基因工程的基本原理和技术
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。
基因工程的基本原理和技术专家讲座
会产生相同黏性(平)末端, 然后让二者黏 性(平)末端黏合起来, 就似乎能够合成重组 DNA分子了。
基因工程的基本原理和技术专家讲座
第32页
生物A基因片段
生物B基因片段
……GAATTC…… ……GAATTC…………GAATTC…… ……CTTAAG…… ……CTTAAG…………CTTAAG……
同一个 EcoRⅠ 酶切
传密码, 基因工程的基本原理和技术专家讲座 1966年霍拉纳用试验加以证实。
第16页
基础理论和技术发展催生了基因工程
• DNA是遗传物质证实 • DNA双螺旋结构和中心法则确实立 • 遗传密码破译（遗传密码通用性） • 基因运载体发觉 • 工具酶创造 • DNA合成和测序技术创造 • DNA体外重组实现 • 重组DNA表示试验成功 • 第一例转基因动物问世 • PCR技术创造
关键步骤三：抗虫基因进入棉花细胞 “分子运输车”—— 基因进入受体细胞载体
基因工程的基本原理和技术专家讲座
第20页
DNA重组技术基本工具
• 限制性核酸内切酶——“分子手术刀” • DNA连接酶——“分子缝纫针” • 基因进入受体细胞载体——“分子运输
车”
基因工程的基本原理和技术专家讲座
第21页
一、限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
1、主要起源：
主要从微生物中分离 纯化
2、特点（：不一样识限别制双酶链能D识N别A分不子一某样种特特点定核核苷苷酸酸序序列列）,
而且以不一样方式在两个特殊碱基之间切断DNA 双链。
使每条链中特定部位两个核苷酸
3.作用： 基因工程的基本原理和技术专家讲座
之间磷酸二酯键断开 第22页
磷酸二酯键
H
5
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。
基因工程的原理与应用
基因工程的原理与应用简介：基因工程是生物技术领域中的一项重要技术，通过能够改变生物体基因组的技术手段，对生物体的基因进行定向修改、调控和构建，从而改变生物体的性状和功能。
本文将介绍基因工程的原理与应用。
一、基因工程的原理基因工程的原理是通过一系列技术手段对DNA进行操作，包括基因的定向克隆、DNA序列的合成、基因组的编辑和调控等。
1. 基因的定向克隆基因的定向克隆是指将感兴趣的基因从一个生物体中剪切出来，并将其插入到另一个生物体的染色体上。
这一过程主要包括DNA的剪切、连接和转化等步骤。
通过定向克隆，可以将某些有益的基因导入到其他生物体中，实现基因的传递和表达。
2. DNA序列的合成DNA序列的合成是将DNA中的碱基按照特定的顺序进行合成，以构建具有特定功能的DNA序列。
合成的DNA序列可以是某个基因的修改版，也可以是完全人工合成的新DNA序列。
DNA序列的合成为基因工程提供了强大的工具，使得研究者可以对基因进行精确的修改和调控。
3. 基因组的编辑和调控基因组的编辑和调控是利用特定的酶类或蛋白质来调整生物体的基因组结构和功能。
常用的编辑工具包括CRISPR-Cas9系统和锌指核酸酶，它们能够精确地切割、修复和替换DNA序列。
通过基因组的编辑和调控，可以实现对生物体基因组的精确操控，以达到特定的目的。
二、基因工程的应用基因工程技术的广泛应用，为许多领域带来了巨大的变革和进步。
以下是基因工程在医学、农业和环境中的应用示例。
1. 医学应用基因工程在医学领域中的应用非常广泛，其中包括基因治疗、生物药物生产、疫苗研发等。
通过基因治疗，可以将正常的基因导入患者体内，治疗一些遗传性疾病。
生物药物的生产利用基因工程技术可以实现大规模的高效合成，例如利用转基因细菌表达人类胰岛素。
此外，基因工程还为疫苗的研发提供了新的思路和方法。
2. 农业应用基因工程在农业领域的应用主要集中在作物的遗传改良、疾病抗性和提高产量等方面。
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。
基因工程的基本原理
基因工程的基本原理基因工程的基本原理是在分子水平上直接操作遗传物质，通过改变生物体的基因组成，以获得人们所需的新性状或新产品。
这一技术的核心是DNA重组技术，即将所需的目的基因从供体生物的基因组中分离出来，经过必要的加工和处理后，与载体DNA连接，形成重组DNA分子。
然后将重组DNA分子引入受体细胞，通过筛选和鉴定，获得稳定表达目的基因的重组体克隆。
最后，通过对目的基因的表达和产物的纯化，获得所需的新产品或新性状。
基因工程的基本原理可以概括为以下几个步骤：获得目的基因：这是基因工程的第一步，需要从供体生物的基因组中分离出所需的目的基因。
常用的方法包括化学合成法、PCR扩增法、基因文库筛选法等。
构建重组DNA分子：将目的基因与载体DNA连接，形成重组DNA分子。
载体通常是一种能够自主复制的DNA分子，如质粒、病毒等。
连接过程需要用到限制性内切酶和DNA连接酶等工具酶。
引入受体细胞：将重组DNA分子引入受体细胞，常用的方法包括转化、转染、感染等。
受体细胞可以是原核生物、真核生物或细胞系等。
筛选与鉴定重组体克隆：通过选择性培养基或分子生物学方法，筛选出含有重组DNA 分子的细胞克隆，并进行鉴定。
鉴定方法包括PCR、测序、Southern杂交等。
目的基因的表达与产物纯化：在鉴定出正确的重组体克隆后，需要通过诱导表达或组成型表达等方式，使目的基因在受体细胞中表达。
然后通过对表达产物的分离纯化，获得所需的新产品或新性状。
总之，基因工程是一种在分子水平上直接改造遗传物质的技术，通过改变生物体的基因组成，实现对其性状和功能的定向改造和优化。
这一技术在医学、农业、工业等领域都有广泛的应用前景。
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。
基因工程讲解
基因工程讲解基因工程是一项涉及基因的科学技术，通过在生物体的基因组中修改、操控和转移基因，从而改变生物体的遗传特性。
它使人类能够更深入地理解基因的功能和作用，并有望为人类带来巨大的医学和农业进步。
本文将从基因工程的基本概念、原理和应用方面进行详细讲解。
一、基因工程的基本概念基因工程，又称遗传工程，是指通过改变生物体的遗传物质，使其具备特定的性状和功能。
基因工程技术是细胞和分子生物学、遗传学等多学科的交叉应用，它利用遗传物质（DNA、RNA）进行基因的克隆、修饰和转移，使其能够产生有益的变化。
基因工程技术已经广泛应用于药物研发、农业改良和环境保护等领域。
二、基因工程的原理基因工程的主要原理是通过DNA重组技术，将想要的外源基因导入到目标生物体中，并使其能够在目标生物体内表达出来。
DNA重组技术包括DNA的分离、切割、连接和转染等步骤。
首先，从源生物体或合成DNA样本中分离出目标基因；然后，利用限制性内切酶或PCR方法对DNA进行切割；接着，将切割好的目标基因与载体（如质粒）连接起来，形成重组DNA；最后，将重组DNA导入到目标生物体中，使其能够在目标生物体内表达出来。
三、基因工程的应用基因工程技术在医学、农业和环境保护等领域都有广泛的应用。
在医学领域，基因工程技术可以用于疾病的诊断和治疗。
例如，基因工程技术可以通过克隆和表达人类蛋白质来生产药物，如重组人胰岛素和重组人生长激素等。
此外，基因工程技术还可以用于基因治疗，即将正常基因导入患者体内，以纠正基因缺陷所导致的疾病。
在农业领域，基因工程技术可以用于农作物的改良和耐病性的提高。
通过转基因技术，科学家们可以将具有抗虫、抗病等特性的基因导入作物中，使其能够抵御病虫害的侵袭，提高农作物的产量和品质。
同时，基因工程技术也可以改善作物的营养组分，使其更加丰富和有益于人类健康。
在环境保护方面，基因工程技术可以用于生物修复和生物监测。
生物修复是指利用基因工程技术改良生物体的代谢途径，使其具备降解有害物质的能力，从而清除环境中的污染物。
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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T4 DNA连接酶还可把平末端之间的缝隙“缝合” 起来，但效率较低
T4DNA连接酶
③类型：
类型 来源 功能 相同点 差别
E· coliDNA连接酶 大肠杆菌 恢复 只能连接黏性末端 磷酸 能连接黏性末端和 二酯键 T4DNA连接酶 T4噬菌体 平末端(效率较低)
寻根问底
• DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗?为什么?
（一）基因工程的概念
• 什么叫基因工程？
基因工程又叫DNA重组技术。该技术 是在生物体外，通过对DNA分子进行人工 “剪切”和“拼接”，对生物的基因进行 改造和重新组合，然后导入受体细胞内进 行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表 达，产生出人类所需要的基因产物。
基因工程的概念
基因工程的别名 操作环境
生物B基因片段 生物A基因片段 ……GAATTC…… ……GAATTC…………GAATTC…… ……CTTAAG…… ……CTTAAG…………CTTAAG…… 同一种 EcoRⅠ 酶切 ……G AATTC…… ……G AATTC …… …… G AATTC… ……CTTAA G…… ……CTTAA …… G…… CTTAA G…… 不同来源的DNA片段混合 ……GAATTC…… ……GAATTC…… ……CTTAAG…… ……CTTAAG…… 将不同种来源的DNA片段连接起来
使每条链中特定部位的两个核苷 • 3、作用：
磷酸二酯键
A
1
H
5 4
H
5 4
A
1
O
H
H
3HO
2
H2O +
3
2
H
5 4 3
T
1 2
H
5 4 3
T
1 2
H
H
O
• 4、限制酶识别序列
大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸 组成 少数的识别序列由4、5或8个核苷酸组 成
Go on
• 限制酶的识别序列：
Go back
• • • • • • • • • • DNA是遗传物质的证明 基础理论 DNA双螺旋结构和中心法则的确立 遗传密码的破译（遗传密码的通用性） 基因运载体的发现 工具酶的发明 DNA合成和测序技术的发明 技术发明 DNA体外重组的实现 重组DNA表达实验的成功 第一例转基因动物问世 PCR技术的发明
DNA重组技术
生物体外
操作对象
操作水平 基本过程
基因
DNA分子水平 剪切 → 拼接 → 导入→ 表达
按照预先设计的蓝图，定向改变 生物遗传特性，创造出新型生物
结果（目的）
科技探索之路
基因工程研究的理论基础
早 期 基 础 理 论
达尔文提出生物进化论
科技探索之路
早 期 基 础 理 论
孟德尔提出基因的分离定律和自由组合定律
课堂练习 2.不属于质粒被选为基因运载体的理由是 A、能复制 （ D）
B、有多个限制酶切点
C、具有标记基因 D、它是环状DNA
课堂练习
3.以下说法正确的是
（ C）
A、所有的限制酶只能识别一种特定的核苷 酸序列 B、质粒是基因工程中唯一的运载体 C、运载体必须具备的条件之一是：具有多 个限制酶切点，以便与外源基因连接 D、基因基因)怎样才能导入受体细 胞(如棉花细胞)？
导入过程需要运输工具——运载体。
• 三、基因进入受体细胞的运载体——” 分子运输车”
• 运载体的作用有哪些？
作用一：作为运载工具，将外源基因(抗虫 基因)转移到受体细胞(棉花细胞)中去。
作用二：利用运载体在受体细胞(棉花细胞) 内，对外源基因(抗虫基因)进行大量复制。
2）噬菌体或某些动植物病毒
• 常用的载体：质粒
有标记基因的 存在，可用含 氨苄青霉素的 培养基鉴别
有切割位点 能复制并带着 插入的目的基 因一起复制
课堂练习
1.在基因工程中，切割运载体和含 有目的基因的DNA片段，需使用 （ A） A. 同种限制酶 B. 两种限制酶 C. 同种连接酶 D. 两种连接酶
治疗糖尿病特效药—— 胰岛素 每100kg 猪或牛的胰腺中仅可提取4~5g。 1979年，美国将人的胰岛素基因重组到大肠杆菌 内，实现了细菌生产胰岛素，大大降低了生产成本。
基因工程产品
抗虫害的玉米
转鱼抗寒基 因的番茄
转基因 鲑鱼
基因工程的产物
乳汁中含有人生长激 素的转基因牛(阿根廷)
转黄瓜抗青枯病基因的甜椒
科技探索之路
早 期 基 础 理 论
摩尔根证明基因在染色体上，并提出基 因的连锁互换定律。
科技探索之路
后 期 基 础 理 论
艾弗里证明DNA是遗传物质，DNA可从 一种生物个体转移到另一种生物个体。
科技探索之路
后 期 基 础 理 论
沃森、克里克提出DNA的双螺旋结构模型。
科技探索之路 基础理论和技术发展催生了基因工程
DNA聚合酶 DNA连接酶
区别1
1)只能将单个核苷酸连 1)在两个DNA片段之 接到已有的核酸片段上， 间形成磷酸二酯键 形成磷酸二酯键
2)以一条DNA链为模板，2)将DNA双链上的两 区别2 将单个核苷酸通过磷酸 个缺口同时连接起来， 二酯键连接成一条互补 不需要模板 的DNA链 相同点 形成磷酸二酯键
⒉种类与命名：
现在已经从约300种微生物中分离出了约4000 种限制性内切酶(限制酶)。 粘质沙雷氏杆菌 SmaⅠ （Serratia marcesens）
大肠杆菌 EcoRⅠ （Escherichia coli R） 练习：流感嗜血杆菌的d菌株 ( Haemophilus influenzae d )中先后分离到3种限制酶， 则分别命名为: HindⅠ、HindⅡ和HindⅢ
教学目标
• 知识与能力 • 1.简述DNA重组技术所需三种基本工具的作用。 • 2.认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和 技术创新。 • 二、 教学重点和难点 • 1.教学重点： • DNA重组技术所需的三种基本工具的作用。 • 2.教学难点: • 基因工程载体需要具备的条件。
基因工程
据调查： 2005年全世界约有糖尿病患者1.8亿人，我 国约6000万。
EcoRⅠ
黏性末端
黏性末端
Go back
黏性末端
EcoRⅠ
黏性末端
Go back
重复演示
• 什么叫黏性末端？ 被限制酶切开的DNA两条单链的切口， 带有几个伸出的核苷酸，它们之间正好互 补配对，这样的切口叫黏性末端。
SmaⅠ
平末端
平末端
限制性内切酶与DNA解旋酶的区别
限制酶
区别
DNA解旋酶
E· coli DNA连接酶
或T4DNA连接酶
可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来， 即恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸 二酯键
二、“分子缝合针” —— DNA连接酶
①作用:
恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的 磷酸二酯键
②作用原理： 催化磷酸二酯键形成
DNA连接酶——“分子缝纫针”
• 连接酶有两种：一种是从大肠杆菌中分离得到的， 称之为E· coli连接酶。另一种是从T4噬菌体中分 离得到，称为T4连接酶。 • 这两种连接酶催化反应基本相同，都是连接双链 DNA的缺口，而不能连接单链DNA。 • E· coli连接酶只能连接黏性末端； T4连接酶既可 “缝合”黏性末端，又可“缝合”平末端。
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切割特定的核苷酸序列 将DNA两条链的氢键 的磷酸二酯键 打开形成两条单链
限制性内切酶与DNA水解酶的区别 限制酶
区别
DNA水解酶
切割特定的核苷酸序列 切割磷酸二酯键，形成 的磷酸二酯键，形成片 单个的脱氧核苷酸。 段的DNA.
Go back
思考?
• 要想获得某个特定性状的基因必须要用限制 酶切几个切口？可产生几个黏性(平)末端？ 要切两个切口，产生四个黏性(平)末端。 • 如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶 来切割，会怎样呢？ 会产生相同的黏性(平)末端，然后让两 者的黏性(平)末端黏合起来，就似乎可以合 成重组的DNA分子了。
• 解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？ 关键步骤一：抗虫基因从苏云金芽孢杆菌 细胞内提取出来 “分子手术刀”—— 限制性核酸内切酶 关键步骤二：抗虫基因与棉花DNA“缝合”
“分子缝纫针”—— DNA连接酶
关键步骤三：抗虫基因进入棉花细胞 “分子运输车”—— 基因进入受体细胞的载体
DNA重组技术的基本工具
后 期 基 础 理 论
梅塞尔松、斯塔尔证明DNA的半保留复制
科技探索之路
后 期 基 础 理 论
克里克等提出中心法则
复制
转录
翻译
DNA
逆转录
RNA
蛋白质
科技探索之路
后 期 基 础 理 论
1963年尼伦伯格和马太破译编码氨基酸的 遗传密码，1966年霍拉纳用实验加以证明。
基础理论和技术的发展催生了基因工程
• 限制性核酸内切酶——“分子手术刀” • DNA连接酶——“分子缝纫针” • 基因进入受体细胞的载体——“分子运 输车”
一、限制性核酸内切酶——“分子手术刀” • 1、主要来源：
主要从微生物中分离 纯化
• 2、特点：
识别双链DNA分子的某种特定 核苷酸序列（不同的限制酶能识别不 同特点的核苷酸序列），并且以不同 的方式在两个特殊碱基之间切断DNA 双链。 酸之间的磷酸二酯键断开
三、基因进入受体细胞的载体——“分子运输车” 如果载体对受体细胞有害将怎样？ 假如目的基因导入受体细胞后不能复制将怎样？ 作为载体没有切割位点将怎样？ 目的基因是否进入受体细胞，你如何察觉？
高二·2010年上学期
作为运载体必须具备哪些条件？
1）能够在宿主细胞中复制并稳定地保存。