第十三章 遗传工程（ genetic engineering ）教学目的与要求

1. 理解基因工程和基因组学的概念和应用2. 掌握内切酶的类别和作用3. 掌握重组 DNA 技术4. 掌握基因的分离和鉴定方法5. 理解基因组图谱的构建和应用6. 了解后基因组学

遗传工程又称遗传操作。广义的包括细胞工程、染色体工程和基因工程，狭义的仅指基因工程。是以遗传学特别是分子遗传学为理论基础，以现代物理学、化学等技术手段，按照人们设计的生物蓝图，在细胞、染色体和基因的不同水平上，对生物的遗传性进行定向的改造。遗传工程在人类健康和工业、农业、环境保护等方面有着广阔的应用前景。

细胞工程 是细胞水平的遗传工程，即应用细胞生物学

和分子生物学方法，对细胞进行遗传操作，如细胞培养、细胞诱变、细胞融合、细胞重组、遗传物质转移和生殖工程等，以获得所期望遗传组成的细胞或生物体。细胞工程可应用于人类优生，微生物与植物育种，生产有用物质等。

细胞融合 在一定条件下，将两个或多个细胞融合成一个细

胞的过程。 动物细胞的融合可利用病毒、溶血卵磷脂、显微

操作等。现已实现人与鼠、人与兔、人与鸡、人与蛇、鼠与鸡、鼠与兔、鼠与猴、兔与鸡、鱼与艾氏细胞等的融合。

植物细胞的融合要先去壁、原生质体融合、然后进行杂种细胞筛选和鉴定，经杂种细胞培养可形成再生植株。

基因工程 又称基因操作、重组体 DNA 技术。为基因水平

的遗传工程，是在分子遗传学等学科发展的基础上于 20 世纪 70 年代诞生的一种新的生物学技术。即按照预先的设计，首先获取含有目的基因的 DNA 片段，在体外与载体相拼接构成重组体 DNA ，将其导入受体细胞进行复制或表达，则可获得目的基因产物或表现有益性状。因此包括①目的基因的获得②运载体的选择③工具酶的使用④基因的拼接和表达四个方面。

目的基因的获得 物理化学法：依据碱基互补 密度梯度超速离心法 分子杂交法 单链酶法 需 SI 核酸酶 多赖氨酸法• 酶促合成法 利用反转录酶合成 cDNA→DNA• 化学合成法（见下图）• 生物学方法 “霰弹射击法”或“鸟枪法”（见图）

基因工程的工具酶 限制性核酸内切酶（ ER ）：是具有限制作用

的内切核酸酶，用来降解未经特殊修饰的外源DNA ，使细胞免受外源 DNA 的侵扰，故名。

专一性识别序列和切割位点

DNA聚合酶（ DNA polymerase ） E.coli DNA polⅠ、Ⅱ、Ⅲ，其主要功能是缺口平移，

pol Ⅰ打开缺口， 5′→3′ 外切酶降解旧链， 5′→3′聚合酶合成新链并带入放射性标记。

Klenow 酶，具有 5′→3′聚合酶和 3′→5′ 外切酶活性，在基因工程中用于修补限制酶切片段的隐缩 3′—末端、标记 DNA 片段、催化 cDNA第二链合成和进行 DNA

序列测定。 T4 、 T7 、 DNA聚合酶

TagDNA聚合酶，具有 5′→3′聚合酶活性，从喜温微生物 Thermus aquaticus中分离，最适温度 75-80 ℃，需 Mg2+

反转录酶 如 AMV 末端转移酶 RNA聚合酶 连接酶： T4 、 T7DNA； T4RNA； E.coliDNA 核酸酶 S1 ：一种特异性单链核酸内切酶，在适宜条件下降解单链 DNA 或 RNA 成平齐末端

载体（ vector ） 在基因工程中，可与包括目的基因的外源 DNA

片段构成重组体，并能将重组体 DNA 导入受体细胞，使目的基因得以复制或表达的 DNA 。多由质粒、噬菌体、柯斯粒和真核生物的人工染色体构建。

载体的一般特点：①具有自主复制的复制子，拷贝数多②带有可检测的遗传标记③具有一种或几种限制酶的单一切点④分子量较小，容纳外源 DNA 的幅度较宽⑤便于遗传操作，并且在生物防护角度上是安全的。

质粒载体（ plasmid vector ）pBR322 的结构特点：① 为松弛型复制控制质粒，拷贝数 20-30 ，用氯霉素处理可达上千个拷贝② 具有双抗选择标记 Am

pr 、 Tetr

③ 具有多种常用的限制性核酸内切酶单一切点

λ 噬菌体载体 由 λ 噬菌体 DNA 构建的载体。 λDNA 为双链线

状，约含 49kb ，分子量 3.2×107d ，于分子的 5′ 和 3′

两端各有 12 个核苷酸的粘性末端 cos 以在寄主细胞中环化，分子中约有 2/3 的序列为裂解周期所必需，克隆容量极限为 23kb 。

M13噬菌体载体： 由大肠杆菌丝状噬菌体 M13 构建。含 6407

个核苷酸的闭合环状单链。只感染有纤毛的雄性 E.coli ，很快变成 RFDNA ，经复制拷贝数可达 100-200 个 / 细胞。由于克隆位点位于 Lac

Z 基因，故在含 IPTG 和 X-gal 的培养基上筛选有外源 DNA 片段。

Cosmid 载体 Cosmid 是“ cos site-carrying plasmid” 的英文缩写，由此可见，这种质粒是由 λ 噬菌体的一部分（含有 cos位点）和 pBR322 质粒载体经人工构建而成的。这就兼有了 λ 噬菌体和质粒的优点

Cosmid 质粒载体的主要特点：① 具有包装限制和高效转导能力，这是 λ 噬菌体的特性② 具有质粒载体的特性，可在寄主细胞中复制，进行氯霉素扩增，并具有抗生素抗性或插入失活等选择标记③ 具有高容量克隆能力，可克隆至 45kb 的外源 DNA ，故特别适用于基因组 DNA克隆。

本章小结1. 遗传工程 载体条件与限制性内切酶；目的基因的获取与体

外重组；转基因技术及其应用卵细胞工程中核移植与体细胞克隆技术

2. 基因组学基因图谱构建：遗传图谱和物理图谱的构建；基因图谱的应用：基因定位、比较基因组学、 MAS 、

基因克隆；后基因组学：蛋白质组学、功能基因组学、生物信息学