第一节 基因工程的基本原理和技术1
基因工程的原理和技术
合成子链的原料
DNA聚合酶
催化合成DNA子链
引物
使DNA聚合酶能够从3’端开始连接 脱氧核苷酸
PCR技术依据的原理：
DNA双链复制的原理（遵循碱基互补配对原则） DNA热变性的原理 前提条件：有一段已知目的基因的核苷酸序列
基本条件：
• 含待扩增目的基因片段的DNA模板； • 根据目的基因双链各一端序列片段合成
如：抗虫基因、抗病基因、人胰岛素基因、人干扰素基因等
基因工程的操作步骤
❖第一步：获取目的基因 （1）目的基因：
主要是指编码蛋白质的基因,例如，与生物抗 逆性相关的基因、与优良品质、生物药物和 保健品、毒物降解以及工业用酶相关的基因 等，也可以是一些具有调控作用的因子。
基因工程的操作步骤
❖第一步：获取目的基因 从生物中直接获取
④目的基因的检测与鉴定。
含有目的基因的表达载体只有进入受体细胞,并且维 持稳定和表达，才能实现一种生物的基因在另一种生物 中的转化。
❖第三步：将目的基因导入受体细胞 ——转化
转化：目的基因进入受体细胞内,并在受体 细胞中维持稳定和表达的过程，称为转化
• 将目的基因导入受体细胞的原理 借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。
基因操作的基本步骤
1. 提取目的基因 2. 目的基因与运载体结合 基因表达载体的构建 3.将目的基因导入受体细胞 4.目的基因的检测与鉴定
温故知新 基因工程的操作步骤
①目的基因的获取； ②表达载体的构建；
为什么要有这一步
③将目的基因导入受体细胞；
④目的基因的检测与鉴定。
基因工程的原理：“按照人们的愿望,进行严格的设计， 通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗 传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物 产品。
基因工程基本原理简介知识分享
fragments
3. 1.25 U/ugDNA Bcl I
1. Bcl I 酶切纯化片段
4. Lamba DNA/Hind Ⅲ Marker
2. Lamba DNA/Hind Ⅲ Marker
图2. 基因组DNA Bcl I 酶切电泳
图3. 10~23kb DNA片段回收产物电泳
实验二、 家蝇卵黄蛋白基因组基因的克隆 和噬菌斑
可疑阳性克隆
噬菌斑原 位杂交
三次纯化
KW25 1
噬菌斑原 位杂交
阳性克隆
提取
目的DNA片段
Hind III
鉴定 XhoI
Southern Blot
λ-DNA
单酶切和 双酶切
亚克 隆
测序
序列分析
实验二结果 ➢2.1 特异性探针制备
制备了大小为768bp的地高辛标记的DNA片段特异性探 针，工作浓度为1：2000。
实验二结果 ➢2.3 mdYP基因组基因的克隆
获得了全长3991bp的基因组序列，包含1.7kb卵黄蛋白 基因组基因及其5’-调控区序列。
1 ACAGAATTTGCTATTTAGGTCTTATATTTCTCAGAGCAAAGAGCTGGGCTGCAGAGAGATTTATGACAACGCCGTTGTGTGGTGTATGTATATAGAAAGA 100 101 ATAGAAGAATTACTTTNCTTAGTTGTTTTTTAAATAATCCTGTCCAACAAATGTGTCCAATCCAATTCTTGTTTTATTGGTTTTATCCCTCCTTAATATT 200 201 AATCTTTTTGGTCTTATTGAATAATTATTGATTGTGGTGATTGCTGTCTCTACTTCGTTTGGTTTGGTTTGGTTGTCAGTTGCGAACGTTGGAAACAAAA 300 301 ATGAAAAACGTCCCAACGAAACGAATATGAAGGCCACAAAGGAATACCCGATAAAAAATAAACAGAAAGCAAAGACTCCGGGTACTCTGTTGTTTACGAA 400 401 TGAGACATGAGAGAATTGAACATCTTCACTAAAGAGCTCGGAATTAGTTACAAATTAAATTGAATTCGACGGTGCGGTGGCGACATGACAGACGGACGGGT 500 501 TGATGGATAGATAACGGCGTTGAGAGTGAATGTGTTGGCGTCTTGTCTCTATTGCAGGGTGATTCATATATTAGAAAATTTACAATGGAAAAGTGGTTAT 600 601 TTTAAATAAGAAATAATATATATATGATATATATGATGTTTGGGGAAAAAATATGAAAAGATTACACTCTTACCTCATTATCTTTACTAAAAAAGGTATT 700 701 TTATGTATAAAAGGCTTGCAAAGTCGAAGTCTATTCACAAAAGATTCGAAAACGGTAATAAATGATCCTTCAGCAAAATATTATTGGACAGTATTGGACA 800 801 ATTCAACGATAAAAAAGTCACATTAAAAAGTGCTTTAAAAATAATGGCGGTTGACTTTTTTGCAGTTTTTTTTTTATCTTACCCTTTATGTCTAAAACGG 900 901 ACATTTTCAAAGGAACCTTATTCTAAAAATCTCAAAATATATGGAAGAGGGGGTAACTTTCCTCCTCTATTTAGGTTACTTTCCGATGTAAATTTTCAAA 1000 1001 ACGCCATTACATTTGTCTTCTATTTTTAGCCCTACTTTCATAATCTACTAGATTATTTCAGTATTTTTTTGCACAGTGCAGGTGATGATATTGGATAATT 1100 1101 CTTATTGAGGAAAAAATTCCCCAGTAAGAATGGAGAATCGGGTTATGAAACAAGATTTTTTAATAATTTCATTAATTATTTATTTTTTGNTTCTATGATT 1200 1201 TTGTGTTTTTTTTTTTTTTTGAATATTATTTTGAAATAAAGTGAAATCGAAATCTTCTCCTTTTTAGGTTATTGATCTAAAATACAAGGCTATTGCCAAA 1300 1301 ATCATGTAATACAATATTTGCTGAAATAGGCCAAATCACTTCTCGCCCTCCGTTCTATTTTTGATGACAGTGAAGCATTATGCAAGCTTGTTTCAATTCT 1400 1401 CCCGCTTATCGTCACAACCTCTACAGATTTTGCAATTTACGTAAAGAAAAAGAAAAACGGCAAAATATTGAAAATGAAAATCAGCAAAAATCAAAAAAAT 1500 1501 TATCAGCAGTTCTCGCTGGACTCACCTGACGGTCTGATTAACTATTTTGCTGTGAAATGTTAAATTTATTTGATATAAATACCCCCAGTGGAAGCCAGTG 1600 1601 GAGGGTACATTTCACAAGTTAGAACATTCGGCTTAAGAAGTGCCCGTACGACTTTGGGAATTTTTGAAACTGACCGACAGAAGGATGAATCCATTGGGAG 1700 1701 TTTTGTGCTTTGTAGCCTTTGTGGCTGCCGGCGCCTTGGCCTCACAATCGCAGGACTACAGTCCAAAGCCAGCACATTGGCTGAAACCCACCGAATTGGA 1800 1801 GGCCACACCATCTTTGAATGAGCTCACCTTTGAGCAGCTGGAGAATATGCCATTGGAAAAGGGAGCCAAATTGATGCGTAAACTCTGTAAGTAGCCAGTC 1900 1901 AAGAATTTGGAAAAGACCTCCAATAATACAATTTCTCTCTTCTCTAGACCACCTGTCCCAAATCGACTACTCTGTGTCGCCCAACTTTGTGCCCAGTCCC 2000 2001 AGCAATGTCCCCGTCTACATTTTCAACAGCAAGGGTGAAAAAGAAACCTGCAACTTGAACAACTACGTCGACATTGCCAAGGAAAAGCCGAAATTTGGCG 2100
生物学知识点 基因工程
生物学知识点基因工程基因工程是生物学中的一个重要分支，它涉及到对基因的操作和改造，以达到改良生物体的目的。
本文将介绍基因工程的基本概念、技术方法以及应用领域。
一、基因工程的概念与原理基因工程是指通过对生物体的基因进行人为的操作和改造，以达到改良生物体的目的的一门学科。
其基本原理是利用现代分子生物学的技术手段，对生物体的基因进行剪接、克隆、转移等操作，从而实现对生物体特性的调控和改变。
基因工程的核心技术是基因重组技术，即将不同生物体的基因进行重组，形成新的基因组合，然后将其导入目标生物体中，使其表达出新的特性。
基因重组技术主要包括以下几个步骤：1. DNA提取：从生物体中提取出含有目标基因的DNA片段。
2. 基因剪接：利用限制酶将目标基因与载体DNA进行剪接，形成重组DNA。
3. 转化：将重组DNA导入到宿主细胞中，使其表达出目标基因。
4. 选择与筛选：通过选择性培养基或标记基因等方法，筛选出带有目标基因的转基因细胞或生物体。
5. 鉴定与分析：对转基因细胞或生物体进行鉴定和分析，确认其是否成功表达目标基因。
二、基因工程的应用领域1. 农业领域：基因工程在农业领域的应用十分广泛。
通过基因工程技术，可以改良农作物的抗病性、耐逆性和产量等性状，提高农作物的品质和产量。
例如，转基因水稻可以提高抗虫性和耐盐碱性，转基因玉米可以提高抗除草剂和杂草的能力。
2. 医学领域：基因工程在医学领域的应用主要包括基因治疗和基因诊断。
基因治疗是指利用基因工程技术，将正常的基因导入到患者体内，以治疗遗传性疾病或其他疾病。
基因诊断是指通过对患者的基因进行检测和分析，以确定患者是否携带某种疾病的遗传基因。
3. 环境保护领域：基因工程可以应用于环境污染治理和生物修复。
通过基因工程技术，可以改造微生物，使其具有降解有机污染物的能力，从而实现对环境污染物的清除和修复。
4. 工业领域：基因工程在工业领域的应用主要包括生物制药和生物能源。
基因工程的原理和技术
基因工程的基本原理：
让人们感兴趣的基因（即目的基因）在宿主细 胞中稳定和高效的表达。根据不同的实验目的，目 的基因可以有很多种，如抗虫基因、抗病基因、抗 除草剂基因、人胰岛素基因和人干扰素基因等。因 此表达的产物各不相同。通过基因工程的基本操作 ，就能实现目标。
二、基因操作的基本步骤
第三步：将目的基因导入受体细胞
选择的关键是分析基因工程的最终目的，按转基因的目的来选择：
基因工程的 最终目的
得到大量特 殊蛋白质
得到转基因动物 得到转基因植物
常用的受 体细胞
大肠杆菌 等微生物
受精卵 植物体细胞
导入的方法
Ca2＋处理法 显微注射法 农杆菌转化法
将目的基因导入微生物细胞
常选细菌 作受体细胞的原因：它 们繁殖力极强，生长速 度很快，短期内就会产 生大量后代，所以把目 的基因转入这些细菌， 就能在短时间内得到大 量的目的基因产物。
细菌的检测：
将每个受体细胞单独培养形成菌落，检测菌落中 是否有目的基因的表达产物。淘汰无表达产物的 菌落，保留有表达产物的进一步培养、研究。
无表达产物
无表达产物
有表达产物
无表达产物
多细胞生物的检测： 将每个受体细胞单独培养并诱导发育成完整个体， 检测这些个体是否表现出相应的性状。
例：抗虫棉检测
用棉铃饲喂棉铃虫，如虫吃后不 出现中毒症状，说明未摄入目的基 因或摄入目的基因未表达。
例：下列有关基因表达载体的构建说法正确的是( C ) A．限制性核酸内切酶的功能是切割各种DNA分子 B．基因工程中经常用到的酶只有DNA连接酶和限制性 核酸内切酶 C．将目的基因与载体结合的过程，实际上就是不同来 源的DNA重新组合的过程 D．具有粘性末端的目的基因片段插入质粒的切口处， 先形成磷酸二酯键，再形成氢键
基因工程及其应用
环境保护
基因工程可用于生物修复、 环境监测和生态系统保护， 有助于解决环境问题和提高 可持续发展。
基因工程在医学领域的应用
ห้องสมุดไป่ตู้
1
基因治疗
通过基因工程技术修复或替换患者的缺陷
药物研发
2
基因，为治疗遗传性疾病提供新的方法。
基因工程用于制备重组蛋白和抗体，加速
药物开发和生产过程。
3
疾病诊断
基因工程技术使得疾病的早期诊断更加准 确和可靠，为个性化医学提供了新的途径。
基因工程在农业领域的应用
转基因作物
基因工程可用于在作物中导入外 源基因，以提高作物的抗虫性、 耐旱性和营养价值。
植物组织培养
基因工程技术可用于培育不孕植 株、繁殖珍稀植物和提高植物生 长速度。
农业生物技术
基因工程在农业领域还可用于动 物遗传改良、育种和疫苗研发， 提高农业生产效率。
基因工程在环境领域的应用
生物修复
基因工程可以用于修复受污染土壤和水体中的有害物质，加速环境恢复过程。
环境监测
通过基因工程技术，可以开发植物和微生物传感器来监测环境中的有害物质。
生态系统保护
基因工程可用于保护濒危物种、恢复破坏的生态系统，维持生物多样性。
基因工程使用了许多工具 和技术，如限制性酶、 DNA合成和蛋白质表达系 统等，以便研究和操作基 因。
基因编辑技术如CRISPRCas9已经革命性地改变了 基因工程领域，使得基因 编辑更加精确和高效。
基因工程的应用领域
生物医学
基因工程在生物医学研究中 有广泛应用，如基因治疗、 药物研发和疾病诊断。
基因工程技术的基本原理与步骤
2.3.2 用于食品工业中的酶
工业化酶制剂的品质改良及新品种开发是 现代生物技术介入最多的一个领域，并已 取得令人瞩目的成果。DNA重组技术对酶 工业的渗透，导致了酶工业质的飞跃。例 如：日本利用基因技术，使淀粉酶发酵产 率提高近200 倍，而且有极强的热稳定性。 目前，已经商品化的基因工程酶还有枯草 杆菌蛋白酶、水解酶、脂酶、凝乳酶等。
2.1 酶制剂方面应用
酶的传统来源是动物脏器和植物种子，后 来随着发酵工程的发展，逐渐出现了以微 生物为主要酶源的格局。近年来，由于基 因工程技术的发展，更使我们可以按照需 要来定向改造酶，甚至创造出自然界从未 发现的新酶种，蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、 糖化酶和植物酶等均可利用基因工程技术 进行生产。
基因工程技术在食 品中的应用
前言 基因工程技术是现代生物技术的
核心内容。自从二十世纪七十年代诞 生以来, 在短短的几十年间已得到了迅 速的发展和广泛的应用。它具有从本 质上改变生物及食品性能的特性, 越来 越受到食品科技工作者的重视, 并使食 品的概念从农业食品, 工业食品发展到 了基因工程或生物技术食品。在二十 一世纪, 以基因工程为核心的生物技术因工程主要是DAN重组 技术是指在体外把不同基因进 行人工“剪切”、“组合”和 “拼接”使基因得以重新组合， 然后通过载体（微生物或动植 物细胞）进行无性繁殖（即所 谓克隆），要使新的基因在受 体细胞的表达，产生人类所需 要的物质，或组建新的生物类 型。
1.2 基因工程技术的基本原理与步骤
基因工程研究的主要内容包括以下6 个步骤:
(1) 从生物有机体复杂的基因组中,分离出带有目的基 因的DNA片段。
(2) 在体外, 将带有目的基因的DNA 片段连接到能够 自我复制并具有选择标记的载体分子上, 形成重组DNA 分子。
基因工程的原理及技术
基因工程的原理及技术导言基因工程是一门重要的生物学分支，通过改变生物体内的基因组成，使其具有特定的性状和功能。
随着基因工程领域的不断发展，人类已经可以利用基因工程技术来改良农作物、研发新药、治疗基因疾病等。
本文将介绍基因工程的基本原理和常用技术。
基本原理基因是生物体内控制遗传信息的载体，基因工程的核心原理是通过改变特定基因的组成及其表达方式来改变生物体的性状和功能。
基因工程的基本原理包括以下几个方面：1.基因克隆：基因克隆是基因工程的重要手段之一。
通过将特定基因从一个生物体中剪切出来，并将其插入另一个生物体的染色体中，实现对目标基因的复制和表达。
常用的基因克隆方法包括限制性内切酶切割和连接、PCR 扩增等。
2.DNA序列分析：DNA序列分析是基因工程研究的基础。
通过对基因组DNA的测序和分析，可以对基因的结构、功能和调控进行深入研究。
DNA 序列分析常用的技术包括Sanger测序、高通量测序、基因芯片等。
3.基因敲除和突变：通过基因敲除和突变技术，可以特异性地删除或改变目标基因，从而观察其对生物体性状和功能的影响。
常用的基因敲除和突变技术包括RNA干扰、CRISPR-Cas9系统等。
4.基因表达和调控：基因的表达和调控是生物体内基因功能发挥的关键环节。
基因工程可以通过改变基因的启动子、增强子等序列，实现对基因表达和调控的精确操控。
常用的基因表达和调控技术包括质粒转染、转基因技术等。
常用技术基因工程领域有多种常用技术，以下列举几个代表性的技术：1.质粒转染技术：质粒转染技术是一种常用的基因工程技术，通过将外源基因表达载体（质粒）导入宿主细胞，实现基因的表达和功能研究。
该技术广泛应用于基因治疗、农作物遗传改良、疫苗研发等领域。
2.转基因技术：转基因技术是将外源基因导入到目标生物体中，实现特定性状的引入或改良。
转基因技术在农作物育种和药物研发中发挥了重要作用，成功开发出了多种转基因作物和转基因药物。
3.CRISPR-Cas9系统：CRISPR-Cas9系统是一种先进的基因编辑技术，具有高效、精确和可编程的特点。
基因工程的理论基础
存在位置：染色体DNA、线粒体、叶绿体、质粒
基因都能够储存、传递和表达遗传信息，也都 可能发生突变，从而决定生物体的性状。基因 之所以能够行使这些重要功能，是与它的结构 有密切关系的。那么，基因的结构究竟是怎样 的？ 原核细胞和真核细胞的基因结构相同吗？ LuDong University
基因的分子生物学
1.DNA的双螺旋结构1953年构建模型
LuDong University
二.DNA的规则双螺旋结 构 ⅰDNA分子是由两条反向平行的脱氧核 苷酸长链盘旋成双螺旋结构。
ⅱDNA分子中脱氧核糖和磷酸交替连接， 排列在外侧，构成基本骨架；碱基在内 侧。 ⅲ两条链上碱基通过氢键连结起来，形 成碱基对，且遵循碱基互补配对原则 （A与T配对，G与C配对）。
LuDong University
基因工程的基本概念
一、 重组DNA技术的基本定义
重组DNA技术是指将一种生物体（供体）的 基因与载体在体外进行拼接重组，然后转入另一种 生物体（受体）内，使之按照人们的意愿稳定遗传
并表达出新产物或新性状的DNA体外操作程序，也
称为分子克隆技术。
因此，供体、受体、载体是重组DNA技术的三
非编码区 编码区上游 启动子 与RNA聚酶 结合位点 编码区
1.基因结构
非编码区 编码区下游 终止子
RNA聚合酶能够识别调控序列中的结合位点，并与其 结合。转录开始后，RNA聚合酶沿DNA分子移动，并 与DNA分子的一条链为模板合成RNA。转录完毕后， RNA链释放出来，紧接着RNA聚合酶也从DNA模板链 上脱落下来。
第四章 基因工程
第一节 、基因工程的基本原理和技术
LuDong University
2000：果蝇的基因组图谱绘制完成；人类基因组图 谱的绘制工作完成。
基因工程的原理和技术
基因工程的原理和技术1.基因是生物体遗传信息的载体：基因是一个特定的DNA序列，它包含着生物体制造特定蛋白质的指令。
2.基因组是生物体所有基因的集合：基因组是一个生物体所有基因的集合，它决定了生物体的遗传特征和功能。
3.基因的表达决定了生物体的特性：基因的表达是指基因通过转录和翻译过程转化为蛋白质的过程，不同基因表达方式的差异决定了生物体之间的差异。
1.DNA重组技术：DNA重组技术通过将来自不同生物体的基因片段组合在一起，创造新的基因组。
其中最常用的技术是限制性内切酶切割和连接酶连接。
这种技术使得科学家可以将一个生物体的基因转移到另一个生物体，从而实现基因的定点插入、缺失或修改。
2.基因克隆技术：基因克隆是指通过扩增目标基因的DNA序列，使其获取足够的DNA量以进行进一步的研究。
其中最常用的技术是聚合酶链式反应（PCR）。
PCR技术可以在相对短的时间内扩增目标DNA片段，使其足够量以供后续实验使用。
3. 基因敲除技术：基因敲除是指在生物体的基因组中引入缺失或静默突变，从而导致目标基因无法表达。
最常用的方法包括CRISPR/Cas9系统。
该系统通过引导RNA（gRNA）引导Cas9核酸酶与目标基因靶标结合，从而实现对目标基因的敲除。
除了上述技术，基因工程还包括了基因测序技术、基因调控技术和基因传递技术等。
通过这些技术，科学家能够了解生物体的基因组组成和功能，进而在基因层面上实现对生物体的控制和改造。
基因工程在农业、医学、工业生产和环境保护等领域具有广阔的应用前景。
通过基因工程技术，我们可以创造抗病虫害的作物、高效合成药物的微生物、高效能生物燃料的产生菌等，为人类生活和健康做出重要贡献。
基因工程的原理和技术
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第一章 第二节
学习要求
基本要求
1.概述述基因工程的原理2.概述基因工程基本操作的几个步骤
发展要求
举例说出筛选含有目的基因的受体细胞的原理
说明
“课外读：聚合酶链式反应（PCR）”、“小资料：基因工程的受体细胞”只作为背景材料阅读，不要求记忆或掌握具体的内容。
PCR技术
延伸
单，导入到受体菌的群体中，各个受内全部DNA
许多DNA片段
受体菌群体
限制性核酸内切酶
与载体连接 导入
某种生物某个时期的mRNA
cDNA
反转录
受体菌群体
与载体连接 导入
三、目的基因导入受体细胞
常用的受体细胞： 有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞等。
将目的基因导入受体细胞的原理 借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。
三、目的基因导入受体细胞
例如，用质粒作为载体，宿主细胞应该选择大肠杆菌。
将细菌用CaCl2处理，以增大细菌细胞壁的通透性。 使含有目的基因的重组质粒进入受体细胞。 目的基因在受体细胞内，随其繁殖而复制，由于细菌繁殖的速度非常快，在很短的时间内就能获得大量的目的基因。基因组部分基因 （cDNA）
二、形成重组ＤＮＡ分子
添加标题
用一定的限制性核酸内切酶切割质粒，使其出现一个切口，露出粘性末端。
添加标题
用同一种限制性核酸内切酶切断目的基因，使其产生相同的粘性末端。
添加标题
用DNA连接酶将切下的目的基因片段和载体ＤＮＡ形成了一个重组DNA分子（重组质粒）
基因工程的基本操作步骤
获取目的基因 形成重组DNA分子 将重组DNA分子导入受体细胞 筛选含有目的基因的受体细胞 目的基因的表达
基因工程基础知识
第一章基因工程第一节基因工程概述由于基因工程是在DNA分子水平上进行操作,因此又叫做重组DNA技术。
二．基因工程的基本工具（一）“分子手术刀”——限制性核酸内切酶（简称限制酶）1．来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。
2．功能：能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。
3．结果：经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式：黏性末端和平末端。
（二）“分子针线”——DNA连接酶1．分类：根据酶的来源不同，可分为E·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶两类2．功能：恢复被限制酶切开了的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。
★两种DNA连接酶(E·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶)的比较：①相同点：都缝合磷酸二酯键②区别：E．coIiDNA连接酶来源于大肠杆菌，只能使黏性末端之间连接；T4DNA连接酶能缝合两种末端，但连接平末端之间的效率较低。
(三)“分子运输车”——载体1.载体具备的条件：①能在受体细胞中复制并稳定保存；②具有一至多个限制酶切割位点，供外源DNA片段插入；③具有标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。
2.基因工程常用的载体有：质粒、噬菌体和动、植物病毒等。
最早应用的载体是质粒，它是细菌细胞中的一种很小的双链环状DNA分子。
三．基因工程的基本过程(一) 获得目的基因（目的基因的获取）1.获取方法主要有两种：①从自然界中已有的物种中分离出来，如可从基因文库中获取。
②用人工的方法合成。
★获得原核细胞的目的基因可采取直接分离，获取真核细胞的目的基因一般是人工合成。
★人工合成目的基因的常用方法有反转录法和化学合成法。
2.利用PCR技术扩增目的基因（1）PCR的含义：是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。
（2）目的：获取大量的目的基因（3）原理：DNA双链复制（4）过程：第一步：加热至90～95℃DNA解链为单链；第二步：冷却到55～60℃，引物与两条单链DNA结合；第三步：加热至70～75℃，热稳定DNA聚合酶从引物起始进行互补链的合成。
基因工程的原理和技术
③化学方法合成目的基因
人工合成基因的方法
反转录法
根据已知的氨基酸序列 合成DNA
③化学方法合成目的基因
目的基因的mRNA 反转录
单链DNA(cDNA) 合成
双链DNA (即目的基因)
蛋白质的氨基酸序列 推测
mRNA的核苷酸序列 推测
结构基因的核苷酸序列 化学合成
胰岛素生产车间
基因工程干扰素
• 干扰素治疗病毒感染简直是“万能灵药”！ 过去从人血中提取，300L血才提取1mg！ 其“珍贵”程度自不用多说。
干扰素分子结构
干扰素生产车间
SCID的基因工程治疗
• 重症联合免疫缺陷（SCID ）患者缺乏正常的人体免 疫功能，只要稍被细菌或 者病毒感染，就会发病死 亡。这个病的机理是细胞 的一个常染色体上编码腺 苷酸脱氨酶（简称ADA） 的基因（ada）发生了突 变。可以通过基因工程的 方法治疗。
❖ 基因工程药品的生产
• 在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、干扰素直接生 物体的哪些结构中提取？ 药品直接从生物的组织、细胞或血液中提取。
• 传统生产方法的缺点 由于受原料来源的限制，价格十分昂贵。
• 可利用什么方法来解决上述问题？
利用基因工程方法制造“工程菌”，可高效率地生产出各 种高质量、低成本的药品。
基因探针：
基因探针就是一段与目的基因或DNA互补的 特异核苷酸序列。它包括整个基因，或基因的 一部分；可以是DNA本身，也可以是由之转录而 来的RNA。
DNA分子杂交示意图
采用一定的技术手段，将两种生物的DNA分子的单 链放在一起，如果这两个单链具有互补的碱基序列， 那么，互补的碱基序列就会结合在一起，形成杂合双 链区；在没有互补碱基序列的部位，仍然是两条游离 的单链。
基因工程的原理和技术
2、形成重组DNA分子
限制性核酸 ①用一定的_________切割 内切酶 质粒，使其出现一个切 粘性末端 口，露出____________ 。 同一种限制性核酸内切酶 ②用_____________切割 含目的基因的DNA ，使其产生_____ 相同 的粘性末端 ____________。
切口 处， ③将切下的目的基因片段插入质粒的______ DNA连接酶 ，形成了一个重组 再加入适量___________ DNA分子（重组质粒）
农杆菌转化法
农杆菌是普遍存在于土壤中的一种革兰氏阴性细菌，农杆 菌中细胞中含有Ti质粒，其上有一段T-DNA，农杆菌通过 侵染植物伤口进入细胞后，可将T-DNA插入到植物染色体 中。人们将目的基因插入到经过改造的T-DNA区，借助农 杆菌的感染实现外源基因向植物细胞的转移与整合，然后 通过植物组织培养技术，再生出转基因植株。
5、目的基因的表达
①检测转基因生物染色体的DNA 上是否插入了目的基因 检测 方法—— DNA分子杂交（DNA探针） （分子水平） ②检测目的基因是否转录出了mRNA 方法—— 分子杂交 ③检测目的基因是否翻译成蛋白质 方法—— 抗原抗体杂交 个体水平 抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等
程的叙述中，错误的是 （ A ） A、DNA连接酶将黏性末端的碱基对连接起来 B、限制性核酸内切酶用于目的基因的获得 C、目的基因须由载体导入受体细胞 D、人工合成目的基因不用限制性内切酶
2．有关基因工程的叙述正确的是
(
D
)
A.限制性内切酶只在获得目的基因时才用 B.重组质粒的形成在细胞内完成 C.质粒都可以作为运载体 D.蛋白质的结构可为合成目的基因提供资料
第一章
第二节
基因工程
基因工程的原理和技术
基因工程的基本原理
基因工程的基本原理基因工程是一种利用生物技术手段对生物体进行基因改造的技术。
它的基本原理是通过人为干预生物体的基因组，来改变生物体的遗传特征，从而达到改良生物体的目的。
基因工程的基本原理主要包括基因的克隆、基因的修饰和基因的表达等方面。
首先，基因的克隆是基因工程的重要基本原理之一。
基因的克隆是指将感兴趣的基因从一个生物体中分离出来，并通过体外复制技术进行扩增，得到大量的同一基因序列。
这样的基因序列可以用于后续的基因修饰和表达实验。
基因的克隆需要利用DNA重组技术，将目标基因插入到适当的载体中，然后将载体导入到宿主细胞中进行复制。
其次，基因的修饰也是基因工程的重要基本原理之一。
基因的修饰是指对目标基因进行特定的改变，以达到特定的目的。
常见的基因修饰包括基因敲除、基因敲入、基因突变等。
基因的修饰可以通过CRISPR/Cas9等基因编辑技术来实现，这些技术可以精确地对基因进行修改，从而改变生物体的遗传特征。
最后，基因的表达也是基因工程的重要基本原理之一。
基因的表达是指将目标基因导入到宿主细胞中，并使其在细胞内表达出目标蛋白。
基因的表达需要利用适当的启动子和终止子来调控基因的转录和翻译过程，从而实现目标基因的高效表达。
基因的表达可以通过转基因技术来实现，将目标基因导入到植物、动物或微生物中，使其表达出目标蛋白。
综上所述，基因工程的基本原理主要包括基因的克隆、基因的修饰和基因的表达等方面。
通过这些基本原理，可以对生物体的基因进行精确的改造，从而实现对生物体遗传特征的调控。
基因工程技术的发展将为农业、医学、生物制药等领域带来巨大的变革，有望为人类社会带来更多的福祉和发展机遇。
基因工程原理及实验技术
基因工程原理及实验技术基因工程是一种利用DNA技术改变生物的基因组成和功能的技术，它是现代生物技术的重要分支之一、基因工程的原理主要涉及到基因的克隆、重组和转入宿主细胞等过程。
在实验上，基因工程采用一系列的实验技术来进行基因的克隆、重组和表达。
基因工程的原理主要包括以下三个步骤：基因克隆、基因重组和基因转移。
首先，基因工程的第一步是基因克隆，通过PCR（聚合酶链反应）或其他方法，将目标基因从其宿主细胞中扩增出来。
然后，将扩增的目标基因插入到载体DNA中，形成重组DNA。
载体常用的有质粒DNA、病毒DNA 等。
第二，基因重组是将目标基因插入到载体DNA中，形成重组DNA。
重组的方法主要有两种，一是限制性内切酶切割，通过酶切将目标基因和载体DNA切开，然后利用互补的末端序列使目标基因与载体DNA连接；二是利用连接酶连接，直接将目标基因与载体DNA连接形成重组DNA。
重组DNA得到后，可以通过转化、通过感染等方法引入宿主细胞。
第三，基因转移是将重组DNA转移到宿主细胞中，使宿主细胞具有新的基因特性。
宿主细胞可以是细菌、植物或动物细胞等。
细菌表达系统是广泛用于基因工程的一个常见实验技术。
将重组DNA转入细菌中，然后通过培养、筛选等方法，筛选出带有目标基因的细菌。
利用这些细菌，可以生产大量的目标基因产物。
在基因工程的实验中，有一些常见的技术也是必不可少的。
如PCR技术是一种在体外扩增DNA片段的方法，它可以高效快速地扩增目标基因。
PCR技术是基因工程中的一项基础技术，可用于克隆、基因突变、基因定量等实验。
另外，在基因工程实验中，还常用到DNA测序技术、蛋白质表达和纯化技术、细胞培养技术等。
总之，基因工程的原理主要涉及基因的克隆、重组和转移，通过一系列的实验技术来实现。
基因工程的发展为我们带来了很多巨大的利益，例如疾病的诊断和治疗、转基因作物的培育、蛋白质生产等。
同时，我们也需要充分考虑基因工程的伦理和安全性问题，确保其应用的合理性和安全性。
基因工程的基本原理和技术
2 调控机制
基因还参与调控其他基因的表达，控制细胞的功能和发育过程。
基因工程的基本步骤
1
1. 提取基因
从源生物体中提取含有目标基因的DNA。
2
2. 基因克隆
通过PCR等方法将目标基因复制并插入载体DNA。
3
3. 转录与翻译
基因工程的基本原理和技 术
欢迎来到本次演讲！我们将探讨基因工程的基本原理和技术，了解其定义、 背景，以及在医药和农业领域的应用，同时也会涉及到伦理和社会问题。
基因的结构和功能
基因是生物体中编码遗传信息的DNA片段，具有特定的结构和功能。它们是由氨基酸序列编码的 蛋白质的蓝图，同时也控制着生物体的发育和功能。
药物生产
利用转基因技术生产人类胰 岛素、生长因子等药物，提 高生产效率。
癌症研究
研究肿瘤相关基因，开发新 型抗癌药物和个体化治疗方 案。
基因工程在农业领域的应用
转基因作物
改良农作物，提高抗病虫害能力和耐逆性，增加产 量。
转基因畜牧业
培育更健康、高产的畜禽，提高肉类和乳制品的质 量。
基因工程的伦理和社会问题
将重组的DNA转录成RNA，然后翻译成蛋白质。
常用的基因工程技术
C R IS P R - C as9
一种高效的基因编辑技术，可用于精确修改目标基 因。
转基因
将外源基因导入目标生物体，实现特定的功能增强 或改进。
基因工程在医药领域的应用
基因治疗
通过修复或替换缺陷基因， 治疗遗传性疾病，如囊性纤 维化和遗传性视力损失。
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一、基因工程研究的理论基础
1、DNA是主要的遗传物质 2、DNA的双螺旋结构和半保留复制 3、DNA中遗传信息的表达
二、基因工程的操作技术（工具）
1、DNA分子的切割工具 2、DNA分子的连接工具 3、DNA分子的运载工具
工欲善其事必先利其器
1、DNA分子的切割
DNA分子的直径： 2.0nmห้องสมุดไป่ตู้？长度？
DNA上的基因数？
如何将所需的个别基因从DNA分子上辨别并 且切割下来呢？
1、DNA分子的切割
工具？ 限制性核酸内切酶
1952年，美国卢里亚发现大肠杆菌能将某些
噬菌体侵入的外来DNA切割成几个片段。
1962年，瑞士阿尔伯推测大肠杆菌体内存在 一种能切断外源性DNA的酶。 1972年，美国史密斯和内森，分离提纯了此 酶。即为： 限制性内切酶：能在特定部位将DNA裂解，从
第1节 基因工程的基本原理和技术
一、基因工程研究的理论基础
3、20世纪60年代，相继提出了“中心法则” 和操纵子学说，成功破译了遗传密码，阐明了遗传
信息的流动与表达机制。
DNA(基因) 转录 逆转录 RNA 翻译 蛋白质
遗传密码的通用性是实现不同生物间基因
转移和表达的前提。
第1节 基因工程的基本原理和技术
第4章 基因工程
• 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，将不同来源的基因按预先设计的蓝图，在 体外构建杂种DNA分子，然后导入活细胞，以改 变生物原有的遗传特性、获得新品种、生产新产 品。
• 基因工程生产胰岛素的简要过程：
人胰 剪切 岛素 基因
DNA分子
导入
大肠杆菌
表达
大量胰 岛素
• 胰岛素的生产需要什么理论依据？ • 关键步骤需要哪些技术（工具）？
第1节 基因工程的基本原理和技术
一、基因工程研究的理论基础
1、20世纪40年代：证实了DNA是主要的遗传 物质，他是遗传信息的携带者；DNA是生物大分
而使基因分离，为重组DNA创造了条件。
诺 贝 尔 生 理 学 / 医 学 奖
子，基因是DNA上具有遗传效应的片段。
可提取在体外进行操作，改变DNA，实现对 遗传性状的定向改造。
第1节 基因工程的基本原理和技术
一、基因工程研究的理论基础
2、20世纪50年代：确立了DNA的双螺旋结构模 型，遵循碱基互补配对原则；DNA进行半保留复制，
从而解决了基因的自我复制和世代交替问题。
可将异源DNA片段重组，并在体外或体内进 行扩增，使得重组基因结构保持稳定。