2基因工程概述一

基因工程的主要内容一、基因工程的概述基因工程是一种通过改变生物体遗传物质的结构和组成，以实现对其性状和功能进行调控的技术。

它涉及到生物学、化学、计算机科学等多个领域，是当今生命科学领域中最为重要的技术之一。

二、基因工程的主要内容1. 基因克隆基因克隆是指将特定基因从一个生物体中分离出来，并将其插入到另一个生物体中。

这样可以使得目标生物体具有某种特定性状或功能。

常用的基因克隆技术包括PCR扩增、限制酶切割、电泳分离等。

2. 基因编辑基因编辑是指通过CRISPR/Cas9等技术直接对目标基因进行修改，以实现对其性状和功能进行调控。

这种方法可以精确地修改目标DNA序列，从而达到精准治疗的效果。

3. 基因表达调控基因表达调控是指通过改变目标基因的转录和翻译过程，以实现对其表达水平和时间的调节。

常用的方法包括转录因子介导的启动子激活、RNA干扰、CRISPRi等。

4. 基因药物开发基因药物是指通过对特定基因进行调控，以实现治疗某些疾病的药物。

常见的基因药物包括基因表达调控剂、基因编辑剂等。

这些药物可以精准地靶向特定的疾病基因，从而达到更好的治疗效果。

5. 基因检测基因检测是指通过对个体DNA序列进行分析，以了解其患某种遗传性疾病的风险。

常用的基因检测方法包括PCR扩增、DNA测序等。

三、应用前景随着生命科学技术的不断发展和进步，基因工程技术在医学、农业、环境保护等领域中得到了广泛应用。

在医学领域中，基因工程技术可以用于治疗癌症、遗传性疾病等；在农业领域中，可以用于改良作物品种、提高产量和抗逆性能；在环境保护领域中，则可以用于生态修复和污染治理等方面。

四、风险和挑战尽管基因工程技术具有广泛的应用前景，但也存在着一些风险和挑战。

首先，基因工程技术可能会引起生态系统的破坏和生物多样性的丧失；其次，基因工程技术可能会导致人类健康和安全方面的问题；最后，基因工程技术还涉及到伦理和道德问题，需要加强监管和规范。

五、结论总之，基因工程技术是一种非常重要的生命科学技术，具有广泛的应用前景。

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。

1.1基因工程概述（第1课时）（一）DNA 重组技术的基本工具 编制：张统省 审核：秦磊 校对：王曼【学习目标】1.简述基因工程的诞生过程和发展历程；2.简述基因工程的概念3.举例说出基因工程的工具 【自学质疑】 一、回顾：1．遗传的物质基础是什么？ 2．生物体遗传的基本单位是什么？3．为什么生物界的各种生物间的性状有如此大的差别呢？4．生物的性状是怎样表达的？ 5．各种生物的性状都是基因特异性表达的结果，那么，人类能不能改造基因 呢？使原来本身没有某一性状的生物而具有某个特定的性状呢？ 6．各种生物间的性状千差万别，这是为什么呢？ 二、导学1．基因工程的概念：2. DNA重组技术的基本工具来源：主要从 中分离功能：能够识别双链DNA 分子的某种特定核苷酸序列， 限制性内切酶 并使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷 （分子手术刀） 酸二酯键断开。

错位切切割方式 平 切黏性末端切割后的DNA 末端： 平末端功能：将切下来的DNA 片段拼接成新的DNA 分子DNA 连接酶 T4 DNA 连接酶：既能“缝合”双链DNA 片段互补的黏性末端， （分子缝合针） 种类 也能“缝合”双链DNA 片段的平末端E ·coli DNA 连接酶：只能将双链DNA 片段互补的黏性末端连接①能在宿主细胞中稳定地保存下来并大量复制条件：②有一个至多个限制酶切点，基因进入受体细胞的载体 ③有特殊的遗传标记基因，便于筛选。

（分子运输车） 质粒（常用）种类： λ噬菌体的衍生物动植物病毒【质疑讨论】1．什么是基因工程？ 2．、基因工程的工具酶有几种？分别是什么？3．基因的剪刀是什么？有什么作用特点？结果怎么样？ 4．基因的针线是什么？其主要作用是什么？ 5．基因的运输工具是什么？有什么作用？6．运载体必须具备的条件是什么？最常用的运载体是什么？7．质粒的结构是什么？质粒上会存在某些标记基因，这些标记基因有什么用途？8.要想将某个特定基因与质粒相连，需要用几种限制性内切酶和几个DNA 连接酶处理？ 质粒的特点：①质粒是基因工程中最常用的运载体； 最常用的质粒是大肠杆菌的质粒； ②是细菌染色体外（即拟核DNA 外） 能自我复制的小型环状DNA 分子；质粒 的大小只有普通细菌染色体的1%左右； ③存在于许多细菌及酵母菌等微生物中； 质粒的存在对宿主细胞生存没有决定性 的作用；④质粒的复制只能在宿主细胞内完成。

第一章基因工程概述一、名词解释基因、基因操作、基因工程、重组DNA技术二、思考题1、简述基因工程操作的基本步骤。

2、简述基因工程操作的理论依据。

3、简述基因工程诞生理论上的三大发现和技术上的三大发明。

第二章基因工程的工具酶一、名词解释限制性内切酶、同裂酶、同尾酶、DNA连接酶、DNA聚合酶、逆转录酶二、思考题1、简述限制性内切酶命名的基本原则。

2、影响限制性内切酶活性的因素主要有哪些？3、影响连接反应效率的因素主要有哪些？4、大肠杆菌DNA聚合酶有哪些活性？分别简要说明其主要用途。

5、简述切口平移法标记DNA的原理。

答：首先，在Mg2+存在下利用低限量的DNase I处理双链DNA，随机产生少量切口；然后，利用大肠杆菌DNA聚合酶I的5'→3'外切酶活性在切口处向3'端平移去除核苷酸，同时，其5'→3'聚合酶活性则将切口作为引物沿5'→3'方向催化DNA合成；随着反应的进行，5'端核苷酸不断去除，3'端核苷酸不断掺入，导致切口沿着DNA合成方向移动，即切口平移。

如果在反应体系中加入标记dNTP，则这些标记dNTP将取代原有的核苷酸残基，产生带标记的DNA分子。

6、简述交换（置换）法标记DNA的原理。

答：反应体系中只有一种标记的dNTP存在时，可利用大肠杆菌DNA聚合酶I或T4/T7 DNA 聚合酶的3’→5’外切酶活性从3’端降解DNA，当露出与该标记dNTP互补的碱基时，上述酶的5'→3'聚合酶活性则催化该位置发生合成反应，用标记的dNTP置换原来的核苷酸残基，产生3’端标记的DNA。

第三章基因工程的载体一、名词解释载体、质粒、噬菌体、噬菌体溶菌周期、噬菌体溶原周期、克隆载体、表达载体、穿梭载体、整合载体、表达标签二、思考题1、简述克隆载体具备的基本条件。

2、以大肠杆菌为例，解释利用α互补筛选重组质粒的原理。

第二代基因工程的名词解释随着科技的不断发展和创新，基因工程已经成为当今社会中备受关注的领域之一。

这一领域的研究和应用极大地推动了生物技术、医学和农业领域的发展，对人类福祉产生了巨大影响。

而在基因工程领域中，第二代基因工程作为一种新型的技术越来越受到关注。

第二代基因工程是指在第一代基因工程的基础上，通过更加精确和高效的科学技术手段实现的一系列新方法。

它具有许多独特的特点，使得基因工程的应用和研究更加全面和深入。

下面我们将详细解释第二代基因工程中常用的一些名词。

1. 基因编辑（Gene Editing）基因编辑是第二代基因工程中最具代表性和引人注目的技术之一。

它指的是利用特定的酶或核酸序列，准确地修改生物体的基因组。

目前最常用的基因编辑技术是CRISPR-Cas9系统。

这一系统通过携带有指定的RNA片段来识别和切割特定的DNA序列，从而实现对基因组的编辑。

2. 基因组学（Genomics）基因组学是第二代基因工程领域的重要组成部分。

基因组学研究的是生物体中包含的全部基因，旨在解析基因组的组织、功能和调控机制。

通过基因组学，科学家们可以更好地理解基因组的结构与功能之间的关系，从而为疾病的预防、诊断和治疗提供更精准的手段。

3. 合成生物学（Synthetic Biology）合成生物学是通过合成或修改生物体中的基因和基因组，来设计和构建具有特定功能的人工生物系统的科学和工程学科。

合成生物学使得科学家们能够创造全新的生物体、合成生物产物以及开发全新的生物工艺流程。

这项技术的出现为医学、农业和工业的发展开辟了全新的道路。

4. 基因组编辑技术（Genome Editing Techniques）在第二代基因工程中，基因组编辑技术是非常重要的科学手段之一。

除了CRISPR-Cas9系统，还有其他一些基因组编辑技术，如Talen和ZFN。

这些技术在基因组编辑的过程中，能够显著提高效率和精确度，为基因疾病的治疗、农业的改良以及生物工业的发展提供更多的可能性。

第一章基因工程概述第一节基因工程的诞生和发展一、基因1．Mendel的遗传因子阶段Mendel . (1822-1884). 1856-1864豌豆杂交实验。

1866年发表论文，提出分离规律和独立分配规律1900年Mendel遗传规律被重新发现遗传学的元年Mendel提出：生物的某种性状是由遗传因子负责传递的。

是颗粒性的，体细胞内成双存在，生殖细胞内成单存在。

遗传因子是决定性状的抽象符号。

2．Morgan的基因阶段1909年丹麦遗传学家Yohannsen (1859-1927)发表了“纯系学说”首先提出了“基因”的概念，代替了Mendel “遗传因子”的概念。

但没有提出基因的物质概念。

1910年以后，Morgan .等提出了基因的连锁遗传规律。

说明了基因是在染色体上占有一定空间的实体。

基因不再是抽象符号，被赋予物质内涵。

3．顺反子阶段1957年，本泽尔（Seymour Benzer）以T4噬菌体为材料，在DNA分子水平上研究基因内部的精细结构，提出了顺反子（cistron）概念：顺反子是1个遗传功能单位，1个顺反子决定1条多肽链。

4.现代基因阶段（1）操纵子启动基因＋操纵基因＋结构基因（2）跳跃基因指DNA能在有机体的染色体组内从1个地方跳到另一个地方，它们能从1个位点切除，然后插入同一或不同染色体上的另一个位置。

（3）断裂基因1个基因被间隔区分成不连续的若干区段，这种编码序列不连续的间断基因被称为断裂基因。

（4）假基因不能合成出功能蛋白质的失活基因。

（5）重叠基因不同基因的核苷酸序列有时是可以共用的即重叠的。

现代对基因的定义是DNA分子中含有特定遗传信息的一段核苷酸序列，是遗传物质的最小功能单位。

二、基因工程的诞生一般认为1973年是基因工程诞生的元年（S. Cohen等获得了卡那霉素和四环素双抗性的转化子菌落)理论上的三大发现和技术上的三大发明对于基因工程的诞生起到了决定性的作用。

（一）DNA是遗传物质被证实1944年，Avery .利用肺炎双球菌转化实验1944年，美国洛克菲勒研究所的Oswald Avery等公开发表了改进的肺炎双球菌实验结果。

第一章基因工程概述1。

什么是基因工程，基因工程的基本流程？基因工程(Genetic engineering）原称遗传工程.从狭义上讲,基因工程是指将一种或多种生物体（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遗传并表达出新的性状。

因此，供体、受体和载体称为基因工程的三大要素.1。

分离目的基因2。

限制酶切目的基因与载体3.目的基因和载体DNA在体外连接4.将重组DNA分子转入合适的宿主细胞，进行扩增培养5。

选择、筛选含目的基因的克隆6。

培养、观察目的基因的表达第二章基因工程的载体和工具酶1. 基因工程载体必须满足哪些基本条件？➢具有对受体细胞的可转移性或亲和性。

➢具有与特定受体细胞相适应的复制位点或整合位点。

➢具有多种单一的核酸内切酶识别切割位点。

➢具有合适的筛选标记.➢分子量小，拷贝数多.➢具有安全性。

2。

质粒载体有什么特征，有哪些主要类型？1、自主复制性2、可扩增性3、可转移性4、不相容性主要类型有1。

克隆质粒2.测序质粒3.整合质粒4。

穿梭质粒5.探针质粒6。

表达质粒3。

质粒的构建(1）删除不必要的 DNA 区域，尽量缩小质粒的分子量,以提高外源 DNA 片段的装载量.一般来说，大于20Kb 的质粒很难导入受体细胞,而且极不稳定.(2)灭活某些质粒的编码基因，如促进质粒在细菌种间转移的 mob 基因，杜绝重组质粒扩散污染环境,保证 DNA 重组实验的安全，同时灭活那些对质粒复制产生负调控效应的基因，提高质粒的拷贝数（3）加入易于识别的选择标记基因，最好是双重或多重标记，便于检测含有重组质粒的受体细胞。

（4）在选择性标记基因内引入具有多种限制性内切酶识别及切割位点的 DNA序列，即多克隆接头（Polylinker)，便于多种外源基因的重组，同时删除重复的酶切位点,使其单一化，以便环状质粒分子经酶处理后，只在一处断裂，保证外源基因的准确插入。

（5)根据外源基因克隆的不同要求，分别加装特殊的基因表达调控元件。