【高中生物】功能基因的克隆及生物信息学分析

合集下载

基因克隆的原理

基因克隆是一种重要的生物技术手段，可以通过复制和传递DNA 分子，实现对特定基因的扩增和增殖。基因克隆的原理是利用DNA 重组技术，将所需基因的DNA片段插入到载体DNA上，然后将重组的DNA转化到宿主细胞中进行复制和表达。

基因克隆的过程可以分为DNA分离、DNA切割、DNA连接和DNA转化等几个步骤。

需要从源生物体中提取目标基因所在的DNA。DNA分离是基因克隆的第一步，通常使用细菌或真菌等生物作为DNA的来源。提取DNA的方法有很多种，常见的有碱裂解法和酚氯仿法等。这些方法能够将DNA从细胞中释放出来，获得纯净的DNA溶液。

接下来，通过DNA酶切割技术将目标基因从DNA中剪切出来。DNA酶切割是基因克隆的关键步骤，通过使用特定的限制性内切酶，可以将DNA分子切割成特定的碎片。限制性内切酶能够识别特定的DNA序列，并在特定的酶切位点上切割DNA，产生具有粘性末端的DNA片段。

然后，将目标基因与载体DNA进行连接。载体是一种能够自我复制的DNA分子，可以将目标基因插入到载体中进行复制和表达。常用的载体有质粒、噬菌体和人工染色体等。连接的方法有多种，

常见的是使用DNA连接酶将目标基因与载体DNA连接起来。连接后的DNA分子称为重组DNA。

将重组DNA转化到宿主细胞中。转化是指将重组DNA导入到宿主细胞中，使其能够进行复制和表达。常用的转化方法有热激法、电穿孔法和化学法等。转化后，宿主细胞将能够复制和表达重组DNA 中的目标基因。

基因克隆技术的应用非常广泛。通过基因克隆，可以获得大量目标基因的DNA，用于研究基因的结构和功能，以及开发新的药物和治疗方法。此外，基因克隆还可以用于制备重组蛋白、产生转基因生物和进行基因治疗等领域。

丹参SmNAC1基因的克隆和生物信息学分析

为了研究丹参中特有的NAC转录子在丹参生长发育、激素调节和抗逆胁迫应答调节中的功能，对丹参NAC转录因子进行了克隆和分析。根据丹参毛状根cDNA文库中筛选到的NAC EST序列，克隆了丹参SmNAC1的cDNA全长序列。生物信息学分析显示基因的开放阅读框591 bp，编码166个氨基酸，相对分子质量21.66 kDa，等电点4.36 Genbank kF006346。SmNAC1蛋白的N-端具有保守的NAC_AB结构域，C-端高度变异。根据软件预测SmNAC1可能定位在细胞核。qRT-PCR分析YE+Ag+处理后SmNAC1在丹参毛状根中的表达变化，处理后2 h表达量上调至对照的1.5倍，4～12 h保持2倍的表达量，36 h时下降至对照水平以下，推测SmNAC1可能参与了丹参毛状根对YE+Ag+的胁迫应答调节。

标签：丹参；NAC转录因子；SmBF3-2；分子克隆；生物信息学

NAC转录因子是植物中最大的转录因子家族，在植物的生长调节以及逆境应答分子网络中扮演着极其重要的角色，目前为止已经从拟南芥中鉴定出117个NAC转录因子基因[1-2]，水稻中151个[3]，葡萄中143个[4]，毛果杨中163个[5]，烟草[6]和大豆[7]中各有152个。NAC家族转录因子N-端有一个高度保守的NAC结构域，可进一步分为A-E5个保守的子域，具有DNA结合（DNA Binding）或蛋白质和二聚体结合功能。与N-端的保守不同，NAC的C端无论是在氨基酸序列还是长度方面都具有高度的多样性，具有转录激活、抑制或者与蛋白质结合活性[8]。实验证明不同物种的高同源性NAC基因可能执行不同的功能。NAC基因参与介导胁迫对植物生长发育的影响，这往往是生物胁迫间、非生物胁迫间以及生物与非生物胁迫间信号调控通路的关键节点[9]。目前关于NAC的研究较少，且多集中于拟南芥、水稻等模式植物。在丹参中仅克隆到1条NAC 转录因子SmBTF[10]。本研究组从丹参毛状根cDNA文库中得到1条NAC转录因子的EST序列，在此基础上克隆得到了SmNAC1基因的全长cDNA序列，并通过生物信息学分析其编码的蛋白质理化性质、保守功能域等生物学信息，为进一步研究丹参中该类转录因子提供信息和依据。

萝卜SCPL3_基因的克隆与生物信息学分析

李紫薇，霍燕琦，徐铭婕，等.萝卜SCPL3基因的克隆与生物信息学分析［J ］.中南农业科技，2023，44（10）：13-16．

丝氨酸羧肽酶（Serine carboxypeptidases ，SCP ）是一类真核生物水解酶，主要存在于真菌或植物的液泡以及动物的溶酶体中［1］。丝氨酸羧肽酶类蛋白（Serine carboxypeptidase-like proteins ，SCPL ）是与SCP 在结构和功能上高度相似的一类蛋白，二者同属于SC 族羧肽酶中的S10蛋白家族［2］。S10蛋白家族是催化功能蛋白成熟的庞大蛋白水解酶家族，可分为溶酶体Pro-Xaa 羧肽酶、丝氨酸D-Ala-D-Ala 羧肽酶、羧肽酶C 、羧肽酶D 四大类酶，植物中的

SCP/SCPL 蛋白基本都属于羧肽酶C 和羧肽酶D ［3］。

根据氨基酸序列特征，SCP/SCPL 蛋白可分为羧肽酶Ⅰ、羧肽酶Ⅱ、羧肽酶Ⅲ三大类［4］，动植物中的SCPL 蛋白多属于羧肽酶Ⅰ和羧肽酶Ⅱ，而羧肽酶Ⅲ主要存

在于植物、酵母和丝状真菌中［5］。此外，有些SCPLs 除

了具有肽酶活性外，还具有酰基转移酶活性［6］。

结构上，SCP/SCPL 蛋白均含有高度保守的“α/β水解酶折叠”三级结构以及独特的拓扑结构催化中心［7］，存在1个与底物结合的保守结构域和3个催化作用的保守结构域，含有多个N-糖基化位点，1个细胞内分泌和转运信号肽［5］。功能上，SCP/SCPL 蛋白参与调控植物多种生理过程，主要涉及种子萌发过程中储存蛋白的水解反应［8］、植物创伤应答反应［9］、油菜素内酯信号转导途径［10］、细胞程序性死亡时胞内组分的自溶［11］、植物次生代谢物的酰基化修饰及对逆境的响应［12］。

基因克隆技术的原理与方法

基因克隆技术的原理与方法在人类历史上，基因一直是科学家们探究的热点之一。随着科技的不断发展，基因克隆技术逐渐被应用于生物医学和生命科学领域，成为这个领域的重要组成部分。那么，基因克隆技术的原理和具体方法是什么呢？

基因克隆技术的原理

基因克隆技术是指通过分子生物学技术，将特定的DNA序列复制并扩增，最终得到大量相同的DNA片段的过程。在这个过程中，使用的主要技术是PCR和DNA重组技术。

PCR（聚合酶链式反应）是一种将小段DNA片段扩增为大量DNA的技术。它是一种非常高效的DNA复制方法，经过多次扩增可以得到数百万、数千万甚至数十亿倍的DNA。

DNA重组技术是一种将两个不同种类DNA片段组合成一个新的DNA分子的方法。这个过程通常包括三个步骤：1）通过限制性内切酶切割DNA，得到特定的DNA片段；2）将这些DNA片

段与载体DNA序列进行融合；3）通过转化或转染等方法将重组后的DNA引入宿主细胞中，让它开始复制。

利用PCR和DNA重组技术，科学家们可以快速扩增任何一种特定的DNA序列，或者将不同DNA序列进行组合重组，从而高效地制造出人工合成的DNA序列。同时，这些技术还可实现基因靶向分析、疾病诊断、基因治疗等多种应用。

基因克隆技术的方法

通过PCR和DNA重组技术，科学家们可以使用多种不同的方法实现基因克隆。下面我们就来介绍一些常用的基因克隆方法。

1. 基本的基因克隆方法

这种克隆方法包括PCR扩增和限制性内切酶切割，并且可以使用装载体如质粒或病毒来转化宿主细胞。这种克隆方法常用于基因分析、疾病诊断中。

生物信息学论文

⽣物信息学论⽂

⽣物信息学课程论⽂⼀个⽟⽶ Mlo 基因的电⼦克隆与⽣物信息学分析

姓名：

学号：

班级：⽣科2班

⼀个⽟⽶ Mlo 基因的电⼦克隆与⽣物信息学分析

摘要：Mlo 基因家族在植物抗病⽅⾯有极⼤的优势，但有些 Mlo 基因的功能还未知。经序列拼接电⼦克隆得到 1 个⽟⽶的 Mlo 基因，采⽤⽣物信息学⽅法预测分析了编码蛋⽩的⼀、⼆、三级结构，并对其功能进⾏了预测。结果表明：⽟⽶ Mlo 基因编码的蛋⽩有⼀个保守的 DUF1084 结构域，此结构域功能在植物中尚未知。⽣物信息学分析表明，此蛋⽩很可能是⼀种类似于 G 蛋⽩偶联受体的膜结合转运蛋⽩⽽参与到信号传递过程中。

关键词：⽟⽶；Mlo 基因；电⼦克隆；⽣物信息学

植物在长期的⽣物进化中形成了⼀系列复杂⽽严密的防御机制，使⾃⾝免受病原物的侵害[1，2]。抗病基因是植物防御体系中的最重要组成部分。Mlo 基因最初在⼤麦中被发现，这类基因在植物中编码⼀个七次跨膜结构域的蛋⽩家族，可能起到与 G 蛋⽩偶联受体(G Protein Coupled Receptor，GPCR)类似的功能。他们的拓扑结构、亚细胞定位和序列多样化与动物和真菌的 G 蛋⽩偶联受体很相似。野⽣型 mlo 基因赋予⼤麦对⽩粉菌的⼴谱抗性[3]。⽩粉病是由⽩粉菌引起的真菌性病害，⽩粉菌能侵染650 多种单⼦叶植物和 9 000 多种双⼦叶植物[4，5]。⽬前已对拟南芥、⽔稻和杨树中的 Mlo 基因家族有深⼊的研究[6]。

电⼦克隆法是近年来基于表达序列标签(Expressed Sequence Tag，EST)和基因组数据库发展起来的基因克隆新型技术[7]，具有效率⾼、成本低、对实验条件要求低等特点。因此可以快速获得⼀些新基因，从⽽使新基因的应⽤成为可能。挖掘⽟⽶中未知的抗病基因对⽟⽶的抗病育种有很⼤帮助。本研究以⽟⽶为材料，对其中的⼀个 Mlo 基因进⾏电⼦克隆，并对其进⾏部分⽣物信息学⽅⾯分析，为⽟⽶ Mlo 基因的应⽤及⽟⽶的抗病育种提供理论依据。

基因克隆与表达及功能鉴定研究

在现代生命科学领域中，基因克隆与表达以及功能鉴定是非常重要的研究方向

之一，它涉及到许多生物医学、农业、工业和环境等领域的研究和实际应用。本文将从基因克隆与表达的基本原理、方法、技术和应用，以及功能鉴定的原理、方法、技术和应用等方面进行探讨。

一、基因克隆与表达

基因克隆是指通过分子生物学技术，将含有某个或某些特定基因的DNA序列

从一个大的DNA分子（如染色体）中分离出来，然后插入到特定的载体DNA中，形成重组DNA分子的过程。基因表达是指基因信息的转录和翻译过程，将基因的DNA序列转录成RNA分子，然后翻译成蛋白质分子的过程。基因表达是生物体形成和发展的基础，也是生命活动的重要表现形式。

1. 基因克隆原理

基因克隆的主要原理是利用限制酶、DNA连接酶、DNA聚合酶以及质粒或噬

菌体等DNA载体的特性，将特定DNA序列插入到载体DNA中，形成重组DNA

分子。限制酶是一种能够识别、切割DNA分子特定序列的酶，其识别序列具有一

定的特异性。DNA连接酶是一种能够连接两个DNA分子的酶，常用的有T4 DNA

连接酶和快速连接酶等。DNA聚合酶是一种能够在DNA模板上合成互补链的酶，其作用是在重组DNA分子中完成互补链的合成。

2. 基因克隆方法

基因克隆的主要方法有限制性片段长度多态性（RFLP）分析、聚合酶链式反

应（PCR）克隆、原核表达克隆和真核表达克隆等。RFLP分析是一种利用限制酶

对DNA序列进行切割，并根据不同的RFLP位点进行区分的方法，其主要应用于

基因型鉴定和进化研究等领域。PCR克隆是一种利用PCR技术扩增目标基因或DNA片段，并将扩增产物克隆到载体DNA中的方法，其主要应用于基因检测、

高中生物教案：克隆技术与基因工程

一、克隆技术的定义和原理

克隆技术是指通过人工手段复制生物体的基因组，并将其转移到另一个生物体中。克隆技术的发展为基因工程的研究提供了重要的工具和方法。在克隆技术中，最常用的方法是核移植和DNA重组技术。

核移植是指将一个个体的细胞核转移到另一个细胞中，以重建完整的个体。这

个过程包括以下几个步骤：首先，从供体的体细胞中取出细胞核；然后，将这个细胞核转移到受体细胞中，并使其克隆成一个新的个体。

DNA重组技术是将基因从一个物种的DNA中分离出来，并将其转移到另一个

物种的DNA中。这个过程包括以下几个步骤：首先，通过酶的作用将目标基因从DNA中剪切出来；然后，将这个基因插入到接受者DNA分子中的某个位置；最后，通过转化、转染等方式将这个DNA分子转移到宿主细胞中，并进行表达。

二、基因工程的应用

基因工程利用克隆技术，可以对生物体的基因组进行修改和调控，进而产生具

有特定功能和特性的生物体。基因工程在农业、医药、环境保护等领域都有广泛的应用。

1. 农业方面：基因工程可以通过改变作物的基因组，使其具有抗虫、抗病、耐

逆性等特性，从而提高作物的产量和品质。例如，转基因玉米、大豆等作物可以抵抗杂草和害虫的侵害，减少农药的使用，保护环境。

2. 医药方面：基因工程可以通过改变人类基因组或合成特定蛋白质药物，用于

治疗遗传性疾病、癌症、糖尿病等疾病。例如，通过基因工程生产的人胰岛素可以被用于治疗糖尿病患者，大大改善他们的生活质量。

3. 环境保护方面：基因工程可以通过改变微生物的基因组，使其具有生物降解

基因克隆与表达

基因克隆与表达是生物学领域中重要的技术手段和研究方法。通过

基因克隆和表达，科学家能够研究特定基因的功能、调控机制以及其

在生物体内的作用，这对于深入了解生物体的生理过程和疾病发生机

制具有重要意义。本文将介绍基因克隆与表达的原理、方法以及应用。

一、基因克隆

基因克隆是将特定基因从一个生物体中分离并复制到另一个载体中

的过程。这个过程主要涉及DNA的分离、复制和连接。常用的基因克

隆技术包括PCR、限制性内切酶切割、琼脂糖凝胶电泳和基因插入等。

1. PCR

聚合酶链反应（PCR）是一种强大的基因扩增技术。它通过不断地

重复某一特定区域的DNA序列，使其得以大规模复制。PCR可以在短

时间内合成大量目标DNA片段，为基因克隆提供了充足的材料。

2. 限制性内切酶切割

限制性内切酶可以识别并切割特定的DNA序列。通过选择合适的

限制性内切酶，可以实现将目标基因从源DNA中切割下来，为下一步

的基因克隆做好准备。

3. 琼脂糖凝胶电泳

琼脂糖凝胶电泳是一种常用的DNA分离技术。通过将DNA样品加入琼脂糖凝胶槽中，并施加电场，DNA片段会根据其大小在凝胶中迁移。凝胶电泳可以帮助科学家分离和纯化目标基因。

4. 基因插入

基因插入是将目标基因连接到载体上的过程。载体可以是质粒、病毒或者人工染色体等。通过连接酶的作用，目标基因与载体可以稳定地结合在一起。

二、基因表达

基因表达指特定基因通过转录和翻译过程转化为蛋白质的过程。从基因克隆到基因表达，可以分为以下几个步骤：转染或转化、筛选和检测。

1. 转染或转化

转染是指将外源DNA导入到动物细胞中的过程，而转化是将外源DNA导入到细菌细胞中的过程。转染和转化可以通过多种方法实现，如化学法、电穿孔法和基因枪法等。

生物技术中的基因克隆技术

随着科技的不断进步，生物技术已经逐渐成为科学和社会领域

的重要组成部分。其中，基因克隆技术是生物技术领域中最为重

要的技术之一。基因克隆技术可以通过对基因进行精准的复制和

编辑，为人类和其他生物提供各种不同的应用场景。本文将对基

因克隆技术做出详细的介绍和分析。

一、什么是基因克隆技术

基因克隆技术是利用生物技术手段对生物体内的DNA分子进

行复制和编辑的技术。在基因克隆技术中，科学家通常会从一个

特定的源生物体中获取目标基因序列，随后将其进行分离、转录、复制、编辑等多种操作，最后再将其重新结合在一起，形成一个

与原始基因序列完全相同或类似的新的基因序列。

这种技术主要是通过对基因序列进行分析，来寻找和筛选出特

定的基因序列，并利用PCR、电泳、DNA序列分析等各种技术手

段以非常高的精确度对基因进行复制和编辑。

二、基因克隆技术的应用

基因克隆技术的应用领域非常广泛。以下是一些基因克隆技术

的主要应用领域：

1. 生命科学研究：基因克隆技术可以使科学家更方便和精准地

研究各种生物体的基因信息和遗传学性质，以进一步深入了解生

命的进化和发展机制。

2. 医学：基因克隆技术对于人类医学的发展有重要的启示作用。例如，基因修饰技术可以用于创建更加安全和有效的药物、诊断

和治疗各种疾病的方法，如癌症、心血管疾病等。

3. 农业：基因克隆技术可以用于改良作物、畜禽的品质和产量。如可以利用这种技术改造作物的基因，提高作物的抗病性、耐旱性、抗旱性等，以适应更加恶劣的生长环境和气候条件。

4. 工业：基因克隆技术还可以应用于工业领域中的生产和制造

高中生物教案：基因工程与克隆技术

基因工程与克隆技术在生物学领域中扮演着重要的角色。本文将探讨高中生物

课程中关于基因工程与克隆技术的教案，包括相关概念、原理、应用和伦理问题。

一、基因工程的概念和原理

1.1 概念介绍：

基因工程是指通过人为干预和调控DNA分子，改变目标生物体的遗传信息。

通过创造新的组合、修复已有缺陷或移植外源DNA进入目标生物体，基因工程可

以产生具有特定性状或功能的生物体。

1.2 基本原理：

（插图：DNA双螺旋结构）

基因工程主要依赖于以下技术：

- DNA分离：通过酶切技术将目标DNA从整个基因组中分离出来。

- DNA连接：利用酶切产生的粘性末端特性，将所需DNA序列连接到载体上。

- DNA复制：利用聚合酶链式反应（PCR）扩增所需DNA片段。

- DNA转化：将已经操作过的DNA片段转移到靶细胞或宿主中。

二、基因工程与克隆技术的应用

2.1 转基因生物

转基因生物是指通过基因工程把来自不同种类的生物DNA片段引入某一特定

生物的细胞中，使其获得新的性状或功能。讨论转基因技术时需要引出为何进行转基因以及转基因可能带来的益处和风险。

2.2 基因治疗

基因治疗是利用基因工程技术对遗传疾病进行干预和治疗。讨论包括：基因治

疗原理、临床应用情况，以及目前所面临的挑战和争议。

2.3 克隆技术与克隆动物

（插图：多利羊）

克隆技术是通过无性生殖方式复制某个特定个体的全部遗传信息。讨论包括人

工受精、体细胞核移植（克隆）等技术的原理和方法，并引发学生对克隆技术在科学、医学等领域中的应用和伦理道德问题的思考。

高中生物教案：克隆技术与基因工程 (2)

高中生物教案：克隆技术与基因工程克隆技术与基因工程

引言：

克隆技术和基因工程是当今生物科学领域中的重要研究方向，为人类社会的发

展和生物医学做出了巨大贡献。本文将深入探讨克隆技术和基因工程的概念、原理、应用以及它们带来的影响。

一、克隆技术的概念与原理：

1.1 克隆技术的定义

克隆技术是指通过人工手段复制或复制物体的过程，可以产生与原始个体基因

相同的生物体。这一技术经过多年的研究和发展，如今已经广泛应用于植物、动物和微生物等各个领域。

1.2 克隆技术的原理

克隆技术主要包括两种类型：基因克隆和生物体克隆。基因克隆是指将一个个

体的基因从其DNA中分离出来，并将其复制到另一个DNA分子中，从而获得与

原基因相同的基因。而生物体克隆则是通过使一个个体产生与原个体相同基因组的后代来复制整个生物体。

二、基因工程的概念与原理：

2.1 基因工程的定义

基因工程是指通过人工手段对生物体的基因进行操作和修改，以达到改变生物

体特性或产生新的特性的目的。基因工程是一种重要的生物技术，也是现代生物学的前沿领域。

2.2 基因工程的原理

基因工程主要包括三个步骤：克隆、转化和表达。首先，通过克隆技术获得要操作的基因，并将其插入到载体DNA中。然后，将这一载体DNA导入到目标生物体中进行转化，使目标生物体携带所需的外来基因。最后，通过表达机制使目标生物体能够表达外来基因，从而改变其特性或产生新的特性。

三、克隆技术与基因工程的应用：

3.1 克隆技术的应用

克隆技术在农业、医学和科学研究等多个领域都有广泛应用。在农业领域，克隆技术可以用于植物繁殖和改良，提高作物产量和抗病虫害能力。在医学领域，克隆技术可以用于治疗遗传性疾病和器官移植。在科学研究领域，克隆技术是从事生物学研究的重要手段之一，可以帮助科学家对生物体进行研究和分析。

功能基因的克隆及生物信息学分析

功能基因的克隆及其生物信息学分析

摘要：随着多种生物全基因组序列的获得，基因组研究正从结构基因组学（structural genomics）转向功能基因组学(functional genomics)的整体研究。功能基因组学利用结构基因组学研究获得的大量数据与信息评价基因功能(包括生化功能、细胞功能、发育功能、适应功能等)，其主要手段结合了高通量的大规模的实验方法、统计和计算机分析技术[1]，它代表了基因分析的新阶段，已成为21世纪国际生命科学研究的前沿。功能基因组学是利用基因组测序获得的信息和产物，发展和应用新的实验手段，通过在基因组或系统水平上全面分析基因的功能，使生物学研究从对单一基因或蛋白的研究转向多个基因或蛋白同时进行系统的研究，是在基因组静态的组成序列基础上转入对基因组动态的生物学功能学研究[2]。如何研究功能基因，也成为我们面临的一个课题，本文就克隆和生物信息学分析在研究功能基因方面的应用做一个简要的阐述。

关键词：功能基因、克隆、生物信息学分析。

1.功能基因的克隆

1.1 图位克隆方法

图位克隆又称定位克隆，它是根据目标基因在染色体上确切位置，寻找与其紧密连锁的分子标记，筛选BCA克隆，通过染色体步移法逐步逼近目的基因区域，根据测序结果或用BAC、YAC克隆筛选cDNA表达文库寻找候选基因，得到候选基因后再确定目标基因。优点是无需掌握基因产物的任何信息，从突变体开始，逐步找到基因，最后证实该基因就是造成突变的原因。通过图位克隆许多控制质量性状的单基因得以克隆，最近也有报道某些控制数量性状的主效基因（控制蕃茄果实大小的基因克隆[3]、控制水稻成熟后稻谷脱落基因克隆[4]以及小麦VRN2 基因克隆[5]等）也通过图位克隆法获得。

基因克隆技术的原理及应用

1. 基因克隆技术的引言

基因克隆技术是生物学领域中一项重要的实验技术，被广泛用于基础研究、生

产应用、医学诊断等领域。本文将介绍基因克隆技术的原理以及其在不同领域的应用。

2. 基因克隆技术的原理

基因克隆技术是指将感兴趣的DNA片段从一个有机体中复制到另一个有机体

的过程。它主要包括DNA片段的获取、载体的选择、转化和筛选等步骤。

2.1 DNA片段的获取

DNA片段可以通过多种方法进行获取，包括PCR、限制性内切酶切割、合成以及基因库筛选等。其中，PCR是最常用的方法之一，通过酶连锁反应可以扩增目

标DNA片段。

2.2 载体的选择

克隆过程中需要选择一个合适的DNA载体来承载目标DNA片段。常见的载体

包括质粒、噬菌体和人工染色体等。选择载体时需要考虑载体的大小、复制能力、表达能力等因素。

2.3 转化

将目标DNA片段与选定的载体进行连接后，需要将复合物转化到宿主细胞中。转化可以通过化学方法、电穿孔等方式实现。转化后的细胞将能够持续地复制目标DNA片段。

2.4 筛选

为了筛选出含有目标DNA片段的克隆体，可以利用选择性培养基、荧光标记、抗生素抗性等方法进行筛选。筛选后的克隆体可以进一步进行纯化和验证。

3. 基因克隆技术的应用

基因克隆技术在许多领域都得到了广泛的应用，下面将介绍其在基础研究、生

产应用和医学诊断中的应用。

3.1 基础研究

基因克隆技术在基础研究中起到了至关重要的作用。通过克隆和研究特定基因，科学家可以深入了解基因的结构、功能以及相互作用关系。这对于研究生物学基本原理、探索疾病机理等具有重要意义。

新西兰白兔CYP11A1基因的克隆、生物信息学分析及其对繁殖相关基因的影响

中国畜牧兽医 2022,49(7):2484-2496

C h i n aA n i m a lH u s b a n d r y &V e t e r i n a r y M

e d i c i n e 新西兰白兔C Y P 11A 1基因的克隆㊁

生物信息学分析及其对繁殖相关基因的影响

白少成1,周娟1,靳荣帅1

,王璠1,卢婷婷1,汤先伟2,赵博昊1,

吴信生1,陈阳1

(1.扬州大学动物科学与技术学院,扬州225000;2.江苏省邳州市东方养殖有限公司,邳州221300

)摘要:ʌ目的ɔ旨在通过分析细胞色素P 450家族成员11A 1(C Y P 11A 1)的生物信息功能及其在新西兰白兔卵巢颗粒细胞中对繁殖性能相关基因的调控作用,为探究其在卵泡发育过程中调控功能奠定基础㊂ʌ方法ɔ根据G e n B a n k 上兔C Y P 11A 1基因的序列,设计特异性引物,以新西兰白兔卵巢组织c D N A 为模板,P C R 扩增并克隆

C Y P 11A 1基因序列,构建p c

D N A 3.1-C Y P 11A 1过表达重组载体;用M e g a5.1在线软件构建系统进化树,并通过生物信息学软件对C Y P 11A 1蛋白的氨基酸组成㊁理化性质㊁磷酸化位点㊁保守结构域㊁二级结构㊁三级结构㊁亚细胞定位㊁蛋白互作进行预测分析㊂分离新西兰白兔卵巢颗粒细胞,并通过免疫荧光法鉴定颗粒细胞特异性抗体卵泡刺激素受体(F S H R )的表达㊂设计3条干扰C Y P 11A 1基因表达的引物(s i R N A -1㊁s i R N A -2㊁s i R N A -3),筛选出干扰效率最高的1条,并将其与p c D N A 3.1-C Y P 11A 1过表达重组载体转染到卵巢颗粒细胞中,用实时荧光定量P C R 检测颗粒细胞中羟基类固醇17-β脱氢酶1(H S D 17B 1)㊁骨形态发生蛋白15(B M P 15)和促卵泡刺激素受体(F S H R )等繁殖相关基因m R N A 表达水平㊂ʌ结果ɔ成功克隆新西兰白兔C Y P 11A 1基因,其C D S 全长序列为1557b p ,编码518个氨基酸,其中亮氨酸含量(10.6%)最高,精氨酸(7.6%)㊁缬氨酸(7.4%)和丙氨酸(7.2%)次之㊂进化树分析显示,C Y P 11A 1蛋白序列与家鼠㊁人和猩猩的距离最近㊂生物信息学分析显示,C Y P 11A 1蛋白理论等电点为7.4,正负电荷残基数各占50个,脂肪族氨基酸指数为82.16,不稳定性指数39.54,其中氨基酸序列中亲水性残基数量多于疏水性残基;C Y P 11A 1蛋白具有40个潜在的磷酸化位点,其中以苏氨酸㊁丝氨酸和酪氨酸最为丰富;C Y P 11A 1蛋白二级结构由α-螺旋(48.31%)㊁无规则卷曲(40.22%)㊁延伸链(7.42%)和β-转角(4.04%)组成,三级结构为弯曲螺旋状㊂亚细胞定位预测结果显示,C Y P 11A 1蛋白主要分布于线粒体(52.2%)㊁细胞质(17.4%)和细胞核(13.0%)中,还具有1个p 450家族的结构域,并与多个繁殖性能相关的蛋白(S T A R ㊁C Y P 21A 2㊁C Y P 17A 1和F D X 1)相互作用㊂分离的兔颗粒细胞表达F S H R ,可以用于后续试验;C Y P 11A 1基因在颗粒细胞中过表达后,H S D 17B 1和F S H R 基因表达量极显著上调(P <0.05),B M P 15基因表达量显著上调(P <0.01);干扰C Y P 11A 1基因表达后,B M P 15和F S H R 基因的表达量极显著下调(P <0.01),H S D 17B 1基因表达量显著下调(P <0.05)㊂ʌ结论ɔC Y P 11A 1是一个稳定㊁

高中生物教案：克隆与基因工程

一、引言

克隆与基因工程是目前生物学领域的重要研究方向，对于生命科学的发展和人类健康具有重要意义。克隆技术指的是利用细胞或生物体的一部分产生与原细胞或生物体完全相同的个体，而基因工程则是通过对基因的操作和调控改变生物体的遗传特征。在高中生物教学中，学生需要了解克隆与基因工程的原理与应用，培养他们的科学素养和创新思维能力。

二、克隆技术

克隆技术是指通过人工手段获得与个体完全相同的生物体或细胞群体。它主要包括植物克隆和动物克隆两个方面。

1. 植物克隆

植物克隆是指通过植物组织培养、离体芽、植株分段或种子繁殖等方法获得与原植物完全相同的新植株。这种克隆方法被广泛用于植物病害抗性的培育和农作物的高效繁殖。

2. 动物克隆

动物克隆是指通过细胞核移植等技术，使得细胞的核置入到受核去除的卵细胞内，发育为与供体个体完全相同的新个体。动物克隆可以分为胚胎克隆和成体细胞克隆两种方式。胚胎克隆是指通过细胞分裂发育的方式获得克隆个体，而成体细胞克隆是指通过将成体细胞的细胞核放入受核去除的卵细胞中并在适宜的条件下发育获得克隆个体。

三、基因工程

基因工程是通过对生物体的基因进行操作和调控，改变其遗传特征，以达到人

类期望的目的。基因工程可以用于农业、医学、生物制药等领域，具有广阔的应用前景。

1. 基因工程在农业上的应用

基因工程可以通过转基因技术将外源基因导入到农作物中，使其具备耐旱、抗

虫害等优良特性。通过基因工程，农作物的产量和品质可以得到显著提高，从而满足人类对食物的需求。

2. 基因工程在医学上的应用

生物信息学序列分析利用生物信息学进行功能基因电子隆技术

2. 表型克隆(phonetypical cloning)
❖细胞在增殖、分化、外界环境变化等某些异常状态下(如癌变、异常增生)，常有某些新基因特异性表达或表达异常地增高，而另一些基因可能表达降低或缺失，以下方法用来发现分化表达差异性基因。
2.1 递减杂交(substractive hybridization)
然后以该DNA序列为探针，筛选野生型植株的基因组文库，最终得到完整的目的基因。该技术主要用于植物基因的克隆，由于可供利用的转座子的种类太少，而转座子在不同的植物中转座的频率和活性相差很大，并且需要筛选大量的个体来鉴定转座子突变个体，限制了转座子标签法的应用范围。
二、电子克隆基因（In silico cloning）
由Lamar和Palmer在1984年提出，作为较早运用研究差异性表达基因的手段，其主要思路如下：从实验组和对照组细胞中抽提mRNA，逆转录成cDNA后，用限制性内切酶切割成片段，并将对照组cDNA片段用S1核酸酶切平，然后以数种限制性内切酶将其切成很小的片段，在一定条件下，用大大过量的实验组cDNA与对照组cDNA相混合，经变性再复性，使来自对照组小的cDNA片段与实验组中的长链cDNA 杂交，以选择性除去二者间的杂交体。
2.2 差异显示PCR (mRNA differential display—DD，DD RT-PCR)