基因工程的原理和技术
基因工程的原理和过程是什么
基因工程的原理和过程是什么基因工程是一门利用现代生物技术方法对生物体的遗传物质进行编辑、改变和操控的学科。
通过基因工程，科学家们可以改变生物体的基因组，进而实现对其性状、功能和特性的调控。
本文将详细介绍基因工程的原理和过程。
基因工程的原理基因工程的原理基于以下几个重要概念：DNA的结构和功能DNA（脱氧核糖核酸）是构成生物体遗传信息的分子基础。
它由四种碱基（腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶和鳞嘧虫嘧啶）和磷酸二酯键组成。
一个DNA分子由两条互补的链以螺旋结构相互缠结而成，形成了一个双螺旋结构。
碱基之间通过氢键相互连接，A与T之间形成两个氢键，C与G之间形成三个氢键。
DNA的结构使得它能够通过碱基配对的规则进行复制和传递遗传信息。
基因是DNA上的特定序列，携带着特定的遗传信息，决定了生物体的性状和功能。
DNA重组技术DNA重组技术是基因工程的核心方法之一。
通过DNA重组，科学家可以将不同生物体中的基因片段组装到目标生物体的DNA中，实现基因的转移和插入。
一般情况下，DNA重组技术包括以下步骤：1.DNA的提取：从不同生物体中提取目标基因的DNA。
2.DNA切割：利用酶切技术，将目标基因和载体（如质粒或病毒）的DNA切割成特定的片段。
3.DNA连接：将目标基因片段与载体的DNA片段通过DNA连接酶连接在一起，形成重组DNA。
4.DNA转化或转染：将重组DNA导入到宿主细胞中，使其成为宿主细胞的一部分。
5.遗传选择：通过筛选和分离，选择出携带目标基因的宿主细胞。
6.基因表达：将目标基因在宿主细胞中表达，并产生所需的蛋白质。
外源基因的表达在基因工程中，外源基因是从不同生物体中获取的，将其插入到目标生物体的DNA中。
为了使外源基因能够在目标生物体中表达，需要通过合适的调控序列将其与目标生物体的基因组连接起来。
调控序列是一段DNA序列，可以启动、增强或抑制目标基因的表达。
在基因工程中，科学家需要选择适当的启动子、转录因子结合位点和终止子等调控序列，以确保外源基因能够在目标生物体中正确地表达。
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。
基因工程的原理和技术
基因工程的原理和技术
基因工程是指通过改变生物体的基因组来产生特定的生物体或改进生
物体的性状的一种技术。
对于基因工程的原理和技术，浙科版的教材中介
绍了以下几个方面：
1. 基因定位和克隆技术：基因定位和克隆是基因工程中非常关键的
技术。
它主要通过将目标基因定位到其中一特定位点，并将其克隆出来以
便进一步研究和改造。
其中，基因定位技术包括Southern杂交，杂交阳
性克隆以及反向遗传学方法等；而基因克隆技术主要是利用重组DNA技术，包括PCR、限制性内切酶切割、DNA连接以及基因载体构建等。
3.基因传递技术：基因传递技术是将外源基因导入到目标生物体中的
一种方法。
常用的基因传递技术包括质粒转化、基因枪、农杆菌介导转化等。
在这些方法中，质粒转化是一种最为常用的技术，它通过将外源基因
插入原核生物的质粒中，然后将质粒导入到宿主细胞中，使外源基因表达
出来。
4.基因表达调控技术：基因表达调控技术是指通过改变生物体的基因
表达水平来影响其性状的一种方法。
其中，转基因技术是最为常见的基因
表达调控技术之一、它通过将目标基因导入到宿主细胞中，并使其在宿主
细胞中得到表达，从而改变宿主细胞的性状。
此外，还有RNA干扰技术、
基因靶向技术等也是常用的基因表达调控技术。
基因工程原理和技术韦宇拓知识点总结
一、基因工程原理1. 基因工程是一种通过改变生物体基因组中的DNA序列，使其具有特定性状的技术。
基因工程可以通过DNA重组、基因敲除、基因编辑等方法来实现。
2. DNA重组是基因工程中常用的手段，其原理是将不同来源的DNA 片段重新组合，形成具有特定性状的基因组。
3. 基因敲除是指通过特定的技术手段，使目标基因在生物体基因组中失去功能。
这种方法通常用于研究基因的功能和作用。
4. 基因编辑是最新的基因工程技术，它利用特定的核酸酶和引导RNA 来精确编辑基因组中的DNA序列，从而实现定点修改基因。
5. 基因工程原理的核心是对DNA序列的精准操作和控制，以实现对生物体性状的调控。
二、基因工程技术1. PCR技术是基因工程中常用的核酸扩增技术，它通过酶的作用使目标DNA片段在体外快速进行多次复制，以获得足够的DNA量进行后续实验。
2. 质粒载体是基因工程中常用的DNA工程载体，它可以在细胞中独立复制，并携带外源基因进行表达或传递。
3. 转基因技术是基因工程的应用之一，它通过导入外源基因到目标生物体中，使其表达特定蛋白或产生特定性状。
4. 基因编辑技术是基因工程的新兴领域，目前主要包括CRISPR/Cas9、TALEN和ZFN等技术，它们可以实现基因组的精准编辑和修饰。
5. 基因工程技术的不断发展，为人类生物科学和医学研究提供了强大的工具，也为农业生产和生物制药产业带来了革命性的进展。
三、基因工程在生物科学和医学上的应用1. 基因工程技术在生物科学领域的应用包括基因功能研究、基因组学研究、遗传学研究等，为科学家们提供了解生命的新途径和手段。
2. 基因工程技术在医学领域的应用包括基因治疗、疾病诊断和预防、药物研发等，为人类健康带来了新的希望和可能。
3. 基因工程技术的应用使得人类能够更深入地理解生命的本质和机理，并为未来的生物医学研究和临床应用提供了无限可能。
四、基因工程的伦理和社会问题1. 基因工程技术的发展和应用引发了许多伦理和社会问题，包括基因编辑的道德问题、转基因生物的安全性问题、基因信息的隐私问题等。
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
基因工程的原理和技术有哪些
基因工程的原理和技术有哪些1. 引言基因工程是一门以改变生物体的遗传信息为核心的生物技术领域。
通过改变生物体的基因组，基因工程使得我们能够实现对生物体的精准编辑和控制，以达到特定的目的。
本文将介绍基因工程的原理和常见的技术，包括基因克隆、DNA测序、PCR扩增、CRISPR-Cas9系统等。
2. 基因工程的原理基因工程的原理基于对生物体遗传信息的理解和改变。
生物体的遗传信息储存在DNA分子中，通过改变DNA序列，我们可以影响生物体的表型和功能。
基因工程通常包括以下几个步骤：•DNA提取：从目标生物体中提取DNA，可以通过化学方法或者机械方法进行。
•DNA切割：利用限制性内切酶将目标DNA分子剪切成特定的片段。
•DNA连接：将所需的DNA片段连接到载体DNA上，生成重组DNA。
•DNA转化：将重组DNA导入到宿主细胞中，宿主细胞根据重组DNA的指令表达特定蛋白质。
3. 基因工程的常见技术3.1 基因克隆基因克隆是一种常见的基因工程技术，它通过将目标基因从源生物体中提取并插入到宿主细胞中，实现对基因的复制和繁殖。
基因克隆通常包括以下步骤：1.DNA提取：从源生物体中提取目标基因的DNA。
2.DNA切割：使用限制性内切酶将目标基因的DNA切割成特定片段。
3.载体DNA准备：将一种称为“载体”的DNA分子准备好，它可以将目标基因插入其中。
4.DNA连接：将目标基因的DNA片段与载体DNA连接，生成重组DNA。
5.DNA转化：将重组DNA导入到宿主细胞中，宿主细胞会按照重组DNA的指令表达特定蛋白质。
3.2 DNA测序DNA测序是一种确定DNA序列的技术，它是基因工程领域中非常重要的一项技术。
DNA测序可以帮助我们了解生物体的遗传信息，从而对基因进行研究和编辑。
常见的DNA测序技术包括Sanger测序和新一代测序技术。
这些技术基于不同的原理和方法，可以高效准确地确定DNA序列。
3.3 PCR扩增PCR（聚合酶链式反应）是一种能够从极少量的DNA模板扩增大量DNA的技术，也是基因工程中常用的技术之一。
基因工程的原理与应用
基因工程的原理与应用基因工程是一门应用基因组学和分子生物学知识的科学领域，旨在改变生物体的遗传特性，为人类社会提供更多的经济和生态效益。
本文将介绍基因工程的原理以及其在农业、医药和环境保护等领域的应用。
一、基因工程的原理基因工程的核心原理是通过改变生物体DNA序列来改变其遗传特性。
主要有以下几个步骤：1. 基因的克隆：首先需要选择目标基因，并通过PCR等方法进行扩增。
然后将目标基因与载体DNA（如质粒）连接形成重组DNA，再将重组DNA转移到宿主细胞中。
2. 基因的表达：在宿主细胞中，重组DNA会被复制和转录成RNA，然后再翻译成蛋白质。
这样，目标基因的表达就实现了。
3. 基因的编辑：利用CRISPR-Cas9等技术，可以精确地编辑目标基因的DNA序列，实现精准的基因改造。
二、基因工程在农业领域的应用1. 转基因作物：通过导入抗虫、抗病、耐旱等基因，提高作物的产量和品质。
例如，转Bt基因的棉花能够抵抗棉铃虫的侵害，减少农药的使用。
2. 植物工厂：利用基因工程技术改变植物的生长特性，实现高效、节能、无害的植物生产系统。
例如，通过调控植物的光合效率和营养吸收能力，提高植物的生长速度和产量。
三、基因工程在医药领域的应用1. 基因治疗：通过将正常基因导入患者体内，修复或替代缺陷基因，以治疗遗传性疾病和某些慢性疾病。
例如，用基因工程技术治疗SCID （严重联合免疫缺陷症）等免疫系统缺陷疾病。
2. 药物生产：利用基因工程技术生产重组蛋白质药物，如胰岛素、生长激素和抗体。
这种方法比传统方法更快、更安全，并可以大规模生产药物。
四、基因工程在环境保护领域的应用1. 生物降解：通过改造微生物等生物体的基因，使其能够降解或利用污染物，达到净化环境的目的。
例如，利用基因工程技术改造的细菌可以降解石油类污染物。
2. 生物修复：利用基因工程技术改造植物和微生物，用于修复受到污染的土壤和水体。
例如，用转基因的植物吸收土壤中的重金属，或者用基因工程技术改造的微生物降解有机污染物。
基因工程技术与应用知识点
基因工程技术与应用知识点
1.基因工程技术的原理
基因克隆是指将感兴趣的基因从一个物种中剪切并插入到另一个物种
的DNA中。
首先，需要获得目标基因的DNA序列，然后通过PCR扩增得到
足够多的目标基因的DNA片段。
接下来，将目标基因的DNA片段与质粒进
行连接，形成重组质粒。
最后，将重组质粒导入宿主细胞中，使其进行复
制和表达。
这样，目标基因就被克隆到宿主细胞的基因组中。
转基因是指利用基因工程技术将外源基因导入目标细胞中，使其产生
新的功能或性状。
转基因主要通过两种方法实现：直接注射外源基因或利
用载体导入外源基因。
直接注射外源基因常用于转基因动物的制作，而利
用载体导入外源基因则常用于转基因植物的制作。
通过转基因技术，可以
实现农作物的抗虫、抗病、抗逆性增强，以及工业酶的大规模生产等。
2.基因工程技术的应用
农业领域：基因工程技术可以用于农作物的抗虫、抗病和抗逆性提高
等方面。
通过转基因技术，可以使植物表达抗虫蛋白，减少对农药的依赖；也可以导入外源基因，增强植物的抗逆性，使其在恶劣环境下仍能正常生长。
工业领域：基因工程技术可以用于工业酶的生产，如乳酸菌发酵生产
乳酸。
此外，基因工程还可以用于生物燃料的生产，如利用转基因酵母生
产乙醇。
基因工程的原理是什么
基因工程的原理是什么
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，它的原理主要包括基因分离、基因修饰和基因重组三个方面。
基因工程的原理是通过对生物体的基因进行改造，实现对生物体性状的调控和改良，从而达到人为控制生物体遗传特征的目的。
首先，基因工程的原理之一是基因分离。
基因是生物体内控制遗传信息传递和表现的基本单位，通过基因分离技术，可以将特定的基因从一个生物体中分离出来。
这一过程需要利用分子生物学技术，如PCR、酶切等，将目标基因从细胞或DNA中分离出来，为后续的基因修饰和重组奠定基础。
其次，基因工程的原理还包括基因修饰。
基因修饰是指对已分离的基因进行改造，使其具有特定的性状或功能。
这包括基因的点突变、插入、删除等操作，通过改变基因的序列，使其表达产生不同的蛋白质或调控特定的生物过程，从而实现对生物体性状的调控和改良。
最后，基因工程的原理还涉及基因重组。
基因重组是指将不同来源的基因进行组合，形成新的基因组合，使生物体表现出新的性
状或功能。
通过基因重组技术，可以将来自不同生物体的基因进行组合，形成转基因生物，从而实现对生物体性状的改造和调控。
总的来说，基因工程的原理是通过基因分离、基因修饰和基因重组等技术手段，对生物体的基因进行改造，实现对生物体性状的调控和改良。
基因工程技术的应用，不仅可以用于农业领域的作物育种和畜禽改良，还可以用于医学领域的基因治疗和药物研发，对人类健康和生物资源的可持续利用具有重要意义。
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
基因工程的主要技术及其原理
基因工程的主要技术及其原理基因工程是一种利用分子生物学和遗传学知识对生物体进行基因改造的技术。
它可以用于改良农作物、生产药物、治疗疾病等领域。
基因工程的主要技术包括基因克隆、基因编辑、转基因等，下面将分别介绍这些技术的原理和应用。
一、基因克隆技术基因克隆是指将感兴趣的基因从一个生物体中复制出来，并将其插入到另一个生物体中的技术。
其原理是利用限制性内切酶将DNA切割成片段，然后将感兴趣的基因片段插入到质粒或病毒载体中，最后将载体转化到宿主细胞中。
基因克隆技术可以用于生产大量的特定基因，用于研究基因功能、生产蛋白质等。
二、基因编辑技术基因编辑是指利用特定的酶对DNA序列进行精准的修改的技术。
目前最常用的基因编辑技术是CRISPR/Cas9系统，其原理是利用Cas9蛋白和RNA引导序列形成复合物，精准地切割目标DNA序列，然后通过修复机制进行修复或插入新的DNA序列。
基因编辑技术可以用于研究基因功能、治疗遗传疾病、改良农作物等方面。
三、转基因技术转基因是指将外源基因导入到目标生物体中，使其表达外源基因产生的蛋白质或表型。
其原理是利用载体将外源基因导入到目标生物体的细胞中，然后使其稳定地整合到目标生物体的染色体中。
转基因技术可以用于改良农作物、生产药物、治疗疾病等领域。
基因工程技术在农业、医药、生物学等领域有着广泛的应用。
在农业领域，基因工程技术可以用于改良农作物的抗病虫性、耐逆性等性状，提高农作物的产量和质量。
在医药领域，基因工程技术可以用于生产重组蛋白质药物、治疗遗传疾病、研发新型疫苗等。
在生物学研究领域，基因工程技术可以用于研究基因功能、构建基因组库等。
然而，基因工程技术也面临着一些挑战和争议。
一方面，基因工程技术可能会引起环境风险和健康风险，例如转基因作物可能会对生态系统产生影响，基因编辑技术可能会引起不可逆的基因突变等。
另一方面，基因工程技术的应用也涉及到伦理道德、食品安全、知识产权等问题，需要进行严格的监管和管理。
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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导入
问题：获取目的基因的方法有哪些？
思考1：如果我们对目的基因的碱基序列 完全未知，怎样办？如何操作？ 思考2：如果我们已知目的基因的碱基序 列，可以怎样操作？ 思考3： 如果我们已知蛋白质的氨基酸序 列，又可以怎样操作？ 思考4：如果我们知道目的基因两端的部 分碱基序列，还可以怎样操作？
聚合酶链式反应（PCR技术）
一.基因工程的基本操作步骤（技术 DNA 片段 材料
提取 反转录
形成重组 DNA分子
导入
形成重组 体 目的基因
mRNA
目的基因 (cDNA)
2.化学合成法 目的基因的核苷 酸序列是已知
导入
化学合成法
问题：获取目的基因的方法有哪些？
思考1：如果我们对目的基因的碱基序列完 全未知，怎样办？如何操作？ 思考2：如果我们已知目的基因的碱基序列， 可以怎样操作？ 思考3： 如果我们已知蛋白质的氨基酸序 列，又可以怎样操作？
思考：能否根据氨基酸的序列获得人胰岛 素基因的碱基序列？
化 学 合 成 法
一.基因工程的基本操作步骤（技术 DNA 片段 材料
提取 反转录
形成重组 DNA分子
导入
形成重组 体 目的基因
mRNA
目的基因 (cDNA)
2.化学合成法 目的基因的核苷酸序 化学合成法 列是已知 或可推测的
思考1：如果我们对目的基因的碱基序列完全 未知，比如:如果我们对抗虫基因的碱基序列 完全不知道，怎样从苏云金芽孢杆菌体内获 取目的基因（抗虫基因）？ 如何操作？
例如：从苏云金芽孢杆菌中提取抗虫蛋白的基因
大片段DNA
目的基因
打成许多小片段
小片段DNA
载入运载体
如果运气不 好，在打成 小片段时， 有可能把抗 虫基因打 断……
重组 DNA 分子
农杆菌转化法
侵染 植物体细胞 植物组 农杆菌 (整合到细胞 织培养 转基因 植物 染色体DNA上)
基因枪
利用压缩气体产生的动 力，将包裹在金属颗粒 （有钨粉粒子和金粉粒 子，粒子的直径一般在 0.6～4um）表面的表达 载体DNA打入受体细胞 中，使目的基因与其整 合并表达的方法。 这是单子叶植物中常 用的一种基因转化方法， 但是成本太高。
CaCl2处理 感受态细 重组DNA分子 菌细胞 增大细胞壁通透性 (基因表达载体) (工程菌)
吸收DNA分子
重组 DNA进 入细菌细胞
目的基 因随受 体细胞 的繁殖 而复制
如果是导入动物细胞
思考： 培育转基因动物时，受 体细胞能否采用动物体 细胞？试说明理由。一 般可以采用动物的什组 大有 有全部基因
思考： 如果想知道一种生物在个体发育的不同阶段表？
思考1：如果我们对目的基因的碱基序列完 全未知，怎样办？如何操作？ 思考2：如果我们已知目的基因的碱基序列， 可以怎样操作？
导入
获取大量目的基因
第二 个循 环
第 一 个 循 环
第 三 个 循 环
最快第几轮能得到目的基因？
体内DNA复制 模板 解旋 引物 酶 DNA分子
体外PCR扩增 目的基因
解旋酶
RNA引物
高温（加热至95℃）
DNA引物
解旋酶、DNA聚合酶等
TaqDNA聚合酶
• 人工基因合成法
DNA合成仪
PCR扩增仪
Taq DNA聚合酶有耐高温的特点
思考：PCR技术扩增目的基因，需要什么前提和 条件？过程如何？原理是什么？
聚合酶链式反应(PCR技术)扩增 前提： 有一段已知目的基因（两端）
的核苷酸序列,以便根据这一 序列合成引物。
条件： 模板DNA（目的基因） 两种DNA引物
四种脱氧核苷酸 耐高温DNA聚合酶(TaqDNA聚合酶) 原理： DNA复制 目的： 获得大量的目的基因
显微注射仪
用口径为1μm的DNA注射器，将大 量的目的基因片段注入到受精卵的 核内，然后把经过注射的受精卵移 植到另一只雌性动物的子宫内，使 受精卵发育为转基因动物。
一.基因工程的基本操作步骤（技术） (一)获得目的基因 (二)形成重组DNA分子（构建基因表达载体) (三)目的基因导入受体细胞 1. 转基因微生物
按照基因表达顺序逐步检测，逐步过关
检测转基因生物体内是否已含有目的基因
检测目的基因是否已转录出了mRNA
同理： 核酸分子杂交技术 思考：受体细胞摄入目的基因后就说明目的基 因完成了表达吗？
按照基因表达顺序逐步检测，逐步过关
restriction endonuclease
DNA linking-enzyme DNA linking-enzyme
利用基因工程原理让大肠杆菌生产人胰岛素 又需要哪些基本操作步骤呢？
第二节
基因工程的原理和技术
胰岛素基因
人体细胞
获取 目的基因
随细菌的增殖，胰岛素 基因也同时复制
导入 受体细胞 大肠杆菌 目的基因 检测与鉴定 获取胰岛 素基因的 表达产物 －胰岛素
•据图回答：一个表达载体的组成，除了目的基 因外，还必须有哪些基本元件？
一.基因工程的基本操作步骤（技术） (一)获得目的基因 (二)形成重组DNA分子（构建基因表达载体)
通常用同一种限制酶切割目的基因和载体(质粒)，形成相同 的粘性末端，再用DNA连接酶将二者连接,形成重组DNA分子 （基因表达载体）。
花粉管通道法
花粉管
卵细胞
受精后
花粉管通道法就是在植物受粉后，花粉形成的花 粉管还未愈合前，剪去柱头，然后，滴加DNA（含目的 基因），使目的基因借助花粉管通道进入受体细胞。
3. 转基因植物
重组 DNA 分子
农杆菌转化法
侵染 植物体细胞 植物组 农杆菌 (整合到细胞 织培养 转基因 植物 染色体DNA上) 基因枪或 花粉管通道法
基因表 达载体 的组成
启动子 目的基因 终止子 复制起点 标记基因
用BamHⅠ对胰岛素基因和质粒切割，加入 DNA连接酶，得到的都是重组质粒吗？
含目的基因的DNA片段
载体
BamHⅠ
BamHⅠ
DNA连接酶 重组体
目的基因 自连
载体自连
思考：如何 避免质粒和目的基因的自身环化？
双酶切连接：
1、避免载体和目的基因的自身环化、载体和目的基因间反向连接 2、提高重组DNA分子的重组率
思考：
能否根据mRNA合 成没有内含子的 胰岛素基因？
逆（反）转录法合成目的基因：
RNA链 DNA链
逆转录酶
核酸酶H
水解RNA
DNA聚合酶
单链 RNA （mRNA)
杂交 双链
单链 D（技术 DNA 片段 材料
检测个体是否具有目的基因所对应表现型
如何检测 ？
思考：通常为什么要选用含有两个标记基因的运载体？
没有质粒
正常质粒 含目的基 因的质粒
含目的基因的质粒
正常质粒
没有质粒
DNA分子杂交法检测目的基因
DNA分子杂交法
DNA分子探针法
制作方法： 化学合成或PCR法合成 特点：1.被放射性同位素标记 2.目的基因片段 3.单链DNA 原理： 碱基互补配对，检测未知DNA分子 用途： 目的基因检测,DNA指纹,亲缘关系测定, 基因诊断。
变性：双链DNA解链 成为单链DNA 复性（退火）：部 分引物与模板的单 链DNA的特定互补部 位相配对和结合 延伸：以目的基因 为模板，合成互补 的新DNA链
PCR技术与原理
1.变性 升温至95℃ 解旋 双链 DNA 单链 DNA 2.复性 降温至60℃ 引物与母 链结合 3.延伸 升温至72℃ DNA聚合酶
一.基因工程的基本操作步骤（技术） (一)获得目的基因 (二)形成重组DNA分子（构建基因表达载体) (三)目的基因导入受体细胞 (四)目的基因的检测与鉴定
•问题1：根据中心法则，目的基因怎样 表达？成功表达的标志是什么？
按照基因表达顺序逐步检测，逐步过关
检测转基因生物体内是否已含有目的基因 检测目的基因是否已转录出了mRNA 检测目的基因是否已翻译出了蛋白质
大肠杆菌的拟核
如果是导入微生物（如细菌）
感受态：细胞处于容易吸收外源性DNA的状态。
处于感受态的细胞称为感受态细胞.
感受态细胞
CaCl2
0℃
42℃
重组载体
一.基因工程的基本操作步骤（技术） (一)获得目的基因 (二)形成重组DNA分子（构建基因表达载体) (三)目的基因导入受体细胞 1. 转基因微生物
一.基因工程的基本操作步骤（技术） (一)获得目的基因 •问题：怎样将目的基因与质粒进行重组？
质粒
重组DNA 限制酶
目的基因
DNA连接酶
质粒 外源基因
同一种限制酶切割
DNA连接酶
重组DNA分子
（重组质粒）
问题2：形成的重组质粒导入受体细胞后，除了能 够稳定存在外，并且可以遗传给下一代。同时，使 目的基因在受体细胞中表达和发挥作用，需要对重 组质粒作怎样的修饰？
形成重组 DNA分子
质粒
大肠杆菌
胰 岛 素
基因工程（将人胰岛素基因转入大肠杆菌）
基因工程的基本操作步骤（技术）
剪切 拼接 导入 表达
（一）获得目的基因 （二）形成重组DNA分子
（三）将重组DNA分子导入受体细胞
（四）目的基因的检测和表达
1、筛选含有目的基因的受体细胞 2、目的基因的表达
问题：操作步骤（技术 DNA 片段 材料
形成重组 DNA分子
导入受体菌 构建 基因组 群体思考：从基因组中获取人的胰岛素基因， 导入大肠杆菌能否成功表达？为什么？
重组DNA 白的菌落 该菌落所携带 的基因
目的基因 打成许多小片段
小片段DNA
载入运载体
重组DNA分子