分子生物学课件：基因重组

原因 这种重组通常是由于DNA链之间 的错误配对和修复机制引起的。
过程 非同源重组通常发生在两条DNA 链的特定区域，这些区域由不同 的DNA序列定义。在重组过程中 ，这些区域会相互交换，以产生 新的DNA组合。
转座因子引起的重组
定义
转座因子引起的重组是指由于转座因子的存在而 引起的DNA序列之间的交换。
过程
当转座因子在DNA链上移动时，它们可以引起 DNA序列的重新排列和复制，从而产生新的DNA 组合。
原因
转座因子是一种可以在DNA链上移动的基因，它 们可以引起DNA序列的重新排列和复制。
重要性
转座因子引起的重组在生物进化中起重要作用， 因为它们可以产生新的基因组合和功能。同时， 它们也是导致基因组不稳定和疾病发生的重要因 素之一。
Western印记杂交
总结词
一种用于检测特定蛋白质的技术。
详细描述
将蛋白质样本与特定的抗体进行杂交，然后通过曝光底片显示结果，从而判断是 否存在目标蛋白质。
06
基因重组的未来展望
基因重组技术的改进
技术优化
不断优化重组技术，提高重组效率、准确性和稳定性。
新的应用领域
拓展基因重组技术在生物医药、农业、环保等领域的应用。
基因重组技术的伦理和社会问题
安全性问题
重组技术可能产生不可预 测的后果，对人类健康和 生态环境造成潜在风险。
人类尊严问题
基因重组技术可能对人类 生命系统产生深远影响， 需要谨慎考虑其伦理和道 德问题。
社会接受度
公众对基因重组技术的接 受程度和态度需要关注和 引导。
THANKS。
解决伦理和社会问题
积极参与伦理和社会问题的讨论，推动合理、规范地应用基因重 组技术。基因重组技术的商业化前景源自010203

时期
原因
减数第一次分 非同源染色体上的 非等位基因自
裂后期
由组合
减数第一次分裂 同源染色体上的 等位基因随非姐
四分体时期 妹染色单体的交换而发生交换
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(2)基因工程：外源基因的导入。 2．基因重组在生物进化中的意义
[解析] 环境条件的改变，有时会导致表现型的改变。不 过，因环境改变所引起的表现型改变，与某基因型所引起 的表现型变化通常是不一样的。但是，有时环境条件的改 变所引起的表现型改变，很像某基因型引起的表现型变化。 这在生物学上称为表现型模拟。表现型模拟的性状是不能 真实遗传的。因为其遗传物质并没有发生改变。本题中题 干正是一个表现型模拟的例子。
[答案] 方法一：取该果蝇有分裂能力的细胞制成装片， 显微镜下观察染色体结构，若染色体正常，可能是基因 突变引起的；反之可能是染色体缺失造成的。 方法二：选该白眼雌果蝇与红眼雄果蝇杂交，若杂交子 代中雌果蝇数与雄果蝇数比为1∶1，则这只白眼雌果蝇 的出现是由于基因突变引起的；若杂交子代中雌果蝇数 与雄果蝇数比为2∶1，则这只白眼雌果蝇的出现是由于 缺失造成的。
(2)孵化早期一般是指胚胎发育的________期。 (3)你认为上述实验中胰岛素的作用是
____________________________________________。 (4)请设计实验探究你在(2)中的假设，简要写出实验步骤、
实验结果和结论。
_____________________________________________ ____________________________________________。

单质氧化性逐渐减弱
F Cl Br I S
F- Cl- Br- I- S2-
阴离子还原性逐渐增强
元素化合物
八、钠及其化合物的相互关系:
Na2O
NaCl
Na
NaOH
Na2CO3
NaHCO3
Na2O2
Na2CO3•10H2O
2Na2O2 + 2H2O = 4NaOH + O2 ↑
2Na2O2 + 2CO2= 2Na2CO3 + O2
（2004全国卷1）下列离子方程式正确的
是（ D ） A．澄清的石灰水与稀盐酸反应
Ca(OH)2 + 2H+ == Ca2+ + 2H2O B．钠与水的反应
Na + 2H2O == Na+ + 2OH-+ H2↑ C．铜片插入硝酸银溶液中
Cu + Ag+ == Cu2+ + Ag
D．大理石溶于醋酸的反应
焰色反应：Na→黄色，K→紫色(透过蓝 色钴玻璃)
九、铝的两性
两性 2Al+6H+=2Al3++3H2↑ 金属 2Al+2OH－+2H2O=2AlO2－＋3H2↑ 两性氧 Al2O3＋6H＋＝2Al3＋+3H2O 化物 Al2O3＋2OH－＝2AlO2－+H2O 两性氢 Al(OH )3＋3H＋＝Al3＋+3H2O 氧化物 Al(OH)3＋OH－＝AlO2－+2H2O
C．有丝分裂形成子细胞的过程中
D．通过嫁接，砧木和接穗愈合的过程中
3、某自花传粉植物连续几代开红花，一
次开出一朵白花，白花的后代全开白花，

mApoCⅡ
2. 黏性末端可分为 5’突出黏性 末端和 3’突出黏性末端
限制性核酸内切酶作用后产生两种末端：
钝性末端(blunt end) 粘性末端(sticky end)
H in dIII
B am HI
GTCGAC GGATCC CAGCTGCCTAGG
GT+G CAC CAC GTG
G +GATCC CCTAGG
第二节 重组DNA的基本步骤
一. 目的基因的获得与修饰 二. 载体的选择与修饰 三. 目的基因与载体的连接 四. 宿主细胞的选择与处理 五. 重组体的导入与筛选和鉴定 六. 重组基因的表达
重组DNA技术基本步骤
一. 目的基因的获得与修饰
1. 目的基因的获得
⑴. 化学合成DNA片段 ⑵. 基因组DNA的制备 ⑶. 反转录合成cDNA ⑷. PCR扩增DNA片段
钝性末端(blunt end) 粘性末端(sticky end)
H in dIII
B am H I
GTCGAC GGATCC CAGCTGCCTAGG
GT+G CAC CAC GTG
G +GATCC CCTAGG
二. 克隆载体的选择与修饰
1. 克隆载体的选择
⑴. 克隆载体或表达载体 ⑵. 插入片段的大小 ⑶. 实验室的条件
4. 聚合酶链反应（polymerase chain reac A
存在于转化细菌内，
限 制 性 内 切 酶
由克隆载体所携带的所 基因片段
有基因组DNA体菌
含 重 组 分 子 的 转 化 菌
重组DNA技术
天津医科大学生化教研室
解用虹
教学要求
1. 熟悉基因工程（重组DNA技术）产生的理论 2. 和技术基础，以及基因工程开展的积极意

不易腐烂的番茄
2、动物植物的遗传改良
抗虫植物 化学农药
兔毛棉花在我国培育成功：用兔的一种角蛋白转化棉花，棉花纤维质量好，具有兔毛般的光泽。
3、人类基因治疗
（1）体细胞基因治疗
1990年9月14日美国政府首次批准了一项基因治疗临床研究计划：对一台患有腺苷脱氨酶（ADA）缺陷的重度联合免疫缺陷症（SCID）4岁女童进行基因治疗并获得成功。该患者今年已经10岁了。从而开创了医学界的新纪元。
（三）DNA序列的复制
（一）DNA克隆技术
2、PCR技术
10.3 基因工程
（一）基因工程的基本原理和方法
基因工程的实现主要分为三个步骤： 第一步：目的基因的分离或制备：人工分离生物基因组群中目的基因及内切酶定位切割或人工酶促合成 第二步：重组DNA：选择载体及目的基因与载体基因重组 第三步：导入与表达：重组DNA导入受体细胞，目的基因表达出目的效应和性状 实现以上三步需要进行以下工作： 1) 寻找目标基因 2) 取得目标基因 3) 基因的载体问题：现主要有质粒载体、病毒载体、脂质载体、原生质载体
（2）转基因生物的生产
转基因小鼠：导入人类基因，具有较强的学习能力。在迷宫实验中，转基因鼠觅食本领比普通鼠要高许多，同时对迷宫中食物存放地点记忆更清楚。
（二） 基因工程的应用
1、特殊蛋白质的大量生产
乳汁中分泌人凝血因子IX的转基因山羊
美国转基因猪，其体内含有人类的基因，乳汁含有人体蛋白fatorⅧ。只需300～600只这样的母猪就能满足全世界对这种蛋白的需求。
人胰岛素 从猪和牛的胰脏提取，获得100g胰岛素需800－1000kg的牛胰脏。现在用基因工程方法在大肠杆菌中表达产生。 人生长激素 具有物种特异性，只能用人的生长激素来治疗侏儒症。以前从尸体脑垂体中提取，来源非常有限，现在用基因工程方法在大肠杆菌中表达产生。 干扰素 体外培养人体细胞来生产，产量低，成本高，现用重组大肠杆菌生产。

修复损伤DNA的同源重组
真核生物同源重组的断裂与重接模型
Darlingtong D. C.于1936年提出： 减数分裂同源染色体联会时，非姊妹染色单体由于 缠绕而产生张力，两个染色单体在同一位置断裂、 重节，以消除张力，从而产生重组。 证据：姊妹染色单体的交换
Diploid eukaryotes: crossing over ( 双倍体染色体交
PCR产物的BP反应
三、转座重组
特点： 1.自身携带有转座酶基因，末端有反向重复序列 ; 2.转座过程中出现共联体； 3.转座以后,可以造成原来转座子位置的DNA缺失 (非复制转座)，也可以依然保持在原位，而在靶 序列上复制了一个转座子(复制转座); 4.转座完成以后可以在靶序列上造成同向重复序列 5.转座子插入后可影响所在位置的基因的表达
RecA催化单链的同化作用
• RecA催化单、双链DNA的反应分为三个阶段： ◆ RecA在单链DNA上慢慢聚合。 ◆ DNA 与其互补物在双链上快速配对 反应，产生异源双链连接 ◆ ，产生一个长的 异源双链DNA区带。 • SSB(单链结合蛋白)的存在刺激了这个反应
RecA catalyzes single-strand assimilation
RecA promotes the assimilation of invading single strands into duplex DNA so long as one of the reacting strands has a free end.
• RecA介导的DNA修复
重组热点
• 重组起始于双链破损。双链破损在轴素形成期 产生，在联会丝复合物形成阶断消失(~60min) • 在染色体上容易发生双链破损的位点，称为重 组热点。

圆饼型的红细胞 镰刀状的红细胞
镰刀型细胞贫血症的病因分析：
病人的血红蛋白的一条多肽链发生了什么变化？
正常 …－脯氨酸－谷氨酸－谷氨酸—… 异常 … －脯氨酸－缬氨酸－谷氨酸 —…
DNA mRNA
GAA 突变 CTT
GAA
GTA CAT GUA
根本原因
氨基酸 谷氨酸
缬氨酸 直接原因
蛋白质 正常
异常
病因：镰刀型细胞贫血症是由基因突变引起的一
种遗传病，是由于基因的分子结构发生了 改变产生的。
具体变化过程:
DNA分子中的碱基对发生变化 这种变化可否遗传? 如何遗传？
mRNA分子中的碱基发生变化 可以遗传
相应氨基酸的改变 相应蛋白质的改变 相应性状的改变
突变后的DNA分 子复制,通过减数 分裂形成带有突变 基因的生殖细胞, 并将突变基因传给 下一代.
的
病毒因素：
烯酰胺，孔雀石
因
绿、萘、铅，硫
素 内部因素：复制偶发错误 碱基组成改变
酸钴，硝基苯， 硝基甲烷等。
2、基因突变的种类：
(1) A.自然突变:自然发生的突变
按
如:正常绵羊突变产生短腿安康羊
来
源 B.诱发突变: 在人为条件下发生的突变 分： 如:中子照射不抗锈病的燕麦种子, 变成
抗锈病个体
第五章《基因突变及其他变异》
第一节《基因突变和基 因重组》
第一节 基因突变和基因重组
基因突 变
基因 重 组
❖知识回顾：
❖ 什么叫基因？基因的分子结构如何？ 基因与 染色体、DNA关系如何？
❖ 基因是具有遗传效应的DNA片段，基因中的 脱氧核苷酸排列顺序（碱基顺序）就代表遗 传信息。不同的基因，脱氧核苷酸的排列顺 序（碱基顺序）不同

转化作用：通过自动或人为的供给外源DNA，使细 胞
或培养的受体细胞获得新的遗传表型
转导作用：当病毒从被感染的细胞（供体）释放出 来，再次感染另一细胞（受体）时，发生 在供体细胞与受体细胞之间的DNA转移及 基因重组
5
接合作用技术
--DNA克隆，分子克隆
1972年，伯格首次证明可以用两种 不同物种的基因来人工合成DNA分子. 因在核酸的生化领域完成的重大研究 获得了1980年的诺贝尔化学奖。
特意设计的 载体。 在克隆载体基本骨架的基础上增加表达元件（如启
动子、RBS、终止子等）。
24
1、质粒
定义：存在于细菌染色体外的小型环状双链DNA分子。 特点：能在宿主细胞独立自主地进行复制
带有某些遗传信息，赋予宿主细胞一定的遗传性状
25
ori
26
多克隆位点(multipul cloning site, MCS): 人为添加的一段 核苷酸序列，约几十个核苷酸，含有多个酶的单一酶切位点。
BamH I
• 来源:
超过3000种，绝大多数限制性内切酶来自于细菌
• 作用：
与甲基化酶共同组成细菌的限制修饰系统，限制 外源DNA，保护自身DNA。
• 分类：
根据酶的组成，所需因子，裂解DNA方式不同分为I、II、 III 型，基因重组过程中常用II型
Ⅰ类 Ⅱ类 Ⅲ类
识别位点复杂，特异性差，切割位点距识别点远。 识别切割特异性强，切割发生在识别位点。 切割位点在识别位点周围，酶活性不单一。
斜体
二元旋转对称
EcoR V
GATATC CTATAG
GCTAAT+
ATC TAG
平末端切口
BamH I
同功异源酶

分子生物学原理
整合
• 整合： 噬菌体感染大肠杆菌的第一步
噬菌体粘附于细胞壁上，将自身的 DNA注入菌体中。 此 DNA可与细菌染色 体重组，成为细菌染色体的一部分。
• 溶原菌：整合了噬菌体基因组的细菌。
• 裂解： 噬菌体感染大肠杆菌的第二步
DNA利用菌体的酶系统，复制自身及 外壳蛋白，组装成大量新 噬菌体，并将 细菌涨破。
第十四章 基因重组与基因工程
10/28/2024
分子生物学原理
基因重组：genomic recombination 重组DNA：recombinant DNA
10/28/2024
分子生物学原理
第一节、自然界的基因重组
• 转化：transformation • 整合：integration • 转导：transduction • 转位：transposition
10/28/2024
分子生物学原理
转位
• 转位：一个或一组基因从一处转到基因 组的另一个位置。
• 这些游动的基因称为转位子(transposon)。
10/28/2024
分子生物学原理
转 位
10/28/2024
分子生物学原理
第二节、基因工程
• 基因工程：是用分离纯化或人工合成的 DNA在体外与载体DNA结合，成为重组 DNA，用以转化宿主，筛选出能表达重 组DNA的活细胞，加以纯化、传代、扩 增，成为克隆。也叫基因克隆或重组 DNA技术。
切割后与原来载体比较。
• 利用核酸杂交和放射自显影进行鉴定：用目 的基因作探针监测宿主DNA是否重组体。
10/28/2024
分子生物学原理
DNA重组体的筛选与鉴定
•灭 活法筛 选重组 体。

生物学意义
转座重组有助于基因组的 多样性和进化，但也可能 导致基因表达的异常和疾 病的发生。
03 基因重组的机制
重组酶的作用
识别DNA序列
重组酶能够识别DNA上的 特定位点，为重组过程提 供起始点。
催化DNA链断裂
重组酶能够催化DNA链断 裂，形成单链缺口，为重 组提供必要的结构基础。
催化碱基配对
同源重组是生物进化的重要机制之一 ，有助于维持基因组的稳定性，同时 也可以修复DNA损伤。
机制
同源重组依赖于RecA蛋白等分子伴侣 的参与，通过寻找同源序列，形成异 源二聚体，再通过DNA链的断裂、交 换和重连完成重组。
非同源重组
定义
非同源重组是指两条没有同源 序列的DNA分子之间发生的
重组过程。
些罕见病。
基因克隆
03
通过基因重组技术将目的基因克隆到载体中，实现基因的高效
表达和纯化。
克隆技术
动物克隆
利用基因重组技术复制动物个体，实现快速繁殖和拯救濒危物种 。
植物克隆
通过基因重组技术繁殖植物，实现植物的快速繁殖和品种改良。
细胞克隆
通过基因重组技术培养特定细胞系，用于药物筛选、疾病研究等 。
疾病治疗与预防
伦理考量
在编辑人类基因时，需要权衡潜在的 健康益处与潜在的风险和副作用，以 及涉及的伦理问题，如潜在的基因歧 视和人类进化干预。
基因重组与生物多样性
生物多样性影响
基因重组可能导致生物多样性减少，因为重组可能导致物种的基因库减少，降低 物种适应环境变化的能力。
伦理考量
需要关注基因重组对生物多样性的影响，并采取措施确保生物多样性的保护和维 持。
疫苗研发
利用基因重组技术生产疫苗，预防和控制传染病。