对象，绘制出了草图中约10亿个碱基对，相当于人类的三分之一。 科学家在９日出版的《Nature》杂志上载文说，分析发现，红原鸡约有２万到2.3万个遗传基因，与人类数量基本持平，其中有60％与人类相同。

64 意外的发现 鸡基因组的分析还仅仅是开始，不过已经得出了一些出人意料的结果。 科学家们发现，控制鸡生成角蛋白的基因与预想的不同。
角蛋白构成人类的头发、指甲，以及鸟类的喙和羽毛，科学家一直认为哺乳动物和鸟类的角蛋白来源相同。但图谱显示，鸡的角蛋白基因与哺乳动物的区别很大。 科学家由此推测，角蛋白可能独立进化出了两次。

65 意外的发现 另外，此前科学界一致认为鸡没有嗅觉，但是分析结果表明鸡具有大量的嗅觉基因，味觉基因却很缺乏。
分析还发现，鸡缺乏人类所具有的产生乳汁、唾液和牙齿的基因。

66 鸡基因组研究的意义 鸡是研究低等脊椎动物和人类等哺乳动物的一种比较理想的中介。
将人类基因组与鸡等其他生物的基因组进行比较，有助于更深入理解人类基因的结构和功能，进而开发治疗疾病的新手段，对于培育优质鸡种、改善食品安全、控制禽流感病毒的蔓延也有重要意义。

67 鸡的进化研究 鸡是种常见的家禽，长期受到进化生物学家的青睐。它的基因序列也有助于科学家了解农业和进化学上重要特性的遗传学基础。 转基因小鸡

68 对鸡和人类的基因组进行比较后发现约七千万个碱基对是共有的。
这暗示着在大约三亿一千万年前二个物种从共同祖先分化出来的时候，遗传物质具有守恒性。

69 鸡和所有的哺乳动物多起源于恐龙

70 鸟类的祖先——始祖鸟

71 “分道扬镳” 在鸟类和哺乳动物分离的时候，鸡获得了生成羽毛和喙的蛋白质的基因，而哺乳动物获得了毛皮蛋白质的基因，丧失了与蛋清和蛋黄有关的基因。 鸡的基因组比哺乳动物的紧凑的多，它拥有20万到23万个基因，但仅有十亿个DNA碱基，而同样多的基因人类需要三十亿个碱基。鸡的基因数量与哺乳动物的相当，但它的基因组含有重复的“垃圾”DNA的数量很少。

72 我国科学家在鸡基因组学研究上的重大突破 中国科学院北京基因组研究所在国际合作的框架下参与和主持完成的原鸡基因组和家鸡基因组多态性研究并于2004年12月9日发表在《自然》杂志上以主题科学论文的形式发表。

73 《Science》发表论文 我国家蚕基因组研究获国际认可

74 14、2004年12月10日 西南农业大学家蚕基因组研究群体的研究论文《家蚕基因组框架图》，于12月10日在国际顶尖科研杂志《Science》上发表，这标志着重庆市家蚕基因组研究成果已得到国际学术界的认可。

75 丝腺是合成茧丝蛋白质的生物器官，是蚕丝产业的生物学基础。
科学家通过分析家蚕基因组和基因表达谱，发现了1874个家蚕丝腺特异基因，其中97％为新发现；发现了丝腺中激素活动的证据； 科学家甚至比较了家蚕与被称为“生物钢”的蜘蛛丝的生产者——蜘蛛的基因构成，发现了它们共同拥有的１０７个基因。

76

77 这些功能基因的获得和功能分析的深入开展，将彻底突破茧丝蛋白质合成相关基因克隆和研究的瓶颈。
而随着家蚕丝腺特异基因研究的深入，中国将很快在改造丝蛋白质结构，克服丝绸天然加工弱点等重要产业技术的研发方面取得突破。

78 主要组成部分 ①构建基因组的遗传图谱； ②构建基因组的物理图谱； ③测定基因组DNA的全部序列； ④绘制基因组的转录本图谱；
　二、基因组图谱的构建： 主要组成部分 　①构建基因组的遗传图谱； 　②构建基因组的物理图谱； 　③测定基因组DNA的全部序列； 　④绘制基因组的转录本图谱；

79 （一）遗传图谱的构建 指基因或分子标记在染色体上的相对位置与遗传距离，用厘摩（cM）表示。1cM的遗传距离表示在100个配子中有1个重组子。在哺乳动物中，遗传图谱上1cM的距离大约相当于物理图谱上 bp。通过该图谱可分清各基因或分子标记之间的相对距离与方向，如靠近着丝粒或端粒。 1、遗传标记 包括： 形态标记 细胞学标记 生化标记 DNA分子标记

80 （1）形态标记 形态性状：株高、颜色、白化症等 又称表型标记 数量少 很多突变是致死的 受环境、生育期等因素的影响

81 最早建立的果蝇连锁图，就是利用控制果蝇眼睛的形状、颜色，躯体的颜色、翅膀的形状等形态性状作为标记，分析它们连锁关系及遗传距离，绘制而成的。
控制性状的其实是基因，所以形态标记实质上就是基因标记。

82 果蝇连锁图

83 明确显示遗传多态性的染色体结构特征和数量特征
（2）细胞学标记 明确显示遗传多态性的染色体结构特征和数量特征 染色体的核型 染色体的带型 染色体的结构变异 染色体的数目变异 优点：不受环境影响 缺点：数量少、费力、费时、对生物体的生长发育不利

84 （3）生化标记 又称蛋白质标记 就是利用蛋白质的多态性作为遗传标记。 如：同工酶、贮藏蛋白 优点：数量较多，受环境影响小 缺点：受发育时间的影响、有组织特异性、只反映基因编码区的信息

85

86 4、DNA分子标记 简称分子标记 以DNA序列的多态性作为遗传标记 优点： 不受时间和环境的限制 遍布整个基因组，数量无限 不影响性状表达
自然存在的变异丰富，多态性好 共显性，能鉴别纯合体和杂合体

87 限制性片段长度多态性 （restriction fragment length polymorphism，RFLP）
DNA序列能或不能被某一酶酶切，相当于一对等位基因的差异。 如有两个DNA分子（一对染色体），一个具有某一种酶的酶切位点，而另一个没有这个位点，酶切后形成的DNA片段长度就有差异，即多态性。 可将RFLP作为标记，定位在基因组中某一位置上。 人类基因组中有105个RFLP位点，每一位点只有两个等位基因。

88 RFLP分析

89 RFLP标记位共显性标记

90 微卫星（microsatellite）标记
微卫星又称为简单重复序列（simple sequence repeat，SSR）。 这种重复序列的重复单位很短，常常只有2个、3个或4个核苷酸 如一条染色体TCTGAGAGAGACGC 另一染色体TCTGAGAGAGAGAGAGAGACGC，就构成了多态性。

91 测序方法： 克隆连续序列法(clone contig)：将基因组DNA切割长度为0.1Mb-1Mb的大片段克隆到YAC或BAC载体上分别测定单个克隆的序列再装配连接成连续的DNA分子。 定向鸟枪射击法(directed shotgun)：以基因组图谱中标记为依据测序装配和构建不同DNA片段的序列。 基因组图谱根据构建的途径，可分为两种： 遗传图谱：根据遗传性状(如已知基因位点、功能未知的DNA标记、可鉴别的表型性状)的分离比例将其定位在基因组中，构建相应的连锁图谱。 物理图谱：将各种标记直接定位在基因库中的某一点上。

92 2、遗传图谱的构建： 理论基础: 连锁与交换 基本方法: 两点测验法和三点测验法 如人类基因组遗传图谱的构建： 家系分析法：分析8个家系134个成员(186个减数分裂) 根据5264个STR(简单重复序列)标记绘制而成（对于X染色体，另外利用12家系的170个成员分析(105个减数分裂)）将5264个标记定位在2335个位点构建的人类基因组遗传图谱密度为每个标记599 Kb。

93 (二)物理图谱的构建： 1. 构建物理图谱的原因： ⑴. 遗传图谱的分辩率有限： ⑵. 遗传图谱的精确性不高：
指DNA序列上两点间的实际距离，用分子生物学方法直接检测DNA标记在染色体上的实际位置绘制成的图谱称为物理图谱。 1. 构建物理图谱的原因： ⑴. 遗传图谱的分辩率有限： ⑵. 遗传图谱的精确性不高：

94 利用某一已知序列为标签的位点(sequence tagged sites，STS)作探针，与基因组DNA杂交，绘制物理图谱。
2. 构建物理图谱的三条途径： ⑴. 限制性酶图谱： 利用限制性内切酶绘制图谱，对于DNA分子长度<50Kb的片段，一般没有什么困难。而对于>50Kb的DNA分子，可选用稀有切点内切酶酶切DNA。 ⑵. 荧光原位杂交 是另一物理图谱构建方法通过荧光标记的探针与DNA分子杂交，使染色体上的杂交信号（位置就是探针DNA在染色体上的图谱位点）在显微镜下可直接观察。 ⑶.序列标签位点： 利用某一已知序列为标签的位点(sequence tagged sites，STS)作探针，与基因组DNA杂交，绘制物理图谱。

95 （三）转录图谱（表达图谱） 以EST（表达序列标签）为位标，根据转录顺序的位置和距离绘制的图谱，它是染色体DNA某一区域内所有可转录序列的分布图，是基因图的雏形。 EST：是从组织中提取的mRNA→cDNA片段，一般 bp。已建立人类、小麦、拟南芥、水稻等EST文库。 （四）序列图谱（分子水平的物理图谱） 以某一染色体上所含的全部碱基顺序绘制的图谱。既包括可转录序列，也包括非转录序列，是转录序列、调节序列和功能未知序列的总和。 三、结构基因组学研究常用方法 1. 脉冲场凝胶电泳（PFGE） 2. 毛细管电泳 3. 基因芯片技术 4. 全基因组随机测序

96 四、功能基因组学 利用结构基因组学提供的信息，以高通量，大规模实验方法及统计与计算机分析为特征，全面系统地分析全部基因的功能。 研究角度包括：生物学功能、细胞学功能、发育学功能等。 （一）研究内容 1、研究基因功能 包括：生物化学功能，如蛋白激酶对特异蛋白磷酸化修饰，细胞学功能（信号传递），发育功能（形态建成）。 2、基因组表达及时空调控的研究 不同时空条件、不同生理状态表达水平及调控机制 3、蛋白质组及蛋白质组学研究 是研究由基因组编码的全部蛋白质。包括鉴定蛋白质表达、存在方式、结构、功能等；蛋白质组学(proteomics) 是指研究细胞内所有蛋白质及其动态变化规律的科学，从蛋白质水平探索蛋白质作用模式和功能机理。 4、功能基因组多样性研究 在全基因组测序基础上对个体测序识别序列变异进而研究疾病基因，成为研究热点。 5、模式生物基因组研究 目的：利用模式生物基因组与人类基因组编码顺序和 结构上同源性，可克隆疾病基因，揭示基因功能和疾病分子机理。秀丽线虫、果蝇、拟南芥等。

97 （二）功能基因组学常用方法和技术 1、差异显示反转录PCR技术（DDRP-PCR） 2、微阵列分析技术 3、基因表达序列分析

98 1. DNA微列阵(DNA microarrays) ：

99 2. 蛋白质组学(proteomics ) ： 是从蛋白质水平来研究基因组的基因表达分析基因组的蛋白质类型、数量、空间结构变异以及相互作用的机制。 蛋白质组学比基因组学更为复杂.

100 3. 酵母菌双杂交系统(two hybrid-systems) ：
是利用酵母菌同一个细胞中共同表达不同蛋白质，以鉴定蛋白质之间互作的一种分析方法。 ∵真核生物的基因表达受转录因子控制，转录因子需与启动子区域的DNA结合并激活RNA聚合酶转录。 转录因子具有DNA结合及激活转录两功能，分别由不同区域完成，而且将这两部分分割成两个片段后仍由互作能装配成一个完全有功能的转录因子。 基于这一特点，设计出酵母双杂交系统。

101 4. 生物信息学(bioinformatics ) ：
是一种用计算机贮存原始资料，分析生物信息，将DNA芯片以及蛋白质双向电泳结果转变成为可读的遗传学信息的学科。 生物信息学是现代生物技术与计算机科学的结合，收集、加工和分析生物资料和信息。

102 生物信息学是在未来生命科学中起关键作用的学科之一。
应用生物信息学可以将来不同的基因组理论和应用综合并标准化，利用大量的生物信息资料来了解遗传网络系统、信号传递及相互关系，计算机还可进行一些生物模拟研究。 ∴利用生物信息学能够分析从微生物、植物以及人类基因组序列测定产生的大量资料阐明遗传信息。