基因工程导论 102 PPT课件

粘粒载体有更大的容量
cosmid：由质粒与噬菌体 COS 末端组成，可克 隆 29-4组序列的克隆 包装后通过感染途径进入细胞 在细胞内可形成环状质粒，并作为质粒复制
缺陷： 外源 DNA 不稳定，易发生重排并丢失 插入片段长度对扩增效率影响极大
RNase H DNA polymerase
目前常用的逆转录酶 RNase H 均缺失 逆转录酶需要引物，一般用 Oligo-dT
五、末端脱氧核苷酸转移酶
Terminal deoxynucleotidyl transferase 催化脱氧核糖核苷酸依次添加到 DNA 3,羟基端 聚合反应没有特异性，无需模板 用途：
常用λ噬菌体有哪些种类？
EMBL 3：置换型载体 克隆片段长度：7－22 kb Spi 筛选，野生型在含 P2 噬菌体的宿主中受限
λgt 10：插入型载体， 克隆片段长度： 0－7.6 kb 片段 CI 筛选，野生型载体易进入溶源生长状态
λgt 11：插入型载体 克隆片段长度： 0－7.2 kb 片段 LacZ基因插入失活
一、什么是质粒载体？
质粒(Plasmid) 细菌染色体外的遗传单位 小分子环状 DNA
具有自身的复制起点 具有抗药性基因 人工构建的多克隆位点
复制子决定了质粒拷贝数
复制起点与调节序列共同组成复制子 严紧型复制子：
复制需 pol III，与细菌基因组复制同步 拷贝数：1－5 质粒/细胞 松弛型复制子： 复制需 pol I，独立复制 拷贝数：10－200 质粒/细胞 Rop 基因突变使质粒达到数千拷贝
一、限制性内切酶是切割 DNA 的工具
Restriction enzyme or restriction endonuclease 细菌产生的酶，能特异性识别 DNA 序列，水解 磷酸二酯键，切开 DNA 双链 它是细菌的一种防御机制

人类基因编辑
基因工程在人类胚胎编辑方面的应用引发了关于人类尊严和生命 伦理的争议。
基因歧视
基因信息可能被用于歧视某些人群，如保险、就业等方面的不公平 对待。
生物种族灭绝
基因工程可能导致某些物种灭绝或生态失衡，违背了生态伦理原则 。
基因工程的法规与监管
国际法规
国际社会制定了一系列关于基因工程的法规 和伦理准则，如联合国《生物多样性公约》 等。
国家法规
各国政府根据国情制定了相应的基因工程法规和监 管措施，以确保安全和伦理问题得到有效监管。
行业自律
相关行业组织和研究机构也制定了自律规范 ，要求研究人员遵守伦理准则和法律法规。
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未来展望与挑战
基因工程的未来发展趋势
基因治疗
利用基因工程技术修复或替换病变基因，治疗遗传性疾病和癌症 等严重疾病。
2000年代至今
基因治疗、基因编辑等技术的 出现和应用，为人类疾病治疗 和生物产业的发展带来了新的
机遇和挑战。
基因工程的应用领域
农业
培育抗虫、抗病、抗逆等性状的转基 因作物，提高农业生产效率和粮食安 全。
医学
用于基因治疗、药物研发、疾病诊断 和治疗等领域，为人类健康事业提供 有力支持。
工业
利用基因工程生产各种酶、蛋白质和 有机酸等生物制品，促进工业生产技 术的发展。
基因表达调控应用
通过对基因表达的调控，可以实 现对生物体的遗传特性和表型特 征的精细调控，为生物工程和医 学研究提供重要的理论基础和技 术手段。
基因敲除与编辑
01 02
基因敲除与编辑定义
基因敲除是指通过同源重组技术将外源致死基因或特定基因敲除或灭活 的遗传工程技术；基因编辑则是指通过修改生物体的基因组，实现对特 定基因进行敲除、插入或突变的遗传工程技术。

打破了常规育种难以突破的物种之间的界限
可以使原核生物与真核生物之间的遗传信息进行 相互重组和转移 可以使动物与植物之间的遗传信息进行相互重组 和转移 可以使人与其他生物间的遗传信息进行相互重组 和转移
2.2 DNA重组
2.2.1 DNA的一般性质 2.2.1.1 DNA的组成和结构
腺嘌呤脱氧核苷酸(A) 鸟嘌呤脱氧核苷酸(G) 胞嘧啶脱氧核苷酸(C) 胸腺嘧啶脱氧核苷酸(T)
主要途径： 限制性内切核酸酶酶切法 PCR扩增法 化学合成法
2.2.2 获得DNA片段的主要途径
2.2.2.1 限制性内切核酸酶和DNA片段化 限制性内切核酸酶(restriction endonuclease) 功能：能识别双链DNA中特殊核苷酸序列, 并在合适的 反应条件下,使每条链的一个磷酸二酯键断开,产生具有 3´OH和5´P的DNA片段。 识别序列规律：旋转对称或左右互补对称。 切割位点:在识别序列上使磷酸二酯键断开的位置。
这些酶的普遍缺点： 热稳定性差，DNA热变性后即被灭活。
Taq酶
来自水生嗜热菌Thermus aquaticus YT-1，该菌是 1969年从美国黄石国家森林公园火山温泉中分离得 到。生长在70～75℃极富矿物质的环境中。
Taq聚合酶的特点及浓度：
具有良好的热稳定性。在70～75℃时生物学活性最 高；92.5℃时半衰期为130 min。
人类DNA的长度相当于3200公里
2 nm
11 nm
30 nm
DNA双螺旋短区域 染色质节段
由紧密包装的核小体组 成的30nm的染色质纤维
染色体节段的一部分 中期染色体的凝缩节段
染色体
300 nm
700 nm
1400 nm

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第三节 基因工程研究的主要内容
一、基因工程研究的主要内容
基础研究 克隆载体的研究 受体系统的研究 目的基因的研究 生物基因组学研究 应用研究
.. .
二、基因工程的基本操作程序 ③
①从细胞中分 离出DNA
①
② ④
②限制酶截取 DNA片断
③分离大肠杆 菌中的质粒 ④ DNA重组
⑤
⑥
⑤用重组质粒 转化大肠杆菌
基因工程原理与操作
.. .
学习内容
• 第一章
• 第二章 • 第三章 • 第四章 • 第五章 • 第六章
绪论
基因工程工具酶 基因工程载体 核酸操作的基本技术 聚合酶链式反应 基因的构建与目的基因获得.. .
学习内容
• 第七章
• 第八章 • 第九章 • 第十章
DNA体外重组与基因转移
重组子的筛选与鉴定 外源基因的表达 生物信息学
基因操作（gene manipulation）
重组DNA技术（recombinant DNA technique）
基因克隆（gene cloning）
分子克隆（ molecular cloning ） .. .
第二节 基因工程的诞生与发展
一、基因工程诞生的理论基础
基因工程
1973
无数科学家
基础
智慧与劳动
.. .
（二）技术上的三大发明
3. 基因工程载体的研究与应用

.. .
二、基因工程的诞生
20 世纪 70 年代初期，理论和技术层面已具备开展 DNA 重组工作的条件。 1972年， Stanford的P. Berg博士领导的研究小组，率 先完成了世界上第一次成功的DNA体外重组实验。 1973 年， Stanford 的 Cohen 等成功地利用体外重组实 现了细菌间性状的转移。 1973年被定为基因工程诞生的元年。

是指目的基因在受体细胞内表达，研究功能。
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病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
应用：
• 克隆感兴趣基因进行序列分析，研究其组织结构。 • 转入原核表达载体，进行大规模蛋白质合成,生产多肽
产品。 • 转入真核表达载体，导入细胞，研究其功能，表达调
载体：
• 载体(Vector)是目的基因的运载工具，其作用是将目 的基因带入受体细胞中，并使目的基因扩增和表达。
• 种类： 按来源分： 质粒载体(plasmid vector)、噬菌体载体(phage vector)、 柯氏质粒载体(cosmid vector)、病毒载体(virus vector ). 按作用分： 克隆载体(cloning vector )、表达载体(expression vector)、 穿梭载体(shuttle vector)
四环素选择标记上，4种位于Amp抗性基因上。外源基因的插入将破坏 抗性基因的完整性，导致抗性基因插入失活，这种特性可用于区分重组 和非重组分子。 • 松弛性质粒，在大肠杆菌细胞内有较高的拷贝数，当细菌蛋白质合成停 止时，它仍能继续复制。
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病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
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病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
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病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程TA 源自隆AA19