基因功能研究方法 PPT

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功能基因组学课件

《功能基因组学》PPT课件
SAGE 步骤
1. 将5μg含有oligo dT（引物）的磁珠与 RNA混合。
2. 合成双链cDNA。
3. 用NlaⅢ酶消化形成一条链末端有标签的产物。
4. 将样品分成两份，连接成含有识别序列的产物，以备用BsmF1消化。
5. 用Mme I切割每一个样品形成约60bp 的标签。
➢ 科学研究已开始进入“后基因组时代”。主要是开展功能基因组学和蛋白质组学的研究。
➢ 有科学家形象地说道：即使基因测序全部完成，也只好像是一本没有姓名，只有号码的电话簿。“后基因组时代”的最终目标，是要把深奥的DNA语言变成一本大基因百科全书。
《功能基因组学》PPT课件
功能基因组学
功能基因组学，后基因组学(Post genomics)：利用结构基因组学提供的信息和产物通过在基因组或系统水平上全面分析基因的功能生物学研究从对单一基因或蛋白质的研究转向对多个基因或蛋白质同时进行系统的研究。
特定基因检测突变检测多态性分析基因表达谱
• 生物信息学的工具 • 基因相关性研究 • 基因功能 • 药物设计和开发 • 潜在反义试剂开发 • 个体化医疗 • 身份识别 • 基因诊断 • 其他与生物有关的领域
《功能基因组学》PPT课件
例：肿瘤诊断
国外有一临床病人表现出典型的白血病症状，但形态学检测不典型，根据相关检查，诊断为AML（acute myeloid leukaemia, 急性骨髓白血病），治疗几个月后未见好转。后来用DNA芯片与病人骨髓的mRNA杂交，结果显示 AML和ALL(acute lymphoblastic leukaemia 急性成淋巴细胞白血病)基因都表达较低，而在数据分析中发现，编码原肌球蛋白的基因表达极高，从而确诊为肺泡弹状肌肉瘤，改变治疗方案，病情出现缓解。

分子生物学研究法-基因功能研究技术

分子生物学研究法-基因功能研究技术第六章分子生物学研究法（下）基因功能研究技术随着越来越多的基因组序列相继被测定，人类对生物本质的认识已经发生了重大变化。

但是，海量序列信息也向我们提出了新的挑战。

如何开发利用这些序列信息，如何通过生物化学、分子生物学等方法研究基因的功能，从而进一步了解生物体内各种生理过程，了解生物体生长发育的调节机制，了解疾病的发生、发展规律，给出控制、减缓甚至完全消除人类遗传疾病，是新时期生物学家所面临的主要问题。

转录组测序技术、原位杂交技术、基因芯片技术为研究单个或多个基因在生物体某些特定发育阶段或在不同环境条件下的表达模式提供了强有力的手段。

用基因定点突变（site-directed mutagenesis）技术、基因敲除技术、RNAi技术可以全部或部分抑制基因的表达，通过观察靶基因缺失后生物体的表型变化研究基因功能。

酵母单杂交、双杂交技术，四分体技术等都是研究蛋白质相互作用、蛋白质-DNA相互作用等的重要手段。

随着分子生物学技术的发展，研究者可以在活细胞内和细胞外研究蛋白质之间的相互作用，为认识信号转导通路、蛋白质翻译后修饰加工等提供了丰富的技术支持。

本章将主要介绍研究基因功能的各种分子生物学技术和方法。

6. 1 基因表达研究技术6. 1. 1转录组测序6.1.1 转录组分析和RNA-Seq转录组（transcriptome），广义上指在某一特定生理条件或环境下，一个细胞、组织或者生物体中所有RNA的总和，包括信使RNA（mRNA）、核糖体RNA（rRNA）、转运RNA（tRNA）及非编码RNA（non-coding RNA或sRNA）；狭义上特指细胞中转录出来的所有mRNA的总和。

基因组－转录组－蛋白质组（genome－transcriptome －proteome）是中心法则在组学框架下的主要表现形式。

通过特定生理条件下细胞内的mRNA丰度来描述基因表达水平并外推到最终蛋白质产物的丰度是目前基因表达研究的基本思路。

基因功能研究技术之基因敲除及基因编辑技术ppt课件

Donor plasmid
点突变 Left arm Right arm
Donor plasmid
同源重组发生率升高几个数量级
33
TALEN的最前沿
2011年8月， Nature Biotechnology 上同时发表了用TALEN 技术进行基因敲除的4篇研究文章，另加一篇综述。
• 一篇人类干细胞《Genetic engineering of human pluripotent cells using TALE nucleases》
• 但是，该技术制备复杂，成本昂贵，而且其技术专利被少数几家商业公司控制。
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（二）
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崭新的技术解决经典的挑战
崭新的技术 - TALEN 经典的挑战 – 染色体DNA序列的人工编辑修改
• （点）突变：Silent；Missense； Nonsense；Frame shift （基因敲除， Knockout） • 片段删除 • 片段插入目的与用途：生物模型；表达工具；基因治疗
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条件型基因打靶的优势： 1. 克服了重要基因被敲除所导致的早期致死 2. 并能客观、系统地研究基因在组织器官发生、发育以及
疾病发生、治疗过程中的作用和机制
这一技术亦存在一些缺点： 1. 费用太高 2. 周期较长 3. 许多基因在剔除后并未产生明显的表型改变，可能是这
些基因的功能为其他基因代偿所致
• 5' - ATAACTTCGTATA - ATGTATGC - TATACGAAGTTAT - 3' • 3' - TATTGAAGCATAT - TACATACG - ATATGCTTCAATA - 5'
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• Cre-LoxP系统的特性

基因功能测定方法

基因功能测定方法
基因功能测定就像是在生命的神秘宝库里寻宝！咱先说说步骤呗。

首先得确定要研究的基因，这就好比在茫茫大海中找到那艘有宝藏的船。

然后可以通过基因敲除、基因过表达等方法来观察生物体的变化。

比如基因敲除，就像是把一个特定的工具从工具箱里拿走，看看没了这个工具，机器还能不能正常运转。

注意事项呢？那可不少！一定要精准地操作，不然就像射箭没瞄准，白费力气。

而且要确保实验环境稳定，不能一会儿热一会儿冷，那可不行。

说到安全性，这可是个大问题。

就像走钢丝，得小心翼翼。

在进行基因功能测定时，要确保不会对生物体造成不可挽回的伤害。

稳定性也很重要，不能今天测出一个结果，明天又变了。

这就像盖房子，得稳稳当当的，不能摇摇晃晃。

那应用场景可多了去了！在医学领域，可以帮助我们了解疾病的发生机制，找到治疗的新方法。

这不就像在黑暗中找到了一盏明灯吗？在农业领域，可以培育出更优良的品种，提高产量。

哇塞，这多棒啊！优势也很明显，能够深入了解生命的奥秘，为人类的发展做出巨大贡献。

实际案例来啦！比如研究某种疾病相关的基因，通过测定其功能，找到了新的治疗靶点。

这就像在迷宫中找到了出口，让人兴奋不已！
基因功能测定真的超级厉害！它就像一把神奇的钥匙，能打开生命奥秘的大门。

让我们一起探索这个神秘的领域吧！。

基因功能分析的基本策略课件(共 71张PPT)

RNAi 是真核生物中广泛存在的现象
植物：干扰因素自叶脉向外扩散，绿色荧光蛋白线虫：左侧为转基因线虫；右侧线虫则经 (GFP) GFP dsRNA 基因 Hela 细胞：经GFP ORC6 siRNA 作用后，细胞出现多核现象。果蝇：右侧果蝇为野生型，左侧为 shRNA 造成的色素缺乏的被抑制，显露出红色。处理。部分细胞 RNAi 相关蛋白表达较低，仍有绿色荧光。绿色为 tubulin，缺陷型。红色为 DNA。ORC6 细胞分裂调控蛋白。
检测的提示重组体存在的基因。GFP、 LacZ、AP、 LUC。
融合基因 (fusion gene): 将特定的目的基因与报告
基因拼接成融合基因，并与顺式作用元件拼接成完整的转录单位。
动物转基因常用的载体
腺病毒载体逆转录病毒载体非病毒类载体：如质粒等。
2. 中游—基因转移、胚胎移植与建系
基本原理
转基因动物
基本过程
上游—基因改造和载体构建
中游—基因转移、胚胎移植与建系下游—基因整合、表达的检测与细胞筛选
1. 上游—基因改造和载体构建
外源基因: 完整的转录单位, 由顺式作用元件、结构
基因和转录终止信号组成。
报告基因 (reporter gene) : 在表达载体中引入易于
第十二章
基因功能分析的基本策略
转基因模型是研究基因功能的主要手段
转基因生物：外源基因导入生物体表达。基因打靶：外源基因替换内源基因。基因敲除。基因敲入。基因沉默：导入特定基因，抑制内源性基因表达。
第一节转基因技术
转基因技术(transgenic technology)：将外源基因导入细胞，随机整合到受体基因组内，并随细胞分裂而遗传给后代。细胞模型。转基因动物。转基因植物。

《基因功能分析》课件

通过荧光染料或探针标记的特异引物，对特定基因进行实时荧光检测，实现对基因表达的定量分析。
蛋白质组学分析
利用质谱等技术对蛋白质进行鉴定和定量分析，了解蛋白质的表达情况和功能。
基因突变分析
Sanger测序
通过对目标基因进行双脱氧终止法测序，检测基因突变位点和类型。
高通量测序
对全基因组或目标区域进行深度测序，发现基因突变和结构变异。
随着基因技术的进步，相关的伦理和法规也将不断完善，以保障技术的安全和合理应用。
THANKS
[ 感是生物多样性的基础。不同物种或同一物种不同种群间的基因变异导致了生物多样性的产生和发展。了解基因变异对生物多样性的影响有助于保护和利用生物资源。
CHAPTER 04
基因功能研究的应用
医学诊断与治疗
基因诊断
利用基因检测技术，对遗传性疾病进行早期诊断，有助于制定个性化的治疗方案。
基因与药物反应个体差异
不同个体对同一种药物的反应可能存在差异，这种差异部分由基因变异引起。了解个体基因变异情况有助于预测患者对特定药物的反应。
基因与进化
基因变异与物种形成
基因变异是生物进化的驱动力之一。通过自然选择和遗传漂变，基因变异在种群中积累并最终导致新物种的形成。
基因与适应性进化
生物在适应环境过程中，某些基因变异有助于提高生存和繁殖能力，从而在自然选择作用下得到保留和传播。这些变异可以影响生物的生理机能、行为和形态等方面。
03
基因与个性化医疗
了解基因变异对疾病的影响有助于实现个性化医疗，为患者提供更精准
的诊断和治疗方案。
基因与药物反应
基因与药物代谢
药物代谢酶的基因变异可以影响药物的代谢速率和效果。有些变异可能导致药物代谢过快或过慢，从而影响治疗效果。

研究生基因组学PPT课件

研究生基因组学PPT课件
目录
• 基因组学概述 • 基因组学基础知识 • 基因组学研究方法 • 基因组学在医学中的应用 • 基因组学在农业中的应用 • 基因组学的伦理、法律与社会问题
01
基因组学概述
基因组学的定义与特点
总结词
基因组学的定义、特点与研究对象
详细描述
基因组学是一门研究生物体基因组的学科，其研究对象包括基因组的组成、结构、功能和演化等方面的内容。基因组学具有系统性、整体性和复杂性等特点，其研究范围涵盖了基因组的结构、功能、进化以及基因组与环境之间的相互作用等多个方面。
研究作物耐盐碱的基因基础，有助于培育出能在盐碱地生长的作物品种，扩大可耕地面积，提高农业生产效益。
抗病性基因
发掘和利用作物的抗病性基因资源，可以培育出抗病性更强的品种，减少农药使用，降低生产成本，同时保障食品安全。
转基因技术与作物改良
转基因技术原理
转基因技术是一种将外源基因导入到生物体基因组中的技术，通过该技术可以改良作物的性状和产量。
息被滥用或泄露。
基因歧视与公平性问题
基因歧视的问题
基因检测可以揭示个体的遗传疾病风险，这可能会引发就业、保险等方面的歧视问题。政府应该制定相关法律和政策，禁止基于基因信息的歧视行为。
公平获取基因技术的机会
虽然基因技术可以带来巨大的益处，但并不是每个人都能公平地获得这些技术。政府和社会应该采取措施，确保所有人都能公平地获得基因检测和治疗的机会。
基因表达与调控
基因表达
是指基因经过转录和翻译，将遗传信息转化为蛋白质或RNA分子的过程。
基因调控
是指对基因表达的调节和控制，以确保生物体在生长发育和应对环境变化时能够做Байду номын сангаас适当的反应。

功能基因组学及其研究方法ppt课件

ppt课件.
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ppt课件.
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基因组学包括2-3个亚领域
亚领域
内容
结构基因组学整个基因组的遗传制图、物理制图、DNA测序；
功能基因组学认识、分析整个基因组所包含的基因、非基因序列及其功能；
蛋白质组学研究细胞内蛋白质的组成及其活动规律。
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结构基因组学
结构基因组学
结构基因组学，顾名思义，就是研究生物基因组结构的科学。它是基因组研究的第一阶段的工作，建立功能基因组学的基础。其主要目标是绘制生物的遗传图（genetic map）、物理图（physical map）、转录图（transcript map）和序列图（sequence map）。
专用技术: 1，SAGE分析 2，生物芯片技术(基因芯片，细胞芯片，组织
芯片) 3，其它
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Serial Analysis of Gene Expression (SAGE)
Serial Analysis of Gene Expression (SAGE) 用于定量地、平行地分析大量的转录本。若要知道一
☺同源分析和检索，包括DNA数据库、 EST数据库、STS数据库、Unigene数据库、Swissprot数据库等。
ppt课件.
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蛋白质的数据分析蛋白质一级结构分析：
结构特点分析，包括等电点、信号肽、穿膜区、DNA结合序列等同源分析和检索，包括Nr数据库、Swissprot 数据库等功能区分析，包括 Prosite、Emotif、Identify分析等。
ppt课件.
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根据序列分析搜寻基因
☺ 查找开放阅读框（open reading frame, ORF） ☺ 开放阅读框都有一个起始密码子，ATG，还要有

第01章-基因PPT课件

● 常见的上游启动子元件
3.增强子(enhancer）是一种较短的DNA序列，能够被反式作用因子识别与结合。与增强子元件结合后能够增强邻近基因转录。位于转录起始点上游－100～－300 bp处
4. 反应元件一类能介导基因对细胞外的某种信号产生反应的特异的DNA序列 ●特点具有较短的保守序列通常位于启动子附近、启动子内或增强子区域
第二节结构基因中贮存的遗传信息
一、 RNA的结构信息二、结构基因中贮存的蛋白质序列信息
●编码区一个特定蛋白质多肽链的序列信息，也称为开放阅读框（open reading frame，ORF）功能决定蛋白质分子的一级结构
RNA 聚合酶
转录因子
启动子类型
启动子构成
含有该类启动子的基因
I
TFI
I
核心元件，上游调控元件
rRNA
II
TFII
II
TATA盒（TATA box）、几个上游启动子元件和转录起始位点
5.poly(A)信号 II类基因除了调控转录起始的序列外，在结构基因的3‘端下游还有加尾信号。由AATAAA序列和GT丰富区，或T丰富区组成。作用: 终止mRNA转录和为其加上poly(A)尾
(三) 基因的基本结构特点 1.原核生物基因的基本结构 5′-启动子－结构基因－转录终止子-3 ′ ●操纵子（operon）功能上相关联的数个结构基因串联在一起，由一套转录调控序列控制其转录，构成的基因表达单位.
四、基因的结构特点
● 组成一个编码特定多肽链的DNA序列+与蛋白质编码无关的DNA序列(调控序列)
● 结构特点
1.原核生物结构基因的特点结构基因在DNA上是连续的 2.真核生物结构基因的特点结构基因在DNA上是不连续的（断裂基因）

基因的结构和功能PPT课件

基因与生物性状物体的性状。
02 基因的表达水平可以影响生物体的表现型，如身高、肤色、眼睛颜色等。
03 基因与环境因素的相互作用也可以影响生物体的表现型，如饮食习惯、运动习惯等。
05
基因工程和基因编辑
基因工程的定义和应用
基因工程的定义
基因工程是一种通过人工操作和改变生物体的遗传物质来改变其性状的技术。
基因工程的应用
基因工程在农业、医学、工业和基础生物学研究中有着广泛的应用，例如转基因作物、基因治疗、基因检测和基因克隆等。
基因编辑技术及其应用
基因编辑技术的定义
基因编辑技术是一种能够精确地修改生物体基因组的工具，包括CRISPR-Cas9、 ZFNs和TALENs等。
基因编辑技术的应用
基因编辑技术被广泛应用于基础生物学研究、疾病治疗、作物改良和动物育种等领域，例如用于治疗遗传性疾病、抗病抗虫作物的培育以及动物模型的构建等。
DNA的分子结构
双螺旋结构
DNA由两条反向平行的链组成，通过碱基配对形成双螺旋结构。
碱基配对
A与T配对，G与C配对，形成稳定的碱基对。
方向性
DNA的两条链方向相反，一条链是5'到3'方向，另一条链是3'到5'方向。
基因的组成和结构
基因定义
基因是遗传信息的基本单位，负责编码蛋白质或多肽。
基因结构
基因由编码区和非编码区组成。编码区包含有意义的核苷酸序列，负责转录和翻译为蛋白质或多肽。非编码区则调控基因的表达。
基因复制
DNA复制是半保留复制，即亲代DNA的每一条链作为模板合成子代 DNA的一条链。
基因突变
基因突变是指基因序列的改变，可能导致遗传信息的改变，从而影响生物体的表型。

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3. 反义技术
反义技术是根据碱基互补原理,利用人工或生物合成的特异互补的DNA 或RNA 片段(或其修饰产物) 来抑制或封闭目的基因的表达。包括反义寡核苷酸技术 (Antisense oligonuclerotides , ASON)、反义RNA技术和核酶(Ribozyme)技术。
3.1 反义寡核苷酸技术
3.2 反义RNA技术
反义RNA 技术是利用基因重组技术,构建人工表达载体,使其离体或体内表达反义RNA ,反义RNA 能与靶 mRNA形成较稳定的二聚体,从而抑制靶基因的表达。其作用机理可能在DNA 复制、转录及翻译多水平上抑制靶基因的表达。
3.3 核酶技术
核酶(Ribozyme) 技术是一类具催化活性的特殊RNA 分子,通过碱基配对原则特异性灭活靶RNA 分子。可裂解与其互补的mRNA及在DNA内插入DNA片段构成三链结构，单个核酶分子可以结合多个mRNA 分子并使之在特定部位断裂,而其本身具有较稳定的空间结构,不易受RNase 攻击,因而催化效率比反义RNA 高。常见的核酶有锤头状、发夹状和斧头状三种,应用最多的是锤头状核酶。
微阵列法分析过程
首先用来自不同生理状态和发育阶段的mRNA 作为模板,以放射性同位素或荧光标记的dNTP为底物反转录合成cDNA。再用所得cDNA与微阵列或DNA芯片进行杂交, 然后通过计算机对结果进行判读和处理,这样就可以知道芯片中哪些基因在细胞里表达,哪些基因不表达;同样也可以测知哪些基因的表达水平高,哪些基因的表达水平低。
芯片的制作
• 目前常用的基因芯片制作方法：
•
接触点样法、喷黑法、原位合成法。
• 接触点样法：是将样品直接点在基体上，其优点是仪器结构简单、容易研制，是一种快速、经济、多功能的仪器，可以在3.6cm2面积内点上10000个cDNA。不足之处是每个样品都必须合成好、经过纯化、事先保存的。
• 喷黑法:是以定量供给的方式，通过压电晶体或其他推进形式从很小的喷嘴内把生物样品喷射到玻璃载体上。同样需要合成好的纯样品，包括cDNA、染色体DNA片段和抗体。在1cm2面积上可喷射10000个点。
1>.逆转录病毒(retrovirus，Rv):构建简单，装载外源基因容量最大达8kb，整合入宿主细胞基因组而无病毒蛋白表达。但仅能感染分裂期细胞，体外制备滴度较低，且其随机整合有引起“插入性突变”的可能。
2>.腺病毒(adenovirus, Adv): 为近年肝细胞肝癌基因治疗中报告最多的一种病毒载体。装载外源基因容量最大达35kb，不整合入宿主细胞基因组因而避免插入突变的危险，能感染分裂细胞和非分裂细胞。但易引起宿主免疫反应而使转染效率下降。
原理: 将成千上万条DNA片段(cDNA、表达序列标签(expressed sequence tag ,EST) 或特异的寡核苷酸片段) 按横行纵列方式有序点样在固相支持物上。固相支持物为硝基纤维膜或尼龙膜时称为微阵列。固相支持物改为指甲盖大小的玻片或硅片时所形成的微阵列就称为DNA芯片。
优点:靶向性好，但受体介导的内吞小泡会被转运到溶酶体，易被溶酶体降解而造成目的基因表达时间短暂，表达效率低下。利用腺病毒与内吞小泡相融合而将其破坏释放出外源DNA，可提高转化效率。
生物学方法 (主要通过构建病毒载体来完成) 病毒表达载体:以病毒为载体介导的基因转移技术因其转
染效率高、目的基因可稳定表达等优势被广泛应用。Байду номын сангаас
大家学习辛苦了，还是要坚持
继续保持安静
• 原位合成法：主要是美国Affymetrix公司开发的寡聚核苷酸原位光刻DNA合成技术。
• 采用的技术原理是在合成碱基单体的5’羟基末端连上一个光敏保护基，利用光照射使羟基端脱保护，然后逐个将5’ 端保护的核苷酸单体连接上去，这个过程反复进行直至合成完毕。此方法的优点是合成循环中探针数目呈指数增长，在1.6cm2面积上合成40万组寡核苷酸。
物理方法 1>. DNA直接注射法: 是目的基因导入的最简单方法, 但
注入量有限, 能够接触到的细胞有限,故获得的细胞转化率很低, 多通过肿瘤局部多点注射给药。
2>. 颗粒轰击技术:将目的基因包被金属以后,利用高压发射装置, 加速包裹目的基因的金属颗粒进入细胞,从而提高肿瘤细胞的转化率。
化学方法 1>.脂质体载体：方法具有安全、简单、低毒、无免疫原
性等优点，适用于注射方法进行器官靶向性转移并有一定的转移效率。是除病毒载体转移方法之外的另一
种有价值的体内基因转移方法。
2>.受体介导法：利用肝细胞上富含转移因子和糖蛋白受体的特点，人工合成多聚阳离子氨基酸，进而连接转移因子(或糖蛋白)和目的基因构成复合物，通过与肝细胞表面的受体结合来实现目的基因的转移。
反义核苷酸是一类经人工合成或构建的反义表达载体表达的寡核苷酸片段，长度多为15-30个核苷酸，通过碱基互补原理，干扰基因的解旋、复制、转录、mRNA 的剪接加工乃至输出和翻译等各个环节，从而调节细胞的生长、分化等。根据结合部位的不同分为反义DNA （asDNA）、反义RNA（asRNA）、自催化性核酶（ribozyme）。
信号检测与结果分析
• 激光激发使含荧光标记的DNA片段发射荧光 • 激光扫描仪或激光共聚焦显微镜采集各杂交点
的信号 • 软件进行进行图象分析和数据处理
2. 基因转导技术
基因转导是将目的基因转入某一细胞中,然后观察该细胞生物学行为的变化,从而了解该基因的功能。这是目前应用最多、技术最成熟的研究基因功能的方法之一。但因基因的表达受转导效率和是否持续稳定表达两方面因素的影响。主要方法有物理的、化学的和生物的方法。
基因功能研究方法
随着生物学研究在分子水平上的不断深入和
推进，越来越多的新基因得以成功克隆，对新基因功能的研究显得日益重要，这也是后基因组时代功能基因组学的重要研究内容。
1. 微阵列分析
微阵列(microarray) 是近年来发展起来的可用于大规模快速检测基因差异表达、基因组表达谱、DNA 序列多态性、致病基因或疾病相关基因的一项研究基因功能的新技术。它包括cDNA微阵列(cDNA microarray)和DNA芯片。