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基因工程的原理和技术PPT课件

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基因工程ppt课件

基因工程ppt课件
提取某种生物的全部DNA 用适当的限制酶切
一定大小的DNA片段
将DNA片段与: cDNA合成法
+ 第一步，反转录酶以RNA为模板合成一条与RNA互补 的DNA单链，形成RNA-DNA杂交分子。
+ 第二步，核酸酶H使RNA-DNA杂交分子中的RNA链降解， 使之变成单链的的基因主要是指___编__码__蛋__白__质__的__结__构__基__因_
请举出三个以上的例子
供体生物细胞
2、获人工化学合成
限制酶
取出 DNA 用限制酶剪 去与模板互补的DNA双链） 重复循环
16
实际具体过程
17
PCR技术
• 原理： DNA复制 • 前提：
一段已知目的基因的核苷酸序列 • 原料
模板DNA；DNA引物；四种脱氧 核苷酸；热稳定DNA聚合酶 （Taq酶）
• 方式：以_指__数__方式扩增，
PCR扩增仪
即_2_n__（n为扩增循环的次数）
18
1、概念：
基因工程又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。 通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种 基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物 的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。
1
2. 基因工程最基本的工具 ──限制性内切酶
以大肠杆菌中的一种叫做EcoRІ的限制酶为例：
限制酶
结果：产生黏性未端（碱基互补配对）。
终止子：位于基因的尾端的 一段特殊的DNA片断，能 终止mRNA的转录
标记基因的作用是为了鉴别 受体细胞中是否含有目的基 因，从而将有目的基因的细
27
1、（多选）一个基因表达载体的构建应包括 ABCD
A．目的基因 B．启动子 C．终止子 D．标记基因

高中生物基因工程课件

高中生物基因工程课件

毒性和提高免疫原性。
基因工程疫苗的应用
03
预防传染病，如乙型肝炎疫苗、人乳头瘤病毒疫苗等，降低人
群发病率。
基因工程抗体
基因工程抗体的种类
包括单克隆抗体、双特异性抗体、人源化抗体等。
基因工程抗体的制备
通过基因工程技术克隆和表达抗体的重链和轻链可变区基因，与适 当的恒定区基因融合，在哺乳动物细胞中表达。
公众参与与透明度
加强公众参与和透明度，促进利益相关方的对话 和协商，共同制定符合各方利益的决策。
3
国际合作与协调
加强国际合作与协调，共同制定国际性的伦理准 则和法律法规，促进全球范围内的公平和平等。
谢谢
THANKS
生物固氮
通过基因工程技术将固氮基因转入植物，提高植 物的固氮能力，减少化肥使用。
生物农药
通过基因工程技术生产具有杀虫、杀菌作用的生 物农药，减少化学农药的使用。
基因编辑技术
利用基因编辑技术如CRISPR-Cas9等对作物进行 精确的基因改造，提高作物的抗逆性和产量。
05 基因工程与环境保护
CHAPTER
生物的遗传性状。
基因工程原理
基因工程基于分子生物学和遗传学 原理，通过改变生物体的基因组， 实现对生物性状的遗传改良。
基因工程操作步骤
基因工程的操作步骤包括基因克隆 、载体构建、受体细胞转化、基因 表达和产物分离纯化等。
基因工程的历史与发展
基因工程的起源
基因工程的未来发展
基因工程起源于20世纪70年代，当时 科学家发现了限制性内切酶和DNA连 接酶，为基因操作提供了工具。
基因工程在土壤修复中的应用
土壤修复是指通过各种手段改善土壤质量，降低土壤污染 对环境和人体健康的影响。基因工程技术可以帮助我们培 育出具有特定功能的植物，用于土壤修复。

《基因工程说课》课件

《基因工程说课》课件
《基因工程说课》ppt课 件
CATALOGUE
目 录
• 基因工程简介 • 基因工程的基本技术 • 基因工程实验操作流程 • 基因工程的安全与伦理问题 • 未来展望
01
CATALOGUE
基因工程简介
基因工程的定义
基因工程是指通过人工操作将外源基因导入细胞或生物体内，以改变其遗传物质， 从而达到改良生物性状、生产生物制品或治疗遗传性疾病目的的技术。
基因工程是生物工程的一个重要分支，它利用分子生物学和分子遗传学的原理和技 术，对生物体的遗传物质进行操作和改造。
基因工程的基本操作包括基因克隆、基因转移、基因表达和基因沉默等，这些技术 为人类提供了强大的工具来探索和利用生命系统的奥秘。
基因工程的历史与发展
基因工程的起源可以追溯到20世纪70 年代初期，当时科学家们开始探索限制 性内切酶和DNA连接酶等基本工具，
健康风险
基因工程可能对人类健康产生负面 影响，如基因治疗中的副作用。
安全风险
基因工程可能被用于制造生物武器 或生物恐怖主义。
基因工程的伦理问题
人类基因编辑
基因资源与知识产权
基因工程应用于人类胚胎编辑可能引 发一系列伦理问题，如设计婴儿等。
基因资源属于全人类共享的遗产，涉 及知识产权和利益分配问题。
为基因操作奠定了基础。
1973年，美国科学家斯坦利·柯恩和赫 伯特·博耶利用限制性内切酶和DNA连 接酶，成功地将SV40病毒的DNA切割 并重新连接，从而实现了第一个重组
DNA分子。
自此以后，基因工程技术不断发展，逐 渐形成了完整的理论体系和技术体系， 并在医学、农业、工业和基础研究中得
到了广泛应用。
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。

第二节基因工程及其应用ppt课件

第二节基因工程及其应用ppt课件
2）用同一种限制酶切断目的基因，使 其产生相同的黏性末端。
3）将切下的目的基因片段插入质粒的 切口处，再加入适量DNA连接酶，形成了 一个重组DNA分子（重组质粒）
目的基因与运载体的结合过程，实 际上是不同来源的基因重组的过程。
（三）基因操作的基本步骤 • 步骤三：目的基因导入受体细胞
• 常用的受体细胞： 有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、
酵母菌和动植物细胞等。 • 将目的基因导入受体细胞的原理
借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。
（三）基因操作的基本步骤 • 步骤四：目的基因的检测和表达
氨苄青霉 素抗性基因
四环素 抗性基因
（三）基因操作的基本步骤
• 受体细胞摄入DNA分子后就说明目3）有关基因工程的叙述中，错误的是（ A）
A、DNA连接酶将黏性末端的碱基对连接起来 B、 限制性内切酶用于目的基因的获得 C、目的基因须由运载体导入受体细胞 D、 人工合成目的基因不用限制性内切酶
参考资源：
展示你的搜索成
思维拓展
有人认为，转基因新产品也是一把双刃 剑，犹如水能载舟，亦能覆舟，甚至带来 灾难性的后果，你是否同意这一观点？举 例说明。
转黄瓜抗青枯病基因的甜椒 转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯
转鱼抗寒基 因的番茄
不会引起过敏的转基因大豆
转基因龙胆花色奇异
转基因蓝猪耳改变花色
转基因牵牛花改变了花色
A：紫外光照射下的转 绿色荧光蛋白的 Eustoma (Lisianthus) 花。
B：转没有绿色荧光 蛋白的空质粒的花，
会发光的转基因鱼
最常用的质粒是大肠杆 菌的质粒，其中常含有抗药 基因，如四环素的标记基因。
质粒的存在与否对宿主细 胞生存没有决定性作用，但 复制只能在宿主细胞内成。

基因工程原理与技术课件

基因工程原理与技术课件

一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
②脂质体介导法 脂质体是磷脂在水中形成的一种由脂类双分子层围成的 囊状脂质小泡结构，其大小一般为1~5um。 原理：脂质体与细胞膜之间发生融合，便把其携带的外 源DNA转入细胞内或进入细胞核，最终实现基因的转移。 脂质体介导法的转染效率可达到磷酸钙沉淀法的5~100 倍，但比DAEA-葡聚糖法低至少90％。 优点：脂质体制备程序简单、可进行常规消毒灭菌、毒 性小、包装容量大以及保护DNA免受核酸酶的降解等。 缺点：效率低。
①实验步骤简单易行； ②连接效率较高； ③选择载体要易于重组子筛选； ④选择的连接方式要便于回收插入的外源DNA片段； ⑤外源基因必须在表达载体DNA的启动子控制之下，并 置于正确的阅读框架之中。
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
②DNA衔接头法(衔接头法)
衔接头(adaptor)：人工合成的一端为 平头末端、另一端为某种限制内切酶 的单链黏性末端的DNA片段。
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
连接子除用于DNA体外重组连接外，还用于插入突变。
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
③DEAE-葡聚糖法 DEAE-葡聚糖是一种高分子多聚阳离子化合物，能与 外源DNA结合成复合物，然后通过细胞的胞吞作用使DNA 进入细胞而实现基因转移。 ④血影细胞介导法 血影细胞是指哺乳动物的红细胞在机械作用、病毒诱 导、低渗等条件下发生溶血，使血红蛋白大量溢出，最后 形成仅有细胞膜包被的细胞结构。 让携带外源DNA的血影细胞与受体细胞在适当条件下 发生细胞融合，从而将外源DNA导入受体细胞。 此外，电击法、基因枪法、PEG法、精子介导法、花 粉管通道法、微注射法…………

基因工程的原理和技术

基因工程的原理和技术
基因工程原理和技术
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第一章 第二节
学习要求
基本要求
1.概述述基因工程的原理2.概述基因工程基本操作的几个步骤
发展要求
举例说出筛选含有目的基因的受体细胞的原理
说明
“课外读：聚合酶链式反应（PCR）”、“小资料：基因工程的受体细胞”只作为背景材料阅读，不要求记忆或掌握具体的内容。
PCR技术
延伸
单，导入到受体菌的群体中，各个受内全部DNA
许多DNA片段
受体菌群体
限制性核酸内切酶
与载体连接 导入
某种生物某个时期的mRNA
cDNA
反转录
受体菌群体
与载体连接 导入
三、目的基因导入受体细胞
常用的受体细胞： 有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞等。
将目的基因导入受体细胞的原理 借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。
三、目的基因导入受体细胞
例如，用质粒作为载体，宿主细胞应该选择大肠杆菌。
将细菌用CaCl2处理，以增大细菌细胞壁的通透性。 使含有目的基因的重组质粒进入受体细胞。 目的基因在受体细胞内，随其繁殖而复制，由于细菌繁殖的速度非常快，在很短的时间内就能获得大量的目的基因。基因组部分基因 （cDNA）
二、形成重组ＤＮＡ分子
添加标题
用一定的限制性核酸内切酶切割质粒，使其出现一个切口，露出粘性末端。
添加标题
用同一种限制性核酸内切酶切断目的基因，使其产生相同的粘性末端。
添加标题
用DNA连接酶将切下的目的基因片段和载体ＤＮＡ形成了一个重组DNA分子（重组质粒）
基因工程的基本操作步骤
获取目的基因 形成重组DNA分子 将重组DNA分子导入受体细胞 筛选含有目的基因的受体细胞 目的基因的表达

基因工程的原理和技术

原理： DNA复制 目的： 获得大量的目的基因
③化学方法合成目的基因
人工合成基因的方法
反转录法
根据已知的氨基酸序列 合成DNA
③化学方法合成目的基因
目的基因的mRNA 反转录
单链DNA(cDNA) 合成
双链DNA (即目的基因)
蛋白质的氨基酸序列 推测
mRNA的核苷酸序列 推测
结构基因的核苷酸序列 化学合成
胰岛素生产车间
基因工程干扰素
• 干扰素治疗病毒感染简直是“万能灵药”！ 过去从人血中提取，300L血才提取1mg！ 其“珍贵”程度自不用多说。
干扰素分子结构
干扰素生产车间
SCID的基因工程治疗
• 重症联合免疫缺陷（SCID ）患者缺乏正常的人体免 疫功能，只要稍被细菌或 者病毒感染，就会发病死 亡。这个病的机理是细胞 的一个常染色体上编码腺 苷酸脱氨酶（简称ADA） 的基因（ada）发生了突 变。可以通过基因工程的 方法治疗。
❖ 基因工程药品的生产
• 在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、干扰素直接生 物体的哪些结构中提取？ 药品直接从生物的组织、细胞或血液中提取。
• 传统生产方法的缺点 由于受原料来源的限制，价格十分昂贵。
• 可利用什么方法来解决上述问题？
利用基因工程方法制造“工程菌”，可高效率地生产出各 种高质量、低成本的药品。
基因探针：
基因探针就是一段与目的基因或DNA互补的 特异核苷酸序列。它包括整个基因，或基因的 一部分；可以是DNA本身，也可以是由之转录而 来的RNA。
DNA分子杂交示意图
采用一定的技术手段，将两种生物的DNA分子的单 链放在一起，如果这两个单链具有互补的碱基序列， 那么，互补的碱基序列就会结合在一起，形成杂合双 链区；在没有互补碱基序列的部位，仍然是两条游离 的单链。

基因工程的主要技术与原理


（一）、探针的标记物
非放射性探针的标记 ▪ 生物素标记核酸 （光敏生物素、酶促生物素） ▪ DNA半抗原标记 ▪ 荧光素标记
基本原理：
生物素标记法
以生物素化的脱氧核苷三磷酸（Bio-11-dUTP,Bio-7-dATP、 Bio-11-dCTP）等代替相应脱氧核苷三磷酸，经DNA聚合酶作用掺 入新合成的DNA。可以采用缺口平移法和随机引物延伸法进行。
制备高比活性探针(1010 cpm/μgDNA);
（3）末端标记法 T4 DNA聚合酶
5’→3’聚合酶活性，1500 nt/min, 为pol I的两倍 3’→5’外切酶活性，可作用于ssDNA和dsDNA, 其切除速度 分别为40和 4000nt/min
补平或标记DNA分子由核酸内切酶产生的3'凹端 对带有3'黏性末端或平末端的DNA片段进行标记，制备探针
基本原理 采用的是聚丙烯酰胺凝胶电泳，被检测物是蛋白质，“探针” 是抗体，“显色”用标记的二抗
经过PAGE分离的蛋白质样品，转移到固相载体（如NC膜）上， 固相载体以非共价键形式吸附蛋白质，且能保持电泳分离的多 肽类型及其生物学活性不变。以固相载体上的蛋白质或多肽作 为抗原，与对应的抗体起免疫反应，再与酶或同位素标记的第 二抗体起反应，经过底物显色或放射自显影以检测电泳分离的 特异性目的基因表达的蛋白成分。
随机引物：含有各种 可能排列顺序的寡核 苷酸片段的混合物。 46 = 4096
DNA聚合酶ⅠKlenow片段
5’→3’DNA聚合酶活性 弱3’→5’外切核酸酶活 性 无5’→3’外切核酸酶活 性
➢ 产物平均长度为400-600个核苷酸。 ➢ Klenow片段没有5 ’→3’外切酶活性, 反应稳定, 可以获得大量的有效探针。 ➢ 反应时对模板的要求不严格, 用微量制备的质粒DNA 模板也可进行反应。

基因工程原理


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基因工程原理
基因工程(gene engineering)常和 以下名称混用
• 遗传工程(genetic engineering); • 基因克隆(gene cloning); • 分子克隆(molecular cloning); • 基因操作(gene manipulation); • 重组DNA技术(recombination DNA technique)
义指II型限制酶。
2. 命名：限制酶由三部分构成，即菌种名、菌
系编号、分离顺序。 例如：HindⅢ 前三个字母来自于菌种名称 H. influenzae，“ｄ”表示菌系为ｄ型血清型； “Ⅲ”表示分离到的第三个限制酶。
EcoRI—Escherichia coli RI HindⅢ—Haemophilus influensae d Ⅲ SacI (II)—Streptomyces achromagenes I (Ⅱ)
6、将目的基因克隆到表达载体上，导入寄主细胞，使之在新 的遗传背景下实现功能表达，产生出人类所需要的物质。
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基因工程原理
三、基因工程技术及其应用
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基因工程原理
转基因植物
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基因工程原理
转基因动 物作为生 物发生器
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基因工程原理
基因本身也是一个产业
Байду номын сангаас
５）限制酶切后产生两个末端，末端结构是５’-Ｐ和３’-Ｏ
Ｈ
2. 末端种类
１）３’-端突起，个数为２或４个核苷酸
Pst I 5’-CTGCAG-3’ 5’-CTGCA
G-3’
3’-GACGTC-5’ 3’-G
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2、形成重组DNA分子 —— 核心
质粒
DNA分子
同一种 限制酶处理
一个切口 两个黏性末端
两个切口 获得目的基因
DNA连接酶
重组DNA分子（重组质粒）
3、将目的基因导入受体细胞
转化
• 常用的受体细胞：
有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、 酵母菌和动植物细胞等。
• 将目的基因导入受体细胞的原理 借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。
(2)基因工程中常用的受体细胞有细菌、真菌、动植物细。胞
(3)假设以大肠杆菌质粒作为运载体，并以同一种限制性内切 酶切割运载体与目的基因，将切割后的运载体与目的基因 片段混合，并加入DNA连接酶。连接产物至少有 3 种 环状DNA分子，它们分别 是 运载体自连的、目的基因片段自连的、 。
运载体与目的基因片段相连的环状DNA分子
三、基因工程操作步骤：
4.第四步：筛选含有目的基因的受体细胞和目的基 因表达 （1）内容： ①检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的 基因（关键） ②检测目的基因是否转录出了mRNA ③检测目的基因是否翻译成蛋白质（表达） （2）常用的技术： ①DNA分子杂交技术－－DNA与DNA杂交 ②蛋白质分子（抗原－抗体）间的杂交
mRNA的核苷酸序列
后按照碱基互补配对原
则，推测出它的结构基 因的核苷酸序列，再通
结构基因的核苷酸序列
过化学方法，以单核苷
酸为原料合成目的基因。
目的基因
实例 1：
1、下列获取目的基CR技术扩增目的基因 C.反转录法 D.通过DNA合成仪利用化学方法人工合成
§1.2 基因工程的原理和技术
§1.2 基因工程的原理和技术
一、教学目标： 1.了解基因工程的基本原理。 2.描述重组DNA技术的基本步骤。 二、教学重点、难点： 基因工程的基本原理和基本操作步骤。
一、自学导引：
浏览课本P5～P7，了解基因工程的原理和操作步骤。
二、基因工程的原理和操作步骤：
原理：基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设 计，通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以 新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类 型和生物产品。（既是概念，又是原理） ①目的基因的获取； ②形成重组DNA分子； ③将目的基因导入受体细胞；
DNA杂交技术
基因探针（DNA探针）与目的基因杂交，有无 杂交带
四、本节小结：
目的基技术扩增目的基因
程 3、化学方法人工合成
的
基 形成重组DNA分子；
本
操 将目的基因导入受体细胞
作 程
农杆菌转化法、基因枪法、显微注射法、Ca2+处理法
1）将目的基因导入植物细胞 农杆菌转化法 基因枪法
2）将目的基因导入动物细胞
显微注射技术
提纯基因表达载体 体外显微注射入受精卵
受精卵移植
1.将目的基因导入植物细胞
农杆菌转化法 基因枪法
2.将目的基因导入动物细胞 显微注射技术（最多、最有效） 3.将目的基因导入微生物细胞 Ca2+处理，以增加细菌细胞壁的通透性。
②转基因植株扩散影响生态系统的结构和功能；
③转基因植株扩散对生物多样性的影响；
④转基因植物残体或分泌物对环境的影响。
作业！
序 筛选含有目的基因的受体细胞和目的基因表达
DNA分子杂交技术、抗原—抗体杂交技术
分子检测外的个体水平鉴定
例如：
将每个受体细胞单独培养形成菌落，检测菌落中是 否有目的基因的表达产物。淘汰无表达产物的菌 落，保留有表达产物的进一步培养、研究。
无表达产物 无表达产物 有表达产物 无表达产物
巩固练习
1 用基因工程技术可使大肠杆菌合成人的蛋
④筛选含有目的基因的受体细胞和目的基因表达。
三、基因工程操作步骤：
1.第一步：获CR)技术扩增目的基因 （目的基因的序列已知） ③人工合成目的基因同长短的DNA片段。包含 的基因片段分别克隆在质粒或噬菌体载体上，转染细菌 或体外包装到噬菌体颗粒上便构成了该生物的基因。利用PCR技术扩增目的基因
聚合酶链式反应，在生物体外复制特定DNA片段的 核酸合成技术。可以获得大量的目的基因。
变性
循环
目的基因 的扩增呈 指数形式 扩增（2n）
退火
延伸
反转录法 人工合成基因的方法
根据已知的氨基酸序列
合成DNA
根据已知蛋白质的
蛋白质的氨基酸序列
氨基酸序列，推测出相
应的信使RNA序列，然
③从受体细胞中提取
④利用PCR技术
⑤利用DNA转录⑥人工源自成A．①②③⑤B．①②⑤⑥
C．①②③④
D．①②④⑥
3基因工程又叫基因拼接技术。
(1)在该技术中，用人工合成方法获得目的基因的途径之一 是：以目的基因转录的信使RNA为模板，逆转录 成互补的 单链DNA，然后在酶的作用下合成 双链DNA。(目的基因)
白质。下列叙述不正确的是
B
A．常用相同的限制性内切酶处理的基因
和质粒
B．DNA连接酶和 RNA聚合酶是构建重组质 粒必需的工具酶
C．可用含抗生素的培养基检测大肠杆菌中 是否导入了重组质粒
D．导入大肠杆菌的目的基因不一定能
成功表达
2下列属于获取目的基因的方法的是(D )
①基因技术获得抗寒 能力提高的香蕉植株？在运用转基因香蕉的过 程中，在生态安全方面可能会出现什么问题？ （列举两点）
将目的基因插人土壤农杆菌的质粒，构建表达载体， 通过农杆菌的转化导人香蕉受体细胞，成功转化 的香蕉细胞通过组织培养形成植株。
生态安全问题包括：
①外源基因扩散到其他物种（外源基因漂移）；