第19课从基因组学到系统生物学
2025届高三生物一轮复习课件第19课 基因突变和基因重组
U 异亮氨酸 异亮氨酸 异亮氨酸 甲硫氨酸
第二个字母
C 苏氨酸 苏氨酸 苏氨酸 苏氨酸
A 天冬酰胺 天冬酰胺 赖氨酸 赖氨酸
G 丝氨酸 丝氨酸 精氨酸 精氨酸
第三个 字母
U C A G
(1)基因突变是DNA分子中碱基对的替换、插入或缺失，而引起的基因
__结__构____的改变，对生物适应环境的影响___并__不__是___(填“一定是”或“并
2.基因突变实例：镰刀形细胞贫血症
谷氨酸 缬氨酸
圆饼
镰刀
替换 谷氨酸
◆自我诊断◆ 判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”) 1．病毒、大肠杆菌及动物和植物都可发生基因突变。( √ ) 2．人工诱变可以提高突变频率并决定基因突变的方向。( × ) 3．基因突变可发生在生物个体发育的任何时期，这说明其具有普遍性。 (√ ) 4．A基因可突变为a基因，a基因也能再突变为A基因。( √ ) 5．基因突变通常发生在DNA→RNA的过程中。( × )
6．基因是具有遗传效应的DNA片段，HIV的遗传物质是RNA，不能发 生基因突变。( × )
7．积聚在甲状腺细胞内的131I可能直接诱发甲状腺滤泡上皮细胞基因突 变并遗传给下一代。( × )
◆精准答题◆ 由于基因突变，导致蛋白质中的一个赖氨酸发生了改变。根据下图及表 格信息回答问题。
第一个 字母
基因突变是指基因内部特定核苷酸序列发生改变 的过程，RNA病毒的遗传物质是RNA，上面分 布着各种基因，可以发生基因突变
基因突变只发生在间期
基因突变常发生在间期，也能发生在其他各时期， 只是其他时期的突变率更低
基因突变如果发生在有丝分裂过程中，这不会遗 传给后代
基因突变如果发生在有丝分裂过程中，一般不遗 传给后代，但有些植物可能通过无性生殖遗传给 后代
生理学与基因组学：走向系统生物学
Received 2005-12-16 Accepted 2006-01-04Note: This article is based on the Presidential Lecture given at IUPS 2005 in San Diego, California, USA. *Corresponding author. Tel: +1-414-4568277; Fax: +1-414-4566546; E-mail: cowley@Physiology and genomics: toward systems biologyAllen W. Cowley, Jr., Mingyu LiangDepartment of Physiology, Medical College of Wisconsin, Milwaukee, Wisconsin 53226, USAAbstract: The last ten years have seen an unprecedented merge of physiology and genomics. While the field of physiological genomics is still very young, the introduction of the concept of systems biology promises to propel physiological genomics to a whole new level.In this brief article, we outlined some of the great opportunities and challenges for physiologists at this exciting time of physiological sciences, and used our own experience from the last ten years as an example to discuss how we could expand and go beyond the combination of physiology and genomics to achieve a systems understanding of biology.Key words: physiology; genomics; systems biology生理学与基因组学：走向系统生物学Allen W. Cowley, Jr., 梁明瑜威斯康星医学院生理学系，密尔沃基，威斯康星州 53226，美国摘 要：近十年来，生理学与基因组学达到了空前的融合。
系统生物学的定义
系统生物学的定义一、系统生物学的起源与背景系统生物学作为一门学科，其起源可以追溯到20世纪70年代，当时生物学家开始尝试使用系统论的方法来研究生物学问题。
随着技术的不断发展，特别是基因组学、蛋白质组学和代谢组学等高通量技术的出现，系统生物学的研究得到了更深入的发展。
系统生物学的研究背景是复杂的生物系统，这些系统通常由许多相互作用的组件组成，并且具有高度的动态性和复杂性。
二、系统生物学的基本概念系统生物学的基本概念是“系统”。
系统是指一组相互作用的元素或组成部分，它们以一定的方式组合在一起，形成一个具有特定功能的整体。
在生物学中，系统可以是细胞、组织、器官、生物体或生态系统等。
系统生物学的研究重点在于理解这些系统的结构和功能，以及它们如何相互作用和演化。
三、系统生物学的研究方法系统生物学的研究方法主要包括以下几种：1.高通量技术：基因组学、蛋白质组学和代谢组学等高通量技术是系统生物学研究的基础。
这些技术可以同时检测大量分子和细胞成分，从而获得系统的全局视图。
2.数学建模和计算机模拟：系统生物学研究需要使用数学模型和计算机模拟来理解和预测系统的行为。
这些模型可以揭示系统的内在机制和动态变化。
3.实验验证：通过实验验证是系统生物学研究的重要环节。
实验可以用来测试模型的预测结果，并揭示未知的生物过程和相互作用。
4.系统论方法：系统论方法是一种跨学科的方法论，用于描述系统的整体结构和功能。
在生物学中，系统论方法用于研究和描述复杂的生物系统和过程。
四、系统生物学的重要领域与主题1.代谢网络：代谢网络是指生物体内的一系列化学反应和途径，它们协同作用以维持生命活动。
系统生物学研究代谢网络的组成、结构和功能，以及它们如何应对环境变化和遗传变异。
2.基因调控网络：基因调控网络是指基因、转录因子和其他分子之间相互作用的一系列复杂过程。
系统生物学研究基因调控网络的组成和功能，以及它们如何影响细胞分化和发育。
3.蛋白质互作网络：蛋白质互作网络是指蛋白质之间相互作用的一系列复杂过程。
语文版七年级上第19课《基因畅想》精品课件
6.作者是如何评价这一项研究成果的？
人称心满意。
善解人意 狼吞虎咽 习以为常
2、形容吃东西极其猛急的样子。
3、经常如此，就成为常规了 。
4、指其中的一部分力量或不太大的力量。表示从旁边
帮忙。
一臂之力
5、形容神态天真而略显傻气的样子。
憨态可掬 6、这里指经过提炼或挑选的才智过人的人 。 精英
横亘 憨态可掬 镌刻
ɡân jū juān
抱憾 偌大 嬉游 簇新 虔诚
hàn ruò xī cù qián
心有余悸 jì 濒危 bīn
憨态可掬：形容神态天真而略显傻气的样子。 偌大：那么大。 嬉游：嬉戏玩耍。 独处：单独生活。 造化：福分；命运。 抱憾：心中存有遗憾的事。 虔诚：恭敬而有诚意。 心有余悸：危险的事情虽然过去了，回想 起来还感到害怕。悸，心慌习？ （1）你觉得这篇文章写得生动吗?请找出你认为写得 好的句子，并说说理由。 明确：形容小猪不愿独处，第3段中，用了“无 精打采”“闷闷不乐”“郁郁而终”。很有文采， 很生动。有些语句写得很俏皮，充满着生活气息。 如第6段中“您走好，不必心有余悸，我们的产 品保质四十年”。第3段中“猪还特别善解人意， 它喜欢偎在你脚边，温厚恭良，从不暴躁。”第 6段中“医学专家为病人量体裁衣的手法将胜过 世界上最神奇的设计师。”
1、“奖章上镌刻着一头憨态可掬的猪” 在文章结构上起什么作用？ 明确：为下文设下伏笔，由此引发对基 因发展“猪身人心”的畅想，自然地使 用倒叙手法，使人感到真实可信。
七年级语文第19课《基因畅想》教案
七年级语文第19 课《基因畅想》教学设计19《基因畅想》导教案一、走进作者漆孝诗，留美华人，有名气度外科专家。
刚届中年，他已在心肺移植、冠状动脉外科和主动脉外科等方面，获得超人成绩，手术做得像诗同样美丽，研究做得像精深的交响乐，著述像优美的散文，因此多次获取美、法等国家医学奖，蜚声国内外的气度外科界。
二、基因与基因工程基因（遗传因子）是遗传的物质基础，是DNA （脱氧核糖核酸）分子上拥有遗传信息的特定核苷酸序列的总称，是拥有遗传效应的 DNA 分子片段。
基因经过复制把遗传信息传达给下一代，使后辈出现与亲代相像的性状。
人类大概有几万个基因，储藏着生命孕育生长、凋亡过程的所有信息，经过复制、表达、修复，达成生命繁衍、细胞分裂和蛋白质合成等重要生理过程。
基因是生命的密码，记录和传达着遗传信息。
生物体的生、长、病、老、死等全部生命现象都与基因有关。
它同时也决定着人体健康的内在要素，与人类的健康亲密有关。
基因工程（ genetic engineering）又称基因拼接技术和 DNA 重组技术，是以分子遗传学为理论基础，以分子生物学和微生物学的现代方法为手段，将不一样根源的基因按早先设计的宏图，在体外建立杂种 DNA 分子，而后导入活细胞，以改变生物原有的遗传特征、获取新品种、生产新产品。
基因工程技术为基因的构造和功能的研究供给了有力的手段。
基因工程是生物工程的一个重要分支，它和细胞工程、酶工程、蛋白质工程和微生物工程共同构成了生物工程。
所谓基因工程（genetic engineering) 是在分子水平上对基因进行操作的复杂技术。
是将外源基因经过体外重组后导入受体细胞内，使这个基因能在受体细胞内复制、转录、翻译表达的操作。
它是用人为的方法将所需要的某一供体生物的遗传物质—— DNA 大分子提拿出来，在离体条件下用适合的工具酶进行切割后，把它与作为载体的 DNA 分子连结起来，而后与载体一同导入某一更易生长、生殖的受体细胞中，以让外源物质在此中“安家落户”，进行正常的复制和表达，进而获取新物种的一种崭新技术。
系统生物学(生物学系统)
三、学科总论：1994 -1996年中科院《转基因动物通讯》转载了1994年5月曾（杰）邦哲 (Zeng BJ）的 “结构论-泛进化论”（又称自组织系统结构理论）。
发展
实验方法与系统方法构成科学研究的基该方法，19世纪是实验生物学（生态、生理、遗传与医学等）范式建 立，20世纪是实验生物学迅速发展和系统生物学（生态、生理、遗传与医学等）范式形成。系统科学（包括控制 论、信息论）根源于生命科学，发展了计算机科学而又应用于生物科学，将开发出生物计算机。维纳与香农从动 物与通讯行为的研究中提出控制论与信息论，整个系统科学根植于有机体哲学思维。系统生物学，最初开创于贝 塔郎菲的一般系统理论与理论生物学，艾根的超循环理论发展了细胞、生物化学与分子层次的系统论。20世纪70 年代国际召开了“系统论与生物学” (systems theory and biology)会议，80年代召开了生物化学系统论、生 物系统的计算机模型等探讨的国际会议 （第11届国际分子系统生物学会议2009年6月于中科院上海召开）。系统 生物学的概念在20世纪中叶已经提出，合成生物学的概念提出于基因重组技术的产生，进化理论、有机分子合成 可以说是最早的探索。
高中生物基因组学知识点总结
高中生物基因组学知识点总结在生物学领域中，基因组学是研究生物体基因组的科学。
基因组是一个生物体内的所有DNA分子的集合，它承载着生物体所有的遗传信息。
基因组学的研究可以帮助我们更好地理解生物的遗传特征以及遗传疾病的发生机制。
本文将对高中生物基因组学的关键知识点进行总结。
一、DNA的结构和功能DNA是生物遗传信息的携带者，其结构和功能对于理解基因组学至关重要。
1. DNA的结构DNA是由磷酸、脱氧核糖和四种碱基（腺嘌呤、胸腺嘧啶、鸟嘌呤和胞嘧啶）组成的双链螺旋结构。
两条链通过氢键相互连接，形成了DNA的双螺旋结构。
2. DNA的功能DNA通过编码蛋白质的遗传信息，控制生物体的发育和功能。
同时，DNA还能进行DNA复制、转录和翻译等过程，以完成基因的表达和遗传信息的传递。
二、基因组的组成与特点1. 基因基因是指能够编码蛋白质或功能RNA的DNA序列。
基因组中的基因数量和组织方式因物种而异，不同基因在基因组中的排列方式也不同。
2. 基因组的组成基因组由染色体组成，染色体是一条线型的DNA分子。
人类基因组中有23对染色体，其中一对性染色体决定了个体的性别。
3. 基因组的特点基因组具有巨大的信息量和高度的可变性。
基因组中的基因序列可以通过突变和重组等变化，导致物种的进化和遗传多样性。
三、基因组学的研究方法1. 基因组测序基因组测序是研究基因组的重要方法。
通过测序技术，可以确定一个生物体整个基因组的序列，从而对基因组的结构和功能进行更深入的研究。
2. 基因表达分析基因表达分析可以帮助我们了解基因在不同组织、不同发育阶段以及不同环境条件下的表达情况。
这对于揭示基因功能以及研究疾病发生机制具有重要意义。
3. 基因组编辑技术CRISPR-Cas9是一种常用的基因组编辑技术。
通过设计特定的引导RNA，可以利用Cas9蛋白切割基因组中的特定片段，实现基因的添加、删除或修改，从而改变生物体的遗传特征。
四、基因组学的应用1. 遗传疾病的研究和诊断基因组学可以帮助人们了解遗传疾病的发生机制，并且提供基因诊断的方法。
基因组学基本知识ppt课件
酵
母
A 遗传图
遗
B 物理图
传
图
与
物
理
图
比
较
23
人类基因组物理图
1987年，RFLP图谱，403个标记，10Mb 1994年，5800个标记，0.7Mb 1996年，17000多个标记，100kb 完全适应全基因组测序的要求
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构建物理图谱的3条途径
（1）限制性酶切图谱：使用酶切位点在基因组中出 现频率低的内切酶 Sma I，每78kb只有1个切点 BssH Ⅱ，每390kb只有1个切点 Not I，每10Mb 只有一个切点
6
二、人类基因组计划
1990年，国际人类基因组计划启动 （1）提出背景
族群间的通婚增多，人类基因资源需要保护。 “基因相关论”：所有的疾病都是人类基因组
与病原基因组中的直接或间接作用的结果。 “全基因组”信息记录着一个人有关生、老、
病、死的重要信息，如能否秃顶、发胖等。
7
（2）主要内容： 构建基因组的遗传图谱； 构建基因组的物理图谱； 测定基因组DNA的全部序列； 绘制基因组的转录本图谱； 分析基因组的功能。
功能基因组学就是对基因组序列进行诠释。
功能基因组学的衍生学科 转录组学、蛋白质组学、代谢组学 比较基因组学
糖组学、药物基因组学、疾病基因组学、环境基因组 学、营养基因组学、表基因组学
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转录组学 比较不同组织和不同发育阶段、正常状态与疾病
状态，以及体外培养的细胞中等基因表达模式的 差异, 通过如RT-PCR、EST、SAGE、DNA芯片 等分析方法，描绘特定细胞或组织在特定状态下 的基因表达的种类和丰度的信息，编制成基因表 达的数据。
知识树分子生物学基础知识要点从基因组到生命体
知识树分子生物学基础知识要点从基因组到生命体一、教学内容1. 基因组的结构与功能：介绍基因组的定义、组成、结构特点及其在生命活动中的功能。
2. 基因表达调控：阐述基因表达调控的机制、过程及其在生物生长发育中的作用。
3. 生命的构成：解析细胞、组织、器官、系统等生命体的结构与功能，以及它们之间的相互关系。
二、教学目标1. 使学生了解基因组的结构与功能，理解基因组在生命活动中的重要性。
2. 帮助学生掌握基因表达调控的机制及其在生物生长发育中的作用。
3. 引导学生认识生命体的构成，明白各生命体层次之间的相互关系。
三、教学难点与重点1. 教学难点：基因表达调控的机制及其在生物生长发育中的作用。
2. 教学重点：基因组的结构与功能，生命体的构成。
四、教具与学具准备1. 教具：多媒体教学设备、黑板、粉笔。
2. 学具：教材、笔记本、彩笔。
五、教学过程1. 实践情景引入：通过展示一段关于基因编辑技术的新闻，引发学生对分子生物学知识的兴趣。
2. 知识点讲解：（1）基因组的结构与功能：引导学生阅读教材，讲解基因组的定义、组成、结构特点及其在生命活动中的功能。
（2）基因表达调控：阐述基因表达调控的机制、过程及其在生物生长发育中的作用。
（3）生命的构成：解析细胞、组织、器官、系统等生命体的结构与功能，以及它们之间的相互关系。
3. 例题讲解：分析与本节课知识点相关的实例，如基因组编辑技术在医学领域的应用等。
4. 随堂练习：布置一些关于基因组、基因表达调控和生命体构成的练习题，让学生及时巩固所学知识。
5. 课堂互动：鼓励学生提问，解答学生心中的疑问，增强课堂的趣味性。
六、板书设计1. 基因组的结构与功能：基因组→ 基因→ 遗传信息→ 生命活动2. 基因表达调控：基因表达调控→ 转录→ 翻译→ 蛋白质功能3. 生命的构成：细胞→ 组织→ 器官→ 系统→ 生命体七、作业设计1. 请简述基因组的结构与功能。
2. 请简要介绍基因表达调控的机制及其在生物生长发育中的作用。
福建省泉州十中七年级语文上册 第19课《基因畅想》教学课件 语文版
3、第六段“我本人历来明确支持这项试验”中的“这项 试验”是指？
4、文章题目是“基因畅想”，请问哪些段落记录了作者 畅想的内容？并说说作者对基因技术的前景做了哪些畅想？
概括课文内容：
介绍了利用基因技术进行科学实验的情况，并以此为基础， 对未来人类利用基因技术进行大胆的预测和科学的畅想。
镌刻 juān 携带 xié 偌大 ruò 迄今 qì
濒危 bīn 虔诚 qián 横亘 gèn 前瞻性 zhān
圈套 quān
给面子 gěi
圈
给
圈养 juàn
供给 jǐ
憨态可掬（jū)：形容神态天真而略显傻气的样子。
心有余悸（jì)：危险的事情虽然过去了，回想起来还感 到害怕。
文章内容：
提示： 1、本文作者从什么写起？其作用是？
基因：基因DNA分子上具有遗传效
应的特定核苷酸序列的总称，是具有遗 传效应的DNA分子片段。基因位于染色 体上，并在染色体上呈线性排列。基因 不仅可以通过复制把遗传信息传递给下 一代，还可以使遗传信息得到表达。不 同人种之间头发、肤色、眼睛、鼻子等 不同，是基因差异所致。基因主宰者人 类由生到死的整个生命历程。
预先准备 基因心脏
基因畅想
延长人类 寿命
简便做换心 术
找出你认为写得好的句子，并说说理由
示例：
“猪还特别善解人意，它喜欢偎在你脚边，温厚恭良， 从不暴躁。”
这句话抓住猪的特点，语言俏皮幽默，赋予猪以人的 特征，写出了作者对试验猪独有的情感。
讨论：
世界上的事物往往都具有两面性， 基因工程会不会也有利弊，你怎样 看待基因工程？
说说你对基因技术前景的展望， 想象未来的世界。
初中生物19章知识点总结
初中生物19章知识点总结初中生物课程是学生接触生物学的基础阶段，通过19个章节的学习，学生能够了解生物学的基本概念、生物体的结构与功能、生物与环境的关系等。
以下是初中生物19章的知识点总结：第1章生物与非生物- 生物的定义：具有生命特征的实体。
- 生命特征：新陈代谢、生长发育、繁殖、适应环境、遗传和变异。
- 非生物与生物的区别：非生物不具有生命特征。
第2章细胞的结构和功能- 细胞理论：所有生物都是由一个或多个细胞组成。
- 细胞的结构：细胞膜、细胞核、细胞质、线粒体、内质网、高尔基体等。
- 细胞的功能：进行新陈代谢、遗传信息的传递和表达。
第3章植物的组织和器官- 植物组织：保护组织、营养组织、分生组织、输导组织等。
- 植物器官：根、茎、叶、花、果实、种子。
- 植物的生长和发育过程。
第4章动物的组织和器官系统- 动物组织：上皮组织、结缔组织、肌肉组织、神经组织。
- 器官系统：消化系统、呼吸系统、循环系统、排泄系统、神经系统等。
- 动物的生长和发育特点。
第5章遗传与进化- 遗传的基本原理：基因的传递和表达。
- 进化论：物种的起源和演化。
- 自然选择和适者生存的概念。
第6章生态系统- 生态系统的组成：生物群落和非生物环境。
- 食物链和食物网：能量的流动和物质的循环。
- 生态平衡和人类活动对生态系统的影响。
第7章人体的结构和功能- 人体的基本结构：细胞、组织、器官、系统。
- 人体的主要系统：骨骼系统、肌肉系统、循环系统、消化系统、呼吸系统、泌尿系统、神经系统等。
- 人体的生理功能和健康维护。
第8章微生物的世界- 微生物的分类：细菌、真菌、病毒、原生生物等。
- 微生物的形态结构和生活习性。
- 微生物与人类健康和疾病的关系。
第9章植物的生殖和发育- 植物的生殖方式：有性生殖和无性生殖。
- 植物的生命周期：从种子到成熟植株的过程。
- 植物激素在生长发育中的作用。
第10章动物的生殖和发育- 动物的生殖方式：卵生、胎生、卵胎生。
七年级语文上册 第19课《基因畅想》精品教案 语文版
《基因畅想》教学目标：1、了解有关基因和基因技术常识，整体把握课文内容，识记文中的生字、新词。
2、提高搜集、利用信息技术的能力，激发想象力；学习本文倒叙的写法。
3、提高学生搜集、利用信息的能力，激发想像力；培养学生的科学意识及对科学的探究精神。
4、使学生树立为造福人类而努力的远大理想；引导学生把握文中所叙的实验、事例那些是事实，那些是对未来的展望；丰富学生知识，引导他们关心科学。
教学重点：目标3.教学难点：目标4.教学方法：朗读、研讨。
课型：新授课。
课时数：2课时。
教学过程：第一课时：一、创设情境，导入新课：什么是基因呢?今天我就带领同学们一起走入漆孝诗的《基因畅想》。
这是一篇科学小品：普及科学的小品文，融说理、抒情于一体，文笔轻松、短小精悍、生动活泼、通俗易懂。
二、整体感知课文内容：1、基因：是DNA中的部分，主宰着人类由生到死的整个历程。
基因只占整个DNA质量的2%到4%。
其余部分称为“无用的”或“沉默的” DNA，它们的用途至今是一个谜。
人类基因组织：是建立人体所需的化学密码或蓝图，而这幅蓝图的基本组成是DNA。
DNA是一条由磷酸盐和糖组成的分子链，呈双螺旋形，即两条互相缠绕的螺旋形分子带，中间以称为碱基的横条紧扣。
除了孪生子女外，每个人的DNA （脱氧核核酸）都是独一无二的。
2、染色体：人体每个细胞内都有23对染色体，它们位于细胞的核心，其中染色体XY 是决定性别的。
一个人体内所有细胞的染色体的长度加起来，足足有1600亿公里长。
序列分析：对DNA碱基对排列的分析。
科学家为了识别，以A、C、G、T来为构成碱基对的四种化学物质做标记。
在分析的过程中， DNA会被分拆，然后重新组合其资料。
在人体内有超过30亿个这种由化合物构成的遗传“字母”。
基因治疗：把改造了的基因植入人体内，以取代或修补有问题的基因。
3、作者漆孝诗，美国心外科专家。
因在心、肺移植，冠状动脉外科和主动脉外科方面取得超人成绩，多次获美、法等国家医学奖。
同步备课一体资料之生物人教必修2课件：第六章 从杂交育种到基因工程 第19课时
探究点二 基因工程的操作过程 1.基因工程的操作过程中核心步骤是什么？哪个阶段不会发生碱
基互补配对？ 提示：目的基因与运载体结合。将目的基因导入受体细胞中。 2.受体细胞为什么常采用微生物？ 提示：繁殖快、代谢快、目的产物多。 3.如果培育转基因动物，常采用哪种受体细胞？ 提示：受精卵。
【典例2】 某科学家从细菌中分离出耐高温淀粉酶(Amy)基因a， 通过基因工程的方法，将基因a与运载体结合后导入马铃薯 植株中，经检测发现Amy在成熟块茎细胞中存在。结合图形 分析下列有关这一过程的叙述，不正确的是( )
A.获取基因a的限制酶的作用部位是图中的① B.连接基因a与运载体的DNA连接酶的作用部位是图中的② C.基因a进入马铃薯细胞后，可随马铃薯DNA分子的复制而复 制，并传给子代细胞 D.通过该技术人类实现了定向改造马铃薯的遗传性状 尝试解答________
解析 限制酶和DNA连接酶均作用于磷酸二酯键，即①处， 二者作用相反，分别是打开和连接该化学键；目的基因进入 受体细胞后，会随着马铃薯DNA分子的复制而复制，传给子 代细胞，使之产生定向变异，从而改变其遗传性状。 答案 B
第19课时 基因工程及其应用
学习目标 1.说出基因工程的概念；2.说出基因工程的基本工具(重点)；3.阐 述基因工程的基本操作(重难点)；4.举例说明基因工程的应用。
|基础知识|
一、基因工程的原理 1.概念
(1)操作对象： 基因 。 (2)操作水平： DNA分子 。 (3)优点：可 定向 改造生物的遗传性状。
2. 如图为DNA连接酶的作用示意图，请思考下列问题：
(1)一般来说，要用同一种限制酶处理目的基因和运载体，其 原因是什么？ 提示：用同一种限制酶处理目的基因和运载体，可以得到相 同的黏性末端，便于DNA连接酶将它们连接起来。 (2)DNA聚合酶和DNA连接酶都可形成磷酸二酯键，二者的主 要区别是什么？ 提示：DNA聚合酶是将单个的脱氧核苷酸与脱氧核苷酸链连 接起来，但DNA连接酶是将两段DNA片段连接起来。
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建立代谢与调控反应模型（网络） 数据与信息的组织（数据库）与可视化研究
（代谢与调控地图，网络地图）
后基因时代的研究特点
研究模式的改变：由分析式思维向系统思维的转变； 由假说导向向数据导向研究转变。
信息化。通过结构基因组学的研究，以获得大量的 核酸、蛋白、结构等方面的信息，为功能研究提供 基础，data management, data mining。
功能基因组学的定义
利用基因组学列信息，应用高通量实验技术， 定量的确定特定RNA分子、蛋白分子和重要 的代谢产物在时间和空间上的聚集模式
中心法则
功能基因组学的内容
转录组学
从RNA水平来研究基因的表达
蛋白质组学
从蛋白质水平研究基因表达
代谢组学
确定重要的代谢产物的含量
网络与通路
蛋白相互作用网络、调控网络、信号传导通路等。
将数据变成信息，将信息变成知识
人类基因组学的成果（ 2019.4.14）
人类基因组全序列的完成仅仅是遗传学革命的开始 我们依然不能确定人类到底有多少个基因，通常认
为大约30,000个左右。 经过亿万年的进化，人类终于来到了控制我们从一
个单细胞经过成人期，最后走向坟墓的“指令集” 面前。 这套“指令集”是用奇怪语言所写的一部“天书”， 到目前我们刚刚开始理解。 有利于确定导致癌症、糖尿病、心血管疾病等其他 疾病的基因，并开发相应的药物和基因治疗手段 有利于个性化医疗的开展。
Sample
2D gels and imaging
Curation and interrogation
Differential analysis
Nomal
Disease
Mass spectrometry coupled to advanced databases to anonotate
Identify disease specific proteins
所有的数据然后被整合，进行图形显示，最 后建立数学模型。
可以简单的理解为数学方程式，但方程式中某 一项改变的时候会导致其他的项进行相应的改 变，且是定量的。
生物学是一种信息科学
生物系统有两种信息所构成：
基因：编码完成生命功能的分子机制 网络：决定调控的相互作用以及基因的如何表达。
DNA->mRNA->protein->protein interactions>informational pathways-> informational networks ->cells->tissues or networks of cells->an organism-> populations->ecologies. (hierarchical information)
在基因组学开展的时候所提出的美好前景依然没有实现！
下一步怎么办？
后基因组时代
基因组信息可以广泛获得，包括人、鼠、模 式生物、微生物、病毒等。
这些数据可以被广泛应用与基因在不同状态 下的表达特征研究-基因功能研究
由于在后基因组时代主要注重与基因的功能 研究，因而相关研究又被称为“功能基因组 学”
生物信息的特点
在多个层级水平上进行组织 在复杂网络系统中运行 这些信息网络通常具有鲁棒性，许多单个的
扰动不会影响他的运行 网络中具有一些关键的节点，对他们的扰动
会引起较明显的后果
生物信息学与系统生物学
发展各种计算工具来获取、储存、分析、图 形化表示、建模以及分发生物信息
整合不同水平的生物信息。如基因、mRNA、 蛋白、网络与通路等
Drug targets
代谢组学研究
网络与通路
后基因组时代的生物信息学
高通量技术从RNA水平、蛋白水平、代谢产 物水平产生了大量的数据
所面临的挑战：
从海量数据中提取有用的信息 整合相应的网络与调控信息 了解代谢网络是如何调控与运作的 生命的运作过程
后基因组时代生物信息学的任务
整合RNA水平、蛋白水平、代谢产物水平的 数据信息
生物信息学的兴起（基因组信息学）
是一个学科领域，包含着基因组信息的获取、 处理、储存、分配、分析和解释的所有方面。
发展信息分析工具，包括各种新算法和新软件， 构建合适的数据库，用于收集、管理和使用。
配合实验研究，“读懂”基因组。确定全部约 2-4万个人类基因在染色体上的位置以及包括 基因在内的各种DNA片断的功能及其表达调控。
基因芯片与基因表达
•Red: higher in Cy5 •Green: higher in Cy3 •Yellow: equal in both channels •Brightness reflects intensity of signal
蛋白质组学研究
蛋白质组学研究
比较蛋白质组学研究
数据库：核酸与蛋白、蛋白相互作用、 mRNA表达、蛋白质组等
整体分析变得越来越重要
生物信息学变得越来越重要
必须应用计算技术来建模描述生物过程，比 如基因表达调控模型等
一个细胞内的相互作用的巨大数量与超级复杂 性已超出了仅仅用人脑来处理的能力
高通量技术产生了大量的定量分析数据导致生 命科学的发展由描述性科学向预测性科学转变。
在技术上大量采用高通量筛选技术，如基因表达谱、 蛋白质组学研究、核算及蛋白微阵列技术、基因芯 片等。
多基因整体研究策略，不同于过去一次只研究一个 基因或蛋白，注重分子间的相互作用及调控网络。
用功能基因组学到系统生物学
功能基因组学的网络是一个静态的网络 系统生物学就是要把一个静态的网络变成一
个动态的网络
系统生物学研究内容
通过扰动生物系统并监视基因、蛋白、代谢 产物及网络与路径的反应
整合这些数据并建立相应的数学模型来表述 系统的结构他对单个扰动
系统生物学的特点
与我们过去30年的研究模式不同，系统生物 学不是一次研究一个基因或蛋白的功能，而 是研究一个功能系统中的所有元件在其发挥 功能时的表现和关系。
转录组学
基因芯片
基因芯片点样仪
Yellow: equally expressed Red: more expressed in tumor tissue (“over expressed”) Green: more expression in normal tissue (“under expressed”)
未来重大的生命科学研究进展都直接或间接 的与生物信息学相关
谢谢各位同学！
合作愉快
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