第九章.基因工程与基因组学 ppt课件

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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

基因工程和基因组

精准治疗策略的发展
针对特定基因突变或表达异常，开发相应的靶向药物或治疗方法，实现精准治疗。
基因组学在临床试验中的应用
利用基因组学技术，对患者进行分层和精准治疗，提高临床试验的成功率和患者的生存率。
基因组学在农业领域
05
应用
植物抗逆性改良及新品种选育
利用基因编辑技术改良作物抗逆性
通过CRISPR-Cas9等基因编辑技术，对作物抗逆性相关基因进行定点突变或敲除，提高作物对干旱、高温、盐碱等逆境的抵抗能力。
转基因技术
基因枪法
将外源基因包裹在金属微粒中，通过高压气体加速将微粒射入受体细胞或组织。
显微注射法
在显微镜下将外源基因直接注入受体细胞的细胞核内。
农杆菌转化法
利用农杆菌感染植物细胞，将外源基因导入植物基因组中。
基因编辑技术
01 02
CRISPR-Cas9技术
利用CRISPR-Cas9系统对目标基因进行定点切割，通过非同源末端连接或同源重组方式修复DNA双链断裂，实现基因敲除、插入或替换等编辑操作。
尽管基因工程和基因组学已经取得了很大的进展，但仍存在一些技术瓶颈，如基因编辑的效率和安全性、基因测序的准确性和灵敏度等，需要进一步研究和突破。
基因工程和基因组学的发展需要跨学科的合作和交流，包括生物学、医学、化学、物理学、计算机科学等，以推动技术的创新和应用。
加强跨学科合作，推动创新发展
THANKS.
比较基因组学
比较不同物种或个体基因组的差异和相似性，揭示物种进化、基因功能等生物学问题。
基因工程核心技术
03
DNA重组技术
010203Fra bibliotek限制性内切酶
识别并切割DNA特定序列，产生黏性末端或平末端。

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。

基因工程和基因组学

靶向药物设计及治疗方法探讨
根据患者的基因型和疾病特征，制定个性化的治疗方案。
通过激活患者自身的免疫系统，攻击异常基因或其产物，达到治疗目的。
靶向药物设计个体化治疗组合治疗免疫治疗
针对特定异常基因或其产物，设计能够特异性结合并抑制其功能的药物。
将多种靶向药物联合使用，以同时抑制多个异常基因或通路，提高治疗效果。
02
基因组学基础
Chapter
基因组学概念及研究内容
01
02
03
基因组学定义
研究生物体基因组的组成、结构、功能及进化的科学。
研究内容
包括基因组的测序、组装、注释、比较基因组学、功能基因组学等。
研究意义
揭示生物体的遗传信息，为生物医学研究、生物技术应用等提供基础数据。
基因组测序技术与方法
microRNA
一类小型非编码RNA，通过与 mRNA结合抑制其翻译或降解，从而调控基因表达。
疾病相关基因表达异常分析
疾病相关基因
某些基因的表达异常与特定疾病的发生和发展密切相关。
基因表达谱分析
利用高通量测序技术，对疾病样本和正常样本的基因表达水平进
行比较，找出差异表达基因。
疾病分子分型
基于基因表达谱等分子特征，对疾病进行更精细的分类和诊断。
发展历程
自20世纪70年代重组DNA技术诞生以来，基因工程经历了不断的发展和完善，包括基因克隆、基因编辑、基因合成等技术的出现和应用。
基因工程应用领域
医药领域
工业领域
基因工程在医药领域的应用包括基因诊断、基因治疗和药物研发等，例如利用基因工程技术生产重组蛋白药物、抗体药物等。
工业领域中的基因工程应用包括生物制造、生物能源和生物环保等，例如利用基因工程技术生产生物塑料、生物燃料等。

第九章基因工程与基因组学39页PPT

第九章基因工程和基因组学
02.11.2019
1
• §1．基因工程(Gene engineering)
一、基因工程概述
• 1、基因工程的概念
• 20世纪70年代随着DNA重组技术的发展在遗传学上产生了一门新的分支遗传工程（ Genetics engineering ）
• 遗传工程:又称遗传操作（Genetic manipulation）,是以分子遗传学为基础，以现代物理、化学等为手段，按照人们设计的生物蓝图在细胞、染色体和基因等不同水平上，对生物的遗传性状进行定向改造，创造新的生物类型。
• 质粒是细菌细胞内独立于细菌染色体而自然存在的、能自我复制、易分离和导入的环状双链DNA分子，是质粒具有重组表型检测标记，可检测是否携带外源DNA片段。
• 可用于克隆分子量小于10kb(1kb=1000bp)的外源DNA片段。
02.11.2019
10
经典的大肠杆菌质粒载体
1. pSC101
化学合成的方法人工合成基因；
③．将DNA片段或人工合成的基因与能够自我复制并具有选择标记的载体在体外连接，形成重组DNA分子；
④．将重组的DNA分子引入受体（宿主）细胞中，使重组DNA分子在受体细胞内复制，产生多个拷贝，即克隆；
⑤．重组DNA能随宿主细胞的分裂而分配到子细胞中，使子代群体细胞均具有重组的DNA分子的拷贝；
• 右图为一个 15kb DNA片段
• 的限制性酶图谱构建方法。
02.11.2019
28
• ⑵. 核酸分子杂交： ①.Southern杂交分析：
将琼脂糖中的DNA转移到尼龙膜进行DNA 分子杂交分析的方法。
• ②. Northern杂交分析：与Sorthern杂交的

基因组学与基因工程

疾病治疗：通过基因编辑技术，治疗遗传性疾病和罕见病
农业生产：利用基因工程技术，提高作物产量和抗病能力
环境保护：通过基因工程技术，治理环境污染和生态破坏
生物制药：利用基因工程技术，生产新型药物和疫苗
生物能源：利用基因工程技术，开发清洁能源和可再生能源
人类健康：通过基因工程技术，提高人类健康水平和生活质量
基因组学与基因工程面临的挑战与机遇
技术挑战：如何提高基因编辑的精确度和效率伦理挑战：如何平衡基因编辑技术的发展和伦理问题机遇：基因编辑技术在疾病治疗、农业生产、环境保护等领域的应用前景政策支持：政府对基因组学与基因工程研究的支持和鼓励政策
感谢您的观看
汇报人：XX
04
基因组学与基因工程的关系
基因组学对基因工程的影响
基因组学为基因工程提供了理论基础和指导
基因组学帮助科学家了解基因的功能和作用
基因组学促进了基因工程的发展和应用
基因组学为基因工程提供了新的技术和方法
基因工程对基因组学的影响
基因工程为基因组学提供了技术支持，使得基因组学研究得以深入进行。基因工程通过对基因的改造和编辑，为基因组学提供了新的研究方法和思路。基因工程在基因组学中的应用，使得基因组学研究更加精准和高效。基因工程和基因组学的结合，为医学、农业、环保等领域带来了革命性的变革。
基因突变和遗传病的关系
基因组学在疾病诊断和治疗中的应用
基因组学的重要性
基因组学是研究生物基因组的科学，对于理解生物的遗传特性和生命活动具有重要意义。
基因组学可以帮助我们更好地理解疾病的发生和发展，为疾病的诊断和治疗提供新的思路和有广泛的应用，可以改良品种，提高产量和质量。

分子生物学--基因与基因组课件

2、物理图ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ:
以特异DNA序列为界标所展示的染色体图,它能反映生物基因组中基因或标记间的实际距离,图上界标之间的距离是以物理长度即核苷酸对数如bp、kb、Mb等来表示的。这些特定的DNA序列可以是多态的,如RFLPs,但主要是非多态的如 STS、STR、EST和特定的基因序列等。
作图的基本方法:
1、家系分析定位
通过分析、统计家系中有关性状的连锁情况和重组率而进行基因定位的方法。
有用的遗传标记: 取材方便按孟德尔方式遗传多态性标记位点
多态性：在一个群体中，某遗传特性存在若干种类型。
家
系性
分连
析
锁分
定析
位
外祖父法
深绿代表红绿色盲患者,浅绿代表红绿色盲基因携带者,黄色代表正常
家常
细胞融合技术
体
鼠细胞
人细胞
细
胞
杂
交
定
位
含全套鼠染色体 , 人 1号染色体,肽酶C
3、核酸分子杂交定位
• 应用已知的核酸探针与待定位的DNA序列进行杂交对基因进行定位的方法 •具有互补序列两条单链核酸分子在一定条件下按碱基互补配对原则退火形成双链的过程。 • 杂交的双方是待定位的核酸和已知核酸序列，已知核酸序列称探针。
5’、、、AGCCGACTATGTCGAAGCTT、、、、、、 GCTTGACTATAAGACA、、、3’
3‘、、、TCGGCTGATACAGCTTCTAA、、、、、、 CGAACTGATATTCTGT、、、5‘
转录调控区
贮存RNA或蛋白质结构信息区转录终止区
原核基因的结构特点
真核基因的结构特点
（二）基因作图的方法:
1、遗传图谱:

基因工程和基因组学PPT演示课件

❖ 例如：
5’—GAATTC—3’ 3’—CTTAAG—5’
5’—GAATTC—3’ 3’—CTTAAG—5’
5‘—G 3’—CTTAA
5’--AATTC—3’ G—5’
12
❖
5’--CCCGGG—3’
❖
3’—GGGCCC—5’
❖
5’--CCC GGG—3’
❖
3’—GGG CCC—5’
13
14
15
10
第Ⅱ类限制性酶能识别一段特异的DNA序列,准确
地酶切双链DNA的特异序列（回纹对称序列）. 从两个方向阅读序列相同的序列称为回纹对称序列
5’—GAATTC—3’ 3’—CTTAAG—5’
5’—GAATTC—3’ 3’—CTTAAG—5’
11
❖ 3、切割方式：
❖ 交错切割DNA 双链,产生两个相同的单链黏性末端(sticky end)；平齐切割DNA 双链,产生两个相同的单链平齐末端。
18
19
限制酶
连接酶
20
❖ 反转录酶（reverse transcriptase）这类酶来自于反转录病毒，它可以ＲＮＡ为模板，催化合成ＤＮＡ。目前常用的有禽源（AMV）及鼠源（M-MLV）反转录酶两种。
21
22
பைடு நூலகம்
三、载体（vector）
克隆载体载体
表达载体
质粒噬菌体粘性质粒 M13噬菌体
耐热DNA聚合酶
7
二限制性内切核酸酶
1、限制性内切核酸酶的命名：命名规则：用来源细菌的英文缩写斜体符号命名。它的第一个字母大写，代表细菌的属名；第二、三字母小写，代表细菌的种名；第四个字母代表菌株；最后用罗马字母表示同一菌株中不同限制酶的编号。

基因工程和基因组学-(2)PPT课件

.
30
PCR的基本原理
变性、复性、半保留复制
PCR三步曲
变性 90～97℃ 退火 45～55℃
变变
延伸 72℃左右
90变95变
70变75变
变变
.
31
变变 40变60变
90 0 C 50 0 C 70 0 C
PCR 操作流程
.
32
PCR 的三个步骤为一次循环，约需5 －10 分钟。每经一次循环，所找到的目的基因扩充一倍。经过 20 次循环，即可扩增 106 倍，总共只需几个小时。
4、逆转录酶
RNA
DNA
.
18
三载体
一个DNA片段只有与适合的载体(vector)DNA 连接构成重组DNA后，在载体DNA的运载下，才可以高效率地进入宿主细胞(host cell)，并在其中复制、扩增、克隆出多个拷贝。
可作为DNA载体的有质粒、噬菌体、病毒、细菌或酵母菌人工染色体（BAC、YAC）等。
.
5
1973 Cohen第一例成功的克隆实验 1978 Genentech公司人胰岛素世界上第一种基因工程蛋白
药物
1982 第一个基因工程药物--重组人胰岛素在英、美获准使用 1985 第一批转基因家畜（兔、猪和羊），中国转基因鱼 1993 基因工程西红柿在美国上市 1997 英国罗斯林研究所多莉羊 1999.9 中国获准加入人类基因组计划.负责测定人类基因组全
部序列的1% 2000.6.26 科学家公布人类基因组工作草图 2001.2.11 公布人类基因组基本信息生物技术工程：基因工程、蛋白质工程、酶工程、细胞工程
.
6
一基因工程概述
★３、基本过程：

基因工程与基因组学

基因工程的定义和作用
1 定义
基因工程是指通过改变生物体的遗传物质，创造新的生物特性或改变已有特于医学、农业和工业等领域，用于治疗疾病、提高农作物产量和生产特定化合物。
基因组学的定义和作用
1 定义
基因组学是研究整个生物体的基因组，包括基因组的结构、功能和相互关系。
2 作用
基因组学可以帮助我们理解生物体的遗传信息，预测疾病风险，开发新的药物和改善农作物。
基因工程与基因组学的关系
基因工程和基因组学紧密相连，基因组学提供了基因工程所需的遗传信息，而基因工程则利用基因组学的信息来创造新的生物特性。
基因工程的应用领域
医学
基因工程可以用于治疗遗传性疾病，开发新药和生产生物医药产品。
农业
基因工程可以提高农作物的抗病性、产量和营养价值。
工业
基因工程可以用于生产各种化合物、酶和其他工业产品。
基因组学的应用领域
人类基因组学
研究人类基因组的结构和功能，有助于了解人类的遗传信息和疾病风险。
微生物基因组学
研究微生物的基因组，有助于了解微生物的生态学、代谢和作用。
植物基因组学
研究植物的基因组，有助于了解植物的生长、适应性和抗病性。
未来发展和挑战
1
发展
基因工程和基因组学将继续发展，带来
道德和法律问题
2
更多创新和应用领域的拓展。
伦理和道德问题将继续围绕基因工程和
基因组学展开讨论，并推动相关法律的制定。
3
安全和风险
基因工程和基因组学的应用需要对安全和风险进行评估和管理，以确保人类和环境的安全。
基因工程与基因组学
基因工程是通过改变或操作生物的遗传信息来创造新的生物特性的技术，而基因组学研究整个生物体的基因组。

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• 二个平齐末端。
2021/3/13
8
三、载体
• 载体是将“目的”基因即重组DNA分子导入受体细胞的运载工具。
DNA载体：质粒、噬菌体、病毒、细菌或酵母菌人工染色体等，现在使用的载体都是采用基因工程的方法构建的。
• 载体的条件：
①.具有复制原点，能自我复制，并能带动携带的外源
DNA一起复制。
②.具多克隆位点，即有多种限制酶的切点；且切点不存
已批准环境释放的有49个品种，涉及水稻、玉米、大豆、马铃薯、番茄、甜椒、线辣椒、棉花、杨树、烟草等10种作物。
2021/3/13
4
• 3．基因工程研究内容： ①．从细胞和组织中分离和纯化DNA；
•
②．利用能识别特异性DNA 序列的限制性内切酶剪切
DNA分子，制备含有目的基因的DNA片段，或采用酶学和
第九章基因工程和基因组学
2021/3/13
1
• §1．基因工程(Gene engineering)
一、基因工程概述
• 1、基因工程的概念
• 20世纪70年代随着DNA重组技术的发展在遗传学上产生了一门新的分支遗传工程（ Genetics engineering ）
• 遗传工程:又称遗传操作（Genetic manipulation）,是以分子遗传学为基础，以现代物理、化学等为手段，按照人们设计的生物蓝图在细胞、染色体和基因等不同水平上，对生物的遗传性状进行定向改造，创造新的生物类型。
化学合成的方法人工合成基因；
③．将DNA片段或人工合成的基因与能够自我复制并具有选择标记的载体在体外连接，形成重组DNA分子；
④．将重组的DNA分子引入受体（宿主）细胞中，使重组DNA分子在受体细胞内复制，产生多个拷贝，即克隆；
⑤．重组DNA能随宿主细胞的分裂而分配到子细胞中，使子代群体细胞均具有重组的DNA分子的拷贝；
• 广义的遗传工程：包括细胞工程、染色体工程、
•
细胞器工程、基因工程。
• 狭义的遗传工程：即基因工程
2021/3/13
2
•
• 2.基因工程的发展：
基因工程的产生和发展在遗传学的发展史上是一次大革命，它打破了种、属的界线，可以在生物大系统内交流基因。其发展情况如下：
• 1971年，史密斯（Smith H. O.）等人从细菌中分离出的一种限制性酶
lacZ只有在4聚体的状态下才有功能
此酶由500kd的四∆M15）
受体菌基因组的-半乳糖苷酶基因的氨基端有缺失（缺失肽），不能形成4 聚体的活性酶，不能分解X-gal
受体菌株：JM系列、TG1、TG2、XL1blue、XS127、XS101、KK2186、 MV1184、DH5a
3）载体lacZ’与互补
pUC质粒载体上的lacZ’ 编码肽与这个缺失突变的-半乳糖苷酶“互补”，使它能形成4聚体，从而能分解X-gal，产生蓝色物质。
在于复制原点或抗性选择标记内，即切点不影响复制和标记
性状的表现。
③.至少有一个选择标记基因，便于鉴定进入宿主细胞与
否，如抗生素基因或某种酶的基因，而宿主细胞没有这些基
因。
④.易从宿主细胞中回收克隆。
2021/3/13
9
• 一些常用的载体：
• ㈠、细菌质粒：
• 质粒是细菌细胞内独立于细菌染色体而自然存在的、能自我复制、易分离和导入的环状双链DNA分子，是质粒具有重组表型检测标记，可检测是否携带外源DNA片段。
⑥．从繁殖的大量细胞群体中筛选和鉴定含有目标基因的重组DNA，受体细胞的克隆；
•
⑦. 能从选出的宿主细胞中回收、纯化和分析克隆的重
组的DNA分子；
• 2021/3/13⑧.克隆的基因能够正常表达。
5
• 这类酶的切割点是对称序列。如回文对称序列（又称反向重复序列，即从两个方向阅读，其序列相同的序列）。识别特定的碱基序列，交错切割产生二个粘性末端。
（其中Hind III、BamH I、Sal I 3个位于选择标记Tetr的内部）
抗菌素选择原理
含有抗菌素的培养基（选择培养基）中能够生长抗菌素抗性基因的受体菌
当带有抗菌素抗性基因的载体进入受体菌后，受体菌才能生长。
抗性基因
死
抗菌素
活
• 另：pUC18质粒具有以下特点：
①. 分子量小，可接受较大外源片段； ②. 拷贝数多，500个／细胞； ③. 克隆位点的酶切位点多，克隆方便； ④. 具有用于检测重组质粒的选择标记
•
（如α–互补的显色表型）
•。
•
2021/3/13
15
③ lacZ的肽互补
1）-肽（ lacZ’ ）：
-半乳糖苷酶N端的一段氨基酸片断（11-41氨基酸）。
4聚体
N端的11-41aa N端的11-41aa N端的11-41aa N端的11-41aa
C端大部分 C端大部分 C端大部分 C端大部分
•
酶切病毒DNA分子，标志着DNA重组时代的开始。
1972年伯格（Berg P.）等用限制性酶分别酶切猿猴病毒和噬菌体
•
DNA，将两种DNA分子用连接酶连接起来得到新的DNA分子。
1982年，美国食品卫生和医药管理局批准，用基因工程在细菌中生产人
的胰岛素投放市场。
• 自从1983年第一株转基因烟草获得以来，至今已有120种植物转基因获得成功。1996年全球大面积种植，并不断扩大。
• 可用于克隆分子量小于10kb(1kb=1000bp)的外源DNA片段。
2021/3/13
10
经典的大肠杆菌质粒载体
1. pSC101
第一个成功地用于克隆实验的大肠杆菌质粒载体。
（1）类型天然质粒，属低拷贝型。
（2）长度 9.09 kb （3）选择标记四环素抗性Tetr
（4）克隆位点
6个克隆位点： EcoR I、Xho I、Pvu I、Hind III、 BamH I、Sal I 主要使用EcoR I。
• 1996年，克隆羊诞生。
• 2004年3月英国批准大面积种植转基因，但要求非常严格。
• 2005年德国通过法案，严格限制（包括实验室研究）。
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3
目前世界转基因作物主要为大豆、玉米、棉花和油菜等，以转基因大豆面积最大。
我国是世界上第一个商品化种植转基因作物的国家。到1999年我国已批准中试的转基因作物有48 项：包括水稻、小麦、玉米、番茄、白菜、番木瓜、甜瓜、花生、棉花、烟草、广藿香等11种作物；主要目标性状是抗虫、抗病、耐盐、抗冻、耐储藏和抗衰老等。