第13章基因工程和基因组学

基因组学杨金水电子版基因工程电子版导读：就爱阅读网友为您分享以下“基因工程电子版”的资讯，希望对您有所帮助，感谢您对的支持! 作者：吴乃虎出版社：高等教育出版社第一章基因工程概述第一节基因操作与基因工程一、基因操作与基因工程的关系二、基因工程的诞生与发展第二节基因工程是生物科学发展的必然产物一、基因是基因重组的物质基础二、DNA的结构和功能三、基因操作技术的发展促进基因工程的诞生和发展四、基因工程的内容第三节基因的结构——基因操作的理论基础一、基因的结构组成对基因操作的影响二、基因克隆的通用策略第一篇基因操作原理第二章分子克隆工具酶第一节限制性内切酶一、限制与修饰二、限制酶识别的序列三、限制酶产生的末端四、DNA末端长度对限制酶切割的影响五、位点偏爱六、酶切反应条件七、星星活性八、单链DNA的切割九、酶切位点的引入十、影响酶活性的因素十一、酶切位点在基因组中分布的不均一性第二节甲基化酶一、甲基化酶的种类二、依赖于甲基化的限制系统三、甲基化对限制酶切的影响第三节DNA聚合酶一、大肠杆菌DNA聚合酶二、KIenow DNA聚合酶三、T4噬菌体DNA聚合酶四、T7噬菌体DNA聚合酶五、耐热DNA聚合酶六、反转录酶七、末端转移酶第四节其他分子克隆工具酶一、依赖于DNA的RNA聚合酶二、连接酶三、T4多核苷酸激酶四、碱性磷酸酶五、核酸酶六、核酸酶抑制剂七、琼脂糖酶八、DNA结合蛋白九、其他酶第三章分子克隆载体第一节质粒载体一、质粒的基本特性二、标记基因三、质粒载体的种类第二节λ噬菌体载体一、λ噬菌体的分子生物学二、λ噬菌体载体的选择标记……第四章人工染色体载体第五章表达载体第六章基因操作中大分子的分离和分析第七章基因芯片技术第八章PCR技术及其应用第九章DNA序列分析第十章DNA诱变第十一章DNA文库的构建和目的基因的筛选第十二章基因组研究技术第二篇基因工程应用第十三章植物基因工程第十四章动物基因工程第十五章酵母基因工程第十六章细菌基因工程第十七章病毒基因工程第十八章医药基因工程第十九章基因工程产品的安全及其管理第一章基因工程概述第一节基因操作与基因工程一、基因操作与基因工程的关系基因操作（gene manipulation）：指对基因进行分离、分析、改造、检测、表达、重组和转移等操作的总称。

基因工程技术在微生物基因组学研究中的应用简介：微生物基因组学是研究微生物基因组的结构、功能和进化的学科领域。

随着基因工程技术的不断发展与创新，微生物基因组学研究获得了巨大的进展。

基因工程技术为微生物基因组学研究提供了强大的工具和方法，包括基因工程、DNA测序、基因组编辑和表达调控等。

本文将介绍基因工程技术在微生物基因组学研究中的主要应用。

1. 基因工程技术在微生物基因组测序中的应用微生物基因组测序是了解微生物基因组结构与功能的重要手段。

基因工程技术为微生物基因组测序提供了高效、快速和准确的方法，包括第二代测序技术和单分子测序技术等。

这些技术能够快速测序大量微生物基因组，帮助我们更好地了解微生物的遗传信息和进化历史。

2. 基因工程技术在微生物基因组编辑中的应用基因组编辑是指通过基因工程技术对微生物基因组进行精确的编辑和改造。

例如，CRISPR-Cas9技术是一项常用的基因组编辑技术，它能够精确地剪切特定的基因序列，并引入所需的基因突变或修饰。

这种技术可以帮助研究人员揭示微生物基因功能和基因调控机制。

3. 基因工程技术在微生物基因组表达调控中的应用微生物基因组表达调控是研究微生物基因表达及其调控网络的过程。

基因工程技术可以被用于设计和构建调控元件，以达到精确控制微生物基因表达的目的。

例如，研究人员可以设计和构建特定的启动子或调控子序列，来实现对某个目标基因的高效表达或抑制。

这种技术在工业微生物生产中有重要应用价值。

4. 基因工程技术在微生物基因组功能解析中的应用功能解析是研究微生物基因组中基因功能和基因调控机制的过程。

基因工程技术可以帮助研究人员将外源基因导入微生物中，以研究其在微生物中的功能和作用机制。

例如，研究人员可以通过基因工程技术将外源基因导入大肠杆菌，然后观察该基因在细菌中的表达及其对细菌生长和代谢的影响，从而揭示该基因的功能和作用机制。

结论：基因工程技术在微生物基因组学研究中发挥了重要作用。

基因工程、分子生物学和分子遗传学重要名词解释基因工程、分子生物学和分子遗传学重要名词解释5’Cap 5’-末端帽：有时简称帽，是在许多真核生物mRNA5`-末端发现的一种由7-甲基-鸟嘌呤核苷-5`-ppp –末端核苷构成的特殊构成的特殊结构。

它是在转录后不久经酶催反应加入到TATA （Hogness）序列的附近，具有保护mRNA稳定性的功能。

在原核生物的mRNA分子中不存在5`-末端帽结构。

A protein A蛋白：他参与λDNA插入噬菌体头部和在粘性末端（cos）位点上裂解多联体DNA的过程。

abortive lysgeny 流产溶原性：温和噬菌体感染敏感的宿主菌后，既不整合进宿主染色体中，也不进行复制，从而使每一个带有噬菌体的宿主菌分裂产生的两个细胞中，只有一个是溶原性的。

abortive transduction 流产转导：这是得到不稳定转导子的一类转导，区别于得到稳定转导子的完全转导。

在流产转导中，转导子分裂产生两个细胞时，只有其中的一个获得供体基因，另一个细胞则仍属受体基因型。

Abundance of an mRNA mRNA丰度：是指每个细胞平均拥有的某一种特定mRNA的分子数,跟据丰度的差异可将分为两种不同的等级：其一是富裕型的，每个细胞拥有的平均考贝数为1000——10000，属于此型的mRNA约有100种；其二是稀少型的，每个细胞拥有平均考贝数仅有1——10个上下，属于这一类行的mRNA达10000多种。

Abzymes 抗体酶: 应用单克隆抗体技术生产的兼具抗体及酶催活性的工程蛋白质。

也就是说，其行为如同蛋白酶一样，能够催化化学反应的一类新型的抗体。

Acceptor splicing site 受体拼接位点: 间隔子的右端和与其相连的表达子的左端之间的接合点。

Acquired immunodeficiency syndrome, AIDS 获得性免疫缺损综合征: 由人类免疫缺损病毒（HIV）引起的一种疾病，他最早于1980年在美国洛杉叽发现。

基因工程和基因组学遗传工程一般可分为广义和狭义的两种，广义的遗传工程包括细胞工程、染色体工程、细胞器工程等。

狭义的遗传工程即使通常将的基因工程。

遗传工程也称为生物工程，利用工程技术的方法改造和修饰生物体，使其产生新的形状或产品，从而改良生物体的一种遗传学手段。

其核心是利用重组DNA技术，在分子水平上操作修饰改变生物体遗传结构。

基因工程则是利用人工的方法把生物遗传物质在体外进行切割、拼接和重组，获得重组DNA分子，然后导入宿主细胞或个体，使受体的遗传特性得到修饰或改变的过程。

基因工程的工具酶包括内切核酸酶、DNA连接酶、DNA聚合酶、RNA聚合酶、反转录酶。

其中最重要的工具酶是限制性核酸内切酶，也称为限制性酶，能识别双链DNA分子中一段特异的核苷酸序列，并在特定的位置将双链DNA分子切断。

另外基因工程需要的另一个工具是载体，载体是将外源DNA片段运送进宿主细胞进行扩增或表达的运载工具。

而且载体也是DNA分子，常见的载体有细菌质粒、噬菌体、病毒等。

载体的基本条件是有独立的复制原点，而且能独立地自我复制，能带动外源DNA一起复制，具有多种限制性酶切位点，并且该限制酶酶切位点对于任何一种限制酶来说只能有一个，还要具有一个选择标记基因。

遗传工程是将分子遗传学的理论与技术相结合，用来改造、创建动物和植物新品种、工业化生产生物产品、诊断和治疗人类遗传疾病的一个新领域。

遗传工程中的DNA重组主要是创造自然界中没有的DNA分子的新组合，这种重组不同于精典遗传学中经过遗传交换产生的重组。

遗传工程技术的建立，使所有实验生物学领域产生巨大的变革。

在工厂化生产药品、疫苗和食品；诊断和治疗遗传疾病；培养转基因动植物等方面都有非常重大的意义，即基因工程技术已广泛用于工业、农业、畜牧业、医学、法学等领域，为人类创造了巨大的财富。

基因工程是生物科学基础研究的重要手段，利用转基因技术改良植物已经取得很大进展并在生产上应用。

利用基因工程获得大量重组的蛋白、疫苗药物，利用基因工程进行不同种之间的基因传递提供了可能、疾病诊断与基因治疗，环境保护。

基因工程与基因编辑基因工程和基因编辑是两个在生命科学领域广受关注的领域。

这两个领域的发展为人类带来了许多潜在的益处，也引发了一系列的争议。

本文将对基因工程和基因编辑进行探讨，并分析其应用和伦理问题。

一、基因工程基因工程是一种通过改变生物体的基因组来获得特定性状或功能的技术。

在基因工程中，科学家可以通过删除、替换或插入基因来改变生物体的遗传性状。

这种技术可以用于农业、医学和工业等领域。

农业方面，基因工程可以用来改善作物的产量、耐虫性和抗病性。

科学家们通过转入具有特定功能的基因，使得作物可以更好地适应恶劣环境或抵御病虫害的侵袭。

这样的技术可以有效地提高农作物的产量和质量，缓解粮食短缺问题。

医学方面，基因工程可以用于治疗基因缺陷引起的遗传性疾病。

科学家们可以通过基因治疗技术，将正常的基因导入到患者体内，修复或替换受损基因，从而达到治疗的目的。

这种技术还可以用于癌症治疗、免疫疗法和器官移植等领域。

工业方面，基因工程可以用于生物制造。

科学家们可以通过改变微生物的基因，使其产生高效、可持续和环境友好的化学品和燃料。

这种技术可以减少对传统化石能源的依赖，降低碳排放，有助于解决能源和环境问题。

尽管基因工程在许多领域都有潜在的应用，但是也伴随着一些争议。

其中一个主要的争议是关于食品安全性的问题。

人们担心转基因作物可能对人类健康产生负面影响，或者对生态系统造成不可逆的影响。

此外，基因工程还涉及到知识产权和道德伦理等问题，需要进行全面的讨论和监管。

二、基因编辑基因编辑是一种通过定向修改基因组中的特定位点来实现基因组精确编辑的技术。

相比于传统的基因工程技术，基因编辑技术更加精准和高效。

其中一种常用的基因编辑技术是CRISPR-Cas9系统。

CRISPR-Cas9系统可以通过指导RNA的序列将Cas9蛋白导向到特定基因组中的目标位点，然后Cas9蛋白将目标位点上的DNA切割掉。

随后，细胞会利用自身修复机制修复这一切割点，从而实现对基因组的编辑。

名词解释：1.Gene Engineering基因工程：在体外把核酸分子（DNA的分离、合成）插入载体分子，构成遗传物质的新组合（重组DNA），引入原先没有这类分子的受体细胞内，稳定地复制表达繁殖，培育符合人们需要的新品种（品系），生产人类急需的药品、食品、工业品等。

2.HGP人类基因组计划：是一项规模宏大，跨国跨学科的科学探索工程。

其宗旨在于测定组成人类染色体（指单倍体）中所包含的30亿个碱基对组成的核苷酸序列，从而绘制人类基因组图谱，并且辨识其载有的基因及其序列，达到破译人类遗传信息的最终目的。

3.Gene Therapy 基因治疗：是指将外源正常基因导入靶细胞，取代突变基因，补充缺失基因或关闭异常基因，达到从根本上治疗疾病的目的。

.基因诊断：是利用重组DNA 技术作为工具，直接从DNA水平监测人类遗传性疾病的基因缺陷。

Vector载体：是把外源DNA（目的基因）导入宿主细胞，使之传代、扩增或表达的工具。

plasmid质粒：是生物细胞内固有的、能独立于宿主染色体而自主复制、并被稳定遗传的一类核酸分子。

shuttle vector穿梭载体：是指含有两个亲缘关系不同的复制子，能在两种不同的生物中复制的。

质粒不相容性;同种的或亲缘关系相近的两种质粒不能同时稳定地保持在一个细胞内的现象，称为质粒不相容性.multiple cloning sites，MCS多克隆位点：DNA载体序列上人工合成的一段序列，含有多个限制内切酶识别位点。

能为外源DNA提供多种可插入的位置或插入方案。

α-互补：LacZ’基因的互补：lacZ基因上缺失近操纵基因区段的突变体与带有完整的近操纵基因区段的β-半乳糖苷酶基因的突变体之间实现互补。

粘性末端：指DNA分子的两端具有彼此互补的一段突出的单链部分, 这一小段单链部分和同一分子的另一端或其它分子末端的单链部分如果互补的话，则能通过互补碱基之间的配对, 形成双链。

并在DNA连接酶的作用下, 使同一DNA分子的两端连接成环状,或使两个分子连成一大的线状分子。

基因工程的概念及特点
基因工程是一门利用分子生物学的理论和技术，对生物体的基因进行改良、修饰、调控或替换，以达到改良或创建新的生物品种、生产生物制品的目的的一种现代生物学技术。

其技术基础是分子生物学的研究和发展，主要包括：分子克隆、基因组学、蛋白质工程和生物制药等技术。

基因工程的特点：
1.高效性：利用现代生物技术可将目的基因直接植入到植物、动物细胞或微生物细胞中，可精准、高效地改造基因。

2.精准性：基因工程能够精确指导目的基因的插入、AT和GC比例的控制、基因表达的调节等。

3.选择性：基因工程可选取目的基因进行操作，并将基因在适当的时间、率和位置上进行精确操纵和控制。

4.刻板性：基因工程虽然技术先进、成本高昂，但出现新式生物技术也具有现实需要，其中后代乃至社会利益可不可预估。

5.多样化：基因工程可创造和改造不同的生物品种，从而创造出前所未有的高效农作物、特殊药物等.
总之，基因工程是一门前景广阔的新型生物技术，在环境保护、医学治疗和农业等领域中有着巨大的应用前景，但同时也需要正确的伦理道德观念的指导和规范。

思考题第二章分子克隆工具酶1简述基因工程研究用的工具酶的类型和作用特点。

2.说明限制性内切核酸酶命名原则（举例）。

3.限制内切核酸酶的星活性是指什么？在极端非标准条件下，限制酶能切割与识别序列相似的序列，这个改变的特殊性称星星活性。

星星活性是限制性内切酶的一般性质，任何一种限制酶在极端非标准条件下都能切割非典型位点。

引起星星活性的因素:甘油浓度高（>5%），酶过量（>100U/ml），离子强度低（<25 mmol/L），pH 值过高（>8.0），或是加了有机溶剂如DMSO（二甲基亚砜）、乙醇、乙二醇、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺，或是用其它2价阳离子如Mn2+、Cu2+、Co2+ 或Zn2+代替了Mg2+。

4.T4 DNA ligase 和 E.coli ligase 有什么异同？5.连接酶的反应温度如何选择，为什么？连接酶最适的反应温度应是37℃，但在这一温度下粘性末端的氢键结合不稳定，因此连接反应常采用的最佳温度一般在4-16℃间，通常多选用12-16℃ 30分钟到16小时。

6.什么是Klenow酶？有什么作用？Klenow DNA聚合酶是从全酶中除去5′―3′外切活性的肽段后的大片段肽段，而聚合活性和 3′―5′外切活性不受影响。

也称为Klenow片段（Klenow frgment），或 E.coli DNA 聚合酶Ⅰ大片段（E.coli DNA polymeraseⅠlarge fragment）。

它也可以通过基因工程得到，分子量为76 kDa。

由于没有5′―3′外切活性，使用范围进一步扩大。

①补平3′凹端，如果使用带标记的dNTP，则可对DNA进行末端标记。

②抹平DNA3′凸端在3′―5′外切活性③通过置换反应对DNA进行末端标记④在cDNA克隆中合成第二链⑤随机引物标记⑥在体外诱变中，用于从单链模板合成双链DNA···7.如何利用工具酶来研究某一个基因内含子的存在？···8.哪些工具酶可以用于探针标记？T4 DNA聚合酶的替代合成法标记DNA探针。

基因组学杨金水电子版基因工程电子版导读：就爱阅读网友为您分享以下“基因工程电子版”的资讯，希望对您有所帮助，感谢您对的支持! 作者：吴乃虎出版社：高等教育出版社第一章基因工程概述第一节基因操作与基因工程一、基因操作与基因工程的关系二、基因工程的诞生与发展第二节基因工程是生物科学发展的必然产物一、基因是基因重组的物质基础二、DNA的结构和功能三、基因操作技术的发展促进基因工程的诞生和发展四、基因工程的内容第三节基因的结构——基因操作的理论基础一、基因的结构组成对基因操作的影响二、基因克隆的通用策略第一篇基因操作原理第二章分子克隆工具酶第一节限制性内切酶一、限制与修饰二、限制酶识别的序列三、限制酶产生的末端四、DNA末端长度对限制酶切割的影响五、位点偏爱六、酶切反应条件七、星星活性八、单链DNA的切割九、酶切位点的引入十、影响酶活性的因素十一、酶切位点在基因组中分布的不均一性第二节甲基化酶一、甲基化酶的种类二、依赖于甲基化的限制系统三、甲基化对限制酶切的影响第三节DNA聚合酶一、大肠杆菌DNA聚合酶二、KIenow DNA聚合酶三、T4噬菌体DNA聚合酶四、T7噬菌体DNA聚合酶五、耐热DNA聚合酶六、反转录酶七、末端转移酶第四节其他分子克隆工具酶一、依赖于DNA的RNA聚合酶二、连接酶三、T4多核苷酸激酶四、碱性磷酸酶五、核酸酶六、核酸酶抑制剂七、琼脂糖酶八、DNA结合蛋白九、其他酶第三章分子克隆载体第一节质粒载体一、质粒的基本特性二、标记基因三、质粒载体的种类第二节λ噬菌体载体一、λ噬菌体的分子生物学二、λ噬菌体载体的选择标记……第四章人工染色体载体第五章表达载体第六章基因操作中大分子的分离和分析第七章基因芯片技术第八章PCR技术及其应用第九章DNA序列分析第十章DNA诱变第十一章DNA文库的构建和目的基因的筛选第十二章基因组研究技术第二篇基因工程应用第十三章植物基因工程第十四章动物基因工程第十五章酵母基因工程第十六章细菌基因工程第十七章病毒基因工程第十八章医药基因工程第十九章基因工程产品的安全及其管理第一章基因工程概述第一节基因操作与基因工程一、基因操作与基因工程的关系基因操作（gene manipulation）：指对基因进行分离、分析、改造、检测、表达、重组和转移等操作的总称。

名词解释：1.启动子：启动子（promoter）是基因表达调控的重要顺式元件，是DNA链一段能被RNA聚合酶识别和结合并能起始mRNA合成的DNA序列，位于结构基因转录起始点上游。

2.基因工程：基因工程是指将一种或多种生物体（供体）的基因在体外进行剪切和组合，然后与载体拼接，并通过载体转入到另一种生物体（受体）内，使其按照人们的意愿遗传并表达出新的性状。

3.表达载体：在克隆载体基本骨架的基础上增加表达元件，使目的基因能够表达的载体。

4.转化：DNA分子通过与细胞膜结合进入受体细胞并在细胞内稳定维持和表达的过程。

5.插入失活：外源DNA片段插入到载体的选择标记基因中而使此基因失活，丧失其原有的表性特征。

：酵母人工染色体，是进行大片段克隆的线状载体。

7.退火：当温度突然降低时，反应体系中寡核苷酸引物和其互补的DNA模板在局部形成杂交链。

文库：是以特定的组织或细胞mRNA为模板，逆转录形成的互补DNA与适当的载体连接后转化受体菌形成的重组DNA克隆群。

：多个限制酶的单一切点，即多克隆位点。

10.同尾酶：有些来源不同的限制酶，识别及切割序列各不相同，但产生出相同的粘性末端，这类限制酶称为同尾酶。

质粒：考斯质粒是一类人工构建的含有λDNA cos序列和质粒复制子特殊类型的载体。

12穿梭载体：是指能在两种不同的生物中复制的载体。

载体：利用土壤根癌农杆菌中存在着一种诱导瘤细胞的质粒构建成的载体。

14.基因文库：从特定生物个体中分离的全部基因，这些基因以克隆的形式存在（人工构建）。

15.融合型表达蛋白：蛋白质的N未端由原核 DNA 序列或其他 DNA 序列编码，C端由真核 DNA 的完整序列编码，蛋白质由一条短的原核多肽或具其他功能的多肽和真核蛋白质结合在一起，故称融合蛋白。

16.反转录酶：是以RNA为模板指导三磷酸脱氧核苷酸合成互补DNA（cDNA）的酶。

17.末端转移酶：一种能将脱氧核苷酸三磷酸(dNTP)加到某DNA片段上3′-OH基上的酶。