第四章基因工程的主要技术及其原理
基因工程(基因工程的主要技术与原理分子杂交技术)
Southern杂交主要用来判断某 一生物样品中是否存在某一基因， 以及该基因所在的限制性酶切片 段的大小。（DNA水平）
Southern杂交也可检测目的基 因的拷贝数。
CK 1 2 3 4 5
Southern bloting
这种检测方法与其它免疫学方法的不同是，一方面 可以避免非特异性的免疫反应，而且更关键的是可以 检测出目标蛋白质的分子量，从而直观的在滤膜上显 示出目标蛋白。
五、Dot blot hybridization
1、原理：
在Southern杂交的基础上发展起来的用于 快速检测特异核酸分子的杂交技术。将核酸 样品直接转移到适当的滤膜上，然后进行杂 交检测。
凝胶
3）转移并固定到滤膜上
通过毛细管渗吸或电转移或真空转移的方式，将凝 胶上的DNA转移到硝酸纤维素滤膜或尼龙膜上。最后 通过80℃处理或紫外线照射将DNA固定在滤膜上。
Southern blotting 装置示意图
4）探针的制备及杂交
预杂交：将结合了DNA分子的滤膜先与特定的预 杂液进行预杂交，也就是将滤膜的空白处用鱼精 DNA或牛奶蛋白封闭起来，防止在杂交过程中滤膜 本身对探针的吸附。
当用一个标记的核酸分子与核酸样品杂交, 便可查明该样品中是否存在与该标记核酸分 子具有同源性的核酸分子。这个标记的核酸 分子称为探针(probe)，可以是DNA，也可以 是RNA，或合成的寡核苷酸。
二、基本过程
1、核酸印迹（Nucleic acid blotting): 将核酸样品（DNA、RNA或蛋白质）在凝胶
在1975年，由英国的E. Southern首先设计发明的， 因此又称为Southern杂交（Southern blotting)。
基因工程的主要技术与原理-核酸分离电泳
在基因工程领域的应用前景
基因组学研究
随着人类基因组计划的完成和各种生物基因组测序的推进， 核酸分离电泳技术在基因组学研究中将发挥越来越重要的 作用。
疾病诊断与治疗
通过核酸分离电泳技术，可以快速准确地检测疾病相关基 因的突变和异常表达，为疾病的诊断和治疗提供有力支持。
生物制药与合成生物学
在生物制药和合成生物学领域，核酸分离电泳技术可用于 筛选和优化目的基因的表达，提高药物的疗效和生物制品 的生产效率。
聚丙烯酰胺凝胶电泳
琼脂糖凝胶孔径大小可调，常用于分离长 度在几百至几千碱基对的核酸片段。
聚丙烯酰胺凝胶具有高分辨率，适用于分 离长度在几十至几百碱基对的核酸片段。
脉冲场凝胶电泳
毛细管电泳
脉冲场凝胶电泳采用交替方向的电场，适 用于分离大分子量核酸片段，如基因组 DNA。
毛细管电泳具有高分辨率和高通量，适用 于核酸分子的快速分离和检测。
基因工程的主要技术与原理-核酸 分离电泳
目录
• 引言 • 核酸分离电泳技术原理 • 核酸分离电泳的实验操作流程 • 核酸分离电泳的优缺点 • 核酸分离电泳在基因工程中的应用 • 未来展望Βιβλιοθήκη 01 引言基因工程简介
01
基因工程是通过改变生物体的基 因来改变其遗传特性的技术。
02
它涉及到对DNA的提取、切割、 拼接和导入等操作，以实现特定 的遗传特性改变。
电泳技术可以将不同大小和性质的核 酸分子进行分离，从而获得纯化的目 的基因，提高基因克隆的效率和成功 率。
在基因突变研究中的应用
基因突变是生物进化的重要驱动力， 通过核酸分离电泳技术，可以对目的 基因进行突变分析，研究突变对基因 功能的影响。
电泳技术可以检测出基因突变引起的 核酸分子大小和电荷的变化，从而确 定突变的类型和位置，为进一步的功 能研究提供基础。
基因工程的主要技术原理
基因工程的主要技术原理基因工程是一种利用现代分子生物学和生物化学技术来对生物体进行基因组的修改、操作和调控的技术。
它的主要技术原理涉及到以下几个方面：1.DNA重组技术：DNA重组是基因工程的核心技术之一、它通过切割不同生物体中的DNA片段，然后重新组合、连接，将特定的基因或基因片段导入到目标组织、细胞或生物体中。
DNA重组技术包括PCR、限制酶切、DNA连接等。
2.遗传转化技术：遗传转化是将外源DNA导入目标生物细胞或组织中的过程。
常用的转化方法包括细菌的转化、植物的遗传转化以及动物细胞的转染等。
3.基因克隆技术：基因克隆是指通过复制DNA片段来得到多个完全相同的基因分子或有关基因分子的方法。
基因克隆包含了DNA提取、DNA扩增、DNA定序等技术。
5.选择标记技术：为了辅助识别和选择已经被转化的细胞或生物体，常常需要在外源基因上引入选择标记基因。
选择标记基因通常携带特定抗性或基因标记，如抗生素抗性基因或荧光蛋白基因。
6.基因表达调控技术：为了使外源基因在目标生物体中得到高效表达，常需对其进行适当调控。
基因表达调控技术包括启动子的选择、转录因子的调控、信号通路的调节等。
7. 基因测序技术：基因测序是确定DNA序列的方法，可用于分析基因组结构、功能和演化。
目前，最主要的基因测序技术是高通量测序技术，如Illumina测序技术和PacBio测序技术。
8.产生转基因生物技术：基因工程的一个重要应用是产生转基因生物。
转基因生物是指通过基因工程技术将外源基因导入到目标生物体中，使其获得新的性状或功能。
常见的转基因生物包括转基因植物、转基因微生物等。
以上是基因工程的主要技术原理。
随着科学技术的不断进步，基因工程技术将进一步发展和应用，为解决人类面临的许多生物学和医学问题提供更好的解决方案。
何水林版基因工程第四章基因工程的主要技术与原理
猕猴桃基因组DNA
1.2、碱裂解法提取质粒DNA 原理
DNA双链
变性 强碱
中性 复性
DNA单链
闭合环状的质粒DNA，在变性后不会分离，复性快；
染色体线性DNA和或有缺口的质粒DNA变性后双链分离，难以复性 而形成缠绕的结构，与蛋白质—SDS复合物结合在一起；当K+取代 Na+时,生成不溶的PDS， 这些复合物从溶液中沉淀下来。
当沉淀时间有限时，用预冷的乙醇或异丙醇沉淀，沉 淀会更充分
沉淀时加入1/10体积的NaAc（pH5.2，3M），有利于 充分沉淀
沉淀后应用70％的乙醇洗涤，以除去盐离子等
晾干DNA，让乙醇充分挥发（不要过分干燥）
若长期储存建议使用TE缓冲液溶解
• TE中的EDTA能螯和Mg2+或Mn2+离子，抑制DNase • pH值为8.0，可防止DNA发生酸解
DNA溶于水，不溶于乙醇、氯仿等有机溶剂 DNA钠盐比游离态更易溶于水 DNP在0.14mol/LNaCl中的溶解度是水中的1% DNP在1mol/LNaCl中的溶解度是水中的2倍
20－60bp
生物材料的准备
新鲜，或者冻存的样品
裂解细胞
液氮中研磨
加缓冲液
EDTA螯合Mg2+、Ca2+ SDS变性蛋白质 β-巯基乙醇、DTT打开二硫键和抗氧化
3. 在提取内源核酸酶含量丰富的材料 的DNA时，可增加裂解液中螯合剂 的含量
4. 细胞裂解后的后续操作应尽量轻柔 5. 所有试剂用无菌水配制，耗材经高
温灭菌 6. 将DNA分装保存于缓冲液中，避免
反复冻融
DNA提取常见问题
问题三：DNA提取量少。
原 因
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组的改造和调控的技术，它的原理主要包括基因定位、基因克隆、基因转移和基因表达调控等几个方面。
基因工程的原理是通过对生物体的基因进行精准的编辑和调控，从而实现对生物体性状的改良和优化。
首先，基因工程的原理之一是基因定位。
基因定位是指通过一系列实验手段来确定目标基因在染色体上的具体位置，包括物理定位和遗传定位两种方式。
通过基因定位，科学家们可以准确地找到目标基因，并为后续的基因编辑和调控奠定基础。
其次，基因工程的原理还包括基因克隆。
基因克隆是指将目标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过程。
通过基因克隆，科学家们可以获取大量目标基因的复制体，并进行进一步的研究和应用。
另外，基因工程的原理还涉及基因转移。
基因转移是指将目标基因从一个生物体转移到另一个生物体中的过程，可以是同种生物体之间的基因转移，也可以是跨种生物体之间的基因转移。
通过基因转移，科学家们可以实现对生物体基因组的改造和调控，从而获得具有特定性状的生物体。
最后，基因工程的原理还包括基因表达调控。
基因表达调控是指通过一系列的调控机制来控制目标基因的表达水平和表达时机，从而实现对生物体性状的精准调控。
通过基因表达调控，科学家们可以实现对生物体特定性状的增强或抑制，为农业、医药等领域的应用提供了可能。
综上所述，基因工程的原理主要包括基因定位、基因克隆、基因转移和基因表达调控等几个方面。
通过这些原理的应用，基因工程技术可以实现对生物体基因组的精准编辑和调控，为人类社会的发展和进步带来了巨大的潜力和可能性。
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。
基因工程基本原理及技术
【知识点】高中生物：基因工程核心知识汇总基因工程是指按照人们的愿望，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。
一、基因工程的概念基因工程是指按照人们的愿望，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。
基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，又叫做DNA重组技术。
二、基因工程的原理及技术● 原理：基因重组技术● 基因工程的基本工具1.“分子手术刀”——限制性核酸内切酶(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，因此具有专一性。
(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。
2.“分子缝合针”——DNA连接酶(1)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•coliDNA连接酶来源于T4噬菌体，只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间的磷酸二酯键连接起来;而T4DNA连接酶能缝合两种末端，但连接平末端的之间的效率较低。
(2)与DNA聚合酶作用的异同:DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯键。
DNA连接酶是连接两个DNA片段的末端，形成磷酸二酯键。
3.“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)最常用的载体是质粒：它是一种裸露的、结构简单的、独立于细菌染色体之外，并具有自我复制能力的双链环状DNA分子。
(3)其它载体：噬菌体的衍生物、动植物病毒● 基因工程的基本操作程序第一步：目的基因的获取1.目的基因是指：编码蛋白质的结构基因。
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。
基因工程的主要技术与原理-核苷酸序列分析
(三) 化学降解法的应用
Maxam-Gilbert化学降解法的测序长度大约为250个
碱基，适合G+C含量较高及较短的寡核苷酸片段的 测序； 从DNA两端分别测定同一条DNA核苷酸序列，相互 参照测定结果，可以得到准确的核苷酸序列；
Maxam-Gilbert化学降解法不需要进行酶催化反应，
起始位点相同的、不同长度的、以不同碱基结
尾的DNA片段群； 3. 分离：通过凝胶电泳分离片段群；
4. 推导：再经放射线自显影，确定各片段末端碱基， 从而得出目的DNA的碱基序列。
凝胶电泳分离，放射线自显影分析
G A+G C+T C 3′
5′ 5′ C T T T T T T G G G C T T A G C 3′
基因分析工具
NCBI:（美国国家生物技术信息中心）
EMBL:（欧洲生物信息学研究所）
Sanger中心:（基因组测序中心）
ExPASy:（瑞士生物信息学研究所蛋白质分析系统）
H
ddNTP
ddATP
ddCTP
通过聚丙烯酰胺凝胶电 泳能分辨出小至一个碱基 长度差异的DNA片段,从 而将混合产物中不同长度 DNA片段分离开。
再通过放射自显影曝光, 根据片段尾部的双脱氧核 苷酸读出该DNA的碱基排列 顺序。
(二) 序列分析的基本步骤
模板变性(dnature template)：将待测DNA模板 与引物混合，通过加热时模板变性； 退火(annealing)：将变性的模板与引物混合物 缓慢降温，使引物与模板结合； 标记(labeling)：利用放射性同位素标记核苷酸 或引物； 延伸(extension)和终止(termination)：反应体 系中新生核苷酸的合成和随机终止过程； 电泳分析和数据读取：聚丙烯酰胺凝胶电泳，放 射自显影，读取DNA的碱基排列顺序。
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。
吴乃虎《基因工程原理》4-6知识点总结
第4章基因操作的主要技术原理基因操作的方法包括:大分子DNA的提取、DNA分子的切割和连接、核酸分子杂交、凝胶电泳、细胞转化、DNA序列分析、基因的人工合成、基因定点突变、PCR扩增等。
DNA分子的切割和连接是基因操作的核心技术。
一、核酸的分离和纯化技术核酸包括DNA、RNA两种分子，在细胞中它们都是以与蛋白质结合的状态存在。
DNA：真核生物染色体DNA——双链线性；真核生物的细胞器DNA——双链环状；原核生物的核区DNA、质粒——双链环状。
RNA：RNA分子在大多数生物体内均是单链线性分子。
一般生物体基因组DNA大小为107-8bp。
DNA提取的目的（1）可用PCR从基因组中扩增基因；（2）作RAPD分析，区别两种物种之间的亲缘关系；（3）作Southern分析，检测是否转入基因；探测同源的基因；（4）作酶切图谱，用于DNA测序。
（一）总DNA的提取DNA在低浓度盐溶液中，几乎不溶解，如在0。
14 mol/L的氯化钠溶解度最低，仅为在水中溶解度的1%，随着盐浓度的增加溶解度也增加，至1mol/L氯化钠中的溶解度很大，比纯水高2倍。
总DNA：一般来说是指基因组DNA ，即细胞核内的染色体DNA分子。
核DNA分子呈极不对称的线性结构，一条染色体为一个DNA分子。
其长度与直径的比例极不对称性，使其对极械力十分敏感。
分离纯化中DNA分子的断裂是很难避免的。
尽可能保持DNA分子的完整性是DNA分离技术的关键。
（1）有效制备大分子DNA的方法主要考虑两个原则：①防止和抑制内源DNase对DNA的降解；DNase 以Mg2+、Mn2+为辅助因子，只要加入一定的螯合剂，如EDTA（乙二胺四乙酸钠）、柠檬酸便可。
②尽量减少对溶液中DNA的机械剪切力。
动作轻柔、减少涡旋、使用大口吸管。
（2）DNA提取的主要操作过程（3）DNA提取的主要问题及解决方法：①DNA沉淀呈棕色，很难酶切或扩增；多酚、单宁、色素等氧化所致。
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
基因工程的主要技术与原理
（一）、探针的标记物
非放射性探针的标记 ▪ 生物素标记核酸 （光敏生物素、酶促生物素） ▪ DNA半抗原标记 ▪ 荧光素标记
基本原理：
生物素标记法
以生物素化的脱氧核苷三磷酸（Bio-11-dUTP,Bio-7-dATP、 Bio-11-dCTP）等代替相应脱氧核苷三磷酸，经DNA聚合酶作用掺 入新合成的DNA。可以采用缺口平移法和随机引物延伸法进行。
制备高比活性探针(1010 cpm/μgDNA);
（3）末端标记法 T4 DNA聚合酶
5’→3’聚合酶活性，1500 nt/min, 为pol I的两倍 3’→5’外切酶活性，可作用于ssDNA和dsDNA, 其切除速度 分别为40和 4000nt/min
补平或标记DNA分子由核酸内切酶产生的3'凹端 对带有3'黏性末端或平末端的DNA片段进行标记，制备探针
基本原理 采用的是聚丙烯酰胺凝胶电泳，被检测物是蛋白质，“探针” 是抗体，“显色”用标记的二抗
经过PAGE分离的蛋白质样品，转移到固相载体（如NC膜）上， 固相载体以非共价键形式吸附蛋白质，且能保持电泳分离的多 肽类型及其生物学活性不变。以固相载体上的蛋白质或多肽作 为抗原，与对应的抗体起免疫反应，再与酶或同位素标记的第 二抗体起反应，经过底物显色或放射自显影以检测电泳分离的 特异性目的基因表达的蛋白成分。
随机引物：含有各种 可能排列顺序的寡核 苷酸片段的混合物。 46 = 4096
DNA聚合酶ⅠKlenow片段
5’→3’DNA聚合酶活性 弱3’→5’外切核酸酶活 性 无5’→3’外切核酸酶活 性
➢ 产物平均长度为400-600个核苷酸。 ➢ Klenow片段没有5 ’→3’外切酶活性, 反应稳定, 可以获得大量的有效探针。 ➢ 反应时对模板的要求不严格, 用微量制备的质粒DNA 模板也可进行反应。
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。
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第一节 DNA和RNA的提取和纯化
RNA酶（RNAase)抑制剂 RNAase分布广泛，极易污染样品，而且耐高温、耐酸、
耐碱，不宜失活。 皂土（bentonite ）
作用机制：皂土带负电荷，能吸附RNase，使其失活。 肝素 复合硅酸盐（Macaloid) RNase阻抑蛋白（RNasin） 氧钒核糖核苷复合物 (Vanadyl-Ribonucleoside Complex, VRC)
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一、DNA提取的基本原理与方法
质粒DNA－碱裂解法 所用试剂的生化作用 异戊醇:异戊醇能降低分子表面张力，能减少抽提过程
中泡沫的产生。同时异戊醇有助于分相，使离心后的上层 水相、中层变性蛋白相以及下层有机溶剂相维持稳定。
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一、DNA提取的基本原理与方法
质粒DNA－煮沸法 原理： 染色体DNA比质粒DNA分子大得多，且染色体DNA为 线状分子，而质粒DNA为共价闭合环状分子； 当加热处理DNA溶液时，线状染色体DNA容易发生变性， 共价闭环的质粒DNA在冷却时即恢复其天然构象； 变性染色体DNA片段与变性蛋白质和细胞碎片结合形成 沉淀，而复性的超螺旋质粒DNA分子则以溶解状态存在液 相中，从而可通过离心将两者分开。
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一、DNA提取的基本原理与方法
质粒DNA－碱裂解法 所用试剂的生化作用 溶菌酶:溶菌酶是糖苷水解酶，水解菌体细胞壁的主要
化学成分肽聚糖中的β-1，4糖苷键，因而具有溶菌作用。 葡萄糖:葡萄糖增加溶液粘度，维持渗透压，防止DNA
受机械剪切力作用而降解。 EDTA:EDTA螯合Mg2+和Ca2+等金属离子，抑制脱氧
➢ EDTA螯合Mg2+或Mn2+离子，抑制DNase活性；
➢ NaCl 提供一个高盐环境，使DNP充分溶解Fra bibliotek存在于液相中；
➢ CTAB溶解细胞膜，并结合核酸，使核酸便于分离；
➢ β-巯基乙醇是抗氧化剂，有效地防止酚氧化成醌，避免褐变，使
酚容易去除
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一、DNA提取的基本原理与方法
CTAB提取缓冲液的改进配方
核酸是遗传信息的载体，是最重要的生物信息分 子，是分子生物学研究的主要对象，因此核酸的提 取是分子生物学实验技术中最重要、最基本的操作 。
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第一节 DNA和RNA的提取和纯化
核酸提取与纯化的原则 ➢ 保持核酸分子一级结构的完整性 温度不要过高 控制一定的pH值范围(pH值5-9) 保持一定的离子强度 减少物理因素对核酸降解的机械剪切力 ➢ 防止核酸的生物降解 细胞内或外来的各种核酸酶能消化核酸链中的磷酸 二酯键，破坏核酸一级结构。 所用器械和一些试剂需高温灭菌，提取缓冲液中需 加核酸酶抑制剂。
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第一节 DNA和RNA的提取和纯化
DNA酶抑制剂 金属离子螯合剂： DNA酶需要金属二价离子Mg2+、Ca2+的激活，因此使
用金属二价离子螯合剂，可抑制DNA酶活性。如EDTANa2(乙二胺四乙酸二钠)、8-羟基喹啉；
阴离子型表面活性剂： 如SDS，该试剂除对核酸酶有抑制作用外，还能使蛋白 质变性，并与变性蛋白结合成带负电荷的复合物，该复合 物在高盐溶液中沉淀。
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第一节 DNA和RNA的提取和纯化
RNA酶（RNAase)抑制剂 DEPC(二乙基焦碳酸盐) (C2H5OCOOCOOC2H5) 粘性液体，很强的核酸酶抑制剂。 作用机制：与蛋白质中His结合使蛋白变性。
使用注意： DEPC也能破坏单链核酸中大部分腺嘌呤环。但浓度
比使蛋白质变性的浓度大100～1000倍。 容易降解，保存在4 ℃或液氮中； 提RNA时，0.1% DEPC浸泡器皿37℃ 2 h。 剧毒。
组份
Tris-HCl
EDTA Na
（pH8.0） （pH8.0） Cl
终浓度 100 mM
20 mM
1.4 M
CTAB PVP40 β-巯基乙醇
3%(W/ 5%(W/ 2%（V/V）
V)
V)
使用前加入
PVP（聚乙烯吡咯烷酮）是酚的络合物，能与多酚形成一 种不溶的络合物质，有效去除多酚，减少DNA中酚的污染 ；同时它也能和多糖结合，有效去除多糖。
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一、DNA提取的基本原理与方法
DNA提取的基本步骤 I.材料准备 II.破碎细胞或包膜－内容物释放 III.核酸分离、纯化 IV.沉淀或吸附核酸，并去除杂质 V.核酸溶解在适量缓冲液或水中
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一、DNA提取的基本原理与方法
生物方式：酶法
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一、DNA提取的基本原理与方法
基因组DNA-其它方法 根据核酸分离纯化方式的不同有： 吸附材料结合法
硅质材料:高盐低pH值结合核酸，低盐高pH值洗脱。快 捷高效。
阴离子交换树脂:低盐高pH值结合核酸，高盐低pH值洗 脱。适用于纯度要求高的实验。
磁珠:磁性微粒挂上不同基团可吸附不同的目的物，从而 达到分离目的。
核糖核酸酶对DNA的降解作用,同时有利于溶菌酶的作用。
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一、DNA提取的基本原理与方法
质粒DNA－碱裂解法 所用试剂的生化作用 NaOH-SDS液:NaOH浓度为0.2 mol/L，加抽提液时，
该系统的pH就高达12.6，因而促使染色体DNA与质粒DNA 的变性。
SDS是离子型表面活性剂，它可以溶解细胞膜上的脂 质与蛋白，因溶解膜蛋白而破坏细胞膜、解聚细胞中的核 蛋白，还能与蛋白质结合成为R一O－S03-…R+一蛋白质的 复合物,使蛋白质变性沉淀下来。
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一、DNA提取的基本原理与方法
基因组DNA-其它方法 根据核酸分离纯化方式的不同有：
浓盐法：利用RNP和DNP在盐溶液中溶解度不同，将二 者分离
有机溶剂抽提法：有机溶剂作为蛋白变性剂，同时抑制 核酸酶的降解作用
密度梯度离心法：利用不同内容物密度不同的原理分离 各种内容物
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一、DNA提取的基本原理与方法
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一、DNA提取的基本原理与方法
细胞器DNA－差速离心法 线粒体和叶绿体是生物体内半自主性细胞器，自身可编
码蛋白，它们的比重和大小一定，因而在同一离心场内的 沉降速度也一定，根据这一原理，常用不同转速的离心法 ，将细胞内各种组分分级分离出来。 差速离心法原理
是利用物质比重的不同分离混合物的一种方法。 将待分离物质置于均匀介质（蔗糖）中，以一定的转速 进行离心，比重大的物质优先沉降，比重小的却处于上层， 从而得以分离。
酚-氯仿:酚与氯仿是非极性分子，水是极性分子，当 蛋白水溶液与酚或氯仿混合时，蛋白质分子之间的水分子 就被酚或氯仿挤去，使蛋白质失去水合状态而变性。经过 离心，变性蛋白质的密度比水的密度大，因而与水相分离， 沉淀在水相下面，从而与溶解在水相中的DNA分开。而酚 与氯仿有机溶剂比重更大，保留在最下层。
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一、DNA提取的基本原理与方法
质粒DNA－碱裂解法 所用试剂的生化作用 KAc: pH4.8的KAc溶液是为了把pHl2.6的抽提液调节
至中性，使变性的质粒DNA能够复性，并能稳定存在。 高盐3mol/L KAc有利于变性的大分子染色体DNA、
RNA以及SDS-蛋白复合物的凝聚而沉淀。染色体DNA因 为中和了核酸上的电荷，减少相斥力而互相聚合，钾盐与 RNA、SDS-蛋白复合物作用后，形成钾盐形式复合物，使 沉淀更完全。
质粒DNA－碱裂解法 碱裂解法由Birnboim和Doly设计并于1979年发表，基
于染色体DNA与质粒DNA变性与复性的差异而达到分离 目的。
在pH高达12.5的碱性条件下，染色体DNA的氢键断裂， 双螺旋结构解开而变性，质粒DNA的大部分氢键也断裂， 但超螺旋共价闭合环状的两条互补链不会完全分离。
对数期菌体
上清液
沉淀
溶液I充分重悬
抽提
干燥溶解
溶液II裂解 溶液III中和
酒精沉淀 离心洗涤
质粒DNA溶液
碱裂解法流程图
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一、DNA提取的基本原理与方法
质粒DNA－碱裂解法(溶液配方) SolutionⅠ 50 mmol/L 葡萄糖、25 mmol/L Tris.·Cl (pH 8.0) 、10 mmol/L EDTA (pH 8.0) 高压灭菌后，4℃保存备用。 SolutionⅡ(现用现配制) 0.2 mol/L NaOH、1% SDS Solution Ⅲ（100 ml） 5mol/L KAc 60 ml、冰醋酸 11.5 ml 、水 28.5 ml 配制成的溶液Ⅲ含3 mol/L钾盐、5 mol/L醋酸（pH 4.8）。
当以pH4.6的KAc高盐缓冲液调节其pH至中性时，变性 的质粒DNA又恢复原来的构型，保存在溶液中，而染色体 DNA不能复性而形成缠连的网状结构。
通过离心，染色体DNA与不稳定的大分子RNA、蛋白质 -SDS复合物等一起沉淀下来而被除去。
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一、DNA提取的基本原理与方法
质粒DNA－碱裂解法
十六烷基三甲基溴化铵），是一种阳离子去污剂，可溶解 细胞膜，并与核酸形成复合物。
该复合物在高盐溶液中（>0.7mol/L NaCl）是可溶的， 通过有机溶剂抽提，去除蛋白、多糖、酚类等杂质后加入 乙醇沉淀即可使核酸分离出来。
注：CTAB溶液在低于15℃ 时会形成沉淀析出，因此在 将其加入冰冷的植物材料之前必须预热，且离心时温度不 要低于15℃。
基因组DNA的提取 CTAB法 SDS法 其它
非基因组DNA的提取 质粒DNA的提取 碱裂解法 煮沸法 线粒体、叶绿体DNA的提取 差速离心结合SDS裂解法
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一、DNA提取的基本原理与方法
基因组DNA-CTAB法原理（植物DNA提取经典方法） CTAB（hexadecyltrimethylammonium bromide，