分子遺傳學(xué)技術(shù)新進(jìn)展

1、分子遺傳學(xué)技術(shù)新進(jìn)展,,分子遺傳學(xué),遺傳學(xué)（Genetics）是研究生物的遺傳與變異，研究基因的結(jié)構(gòu)、功能及其變異、傳遞和表達(dá)規(guī)律的學(xué)科。,分子遺傳學(xué)（ molecular genetics ）是研究基因的活動和功能的科學(xué)。,近年來,分子遺傳技術(shù)發(fā)展極為迅速, 并對其它的生物學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生了巨大的影響。,1、 1944年，美國學(xué)者埃弗里等首先在肺炎雙球菌中證實了轉(zhuǎn)化因子是脫氧核糖核酸(DNA)，從而闡明了遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)。,2、1953

2、年，沃森和克里克提出了DNA分子結(jié)構(gòu)的雙螺旋模型，這一發(fā)現(xiàn)常被認(rèn)為是分子遺傳學(xué)的真正開端。,3、二十世紀(jì)50年代初期至70年代初期，是分子遺傳學(xué)迅猛發(fā)展快速進(jìn)步的年代。在這短短的二十余年間，許多有關(guān)分子遺傳學(xué)的基本原理相繼提出，大量的重要發(fā)現(xiàn)不斷涌現(xiàn)。,分子遺傳學(xué)主要研究內(nèi)容,分子遺傳學(xué)不同于一般的遺傳學(xué)，傳統(tǒng)的遺傳學(xué)主要研究遺傳單元在各世代的分布情況,而分子遺傳學(xué)則著重研究遺傳信息大分子在生命系統(tǒng)中的儲存、復(fù)制、表達(dá)及調(diào)控過程。,分子

3、遺傳學(xué)不是核酸及其衍生物（蛋白質(zhì)）的生物化學(xué)。,分子遺傳學(xué)研究的對象是分子水平上的生物學(xué)過程——遺傳及變異的過程。它研究的是動態(tài)的生命過程，而不是在試管里或電泳儀上孤立地研究生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能的簡單的因果關(guān)系。,分子遺傳學(xué)最新研究進(jìn)展,21世紀(jì) ①、逆轉(zhuǎn)錄酶的發(fā)現(xiàn)； ②、一些工具酶的先后發(fā)現(xiàn)； ③、斷裂基因的發(fā)現(xiàn)； ④、DNA測序方法建立； ⑤、核

4、酶的發(fā)現(xiàn)； ⑥、PCR技術(shù)建立； ⑦、基因的上游調(diào)控序列發(fā)現(xiàn)； ⑧、顯微注射技術(shù)運用； ⑨、基因重組技術(shù)發(fā)展、基因治療技術(shù)發(fā)展； ⑩、人類基因組計劃實施,人類遺傳密碼草圖面世…… 其它物種基因組測序,基因重組技術(shù),DNA重組技術(shù)是指按照人們的愿望，進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計，通過體外DNA重組技術(shù)和轉(zhuǎn)基因技術(shù)，賦予生物以新的遺傳特性，創(chuàng)造出更符合人們需要

5、的生物類型和生物產(chǎn)品，又叫基因工程；也叫基因拼接技術(shù)。,DNA重組技術(shù)培育抗蟲棉的簡要過程：,普通棉花(無抗蟲特性),蘇云金芽孢桿菌,,提取,抗蟲基因,,,轉(zhuǎn)基因棉花含抗蟲基因,轉(zhuǎn)基因棉花產(chǎn)生伴胞晶體,,轉(zhuǎn)基因棉花有抗蟲特性,DNA重組技術(shù)的基本工具,1、限制性核酸內(nèi)切酶——“分子手術(shù)刀”,（1）來源：,主要是原核生物；,（2）種類：,（3）特點：,（4）結(jié)果：,約4000種；,識別雙鏈DNA分子的某種特定的核苷酸序列，并且使每一條鏈中

6、特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵（切點）斷開。(6個,4、5、8個),形成兩種末端,1、種類：,兩類,2、 DNA連接酶——“分子縫合針”,E·coli DNA連接酶,T4DNA連接酶,來源,功能,大腸桿菌,T4噬菌體,恢復(fù)磷酸二酯鍵,只能連接黏性末端,能連接黏性末端和平末端(效率較低),相同點,差別,可把黏性末端之間的縫隙“縫合”起來，,E·coli DNA連接酶

7、 或T4DNA連接酶,即恢復(fù)被限制酶切開的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵,,,作用部位：雙鏈DNA片段之間 磷酸二酯鍵,作為運載體必須具備的條件,1. 能夠在受體細(xì)胞中自我復(fù)制并穩(wěn)定地保存。2.具有限制酶切點，以便與外源基因連接。3.具有某些標(biāo)記基因，便于進(jìn)行篩選。4.必需是安全的，不會對受體細(xì)胞有害。,3、載體——“分子運輸車”,最常用的質(zhì)粒是大腸桿菌的質(zhì)粒，其中常含有抗藥基因，如四環(huán)素抗性基因。質(zhì)粒的存在與否對受

8、體細(xì)胞生存沒有決定性作用，但復(fù)制只能在受體細(xì)胞內(nèi)完成。,質(zhì)粒是一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡單、獨立于細(xì)菌染色體（即擬核DNA）之外，并且具有自我復(fù)制能力的雙鏈環(huán)狀DNA分子。,質(zhì)粒是基因工程最常用的載體。,人類基因組計劃,在文中，杜爾貝科說： “這一計劃可以與征服宇宙的計劃相媲美，我們也應(yīng)該以征服宇宙的氣魄來進(jìn)行這一工作。”,杜爾貝科（1914～ )Renato Dulbecco美國病毒學(xué)家倫敦帝國癌癥研究基金實驗室,

9、總體計劃：在15年內(nèi)投入至少30億美元進(jìn)行人類全基因組的分析。,人類單倍體基因組 含30億堿基對(bp)的DNA序列，包括約3-4萬個基因，分布于22條常染色體和X、Y性染色體。,HGP基本內(nèi)容四個圖譜,遺傳圖譜物理圖譜序列圖譜轉(zhuǎn)錄圖譜,（一）遺傳圖譜（genetic map） 通過計算連鎖的遺傳標(biāo)記之間重組頻率而確定它們相對距離的遺傳圖，一般用厘摩（cM）來表示，遺傳圖譜確定了DNA標(biāo)志在染色體上的相對位置與

10、遺傳距離,故又稱連鎖圖譜（linkage map）。 它顯示所知的遺傳標(biāo)記在染色體上的相對位置，而不是特殊的物理位置。,（二）物理圖譜（physical map ） 描繪DNA上可以識別的標(biāo)記的位置和相互之間的距離(以堿基對的數(shù)目為衡量單位)，這些可以識別的標(biāo)記包括限制性內(nèi)切酶的酶切位點，基因等。物理圖譜不考慮兩個標(biāo)記共同遺傳的概率等信息。,（三）序列圖譜 人類基因組30億bp的全序列圖。 以遺傳圖和物理圖為

11、基礎(chǔ)建立。,先把龐大的基因組分為若干有路標(biāo)的區(qū)域，再測序。基本材料：一個DNA序列的重疊克隆群（使測序工作不斷延伸）,（四）基因圖譜（gene map）或轉(zhuǎn)錄圖譜（transcription map）。即在人類基因組中鑒別出占2%至5%的全部基因的位置結(jié)構(gòu)與功能?；驹恚旱鞍踪|(zhì)推測mRNA的序列，mRNA反轉(zhuǎn)錄為cDNA，然后利用其與所測序列進(jìn)行雜交，鑒別出與轉(zhuǎn)錄有關(guān)的基因。,基因圖譜的意義1、能為估計人類基因的數(shù)目提供可靠

12、的依據(jù)。2、提供不同組織、不同時期基因表達(dá)的信息（數(shù)目、種類及結(jié)構(gòu)功能）。3、提供結(jié)構(gòu)基因的標(biāo)記，可以作為篩選基因的探針，有直接的經(jīng)濟(jì)價值。4、鑒定病態(tài)基因（如癌基因）的變異位置,HGP細(xì)節(jié)研究成果 1 全部人類基因組約有2.91Gbp，約有39000多個基因； 2 目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)和定位了26000多個功能基因; 3 基因數(shù)量少得驚人; 4 人與人之間99.99％的基因密碼是相同的; 5 人類基因組中

13、存在“熱點”和大片“荒漠”;,6 男性的基因突變率是女性的兩倍;7 人類基因組中大約有200多個基因是來自于插入人類祖先基因組的細(xì)菌基因;8 發(fā)現(xiàn)了大約一百四十萬個單核苷酸多態(tài)性，并進(jìn)行了精確的定位，初步確定了30多種致病基因;9 人類基因組編碼的全套蛋白質(zhì)（蛋白質(zhì)組）比無脊椎動物編碼的蛋白質(zhì)組更復(fù)雜.,HGP意義,1 HGP對人類疾病基因研究的貢獻(xiàn) （最重要）,尋找遺傳疾病基因的常規(guī)流程,,HGP對生物技術(shù)的貢獻(xiàn) ：

14、 （1）基因工程藥物 （2）診斷和研究試劑產(chǎn)業(yè) （3）對細(xì)胞 胚胎工程的推動 HGP對制藥工業(yè)的貢獻(xiàn)HGP對生物進(jìn)化研究的影響 HGP帶來的負(fù)面作用,分子遺傳學(xué)的發(fā)展趨勢,1. 從遺傳信息傳遞規(guī)律研究轉(zhuǎn)向遺傳信息表達(dá)及其調(diào)控研究2. 從單基因研究轉(zhuǎn)向多基因研究3. 基因結(jié)構(gòu)研究轉(zhuǎn)向基因功能研究4. 從單一學(xué)科研究轉(zhuǎn)向多學(xué)科交叉滲透的多學(xué)科研究5. 從理論研究到應(yīng)用基礎(chǔ)研