第四节第四节 连锁与互换连锁与互换n连锁：同一染色体上非等位基因之间存在相关连锁：同一染色体上非等位基因之间存在相关性的现象。性的现象。n互换：连锁性状和基因之间发生重组的现象。互换：连锁性状和基因之间发生重组的现象。2012/09/171畜牧兽医家畜繁殖技术07基因工程连锁互换定律连锁互换定律n位于同一染色体上的两个基因，在生殖细胞形成时，如果它们相距越近，一起进入同一生殖细胞的可能性越大；如果相距较远，它们之间可以发生交换2012/09/172畜牧兽医家畜繁殖技术07基因工程 连锁与交换规律连锁与交换规律 摩尔根的实验摩尔根的实验摩尔根的实验摩尔根的实验 2012/09/173畜牧兽医家畜繁殖技术07基因工程原理原理n（1） 果蝇翅的长短和眼的颜色是两对相对性果蝇翅的长短和眼的颜色是两对相对性状，这两对相对性状在杂交后代中具有某种程状，这两对相对性状在杂交后代中具有某种程度的相关性或相连性，把这种现象叫连锁。把度的相关性或相连性，把这种现象叫连锁。把这两对相对性状叫连锁性状。控制连锁性状的这两对相对性状叫连锁性状。控制连锁性状的基因叫连锁基因。基因叫连锁基因。连锁基因位于同一对同源染连锁基因位于同一对同源染色体上。色体上。连锁基因之间能够发生交换的连锁叫连锁基因之间能够发生交换的连锁叫不完全连锁，不能发生交换的连锁叫完全连锁。不完全连锁，不能发生交换的连锁叫完全连锁。2012/09/174畜牧兽医家畜繁殖技术07基因工程n（2）同源染色体在减数分裂配对时，偶尔在）同源染色体在减数分裂配对时，偶尔在相应的位置发生断裂，然后相应的位置发生断裂，然后错接错接，造成同源染，造成同源染色体中的非姐妹染色单体之间染色体片段的互色体中的非姐妹染色单体之间染色体片段的互换，这个过程叫交换或重组。交换的染色体叫换，这个过程叫交换或重组。交换的染色体叫重组染色体。重组染色体。染色体片段的交换导致连锁基因染色体片段的交换导致连锁基因之间的交换。之间的交换。n（3）连锁基因之间的交换发生在减数分裂的）连锁基因之间的交换发生在减数分裂的前期，主要是粗线期。前期，主要是粗线期。n（4）每发生一次有效交换，将产生两条重组）每发生一次有效交换，将产生两条重组染色体。染色体。2012/09/175畜牧兽医家畜繁殖技术07基因工程 四个遗传规律四个遗传规律综述综述：分别讨论一对：分别讨论一对和两对及两对以上基因的传递规律。对和两对及两对以上基因的传递规律。对于一对基因而言，如果位于常染色体上，于一对基因而言，如果位于常染色体上，遵循遵循分离定律分离定律；如果位于性染色体上，；如果位于性染色体上，遵循遵循伴性遗传定律伴性遗传定律；对于两对或两对以；对于两对或两对以上基因而言，如果它们位于同一对染色上基因而言，如果它们位于同一对染色体上，遵循体上，遵循连锁互换定律连锁互换定律；如果位于不；如果位于不同对染色体上，遵循同对染色体上，遵循自由组合定律自由组合定律。2012/09/176畜牧兽医家畜繁殖技术07基因工程第五节第五节 基因工程基因工程n基因工程基因工程(Genetic engineering)是一种是一种DNA重重组技术，它是在分子水平上进行的遗传操作，组技术，它是在分子水平上进行的遗传操作，即把供体细胞中的基因或基因组提取出来，按即把供体细胞中的基因或基因组提取出来，按照预先设计的蓝图，经过体外加工重组，或者照预先设计的蓝图，经过体外加工重组，或者把人工合成的基因转移到受体细胞并获得新的把人工合成的基因转移到受体细胞并获得新的遗传特性的技术。由于被转移的基因必须与载遗传特性的技术。由于被转移的基因必须与载体体DNA重组后才能实现转移，所以基因工程也重组后才能实现转移，所以基因工程也叫做叫做重组重组DNA技术技术。2012/09/177畜牧兽医家畜繁殖技术07基因工程基本定义：n将一种生物体（供体）的基因与载体在体外进行拼接重组，然后转入另一种生物体（受体）内，使之按照人们的意愿稳定遗传并表达出新产物或新性状的DNA体外操作程序，也称为分子克隆技术。因此，供体、受体、载体是重组DNA技术的三大基本元件。 2012/09/178畜牧兽医家畜繁殖技术07基因工程基因工程的实质：n 是利用重组技术，在体外通过人工“剪切”和“拼接”等方法，对各种生物的基因进行改造和重新组合，然后导入微生物或真核细胞内进行无性繁殖，使重组基因在细胞内表达，产生出人类需要的基因产物，或者改造、创造新的生物类型。 2012/09/179畜牧兽医家畜繁殖技术07基因工程n 基因工程的基本内容：n （1）外源目标基因的结构与功能的研究以及分离、克隆。这一部分的工作是整个基因工程的基础，因此又称为基因工程的上游部分；n （2）适合转移、表达载体的构建或目标基因的表达调控结构重组；n （3）外源基因的导入；n （4）外源基因在宿主基因组上的整合、表达及检测与转基因生物的筛选2012/09/1710畜牧兽医家畜繁殖技术07基因工程n 基因工程的基本内容：n（5）外源基因表达产物的生理功能的核实；n（6）转基因新品系的选育和建立，以及转基因新品系的效益分析；n（7）生态与进化安全保障机制的建立；n（8）消费安全评价。 2012/09/1711畜牧兽医家畜繁殖技术07基因工程基因工程的基本程序一一.分分载体和目的基因的分离二二.切切限制性内切酶的应用三三.接接载体与目的基因连接成重组体四四.转转基因序列转入细胞五五.筛筛目的基因序列克隆的筛选和鉴定2012/09/1712畜牧兽医家畜繁殖技术07基因工程基因克隆示意图基因克隆示意图 2012/09/1713畜牧兽医家畜繁殖技术07基因工程基因工程的意义n1、运用基因工程技术，培养优质、高产、抗性好的农作物及畜、禽新品种；培育出具有特殊用途的动、植物，如抗虫棉、抗虫玉米、高油脂大豆等。高度耐贮藏的转基因西红柿也已在1993年投放美国市场 。黃金米可以防治维生素A缺乏症2012/09/1714畜牧兽医家畜繁殖技术07基因工程耐农药/抗虫能力 (第一代)Bt抗虫玉米传统玉米簡介4 (Input Traits)Source: Monsanto2012/09/1715畜牧兽医家畜繁殖技术07基因工程黃金米可以防治维生素A缺乏症成为健康食品改变营养组成 (第二代)5(Output Traits)2012/09/1716畜牧兽医家畜繁殖技术07基因工程世界转基因作物大田投放情况世界转基因作物大田投放情况(1987.1-1998.4)转基因作物特性转基因作物特性批准项数批准项数占投放比例占投放比例抗除草剂抗除草剂129729.6%抗虫抗虫104623.8%提高产品质量提高产品质量88620.2%抗病毒抗病毒4369.9%改善农学性状改善农学性状2114.8%抗真菌病抗真菌病2084.7%其他其他3036.9%总计总计4387100%2012/09/1717畜牧兽医家畜繁殖技术07基因工程转基因作物种植面积转基因作物种植面积2012/09/1718畜牧兽医家畜繁殖技术07基因工程基因工程的意义n2、利用基因工程做成DNA探针，能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。 n3、利用基因工程做成的“超级细菌”能吞食和分解多种污染环境的物质。2012/09/1719畜牧兽医家畜繁殖技术07基因工程好好吃的樣子我也想吃!生产医药及工业用 (第三代)62012/09/1720畜牧兽医家畜繁殖技术07基因工程基因工程的意义n4、因为基因可以决定我们的相貌、高矮等，而且基因异常会导致各种疾病的出现。某些缺陷基因还会遗传给后代，基因工程可以针对基因缺陷，用一个正常的基因来代替缺陷基因或者来补救缺陷基因，来治疗遗传病。 2012/09/1721畜牧兽医家畜繁殖技术07基因工程基因工程的意义n5、利用基因工程生产特殊药品：胰岛素 干扰素 其它如人造血液、白细胞介素、乙肝疫苗等都为解除人类的病苦，提高人类的健康水平发挥了重大的作用。 2012/09/1722畜牧兽医家畜繁殖技术07基因工程胰胰胰胰岛岛岛岛素素素素分分分分子子子子结结结结构构构构 胰岛素是治疗胰岛素是治疗糖尿病的特效药，糖尿病的特效药，长期以来只能依靠长期以来只能依靠从猪、牛等动物的从猪、牛等动物的胰腺中提取，胰腺中提取，100Kg100Kg胰腺只能提取胰腺只能提取4-5g4-5g的胰岛素，其产量的胰岛素，其产量之低和价格之高可之低和价格之高可想而知。想而知。2012/09/1723畜牧兽医家畜繁殖技术07基因工程n将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素！大规模工业化生产不但解决了这种比黄金还贵的药品产量问题，还使其价格降低了30%-50%!胰胰岛岛素素生生产产车车间间2012/09/1724畜牧兽医家畜繁殖技术07基因工程n干扰素治疗病毒感染简直是“万能灵药”！过去从人血中提取，300L血才提取1mg！其“珍贵”程度自不用多说。干扰素生产车间干扰素生产车间干扰素生产车间干扰素生产车间干扰素分子结构干扰素分子结构干扰素分子结构干扰素分子结构2012/09/1725畜牧兽医家畜繁殖技术07基因工程n基因工程人干扰素-2b（安达芬） 是我国第一个全国产业化基因工程人干扰素，具有抗病毒，抑制肿瘤细胞增生，调节人体免疫功能的作用，广泛用于病毒性疾病治疗和多种肿瘤的治疗，是当前国际公认的病毒性疾病治疗的首选药物和肿瘤生物治疗的主要药物。2012/09/1726畜牧兽医家畜繁殖技术07基因工程n人造血液、白细胞介素、乙肝疫苗等通过基因工程实现工业化生产，均为解除人类的病苦，提高人类的健康水平发挥了重大的作用。人人人人造造造造血血血血液液液液及及及及其其其其生生生生产产产产2012/09/1727畜牧兽医家畜繁殖技术07基因工程基因工程在医药行业的应用n1.疾病的临床诊断。疾病的临床诊断。n2.遗传病的基因治疗。遗传病的基因治疗。n3.新型疫苗的研制。新型疫苗的研制。n4.癌症和艾滋病的防治。癌症和艾滋病的防治。n5.发现了致癌基因，弄清了肿瘤的起因。发现了致癌基因，弄清了肿瘤的起因。2012/09/1728畜牧兽医家畜繁殖技术07基因工程转基因鱼(中国)生长快、耐不良环境、肉质好的转基因鱼2012/09/1729畜牧兽医家畜繁殖技术07基因工程转基因牛乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷)2012/09/1730畜牧兽医家畜繁殖技术07基因工程转黄瓜抗青枯病基因的甜椒2012/09/1731畜牧兽医家畜繁殖技术07基因工程转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯2012/09/1732畜牧兽医家畜繁殖技术07基因工程转鱼抗寒基因的番茄2012/09/1733畜牧兽医家畜繁殖技术07基因工程不会引起过敏的转基因大豆2012/09/1734畜牧兽医家畜繁殖技术07基因工程(Science (2002) 295:1443)Copy Cat the First Cloned Pet2012/09/1735畜牧兽医家畜繁殖技术07基因工程Soul Mates Five Genetically Identical Piglets2012/09/1736畜牧兽医家畜繁殖技术07基因工程USUs Contribution A Cloned Mule2012/09/1737畜牧兽医家畜繁殖技术07基因工程基因工程安全隐患n1. 对环境的影响对环境的影响 n重新组合一种在自然见尚未发现的的生物性状重新组合一种在自然见尚未发现的的生物性状有可能给现有的生态环境带来不良影响。有可能给现有的生态环境带来不良影响。 n2. 新型病毒的出现新型病毒的出现 n制造带有抗生素抗性基因或有产生病毒能力的制造带有抗生素抗性基因或有产生病毒能力的基因的新型微生物可能在人类或其它生物体内传播。基因的新型微生物可能在人类或其它生物体内传播。 n3. 癌症扩散癌症扩散 n将肿瘤病毒或其它动物病毒的将肿瘤病毒或其它动物病毒的DNA引入细菌有引入细菌有可能扩大癌症的发生范围。可能扩大癌症的发生范围。 n4. 人造生物扩散人造生物扩散 n新组成的重组新组成的重组DNA生物体的意外扩散可能会出生物体的意外扩散可能会出现不同程度的潜在危险。现不同程度的潜在危险。 2012/09/1738畜牧兽医家畜繁殖技术07基因工程基因工程的安全措施：n 对转基因生物的控制措施有物理方法和生物方法。 n物理方法：是通过各种严格的管理措施和物理屏障尽量使转基因生物不能从实验室逃逸进入到自然环境里去。n 这种措施只能用于控制在实验室里的转基因生物，而且用于控制转基因微生物和通过花粉进行扩散的植物的效力实际上是非常有限的。当转基因动、植物必须用于开放的环境里生产时，物理控制的方法便不再有实际的意义。2012/09/1739畜牧兽医家畜繁殖技术07基因工程基因工程的安全措施：n根本性的措施还是生物学的控制方法。即造成转基因生物与非转基因生物之间的生殖隔离。如利用三倍体不育的特性，将用于生产的转基因动物或植物成为三倍体，这样，转基因生物在进入到自然环境里后就不可能自行繁殖，因此也就不可能对生态系统 造成长期的影响。也可以利用生理学原理，如激素诱导等方法使转基因生物不育等。 2012/09/1740畜牧兽医家畜繁殖技术07基因工程生物安全实验室n 世界卫生组织（WHO）根据致病能力和传染的危险程度等，将传染性微生物划分为4类；根据设备和技术条件，将生物实验室也分为4级（一般称为P1、P2、P3、P4实验室），1级最低，4级最高。2012/09/1741畜牧兽医家畜繁殖技术07基因工程生物安全实验室nP1实验室一般适用于对健康成年人无致病作用的微生物；P2适用于对人和环境有中等潜在危害的微生物； P3适用于主要通过呼吸途径使人传染上严重的甚至是致死疾病的致病微生物或其毒素；P4适用于对人体具有高度的危险性，通过汽溶胶途径传播或传播途径不明、目前尚无有效疫苗或治疗方法的致病微生物或其毒素。2012/09/1742畜牧兽医家畜繁殖技术07基因工程生物安全实验室（设备要点）nP1级实验室，为一般的装备良好的普通微生物实验室；P2级实验室，在P1级实际室的基础上，还需装备负压的安全操作柜；P3级实验室即全负压的实验室，同时还要装备安全操作柜；P4实验室，是具有最高安全防护措施的实验室。要求建设专用的实验大楼，周围与其它建筑物之间应留有一定距离的隔离带，细菌操作需带手套进行，以及使用其它必要的隔离装置，使研究者不会直接同细菌接触等。 2012/09/1743畜牧兽医家畜繁殖技术07基因工程 我们人类赖以生存的地球在亿万年我们人类赖以生存的地球在亿万年的演化过程中的演化过程中, , 孕育出了天姿多态的生孕育出了天姿多态的生命，丰富多彩的有机世界汇集着生机勃命，丰富多彩的有机世界汇集着生机勃勃的遗传信息，这就是勃的遗传信息，这就是-基因。基因。 基因基因遗传信息的传寄将永远继遗传信息的传寄将永远继承下去，世世代代，直到很远，很远的承下去，世世代代，直到很远，很远的未来。未来。 那么，有人担心有朝一日全部生物那么，有人担心有朝一日全部生物都灭绝了，我们人类怎么办都灭绝了，我们人类怎么办-？-？- -？2012/09/1744畜牧兽医家畜繁殖技术07基因工程思考题：n1.1.简述连锁互换定律的概念和原理。简述连锁互换定律的概念和原理。n2.2.综述四个遗传规律的特点。综述四个遗传规律的特点。n3.3.什么是什么是基因工程？其实质是什么？基因工程？其实质是什么？n4.4.基因工程的基本程序是什么？基因工程的基本程序是什么？n5.5.试述基因工程的意义。试述基因工程的意义。n6.6.基因工程安全隐患有哪些？基因工程安全隐患有哪些？n7.7.谈谈你对基因工程的理解和认识。谈谈你对基因工程的理解和认识。2012/09/1745畜牧兽医家畜繁殖技术07基因工程2012/09/1746畜牧兽医家畜繁殖技术07基因工程