基因工程和基因组学.ppt

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1、第一节 基因工程,一、基因工程概述,基因工程的概念：按照既定的目的和方案，把目的基因片段与载体DNA连接形成重组DNA分子，然后将其导入宿主细胞，并对含有目的基因的细胞进行克隆，最后利用克隆的基因表达、制备蛋白质或多肽，或定向改造细胞乃至生物个体。这种技术方法称为基因工程。,基因工程的基本过程：目的基因的制备载体的制备目的基因与载体的连接重组DNA分子导入宿主细胞含目的基因细胞的筛选和鉴定,基因工程（gene engineering）也称为遗传工程（genetic engineering）、基因操作（gene manipulation）、重组技术（recombination DNA techn

2、iques）。有时人们还称它为基因克隆（gene cloning）或分子克隆（molecular cloning）。DNA重组：不同来源的DNA分子通过磷酸二酯键连接而形成重新组合的DNA分子的过程，称为DNA重组（DNA recombination）。,基因工程概述,基因工程概述,工 具 酶,限制性内切核酸酶,DNA聚合酶（Klenow片段）逆转录酶T4DNA连接酶碱性磷酸酶末端脱氧核苷酰转移酶Taq DNA聚合酶和其它耐热DNA聚合酶,修饰酶,二 限制性内切核酸酶,1、限制性内切核酸酶的命名：命名规则：用来源细菌的英文缩写斜体符号命名。它的第一个字母大写，代表细菌的属名；第二、三字母小写，

3、代表细菌的种名；第四个字母代表菌株；最后用罗马字母表示同一菌株中不同限制酶的编号。,2、限制性酶分类.限制酶：通常在识别位点下游1001000bp处切割DNA，切割位点难以预测。每隔一段DNA序列随机切断双连DNA分子,没有序列特异性.限制酶：在识别位点切割DNA，切割位点固定，序列可知。限制酶：在识别位点附近切割DNA，切割位点难以预测。,第类限制性酶能识别一段特异的DNA序列,准确地酶切双链DNA的特异序列（回纹对称序列）.从两个方向阅读序列相同的序列称为回纹对称序列5GAATTC3 5GAATTC3 3CTTAAG5 3CTTAAG5,3、切割方式：交错切割DNA 双链,产生两个相同的单

4、链黏性末端(sticky end)；平齐切割DNA 双链,产生两个相同的单链平齐末端。例如：5GAATTC3 5GAATTC3 3CTTAAG5 3CTTAAG55G 5-AATTC33CTTAA G5,5-CCCGGG3 3GGGCCC5 5-CCC GGG3 3GGG CCC5,末端转移酶（terminal transferase）该酶全称为末端脱氧核苷酸转移酶（terminal deoxynucleotidyl transferase），它所催化的反应与DNA pol I 相似，所不同的是它不需要模板，它可以含有的片段为引物，在端加入核苷酸达几百个。末端转移酶常用于在平头上合成一段寡聚核

5、苷酸，从而形成粘性末端。,连接酶（DNA ligase）该酶常从噬菌体的受感细胞中提取，是由噬菌体基因组所编码的，所以基因工程中常用的连接酶是连接酶。它可催化中磷酸二脂键的形成，从而使两个片段以共价键的形式结合起来。DNA连接酶对具有粘性末端的DNA分子能很好地连接，对平末端的DNA分子也可以进行连接，但连接效率较低，必须加大酶的用量。,连接酶,限制酶,反转录酶（reverse transcriptase）这类酶来自于反转录病毒，它可以为模板，催化合成。目前常用的有禽源（AMV）及鼠源（M-MLV）反转录酶两种。,三、载体（vector）,载体,克隆载体,表达载体,质粒噬菌体粘性质粒M13噬菌

6、体,大肠杆菌表载体酵母菌表达载体哺乳动物表达载体,具复制原点(ori),在宿主细胞中不仅能独立地自我复制,而且能带动携带的外源DNA片段一起复制.具有多个克隆位点(multiple cloning site,MCS,或称polylinker region),即具有多种限制性酶的切点,而每一种酶的切点只有一个,用于克隆外源DNA 片段.这些酶切位点不存在于复制原点或抗性选择标记基因内,以保持载体的自主复制特性及表型标记性状.至少具有一个选择标记基因,这个基因通常是抗菌素的抗性基因或某种酶的基因,而宿主细胞则没有这种基因,使有或无载体的宿主细胞具有易鉴别的表型.易从宿主细胞中回收.,载体需要具备以

7、下4个条件:,（一）质粒（plasmid）概念：质粒是细菌细胞内携带的染色体外的能独立进行复制的环状DNA分子。,具有以下特点（例如pUC18质粒）分子量小(2.69kb),也可以接受较大的外源片段.拷贝数多,在每个宿主细胞的拷贝数可达500个;多克隆位点多,克隆方便;具有-互补显色表型,可作为检测重组质粒存在与否的选择标记.-互补：是指来自细菌DNA的lacZ酶(-半乳糖苷酶)N端的一段氨基酸残基(-肽),在与-肽缺失的酶混合后(体外或体内),能恢复lacZ酶的活性的一种基因内互补现象.,Hind,EcoR,Bam,Hind,Mst,多克隆位点Multiple cloning sites,-

8、互补原理,Lac Z是lac Z基因的突变型，编码半乳糖苷酶N端的146个氨基酸（全长1201氨基酸）。MCS也在这个区域内。这类载体的适合宿主细胞必须是Z基因突变型，只具有Z基因C端的序列。当两个Z基因的突变产物在一起时可产生蛋白质间的互补，称互补。具有互补的细菌培养在含IPTG（异丙基硫代-D-半乳糖苷）及X-gal（5-溴-4-氯-3-吲哚-D-半乳糖苷）的培养基上会形成兰色菌落。相反，不互补则产生白色的菌落。X-gal本身是无色的，在半乳糖苷酶的水解下产生兰色的物质（被水解为无色的半乳糖及深兰色的5-溴-4-氯靛兰），因此菌落为兰色。当在多克隆位点插入一个外源DNA片段时,破坏了-肽的

9、阅读框架,使-肽不能正确表达,，则不能产生互补，因此菌落是白色的。所以白色为阳性克隆。IPTG起诱导表达的作用，相当于乳糖，但它的诱导效率远高于乳糖。,-半乳糖苷酶,5-溴-4氯-3-吲哚-D-半乳糖苷（X-gal）,蓝色物质,蓝白斑筛选重组质粒,噬菌体的DNA中间约2/3的序列为中间基因簇,位于两端的为DNA 左臂和右臂.中间基因簇序列可被外源DNA片段取代,而不影响噬菌体感染细菌及形成噬菌斑的能力.因此,在改造利用噬菌体做载体时,在两个臂与中间基因簇处导入限制性酶切点,酶切DNA后分别得到两个臂,再将经同一种酶酶切的外源DNA片段与两个臂连接构成重组DNA分子.形成的重组DNA分子用噬菌体

10、蛋白包装提取物体外包装后,经感染具有适宜基因型的宿主细菌菌株,形成噬菌斑.然后据噬菌斑的形态即可鉴定出阳性克隆.噬菌体作载体与细菌质粒相比,具有易操作,阳性克隆数多等特点,现广泛用于各类基因库的构建.,噬菌体,柯斯质粒(cosmid)是利用部分噬菌体DNA与部分细菌质粒DNA序列组建而成的.柯斯质粒具有噬菌体的cos序列(12bp)和细菌质粒的复制原点.cos序列是噬菌体DNA包装成噬菌体时所必需的,而质粒的复制原点可使柯斯质粒在细菌细胞中同普通细菌质粒一样自主复制.柯斯质粒也具有抗生素抗性基因.尽管这种质粒的分子量较小,但他可接受长达50kb的外源DNA片段,这在克隆真核生物基因中十分有用,

11、因为一个DNA 片段就可能具有真核生物基因的编码序列及其他调控序列.柯斯质粒不仅直接用于真核生物基因的分离与克隆，还与YAC克隆系统结合,用于基因作图分析.,柯斯质粒,是指能在两种不同的生物中复制的载体.例如既能在原核生物中复制,又能在真核生物中复制的载体.因此,这类载体既具有细菌质粒的复制原点及选择标记基因,又有真核生物的自主复制序列(ARS)以及选择标记性状,具有多克隆位点.通常穿梭载体在细菌中用于扩增克隆的基因,在酵母菌中用于基因表达分析.Yep为酵母菌附加体质粒.Yep的Amp和四环素(Tc)抗性用于细菌中选择,而URA3(尿嘧啶)基因用于在酵母菌中选择。可将外源DNA片段插在抗生素基

12、因中,通过插入失活,选择阳性克隆.将带有URA3基因的Yep转化为URA3-酵母菌菌株后,阳性克隆可在不含附加尿嘧啶的培养基上生长,而非阳性克隆则不能生长.,穿梭载体,细菌人工染色体(BAC)为了克隆较大的外源DNA片段而设计构建的.BAC载体是基于细菌的性因子(F因子)质粒的一些特点构建的.F因子是细菌细胞内能自我复制的质粒,约100kb,同时能在细菌接合时转移1000kb 的细菌染色体片段.将F因子经基因工程改良构成的BAC载体,可用于克隆100kb以上的DNA片段.BAC载体本身分子量小,如由小F质粒构建的载体pBeloBAC11全长7.4kb,仅带有自我复制，控制拷贝数(repE)及质

13、粒分配(parE,parA,parB)所必须的最少序列.这些基因均来自F因子.BAC载体还具有氯霉素抗性选择基因以及多克隆位点.在pBeloBAC11中,多克隆位点lacZ基因内,因此可采用选择pUC18阳性重组子的方法,即-互补显色法选择阳性BAC重组子.,细菌人工染色体(BAC),根据穿梭质粒Yep的一些特点构建而成.1996年酵母菌基因组全部序列已经测定,为分析YAC克隆提供了直接依据.将来自YAC克隆的序列与酵母菌基因组序列比较,即可以完全排除重组YAC载体来自酵母菌DNA的可能性.同Yep载体一样，YAC也具有自主复制序列、克隆位点以及可在细菌和酵母菌中选择的标记基因。此外，YAC还

14、具有酵母菌染色体的一些特点。YAC可以接受1001000kb 的外源DNA片段，这一特点使YAC成为人类基因组计划及图位克隆分离基因的重要工具，并促进了发展人类人工染色体（human artificial chromosome，HAC）的研究。,酵母人工染色体(YAC),Ti质粒是一种细菌质粒，它自然存在于根瘤土壤杆菌细胞中。根瘤土壤杆菌可感染大多数双子叶植物的受伤部位，使之产生冠瘿瘤。植物产生的这种根瘤细胞与动物的癌细胞(tumor)相似，它们能独立地、不受控制地生长。根瘤细胞的形成是因为根瘤土壤杆菌中存在着一种诱导瘤细胞(tumor-inducing，Ti)的质粒，这种质粒被称为Ti质粒。

15、Ti质粒的一部分DNA叫做转移DNA（transferDNA，T-DNA），DNA整合到宿主植物细胞的染色体后，就诱导出根瘤，并使根瘤细胞合成冠瘿碱，作为根瘤土壤杆菌的碳源和氮源。,七Ti质粒及其衍生载体,(1)Ti质粒具有5个主要功能区域。它们分别是T-DNA、质粒转移(plasmid transfer)、冠瘿碱代谢、复制原点 和毒性区域。(2)T-DNA内的致瘤细胞诱导根瘤细胞，由这类细胞不能再生成植株。T-DNA区域内的所有基因与转移无关，所以将致瘤基因全部缺失即卸甲（disam）后，将细菌抗生素的抗性基因或其他序列插入到这个区域，形成的T-DNA仍可将RB至LB内的序列 转移并整合到植

16、物基因组。(3)vir的毒性基因是T-DNA转移所必需的，毒性基因可以顺式及反式两种方式控制T-DNA转移。,Ti质粒的特点,原核生物主要载体用途小结：,(一)从基因库中分离基因 1构建基因库(1)核基因库。核基因库(GENOMIC library 或 genomic bank)是将某一生物的全部基因组DNA酶切后与载体连接构建而成的。通常的方法是，尽量提取大分子量的核DNA，用限制性酶酶切后，分离选择具有一定长度(大于15kb)的DNA片段，与适宜的载体(如EMBL)连接构成重组DNA分子，根据所用的载体，选择相应的宿主细胞用于克隆。,四、基因的分离与鉴定-获取目的基因及鉴定基因产物,提取基

17、因组DNA,限制酶酶切基因组DNA,转移入大肠杆菌进行克隆,酶切DNA片段与质粒载体连接,(2)染色体基因库。将基因组的一部分(如一根染色体)用来构建基因库，（3)cDNA库：cDNA库是以mRNA为模板,经反转录酶合成互补DNA(complementary DNA,cDNA)构建的基因库。合成方法：利用一段poly-T为引物，与poly-A互补配对，在反转录酶作用下，用poly-T引物引导合成一条互补DNA，形成RNA-DNA杂合双链。第一条互补DNA链形成时，通常在其3末端回转形成发夹结构，作为引物引导合成第二条链DNA，再用Sl核酸酶将发夹结构的单链部分降解，就得到了双链DNA。也可在形

18、成RNA-DNA杂合链后，用RNA H酶(Rnase H)在mRNA链上产生一些缺刻(nick)，形成很多RNA分子小片段，在DNA聚合酶的作用下，以这些RNA小片段为引物引导合成第二条DNA链。,从细胞中分离出mRNA,逆转录生成cDNA,与载体连接成重组DNA,转移入大肠杆菌进行克隆,合成双链DNA,逆转录酶,T4DNA聚合酶,利用一段核苷酸序列(DNA，cDNA或寡聚核苷酸)作探针(probe)，用放射性同位素或非放射性同位素标记探针，筛选基因库。若筛选入噬菌体构建的库，可利用菌斑杂交法：将经重组噬菌体(来自构建的基因库)感染宿主细菌细胞，噬菌体在宿主细胞内复制扩增后形成噬菌斑。一个噬菌

19、斑就是一个克隆。再将培养皿中的噬菌斑转到硝酸纤维膜或尼龙膜上变性，然后用标记的探针(也变性成单链)与膜上的噬菌体DNA杂交，将杂交膜用X光片放射自显影，检测杂交信号。凡是与探针杂交的噬菌斑即为阳性克隆，在X光片上有杂交信号(黑点)。根据杂交信号在膜上的相对位置，定位找出培养皿中所对应的噬菌斑，挑出并培养阳性噬菌斑，,2筛选基因库,首先将阳性克隆DNA酶切；然后将酶切的产物用琼脂糖凝胶电泳，最后做出图谱。Page227图,3、阳性克隆的分析与鉴定：,(1)限制性酶图谱。,泳,Southern 杂交分析(Southern blotting)是基因工程中常用的方法，1975年由英国的Southern

20、发明。先是将DNA用限制性酶酶切，然后将酶切的DNA进行琼脂糖凝胶电泳，经过变性处理后，将凝胶上的DNA转移到膜上，再用经过放射性同位素或非放射性同位素标记的DNA探针与膜上的DNA片段杂交，洗去膜上非特异性结合的探针后，用X光片放射自显影检测杂交信号。如果转移的膜上具有与杂交探针相同或部分同源的序列，放射自显影后就会检测到杂交带信号。,(2)核酸分子杂交。,Sanger于1977年发明的双脱氧核苷酸链终止法：将序列反应分为A、C、G和T4管，每管中含有变性的DNA模板、DNA聚合酶、标记的引物、4种脱氧核苷酸，再掺入一种一定比例的双脱氧核苷酸。在DNA合成过程中，双脱氧核苷酸与互补序列配对被

21、整合到正在延长的DNA链中，在不同DNA链上随机地整合在不同位置。由于双脱氧核苷酸在第三位没有游离的羟基(-0H)，无法再连接另一个核苷酸，导致DNA链合成在这里终止。结果每一个反应管中都合成一系列不同大小的DNA分子。将4个反应产物并排点在聚丙烯酰胺凝胶上的4个孔中，电泳后每个孔中形成一条梯状DNA带，从底部往上阅读，即是5到3端的序列。,(3)核酸序列测定。,脱氧核苷酸的连接,DNA测序,脱氧核苷酸的连接,X,四套反应体系,1-dATP,dCTP,dGTP,dTTP.+ddATP2-dATP,dCTP,dGTP,dTTP.+ddCTP3-dATP,dCTP,dGTP,dTTP.+ddGTP

22、4-dATP,dCTP,dGTP,dTTP.+ddTTP,ATGGTACCGCAT,DNA自动测序,分析核酸序列是不是所需要的基因，或具有什么功能，同源性比较是常用的方法之一。另一种方法是分析核酸序列的阅读框架。,(4)核酸序列分析。,(二)聚合酶链式反应(PCR)扩增基因,聚合酶链式反应(poly-merase chain reaction,PCR)是体外快速扩增DNA的方法。由美国的Mullis于1986年发明的方法，可在数h内使目的基因片段扩增到数百万个拷贝.PCR反应包括下述3个步骤。1变性 在94-95oc使模板DNA的双链变性成单链。2复性 两个引物分别与单链DNA互补复性，复性的

23、 温度为50-70oC 3延伸 在引物的引导及Tap酶的作用下，于72oC记 下合成模板DNA的互补链。,PCR技术原理示意图,靶序列,链延伸,DNA以指数形式扩增(2n)，其中长片段以线性形式扩增(2n+2)，最终主产物片段长度在两个引物之间。,预变性(92-95C,2-5m),变性(92-95C,30s),复性(40-60C,30s),延伸(72C,30-60s),总延伸(72C,7m),(25-35),PCR的一般过程：,经过30次的循环,扩增的DNA片段可达100万倍以上。,先化学合成多个含有8-100个核苷酸的寡聚核苷酸，每个寡聚核苷酸之间具有19-24个核苷酸的重叠序列,再将各个寡

24、聚核苷酸等量(摩尔浓度)混合，在DNA聚合酶(或Tap酶)作用下，各寡聚核苷酸又作为引物合成新链，使单链部分补齐成为双链。再用两个PCR引物，经PCR扩增出DNA片段。若将两个DNA片段放在一起，经多级SOE-PCR扩增出完整的基因片段.,(三)人工合成基因:,(一)基因工程工业：如细菌中表达人的胰岛素，先人工合成成熟胰岛素原的A链和B链核苷酸(A链63bp，B链90bp),再分别与载体中的-半乳糖苷酶序列连接，构成-半乳糖苷酶-胰岛素原融合蛋白，受-半乳糖苷酶启动子控制。将构建的重组质粒转化大肠杆菌细胞，分别表达-半乳糖苷酶与A链或B链的融合蛋白。从细菌中纯化的融合蛋白用溴化氰处理裂解，将-

25、半乳糖苷酶与A链或B链分开，得到纯胰岛素原蛋白。再将纯化的A链和B链混合后，经二硫键连接成为完整的胰岛素。,五、基因工程的应用,胰岛素原的人工合成,胰脏,(A)n胰岛素原mRNA,cDNA,重组质粒,转化细菌,mRNA,反转录酶,胰岛素原基因,与质粒连接,感染E.coli,胰岛素原,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。1，根瘤土壤杆菌转化技术:将目的基因与花椰菜病毒35S启动子及终止子组成嵌合DNA分子，插入到Ti衍生质粒的RB与LB内构成重组质粒，再转化到根瘤土壤杆菌细胞，将得到的重组根瘤土壤杆菌去感染植物细胞，从而使质粒的部分

26、DNA与目的基因一起整合到植物染色体上，实现遗传转化。2基因枪转化技术:通过高压气体等动力，高速发射包裹有重组DNA的金属颗粒，将目的基因直接导人受体细胞，并整合到染色体上的方法。,(二)植物基因工程,主要在抗病虫害、抗逆性、提高品质等方面的转基因作物。至1998年4月，世界各国批准进行的大田实验已达4387项。,转基因动物:将目的基因与载体构建成重组DNA后，用微量注射法将重组DNA导人受体合子细胞核中，实现遗传转化。例如，利用转基因羊大量表达人类的抗胰蛋白酶。,(三)转基因动物:,畜牧业：培养出了包括猪、牛、羊、马、鸡、鱼等多种动物的转基因动物，涉及的基因有生长激素基因、抗冻基因、抗病毒基

27、因等。生产贵重药物乳腺生物反应器，如：红细胞生成素（肿瘤化疗的辅助药物）、乳铁蛋白（促进铁的吸收）、1-抗胰蛋白酶（治疗囊性纤维化及肺气肿）、凝血因子VIII及IX（治疗血友病）人血清白蛋白（治疗烧伤）、等。预测到2005年，年产值可达350亿美圆。,(四)遗传疾病诊断,(1)RFLP(限制性片段长度多型性)法 限制性内切酶能识别并切割特异核苷酸序列。如果某一位点的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。若这种突变只发生在同源染色体中的一条上，另一条染色体正常，用限制性酶酶切后，据DNA片段的带型，就可以鉴别出一对同源染色体的差异。如镰刀性贫血病的诊断。,RFLP：rest

28、riction fragment length poly-morphism,限制性片段长度多态性。,产生多态性的原因是内切酶位点的变化。原位点的消失；新位点的产生。,GAATTCCTTAAG,GATTTCCTAAAG,2kb,3kb,5kb,7kb,人的RFLP指纹分析,A为父亲的DNA指纹图谱，B为母亲的DNA指纹图谱，C为子女可能出现的DNA指纹图谱。图左、右两侧的箭头表示子女DNA指纹图中分别与其父、母的DNA指纹图谱中相对应的分子杂交条带,例2：系统发育的RFLP分析,如果植物A与祖先植物种相比变化很小，假设它发生了两个突变，一个突变是形成植物B的过程中产生了一个9kp和4kp的片段；

29、另一个突变是形成植物C的过程中，一个限制性内切酶位点消失，产生一个11kp的内切酶片段，而5kp和6kp两条带消失。可以根据这些变化列出如右侧的系统发育图。,利用RFLP可以确定基因型,当已知突变基因的核苷酸序列时，就可以用人工合成的寡聚核苷酸进行PCR反应，将PCR产物用作点杂交分析，鉴定基因型。这种可用于检测单个核苷酸变异的方法，称为等位基因特异寡聚核苷酸法.如镰刀性贫血病的诊断。从白细胞中提取DNA后特异引物进行PCR，再将PCR产物点到膜上，用-球蛋白基因作探针杂交，据杂交信号强度直接判断基因型.当用正常寡聚核苷酸进行PCR分析时，根据杂交信号推知:纯合(AA)基因型产生强信号(深色)

30、，杂合(AS)基因型产生较弱信号(较浅),而突变的隐性纯合(SS)基因的序列不能与AS0结合，故没有信号。但如果用S突变的ASO进行PCR，杂交信号的强度正好与上述相反.,2等位基因特异寡聚核苷酸法:,利用基因工程技术，将特异基因导入并整合到具有遗传缺陷的患者的基因组中，以治疗遗传疾病的方法，通常叫做基因治疗(gene therapye)。最常用的基因转移方法:利用减毒的病毒DNA作载体，构建重组DNA分子，用病毒包装物包装后形成的重组减毒病毒感染患者的细胞，将正常基因整合到染色体上.如严重综合免疫缺陷(SCID)是由于腺苷脱氨酶 基因突变引起的.,五基因治疔,基因治疗,我国在遗传病的基因治疗

31、方面也开展地比较早。1991年7月，我国开始进行HEMB（血友病B，凝血因子IX突变）的基因治疗。从一批志愿接受基因治疗的HEMB患者中选择了两兄弟（伴性遗传）进行治疗。效果明显，1994年通过卫生部的评审。至1997年初，全世界共记录了2103例基因治疗病例（美国1700例）。其中68%是治疗肿瘤的，19%是治疗遗传病的，12%治疗传染性疾病等。第一例基因治疗的疾病是1990年9月用ada（腺苷脱氨酶）基因治疗SCID（严重型联合型免疫缺陷症。第一例接受治疗的是一位4岁的女孩，第二例是一位9岁的女孩。,基因工程方法生产蛋白质药物的优势是非常明显的,已投入使用（含临床试验）的基因工程疫苗,DN

32、A芯片(DNA chip,又叫基因芯片,DNA微点阵):是将核酸分子杂交的原理和方法，与半导体技术结合而发展形成的一门新技术。90年由美国Affymetrix公司开始研究,96年诞生第一块DNA芯片.DNA芯片技术是在面积不大(如2cm2)的基片表面分成不同小格，有序地点阵排列一系列固定于一定位置的、可寻址的探针，再将待分析的DNA分子标记，变性成单链后与芯片进行分子杂交，与芯片上序列相同的核苷酸将与其杂交，与芯片上序列不同的序列就会被洗掉，然后用高精度的激光扫描仪记录分子杂交的荧光信号，通过计算机软件分析、综合成可读的信息.只需一次实验,便能将成千上万 的基因图谱记录下来.,(六)DNA芯片

33、,DNA芯片,基因组学（genomics）:研究生物体全基因组(genome)的结构、功能及进化，弄清基因组包含的遗传物质的全部信息及相互关系的科学。基因组:一个物种的单倍体的染色体数目称为该物种的基因组，它包含了该物种自身的所有基因。,第二节 基因组学,基因组计划（genome project）：是基因组学的重要组成部分，大体上可分为：构建基因组的遗传图谱（genetic map）；构建基因组的物理图谱（physical map）；测定基因组DNA的全部序列；构建基因组的转录本图谱；分析基因组的功能。如（human genome project,HGP）,RGP。,后基因组学（post-ge

34、nomics）：在完成基因组图谱构建以及全部序列测定的基础上，进一步研究全基因组的 功能、基因之间的相互关系和调控机制为主要内容的学科。DNA微列阵：利用DNA芯片技术，同时进行大量分子杂交，以分析不同组织和器官的基因表达水平，筛选突变基因，从核酸水平分析基因表达模式。蛋白质组学（proteomics）；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。酵母菌的双杂交系统:利用在酵母菌的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 生物信息学（bioinformatics）：利用计算机贮存原始资料，分析生物信息，将DNA芯片

35、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。,附、基因的概念与发展,1.1865年 Mendel遗传因子2.1909年 丹麦Johanssen基因3.1910年,Morgan等提出了基因的染色体理论，即染色体是 基因的载体，基因是三合一体，即基因既是一个功能单 位，也是一个突变单位和一个交换单位。4.1944年Avery首次证实DNA是主要的遗传物质，基因是由 DNA构成的.认为基因是具有一定遗传效应的DNA片段。5.1953年watson等提出DNA双螺旋模型，阐明了DNA及基因 的复制、变异及传递的机理6.1955年，Benzer通过顺反互补实验发现一个基因内部的 许多位点上可以

36、发生突变，并且可能在这些位点间发生交 换，说明一个基因并不是一个突变单位和一个交换单位。,7.1961年，Jacob和Monod提出了乳糖操纵子模型，修正了有 一个基因就有一条多肽或决定一个蛋白质功能的就是基因 的说法。基因是可分的，功能上是有差别的 结构基因决定合成某种蛋白质 调节基因编码阻遏或激活结构基因转录的蛋白质基因 无翻译产物的基因（1944年Beadle研究脉胞菌突变提出一基因一酶学说；后来研究血红蛋白时发现蛋白质可由不同肽链组成，而突变只影响一条肽链提出了一基因一多肽学说）8.新的发现断裂基因，重叠基因，跳跃基因 比较DNA序列和成熟mRNA内含子和外显子,基因是实体，它的物质基础是DNA（或RNA）；基因是具有一定遗传效应的DNA分子中的特定核苷酸序列；基因是遗传信息传递和性状分化发育的依据基因是可分的按原初功能（基因的产物）基因可分为 编码蛋白质的基因（结构基因+调节基因）无翻译产物的基因（如rDNA，tDNA，SnDNA）不转录的DNA区段（如启动子，操纵基因等）,