基因工程的原理和技术62754
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。
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。
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。
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。
基因工程技术的原理和应用
基因工程技术的原理和应用1. 基因工程技术的概述基因工程技术是一种通过改变生物体的基因组来改变其性状的技术。
它涉及到对DNA的操作和重组，以及将外源基因导入到生物体中。
基因工程技术的出现给生命科学和医学领域带来了革命性的变化，为疾病的治疗和农作物的改良提供了新的手段。
2. 基因工程技术的原理基因工程技术的原理主要包括以下几个方面：2.1 DNA的操作和重组基因工程技术涉及到对DNA的切割、连接和重组。
通过使用限制性酶，可以将DNA分子切割成特定的片段，并将其与其他DNA片段连接起来，形成重组DNA。
这样可以将不同生物体的基因组合起来，实现对基因组的改造。
2.2 外源基因的导入基因工程技术可以将外源基因导入到生物体中。
外源基因可以是来自于同一物种的其他个体，也可以是来自于不同物种的基因。
导入外源基因的目的是为了引入新的性状或改善原有性状。
通常使用细菌或酵母等微生物作为载体，将目标基因导入到微生物中，再通过培养、筛选和提取纯化等步骤获取外源基因产物。
2.3 基因表达和调控通过基因工程技术可以实现基因的表达和调控。
基因的表达是指将基因转录为mRNA，再通过翻译转化为蛋白质。
通过基因工程技术可以调控基因的表达水平，包括上调或下调基因表达。
此外，通过引入启动子和调控元件等元素，还可以在特定条件下调控基因的表达。
3. 基因工程技术的应用基因工程技术在农业、医药、环境保护等领域有着广泛的应用。
3.1 农业领域在农业领域，基因工程技术可以用于改良农作物的性状。
通过导入耐旱、抗虫、抗病等基因，可以提高农作物的产量和品质。
此外，基因工程技术还可以应用于农业生物制剂的生产，如农药、肥料和生物农药等。
3.2 医药领域基因工程技术在医药领域有着重要的应用。
通过基因工程技术可以生产重组蛋白质药物，如生长激素、胰岛素和抗体等。
此外，基因工程技术还可以用于基因治疗，通过修补或替代缺陷基因来治疗遗传性疾病。
另外，基因工程技术还可以应用于药物筛选和基因诊断等。
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。
基因工程技术的原理与应用例题和知识点总结
基因工程技术的原理与应用例题和知识点总结一、基因工程技术的原理基因工程技术，简单来说，就是在分子水平上对基因进行操作的技术。
其核心原理包括以下几个关键步骤：1、目的基因的获取目的基因是我们想要研究或应用的特定基因片段。
获取目的基因的方法多种多样，常见的有从基因文库中筛选、通过 PCR 技术扩增以及人工化学合成等。
2、基因载体的选择基因载体就像是一辆“运输车”，负责将目的基因运送到受体细胞中。
常用的基因载体有质粒、噬菌体和病毒等。
它们具有能够在宿主细胞中自主复制、稳定存在等特点。
3、基因重组将获取的目的基因与选择好的基因载体进行连接，形成重组 DNA分子。
这个过程需要用到特定的限制性内切酶和 DNA 连接酶，以确保目的基因能够准确无误地插入到载体中。
4、重组 DNA 导入受体细胞将构建好的重组 DNA 分子导入到受体细胞中，使其能够在受体细胞内稳定遗传和表达。
导入的方法包括转化、转导、显微注射等。
5、目的基因的检测与鉴定导入受体细胞后，需要对目的基因是否成功导入、是否表达以及表达水平等进行检测和鉴定。
常用的方法有核酸分子杂交、PCR 检测、蛋白质检测等。
二、基因工程技术的应用例题1、胰岛素的生产糖尿病患者需要定期注射胰岛素来控制血糖。
传统的胰岛素提取方法产量低、成本高。
通过基因工程技术，科学家将人的胰岛素基因导入到大肠杆菌中，让大肠杆菌能够大量合成胰岛素，大大提高了胰岛素的产量，降低了成本，为糖尿病患者带来了福音。
2、转基因抗虫棉棉花在生长过程中常常受到棉铃虫等害虫的侵害。
利用基因工程技术，将苏云金芽孢杆菌中的 Bt 毒蛋白基因导入到棉花细胞中，使棉花能够自身合成毒蛋白，从而具有抗虫的特性，减少了农药的使用，保护环境的同时提高了棉花的产量。
3、基因治疗对于一些由于基因突变导致的遗传性疾病，如血友病、囊性纤维化等，基因治疗为患者带来了新的希望。
通过将正常的基因导入患者的细胞中，以替代或修复突变的基因，从而达到治疗疾病的目的。
基因工程技术的原理与应用例题和知识点总结
基因工程技术的原理与应用例题和知识点总结一、基因工程技术的原理基因工程，也称为重组 DNA 技术，是一种在分子水平上对基因进行操作和改造的技术。
其基本原理是在体外将不同来源的 DNA 分子进行剪切、拼接和重组，然后将重组的 DNA 分子导入到受体细胞中，使其在受体细胞中表达和遗传。
基因工程的操作主要包括以下几个步骤：1、目的基因的获取从生物体的基因组中直接分离：对于一些结构和功能比较清楚的基因，可以通过限制性内切酶将其从基因组 DNA 中切割下来。
人工合成：如果已知基因的核苷酸序列，可以通过化学方法人工合成目的基因。
PCR 扩增：利用聚合酶链式反应（PCR）技术，以少量的 DNA 为模板，快速扩增出大量的目的基因。
2、基因载体的选择和构建基因载体是能够携带目的基因进入受体细胞的工具。
常用的基因载体有质粒、噬菌体和病毒等。
载体需要具备自我复制能力、多个限制性内切酶切点、标记基因等特点。
3、目的基因与载体的连接通过限制性内切酶切割目的基因和载体，产生相同的黏性末端或平末端。
然后利用 DNA 连接酶将目的基因和载体连接起来，形成重组 DNA 分子。
4、将重组 DNA 分子导入受体细胞常用的导入方法有转化（细菌）、转染（动物细胞）和农杆菌介导转化（植物细胞）等。
5、重组体的筛选和鉴定由于导入受体细胞的重组体中可能存在未成功重组的分子，因此需要进行筛选和鉴定。
常用的筛选方法有抗性筛选、标记基因筛选、核酸分子杂交筛选等。
二、基因工程技术的应用例题1、基因工程在农业领域的应用抗虫棉的培育：将苏云金芽孢杆菌中的抗虫基因导入棉花细胞中，培育出具有抗虫特性的棉花品种。
举例：某地区常年遭受棉铃虫的侵害，导致棉花产量大幅下降。
科研人员通过基因工程技术，将一种能够编码产生杀虫蛋白的基因导入棉花植株中。
经过筛选和培育，获得了抗虫棉新品种。
在种植过程中，这种抗虫棉能够有效地抵御棉铃虫的危害，减少了农药的使用量，提高了棉花的产量和质量。
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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蛋白质的氨基酸序列 mRNA的核苷酸序列
结构基因的核苷酸序列
目的基因
温故知新 基因工程操作步骤的必要性
①目的基因的获取； ②表达载体的构建；
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
区分：启动子与起始密码
终止子与终止密码
基因
启动子
ATC
转录区
转录 翻译 起始点 起始点
转录
终止子
转录 终止点
ATC
RNA起点
起始密码
TAA 终止密码 RNA终点
真核生物的基因结构
非编码区
编码区
非编码区
RNA聚合酶 结合位点
信使RNA
成熟的信使RNA
外显子
内含子
➢ 学习目标
➢1.简述基因工程原理及基本操作程序。 ➢2.尝试设计某一转基因生物的研制过程。
3.螺旋：两条子链分别与对应 的模板链绕成螺旋型，构 成两个新的DNA分子
DNA复制方式：半保留复制
思考： ➢ DNA复制需要哪些成分和反应条件？ ➢ 如何在体外设置一个类似的DNA复制环境？
参与的组分
在DNA复制中的作用
解旋酶
打开DNA双链
DNA母链（模板链）
提供DNA复制的模板
4种脱氧核糖核苷酸
获取目的基因方法②： 利用PCR技术扩增目的基因
全称是：多聚酶链式反应，在生物体外复制特定DNA片段 的核酸合成技术。可以在短时间内大量扩增的目的基因。
DNA复制的过程涉及DNA双链的方向。通常将DNA的羟基 （-OH）末端称为3’端，而磷酸基团的末端称为5’端。
5’端
3’端
3’端
5’端
DNA聚合酶不能从头开始合成DNA，只能从3’端 延伸DNA链。因此，DNA复制需要引物。当引物与DNA 母链通过碱基互补配对结合后，DNA聚合酶就能从引 物的3’端开始延伸DNA链。
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
➢初始目的基因的来源 人工合成
（2）现代获取方法：①从基因中获取目的基因（目的基因的序列未知） ②利用聚合酶链式反应(PCR)技术扩增目的基因
（目的基因的序列部分已知） ③人工合成目的基因（目的基因的序列已知，基因较种生物不同基因的许多DNA片 段，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌 基因工程的 基本操作程序
补充：基因的结构
❖基因的定义
基因是有遗传效应的DNA片段 。
是决定生物性状的基本单位。
什么是遗传效应？ 遗传效应是指能转录为mRNA，继而翻译为蛋 白质，或转录为核糖体RNA、转运RNA的功能。
基因、DNA、染色体、脱氧核苷酸的关系
遗传物质的 主要载体 染色体
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。无
有
无
有
某种生物的 某种生物的
部分基因
全部基因
可一本书，要知道书名、 作者、出版社或人物情节等信息一样
❖获取目的基因前，要对这个基因的背景 有一定程度的了解，（如核苷酸序列、 基因的功能、位置以及基因的表达产物 的特性等）-75℃， 耐热的DNA聚合酶从引物 起始引导互补链的合成。
结果：使目的基因在短时间内成 百万倍的扩增
目的基因以指数方式扩增，即2n
获取目的基因方法③ DNA合成仪用化学方法直接人工合成
前提条件：基因比较小 ，核苷酸序列已知
设备：DNA合成仪
根据已知的氨基酸 序列推知DNA序列
5’
3’ 5’
3’ 5’
3’
3’
5’
5’
3’
3’
5’ 3’
5’ 3’
5’
DNA的合成方向总是从子链的5’端端向3’端端延伸
复习：DNA复制
DNA复制的过程
1.解旋:利用细胞提供的能量边 解旋、边复制
2.配对:分别以每条单链为模板, 以四种游离的脱氧核苷酸 为原料,利用碱基互补配对 原则合成两条新的子链
与两条模板链相结合的两种引物；
• 要有耐热的DNA聚合酶（Taq酶）； • 四种单核苷酸（dCTP、dGTP 、dATP 、dTTP ）。
变性 复性
延伸
PCR第一轮过程：
1.DNA变性：加热至9095℃， DNA片段受热后氢 55-60℃ 键断裂，形成单链；
2.复性：冷却至55-60℃， 引物结合到互补DNA链；基因基cDNA因
文
组
库
文
库
某生物体内全部DNA
限制酶
许多DNA片段
与载体连录
cDNA
与载体连接
基因多少
线性排列
蛋白质
DNA 具有遗传效应的DNA片段 基因
脱氧核苷酸 （DNA的基本单位）
磷酸基脱氧核糖＋含氮碱基
原核生物的基因结构
非编码区
编码区
非编码区
RNA聚合酶 结合位点
编码区：能转录为相应的mRNA进而指导蛋白质的 合成。
非编码区：不能转录为相应的mRNA但有调控遗传 信息表达的核苷酸序列，位于编码区的 上游和下游。