第14章基因重组和基因工程_2.pptx

【基因重组和基因工程概述】 基因重组和基因工程是现代生物技术的核心组成部分，涉及对生物体遗传信息的操纵。这一领域的发展始于20世纪中叶，由一系列里程碑式的科学突破推动，例如1973年Stanley Cohen等人实现的体外DNA重组，以及Allan Maxam和Walter Gilbert的化学裂解DNA测序方法。不久后，Fred Sanger的双脱氧测序法进一步推进了DNA序列分析的精确度。进入90年代，人类基因组计划的启动标志着基因研究进入了一个全新的时代。 【自然界的DNA重组和基因转移】 DNA重组在自然界中广泛存在，包括四种主要方式：接合作用、转化作用、转导作用和转座重组。其中，接合作用是指通过菌毛接触，质粒DNA从一个细胞转移到另一个细胞的过程。转化作用是指细胞自发或人为摄入外源DNA并改变其遗传特性。转导作用是由病毒介导的DNA转移，如λ噬菌体的溶菌生长途径和溶源菌生长途径。转座重组则是由整合酶催化，在特定DNA序列间发生的整合，如反转录病毒的整合过程。 【同源重组的机制】 同源重组是最基础的DNA重组形式，发生在具有相同或高度相似序列的DNA分子之间。Holliday模型描述了这个过程，包括四个关键步骤：DNA双链的排列、断裂、重组中间体的形成以及最终的修复和重组体的产生。这一过程涉及多种酶的作用，如RecBCD内切酶、RecA蛋白、分支迁移以及DNA连接酶，它们协同工作，完成DNA链的断裂、互换和连接。 【细菌的基因转移】 1. 接合作用：涉及到F因子等可接合质粒，通过菌毛在细胞间的直接接触实现基因传递。 2. 转化作用：细胞通过摄取环境中的游离DNA片段，可以改变其遗传信息。 3. 转导作用：病毒如λ噬菌体在感染过程中，将DNA注入宿主细胞，实现基因的转移。 4. 位点特异重组：由整合酶介导，如λ噬菌体的整合过程，特异性地在特定序列上进行整合，实现病毒基因组与宿主染色体的结合。 这些基础的生物学概念和技术，为基因工程提供了工具，使得科学家能够定向修改基因，创建基因克隆，进行基因功能的研究，以及开发基因治疗和遗传改良的策略。随着技术的进步，基因工程已经成为解决疾病、提高农作物产量、保护环境等众多挑战的关键手段。