基因结构与表达分析的基本策略.ppt
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基因的表达和结构PPT课件
G
.
26
A A T C T A T AG U UA G AU
G
.
27
A A T C T A T AG U UA G AU A
RNA聚合酶
G
碱基互补配对：T-A ；A-U
C-G. ；G-C
22
RNA A A T C T A T A G 聚合 U U
酶
G
组成RNA的核糖核苷酸一个个连接起来
.
23
A A T C T A T AG U UA
G
.பைடு நூலகம்
24
A A T C T A T AG U UA G
G
.
25
A A T C T A T AG U UA G A
遗传效应 能控制生物某一蛋白质的合成
基本功能（遗传效应）:
1、储存、传递、表达遗传信息
2、发生变异，为生物的进化提供原材料
.
16
思考：染色体、DNA、基因、多脱氧核苷酸 单链、脱氧核苷酸的关系
染色体是DNA的主要载体，同时也是基因的主要 载体，基因在染色体上直线排列，每条染色体上 有一个或两个DNA分子； 每个DNA分子含有很多基因，
A+T =a（a为特定值） C+G
（人=1.5 猪=1.43 小麦=1.21；家鸡=1.34；此 比值具有物种特异性）
.
6
4、一种碱基在两条链中所占的比例等于这种碱基在 每条单链中所占的比例之和的一半
.
7
DNA的一条链中，A+G/T+C=0.4，上述比例在其 互补单链和整个DNA分子中分别是
A 0.4和0.6 B 2.5和1.0 C 0.4和0.4 D 0.6和1.0 DNA的一条链中，A+T/G+C=0.4，上述比例在其 互补单链和整个DNA分子中分别是
基因的表达课件.ppt
转录 转录
DNA双链 A—C—T—G—G—A—T—C —T 转 T—G—A—C—C —T—A—G—A 录 mRNA 翻 译 蛋白质 A—C—U—G—G—A—U—C —U
肽键 肽键
苏氨酸——甘氨酸——丝氨酸 C–C–U GGA A–G–A UCU
tRNA （反密码子） U–G–A
mRNA ACU （遗传密码）
C
4.已知一段DNA分子中，鸟嘌呤占的比例是20%， 由该DNA转录出来的RNA，其胞嘧啶的比例是
A.10%
B.20%
C.40%
D. 无法确定
只能确定双链DNA分子中G和C共占全部碱基的40%，每条链中G
和C也占该链的40%，但G或C在该链中各自占有的比例无法确定。
5.一种人工合成的信使RNA只含有两种核苷酸（U
mRNA
通常一个mRNA同时结合多个核糖体，进行多 个肽链的合成。
（三）、遗传信息流——中心法则
转录 复 制 DNA（基因） 逆转录
复 制 mRNA
翻译
蛋白质
遗传信息可以从DNA流向DNA，即完成DNA的自我复制 过程；遗传信息也可以从DNA流向RNA，进而流向蛋白质， 即完成遗传信息的转录和翻译过程。 在某些病毒中，RNA也可以自我复制，并且还发现在 一些病毒蛋白质的合成过程中，RNA可以在逆转录酶的作 用下合成DNA。
（2）“翻译”是一个合成蛋白质 __________的过程， 核糖体 。 进行的场所是_______ ―翻译”过程的进行条件： mRNA和转运RNA 、氨基酸、酶、ATP等 _______________________________ 。
mRNA如何决定蛋白质中的氨基酸？
现代遗传学研究认为，mRNA通过密码子决 定蛋白质中的氨基酸。
DNA双链 A—C—T—G—G—A—T—C —T 转 T—G—A—C—C —T—A—G—A 录 mRNA 翻 译 蛋白质 A—C—U—G—G—A—U—C —U
肽键 肽键
苏氨酸——甘氨酸——丝氨酸 C–C–U GGA A–G–A UCU
tRNA （反密码子） U–G–A
mRNA ACU （遗传密码）
C
4.已知一段DNA分子中，鸟嘌呤占的比例是20%， 由该DNA转录出来的RNA，其胞嘧啶的比例是
A.10%
B.20%
C.40%
D. 无法确定
只能确定双链DNA分子中G和C共占全部碱基的40%，每条链中G
和C也占该链的40%，但G或C在该链中各自占有的比例无法确定。
5.一种人工合成的信使RNA只含有两种核苷酸（U
mRNA
通常一个mRNA同时结合多个核糖体，进行多 个肽链的合成。
（三）、遗传信息流——中心法则
转录 复 制 DNA（基因） 逆转录
复 制 mRNA
翻译
蛋白质
遗传信息可以从DNA流向DNA，即完成DNA的自我复制 过程；遗传信息也可以从DNA流向RNA，进而流向蛋白质， 即完成遗传信息的转录和翻译过程。 在某些病毒中，RNA也可以自我复制，并且还发现在 一些病毒蛋白质的合成过程中，RNA可以在逆转录酶的作 用下合成DNA。
（2）“翻译”是一个合成蛋白质 __________的过程， 核糖体 。 进行的场所是_______ ―翻译”过程的进行条件： mRNA和转运RNA 、氨基酸、酶、ATP等 _______________________________ 。
mRNA如何决定蛋白质中的氨基酸？
现代遗传学研究认为，mRNA通过密码子决 定蛋白质中的氨基酸。
基因功能分析的基本策略课件(共 71张PPT)
RNAi 是真核生物中广泛存在的现象
植物：干扰因素自叶脉向外扩散，绿色荧光蛋白 线虫：左侧为 转基因线虫；右侧线虫则经 (GFP) GFP dsRNA 基因 Hela 细胞：经GFP ORC6 siRNA 作用后，细胞出现多核现象。 果蝇：右侧果蝇为野生型，左侧为 shRNA 造成的色素缺乏的 被抑制，显露出红色。 处理。部分细胞 RNAi 相关蛋白表达较低，仍有绿色荧光。 绿色为 tubulin， 缺陷型。 红色为 DNA。ORC6 细胞分裂调控蛋白。
检测的提示重组体存在的基因。GFP、 LacZ、AP、 LUC。
融合基因 (fusion gene): 将特定的目的基因与报告
基因拼接成融合基因，并与顺式作用元件拼接成完 整的转录单位。
动物转基因常用的载体
腺病毒载体 逆转录病毒载体 非病毒类载体：如质粒等。
2. 中游—基因转移、胚胎移植与建系
基本原理
转基因动物
基本过程
上游—基因改造和载体构建
中游—基因转移、胚胎移植与建系 下游—基因整合、表达的检测与细胞筛选
1. 上游—基因改造和载体构建
外源基因: 完整的转录单位, 由顺式作用元件、结构
基因和转录终止信号组成。
报告基因 (reporter gene) : 在表达载体中引入易于
第十二章
基因功能分析的基本策略
转基因模型是研究基因功能的主要手段
转基因生物： 外源基因导入生物体表达。 基因打靶： 外源基因替换内源基因。 基因敲除。 基因敲入。 基因沉默： 导入特定基因，抑制内源性基因表达。
第一节 转基因技术
转基因技术(transgenic technology)：将外源 基因导入细胞，随机整合到受体基因组内， 并随细胞分裂而遗传给后代。 细胞模型。 转基因动物。 转基因植物。
基因的表达汇总讲解PPT课件
酸合成肽链，其碱基排列顺序如下：
AUUCGAUGAC……(40个碱基) ……CCAGAUCU……，
由于某种原因，在CCA后插入了一个碱基U，则突
变后多肽链中氨基酸的数目为
，该多肽
中的第9位16氨基酸由脯氨酸变为组氨酸。已知脯 氨酸的密码子为CCU、CCC、CCA、CCG，组氨酸的
密码子为CAU、CAC。突变后基因中决定第9位组
.
7
（1）mRNA mRNA上决定一个氨基酸的
三个相邻碱基叫做密码子。
核 孔
密码子
密码子
密码子
DNA mRNA
蛋白质
U U A G AU AUC
mRNA .
8
⑵转运RNA（tRNA）：含有反密码子
tRNA
一个转运RNA 只能携带一种特定的氨基酸！
细胞中的转运RNA至少有 61 种. ！
UA U
9
在某些病毒中，RNA也可以自我复制，并且还发现在
一些病毒蛋白质的合成过程中，RNA可以在逆转录酶的作
用下合成DNA。
.
17
中心法则补充
在某些病毒中，RNA也可以自我复制，并且还发现在 一些病毒蛋白质的合成过程中，RNA可以在逆转录酶的作 用下合成DNA。
复 制
DNA
转录 逆转录
复 制
RNA
翻译 蛋白质
整个DNA分子中都是由基因. 构成的吗？
2
基因与DNA和染色体以及脱氧核苷酸间的关系
基因1
非 编 码 区
基因2
编 码
区
染色体
非 编 码 区
.
3
1、染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的关系：
1条染色体
通常 含有
第七章基因结构与表达分析的基本策略ppthylogen
of the details of the control and transfer of genetic
information.
第七章基因结构与表达分析的基本策 略ppthylogen
2.中心法则提出（Crick，1958）
Crick,1916-2004
Central Dogma
第七章基因结构与表达分析的基本策 略ppthylogen
（一）双脱氧链末端终止法※ (Sanger ,1977)
（二）化学裂解法 (Maxam ＆Gilbert ,1977 )
（三）DNA自动化序列分析
第七章基因结构与表达分析的基本策 略ppthylogen
DNA测序技术基础：
● 高分辨率变性聚丙烯酰胺 凝胶电泳（polyacrylamide gel electrophoresis, PAGE）技术
Presentation Speech by Professor A. Engström
Dr. Francis Crick, Dr. James Watson, Your
discovery of the molecular structure of the
deoxyribonucleic acid, the substance carrying the
从DNA到蛋白质，通过转录 和翻译，用基因的遗传信息在 细胞内合成有功能意义的各种 蛋白质。
第七章基因结构与表达分析的基本策 略ppthylogen
4.基因结构与表达分析技术：
DNA RNA
DNA序列分析※ Southern blot ※ FISH
Northern blot ※ Real -time RT –PCR ※ 基因芯片
(一）双脱氧链末端终止法
基因结构与表达分析的基本策略课件
分子生物学的三大核心技术
DNA序列分析—DNA测序，1977 聚合酶链式反应—DNA扩增，1985 DNA重组技术—基因克隆，1973
基因结构与表达分析的基本策略课件
1
主要内容
一、DNA序列分析
二、核酸分子杂交 三、聚合酶链式反应 四、基因芯片和微阵列
五、 Western免疫印迹
基因结构与表达分析的基本策略课件
这一技术类似于用吸墨纸吸收纸张上的 墨迹，因此称之为“blotting”, 译为印迹 技术。
基因结构与表达分析的基本策略课件
32
探针技术
用放射性核素、生物素或荧光染料标 记其末端或全链的已知序列的多聚核苷酸 链被称为“探针”。
探针可以与固定在NC膜上的核苷酸结 合，判断是否有同源的核酸分子存在。
基因结构与表达分析的基本策略课件
The Nobel Prize in Chemistry 1993
基因结构与表达分析的基本策略课件
51
The replication of DNA
基因结构与表达分析的基本策略课件
52
原理：PCR是模拟天然DNA复制过 程，利用DNA 聚合酶催化一对引物 间特异DNA片段合成的体外扩增技 术。 其主要热循环过程为：变性、 退火、延伸三个步骤。
（一）PCR技术原理 （二）耐热DNA聚合酶 （三）PCR引物及设计原则 （四）PCR条件的优化 （五）PCR改进技术
（六）其它PCR技术 基因结构与表达分析的基本策略课件
50
（一）PCR技术原理
聚合酶链式反应(PCR) :
Mullis K. 1985年
发明的一种模拟天然
DNA复制过程的核酸
体外扩增技术。
基因结构与表达分析的基本策略课件
DNA序列分析—DNA测序，1977 聚合酶链式反应—DNA扩增，1985 DNA重组技术—基因克隆，1973
基因结构与表达分析的基本策略课件
1
主要内容
一、DNA序列分析
二、核酸分子杂交 三、聚合酶链式反应 四、基因芯片和微阵列
五、 Western免疫印迹
基因结构与表达分析的基本策略课件
这一技术类似于用吸墨纸吸收纸张上的 墨迹，因此称之为“blotting”, 译为印迹 技术。
基因结构与表达分析的基本策略课件
32
探针技术
用放射性核素、生物素或荧光染料标 记其末端或全链的已知序列的多聚核苷酸 链被称为“探针”。
探针可以与固定在NC膜上的核苷酸结 合，判断是否有同源的核酸分子存在。
基因结构与表达分析的基本策略课件
The Nobel Prize in Chemistry 1993
基因结构与表达分析的基本策略课件
51
The replication of DNA
基因结构与表达分析的基本策略课件
52
原理：PCR是模拟天然DNA复制过 程，利用DNA 聚合酶催化一对引物 间特异DNA片段合成的体外扩增技 术。 其主要热循环过程为：变性、 退火、延伸三个步骤。
（一）PCR技术原理 （二）耐热DNA聚合酶 （三）PCR引物及设计原则 （四）PCR条件的优化 （五）PCR改进技术
（六）其它PCR技术 基因结构与表达分析的基本策略课件
50
（一）PCR技术原理
聚合酶链式反应(PCR) :
Mullis K. 1985年
发明的一种模拟天然
DNA复制过程的核酸
体外扩增技术。
基因结构与表达分析的基本策略课件
基因的表达课件ppt
转录水平调控
基因表达首先经历转录水平的调控，即DNA转录成RNA的过程，这种调控可以控制RNA 的种类和数量。
翻译水平调控
转录完成后，RNA需要进行翻译，即RNA转变为蛋白质的过程，这种调控可以控制蛋白 质的种类和数量。
表观遗传调控
除了转录和翻译水平的调控外，基因表达还受到表观遗传调控的影响，这种调控可以通过 修饰DNA或RNA来影响基因的表达。
基因的分类
根据功能和结构，基因可分为编码基因和非编码基因。
基因表达的必要性
生物生长和发育
基因表达是生物生长和发育的基础，通过基因的表达，生物体会产生相应的蛋白 质，进而实现生物的生长发育。
环境应答
基因表达也是生物对环境应答的基础，生物体会根据环境的变化，通过基因的表 达来调整自身的状态。
基因表达的调控
某些基因的突变可以导致基因表达异常，进而引发疾病 ，如遗传性疾病、癌症等。
基因甲基化
DNA甲基化是调节基因表达的重要方式之一，当甲基化 异常时，基因表达也会受到影响，进而可能导致疾病发 生。
基因印记
基因印记是指来自父母双方的基因在表达上存在差异， 这种差异可能导致一些疾病的发生。
通过基因表达研究疾病分子机制
基因编辑技术
改进和优化CRISPR-Cas9等基因编辑技术，使其更加精准、高效、 安全。
未来可能的研究热点和挑战
跨学科融合
整合生物学、化学、物理学和计算机科学等多学科的前沿技术与方法，为基因表达研究提供新的视角和工具。
数据科学在基因表达研究中的应用
充分利用大数据和人工智能技术，挖掘基因表达数据的隐藏信息和规律。
以基因表达为靶点的药物开发
靶点
通过研究基因表达在疾病中的作用，科学家们可以找到新的药物靶点，这些 靶点可以是调控基因表达的分子或者是与基因表达相关的通路。
基因表达首先经历转录水平的调控，即DNA转录成RNA的过程，这种调控可以控制RNA 的种类和数量。
翻译水平调控
转录完成后，RNA需要进行翻译，即RNA转变为蛋白质的过程，这种调控可以控制蛋白 质的种类和数量。
表观遗传调控
除了转录和翻译水平的调控外，基因表达还受到表观遗传调控的影响，这种调控可以通过 修饰DNA或RNA来影响基因的表达。
基因的分类
根据功能和结构，基因可分为编码基因和非编码基因。
基因表达的必要性
生物生长和发育
基因表达是生物生长和发育的基础，通过基因的表达，生物体会产生相应的蛋白 质，进而实现生物的生长发育。
环境应答
基因表达也是生物对环境应答的基础，生物体会根据环境的变化，通过基因的表 达来调整自身的状态。
基因表达的调控
某些基因的突变可以导致基因表达异常，进而引发疾病 ，如遗传性疾病、癌症等。
基因甲基化
DNA甲基化是调节基因表达的重要方式之一，当甲基化 异常时，基因表达也会受到影响，进而可能导致疾病发 生。
基因印记
基因印记是指来自父母双方的基因在表达上存在差异， 这种差异可能导致一些疾病的发生。
通过基因表达研究疾病分子机制
基因编辑技术
改进和优化CRISPR-Cas9等基因编辑技术，使其更加精准、高效、 安全。
未来可能的研究热点和挑战
跨学科融合
整合生物学、化学、物理学和计算机科学等多学科的前沿技术与方法，为基因表达研究提供新的视角和工具。
数据科学在基因表达研究中的应用
充分利用大数据和人工智能技术，挖掘基因表达数据的隐藏信息和规律。
以基因表达为靶点的药物开发
靶点
通过研究基因表达在疾病中的作用，科学家们可以找到新的药物靶点，这些 靶点可以是调控基因表达的分子或者是与基因表达相关的通路。
基因表达教学课件ppt
翻译是将基因中的遗传信息转变成蛋白质的过程，是基因表达的重要环节之 一。
翻译的场所
翻译主要在细胞质的核糖体上进行，核糖体是由RNA和蛋白质组成的复合体 。
翻译的起始
起始密码子
翻译的起始信号是mRNA上的起始密码子，它与核糖体上的起始因子结合，起始 翻译过程。
起始因子的作用
起始因子与起始密码子结合后，可以促进核糖体与mRNA的结合，并启动翻译过 程。
02
基因表达研究在农业领域也得到了广泛应用，通过对植物和动物基因表达的研 究，可以更好地了解生长发育和适应环境的机制，提高生产效率。
03
基因表达研究在环境科学领域也扮演着重要的角色，通过对不同生物在相同环 境下的基因表达比较，可以更好地了解生物对环境的适应性，为环境保护提供 科学依据。
基因表达研究的发展趋势
02
基因表达的转录
转录的概述
01
02
03
定义
转录是指将DNA序列转 化为RNA序列的过程。
转录的酶
转录需要RNA聚合酶的 参与。
转录的场所
转录主要发生在细胞核内 。
转录的启动
启动子
转录的启动子是RNA聚合酶识别和结合DNA序列的位点。
转录起始复合物
启动子与RNA聚合酶结合形成转录起始复合物。
转录起始复合物的形成过程
基因表达谱
通过基因表达谱可以了解疾病状态下哪些基因在发生变化，从而 为疾病的诊断提供依据。
生物标志物
一些基因表达产物可以作为疾病的生物标志物，例如：前列腺癌 中的PSA基因。
疾病分型
基因表达数据可以用于疾病的分型，例如：肺癌可以分为鳞状细 胞癌、腺癌和小细胞肺癌。
基因表达异常与疾病的治疗
靶向治疗
翻译的场所
翻译主要在细胞质的核糖体上进行，核糖体是由RNA和蛋白质组成的复合体 。
翻译的起始
起始密码子
翻译的起始信号是mRNA上的起始密码子，它与核糖体上的起始因子结合，起始 翻译过程。
起始因子的作用
起始因子与起始密码子结合后，可以促进核糖体与mRNA的结合，并启动翻译过 程。
02
基因表达研究在农业领域也得到了广泛应用，通过对植物和动物基因表达的研 究，可以更好地了解生长发育和适应环境的机制，提高生产效率。
03
基因表达研究在环境科学领域也扮演着重要的角色，通过对不同生物在相同环 境下的基因表达比较，可以更好地了解生物对环境的适应性，为环境保护提供 科学依据。
基因表达研究的发展趋势
02
基因表达的转录
转录的概述
01
02
03
定义
转录是指将DNA序列转 化为RNA序列的过程。
转录的酶
转录需要RNA聚合酶的 参与。
转录的场所
转录主要发生在细胞核内 。
转录的启动
启动子
转录的启动子是RNA聚合酶识别和结合DNA序列的位点。
转录起始复合物
启动子与RNA聚合酶结合形成转录起始复合物。
转录起始复合物的形成过程
基因表达谱
通过基因表达谱可以了解疾病状态下哪些基因在发生变化，从而 为疾病的诊断提供依据。
生物标志物
一些基因表达产物可以作为疾病的生物标志物，例如：前列腺癌 中的PSA基因。
疾病分型
基因表达数据可以用于疾病的分型，例如：肺癌可以分为鳞状细 胞癌、腺癌和小细胞肺癌。
基因表达异常与疾病的治疗
靶向治疗
必修2：基因的表达中图版ppt课件
A A T C AA T AG
G
A A T C AA T AG
RNA 聚合酶
G
A A T C AA T AG UU
G
A A T C AA T AG U UA G
G
A A T C AA T AG U UA G U
G
A A T C AA T AG U UA G UU
G
A A T C AA T AG U UA G UU A
亮氨酸
肽键
天门冬 氨酸
异亮氨酸
CU A UAG U U A G AU AUC
亮氨酸
天门冬 氨酸
异亮氨酸
UAG U U A G AU AUC
U U A G AU AUC
转录、翻译与DNA复制的比较
模板
原料
产物
酶
碱基互补
DNA复制 DNA DNA
转录 DNA RNA
亲代DNA 的两条链
游离的脱 氧核苷酸
G
A A T C AA T AG U UA G UU AU
G
A A T C AA T AG U UA G UU AUC
G
A A T C AA T AG U UA G UU AUC
mRNA
G
细胞核
A A T C AA T AG U U A GAU AUC
mRNA
核孔
细胞质
2翻译——以信使RNA为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白 质的过程。翻译是在细胞质中进行的
细胞质
U U A G AU AUC mRNA
核糖体
U U A G AU AUC
亮氨酸
A AU U U A G AU AUC
亮氨酸
天门冬 氨酸
G
A A T C AA T AG
RNA 聚合酶
G
A A T C AA T AG UU
G
A A T C AA T AG U UA G
G
A A T C AA T AG U UA G U
G
A A T C AA T AG U UA G UU
G
A A T C AA T AG U UA G UU A
亮氨酸
肽键
天门冬 氨酸
异亮氨酸
CU A UAG U U A G AU AUC
亮氨酸
天门冬 氨酸
异亮氨酸
UAG U U A G AU AUC
U U A G AU AUC
转录、翻译与DNA复制的比较
模板
原料
产物
酶
碱基互补
DNA复制 DNA DNA
转录 DNA RNA
亲代DNA 的两条链
游离的脱 氧核苷酸
G
A A T C AA T AG U UA G UU AU
G
A A T C AA T AG U UA G UU AUC
G
A A T C AA T AG U UA G UU AUC
mRNA
G
细胞核
A A T C AA T AG U U A GAU AUC
mRNA
核孔
细胞质
2翻译——以信使RNA为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白 质的过程。翻译是在细胞质中进行的
细胞质
U U A G AU AUC mRNA
核糖体
U U A G AU AUC
亮氨酸
A AU U U A G AU AUC
亮氨酸
天门冬 氨酸
最新基因结构与表达分析的基本策略
ddTTP dTTP
A G CT
12
2. DNA测序主要步骤
13
G反应管 T反应管
A反应管
C反应管
14
15
GATC
16
测序步骤
● 单链DNA模板的制备 ● DNA模板与测序引物退火 ● 掺入法标记反应 ● 延伸-终止反应 ● 变性聚丙烯酰胺凝胶电泳 ● 放射自显影 ● 阅读测序结果
17
（二）DNA测序自动化原理 采用4种不同的荧光分别标记4
3638 2604
18S
623
3kb 0.4 kb
RNA琼脂糖凝胶电泳 Northern blot hybridization
DNA合成反应中，ddNTP不存在 3′-OH末端，故不能与下一个核苷酸 的5′-磷酸基团形成3′，5′-磷酸二 酯键，导致DNA新链的延伸提前终止于 ddNTP 。
11
4
7
11
5′ T A C G C T G A A T G A 3′
ddATP ddGTP dGTP dCTP
ddCTP dATP
利用各种物理方法使电泳胶中的生物 大分子转移到NC等各种膜上，使之成为 固相化分子。
这一技术类似于用吸墨纸吸收纸张上的 墨迹，因此称之为“blotting”, 译为印迹 技术。
33
探针技术
用放射性核素、生物素或荧光染料标 记其末端或全链的已知序列的多聚核苷酸 链被称为“探针”。
探针可以与固定在NC膜上的核苷酸结 合，判断是否有同源的核酸分子存在。
（三）化学降解法
与末端终止法不同，化学 降解法是建立在对原有DNA的 化学降解过程基础上。
24
化学降解法原理
将待测DNA片段3′或5′端进行同位素 标记，标记的DNA片段分成五个反应，分别 用不同的化学试剂处理，造成碱基特异性 切割，使DNA片段分别于某一种（类）碱基 处断裂。电泳分离5组DNA混合物，放射自 显影检测末端标记的DNA链的电泳区带位置。
基因表达系统及技术PPT课件
可编辑课件
10
3、乳酸菌基因表达系统（Gene
Expression system in Lactic Acid Bacteria）
1）特点：
乳酸菌指发酵糖类主要产物为乳酸的一类无芽 孢、革兰氏染色阳性细菌的总称。
大多数不运动，少数以周毛运动。
菌体常排列成链。
在其发酵产物中只有乳酸的称为同型乳酸发酵， 而产物中除乳酸外还有较多乙酸、乙醇、CO ２等物质的称为异型乳酸发酵。
1、功能性基因必须源于同种菌或公认的安全 的食品级微生物；
2、载体必须是食品级的，不得含有非食品级 的功能性DNA 片段；
3、选择性标记不得选用各种抗生素抗性标记。 应选用食品级的标记基因，如糖类利用标记、 营养缺陷型标记等；
4、宿主菌的遗传特性清楚且稳定，具有足够
的安全性，应选用适当的分子生物学方法如
蛋白酶
可编辑课件
8
球形芽孢杆菌Bacillus sphaericus 灭蚊毒素蛋白
嗜热芽孢杆菌Bacillus stearothermophilus 高温-淀粉酶
苏云金芽孢杆菌Bacillus thuringiensis 杀虫晶体蛋白
耐碱的芽孢杆菌Bacillus alcalophilic 碱性蛋白酶
（Gene Expression system in Streptomyces ）
1）特点
大多数来自于土壤
能形成孢子的革兰氏阳性菌
有复杂的形态（以无中隔分
枝菌丝方式生长）和生理生
命周期
产生多种次级代谢产物
基因组是大肠杆菌的两倍，
GC含量高，平均为74%
可编辑课件
22
2）链霉菌的载体 （1）高拷贝载体
可编辑课件
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（二）化学裂解法
与末端终止法不同，化学 降解法是建立在对原有DNA的 化学降解过程基础上。
23
1.化学裂解法原理
将待测DNA片段3′或5′端进行 同位素标记，标记的DNA片段分成四 个反应，分别用不同的化学试剂处 理，造成碱基特异性切割，使DNA片 段分别于某一种碱基处断裂。
24
化学降解G反应模式图
42
2．酶保护分析法 （ ，）
43
基本程序：
●待测的分离 ●体外转录标记探针 ●待测与探针进行液相杂交 ● 酶消化 ●不同大小杂交片段凝胶电泳分离
44
3.抑制消减杂交原理 （ ，）
以杂交为基础，并与技术结 合的消减杂交方法。
应用：差异表达新基因的筛选与克隆。
45
原理
46
(Ⅲ) 基因芯片和微阵列
37
应用举例
Nt
28S
3638 2604
18S
623
琼脂糖凝胶电泳
3kb 0.4 kb
38
0d 2d 4d 6d 8d 靶
GAPDH
杂交分析的表达
39
三、其他杂交技术
(一)斑点杂交 ( ）:
将或变性后直接点 样于硝酸纤维素膜或尼 龙膜上，用于基因组中 特定基因及其表达的定 性及定量研究。
●● ● ● ●●
47
● 基因芯片上的阵列是由有规则排列的或寡核苷酸等样本 所组成的 。
● 基因表达高通量分析法。
48
微阵列： ● 微阵列（ ） ● 寡核苷酸微阵列（）
49
微阵列: 在一微小的基片（硅片等）
表面集成了大量分子识别探针， 能够平行分析大量基因转录表 达，因此又被称为芯片。
50
基因表达谱芯片主要技术流程：
掺入ddNTP
末端终止部位
DNA单链模板
17
2. 测序主要步骤
● 单链DNA模板的制备
● DNA模板与测序引物退火 ● 掺入法标记反应 ● 延伸-终止反应
● 变性聚丙烯酰胺凝胶电泳 ● 放射自显影 ● 阅读测序结果
18
测序步骤
19
20
G反G应反管应管
A反应管
T反应管
C反应管 21
GATC
22
样品荧光标记 芯片制备 芯片杂交 芯片洗涤和扫描 扫描图像分析
51 102
核酸杂交技术和微阵列芯片
标记
克隆
杂交、显影
高密度
阵列()
微阵列( )
52 103
基因表达谱芯片的原理
二种样品竞争性杂交示意图
样品1 样品2
A B C
A B C
提取
A
A
B
B
C
C
5-标记
A
A
B
B
C
C
3-标记
53荧光标记
A B C
•竞争性杂交显示 •基因表达量差异
53 104
基因表达谱芯片研究应用思路
生物学问题提出，表达基因分析， 样本分类与实验预测
.实验设计 基因芯片实验 图象分析 结果标准化
54 105
某些基因表达异常或存在差异 生物学确证和解释分析
32
33
一、印迹杂交 ()
将电泳分离的待测片段结合 到一定的固相支持物上，然后与 存在于液相中标记的核酸探针进 行杂交的过程。
34
Southern Blotting
Paper Towels
1 35
Agarose Gel Electrophoresis
_
+
3
36
二、印迹杂交 ()
指将变性及电泳分离后，并 转移到固相支持物上，用杂交反 应来鉴定其中特定分子的含量及 其大小。
28
2. 自动测序结果
29
(Ⅱ)核酸分子杂交
30
核酸分子杂交技术的建立
● 细胞原位杂交 （ ， 1969) ● 印迹杂交※: 检测 （ ，1975） ● 印迹杂交※: 检测 （ ，1977）
31
核酸分子杂交原理
标记的单链核酸探针与待检测的 靶单链或局部互补结合形成杂交双链。
应用：核酸靶或序列的定性与定 量分析。
硫酸二甲酯
哌啶
25
（三）测序自动化原理 采用4种不同的荧光分别标
记4种终止反应产物，替代放 射性同位素标记是实现测序自 动化的基础。
26
1. 自动测序步骤：
4种带有不同荧光染料标 记的终止物
测序反应
反应产物毛细管电泳分离
27
激光激发不同大小片段上的 荧光分子，发射出四种不同 波长的荧光
荧光信号采集、计算机 分析与自动排序。
()
13
、和的结构
ATP
dATP ddATP
14
DNA合成反应
掺入N个核苷酸
掺入N+1个核苷酸
15
1. 双脱氧末端终止法原理
DNA合成反应中，ddNTP不存 在3′-OH末端，故不能与下一个 核苷酸的5′-P端形成3′，5′磷酸二酯键，导致DNA新链的延伸 提前终止于ddNTP 。
16
引物 延伸的新合成链
● 高分辨率变性聚丙烯酰胺 凝胶电泳（polyacrylamide gel electrophoresis, PAGE）技术
● PAGE能分离长度为300500个碱基,差别仅1个碱基的单 链寡核苷酸DNA片段。
11
共同分享化学奖(1979)
(, ＆, )
12
(一）双脱氧链末端终止法 （）
以合成 反应为基础。
蛋白质
Western blot※ 蛋白质芯片
8
讲授内容：
(Ⅰ)序列分析※ (Ⅱ)核酸分子杂交※
(Ⅲ) 基因芯片和微阵列
(Ⅳ) 免疫印迹※
(Ⅴ) 聚合酶链式反应※
9
一、序列分析
（一）双脱氧链末端终止法※ ( ,1977)
（二）化学裂解法 ( ＆ ,Biblioteka 977 )（三）自动化序列分析
10
测序技术基础：
40
（二）原位杂交 （）
用标记的核酸探针与组织切 片或细胞中的待测核酸互补序列 杂交，可对核酸进行定性、定位 和相对定量分析。
41
（三）液相杂交 ()
1．核酸酶S1 保护分析法 ( S1 ） 单链探针与待测形成杂交双链，加入核酸酶S1专一性地降解 未形成杂交体的或单链，杂交双链则受到保护而不被降解。
章
基因结构与表达分析的基本策略
1
概论
1. 双螺旋结构发现 （ ＆,1953）
1962
2
A. öm
. ,. , , ,
.
.
,
.
3
2.中心法则提出（，1958）
,1916-2004
Central Dogma 4
反转录机制阐明（ 1970 ）
补充的中心法则
5
中心法则： 代表了大多数 生物遗传信息贮存和表达 的规律，奠定了从分子水 平研究生命科学关键问题 的理论基础。
6
3.基因表达（gene expression）：
从DNA到蛋白质，通过转录 和翻译，用基因的遗传信息在 细胞内合成有功能意义的各种 蛋白质。
7
4.基因结构与表达分析技术：
DNA RNA
DNA序列分析※ Southern blot ※ FISH
Northern blot ※ Real -time RT –PCR ※ 基因芯片