第1章　绪论

【本章简介】　基因工程是在体外将目的基因与载体分子重组后转化受体细胞，并在受体细胞中表达，从而获得基因产品或培育生物新品种的一种技术。基因工程诞生于20世纪70年代，遗传物质的发现、DNA双螺旋结构模型的确立以及遗传信息传递的中心法则是其诞生的理论基础；各种工具酶的分离纯化、载体的开发以及基因转化技术是其诞生的技术基础。基因工程诞生之后，已经在现代生物学的理论研究中发挥巨大的作用，同时也在生产实践中获得广泛的应用，在生物制药、动植物新品种培育、环境污染治理等方面取得巨大的成就，对人类社会和人类健康产生了巨大影响。关于基因工程和转基因生物的安全性，目前仍未达成共识。尽管如此，基因工程技术的参与者必须对其安全性保持高度的警惕。

孟德尔（Mendel）在1865年发表了著名的论文《植物杂交试验》提出了“遗传因子”的概念，奠定了遗传科学的基础。可惜孟德尔的重大发现被埋没了35年。1900年，三位欧洲植物学者几乎同时从各自的植物杂交试验证实了孟德尔发现的遗传定律，从此揭开了遗传学研究的新纪元。整个20世纪，遗传学以前所未有的速度向深度和广度发展。1910年，摩尔根（Morgan）通过果蝇白眼突变研究，确证基因在染色体上，此后又创立了基因论。1933年，由于对基因理论的重大贡献，摩尔根成为首位获得诺贝尔生理学或医学奖的遗传学家。1941年，美国遗传学家Beadle通过红色面包霉营养突变体研究，发现基因的功能是制造各种各样的蛋白质，提出“一种基因产生一种酶”学说，并因此而获诺贝尔奖。1950年，诺贝尔奖得主McClintock通过对玉米斑驳性状遗传研究，发现了转座遗传因子，又称为“跳跃基因”。它们可以在染色体之间自由转移位置，调控基因的表达。这一重要发现导致了10年以后法国科学家Jacob和Monod从原核生物研究中得到的另一项重大发现：存在三种不同的基因，即结构基因、操纵基因和调节基因。他们也因此而分享了诺贝尔奖。

1953年，J.D.Watson和F.H.C.Crick提出脱氧核糖核酸（DNA）双螺旋结构模型，第一次揭示了DNA分子的结构、组成及功能，开创了从分子水平揭示生命现象本质的新纪元。随后分子生物学突飞猛进。1958年Crick证明了DNA半保留复制机制，提出中心法则。1968年，Holley、Khorana和Nirenberg因破译遗传密码而获得诺贝尔生理学或医学奖。

1970年，Smith、Wilcox和Kelly分离到第一种有特异性识别和切割位点的限制性核酸内切酶Hind Ⅱ，使得有目的地切割DNA有了可能。1967年，世界上有5个实验室几乎同时发现了DNA连接酶。1972年，Jackson和Berg利用限制性核酸内切酶和连接酶，得到第一个体外重组的DNA分子，从而建立了重组DNA技术。1973年，斯坦福大学的Cohen等成功地进行了另一个体外DNA重组实验。他们将编码有卡那霉素抗性基因的大肠杆菌R6-5质粒DNA和编码有四环素抗性基因的另一种大肠杆菌质粒pSC101 DNA混合后，加入限制性核酸内切酶EcoRⅠ，对DNA进行切割后，再用T4DNA连接酶将它们连接起来，形成重组DNA分子，转化大肠杆菌。在含有四环素和卡那霉素的平板上获得了对两种抗生素都有抗性的重组菌落。这是基因工程发展史上第一个克隆转化并取得成功的例子。人类从此掌握了一项按自己意愿设计和构建生物体的关键技术，或用来创造新的生物种、品系，或用来诊断、治疗疾病。生命科学的飞速发展孕育了现代分子生物学技术——基因工程。