23基因工程载体人工染色体载体XXXX09.pptx
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《基因工程的载体》课件
04
人工染色体载体
人工染色体的概念与特性
人工染色体
指通过基因工程技术构建的染色 体，具有与天然染色体相似的结 构和功能。
特性
具有高容量、可定制、可调控等 特性，能够承载和表达大量的外 源基因，为基因治疗、基因组编 辑等领域提供有力支持。
人工染色体载体的构建
构建方法
通过同源重组、酵母人工染色体技术等方法，将天然染色体或其片段进行改造 和扩增，形成人工染色体载体。
目的基因与质粒载体的连接
将重组质粒导入受体细胞中，通过筛 选和鉴定获得阳性克隆。
质粒载体的选择
根据目的基因的性质和表达要求，选 择合适的质粒载体。
重组质粒的转化
通过限制性内切酶和DNA连接酶将 目的基因插入质粒载体中，形成重组 质粒。
质粒载体的应用
基因克隆与表达
质粒载体是基因克隆和表达的重要工具，可以将目的基因在受体细胞中高效表达。
基因组结构
复制方式
噬菌体的基因组通常较小，易于 操作和改造。
噬菌体通过复制和组装在宿主细 胞内产生子代，能够高效地将外 源基因整合到宿主基因组中。
噬菌体载体的构建
01
02
03
基因克隆技术
利用基因克隆技术将外源 基因插入到噬菌体基因组 中，构建成噬菌体载体。
基因敲除或敲入
通过基因敲除或敲入技术 ，对噬菌体基因组进行改 造，以实现外源基因的表 达或调控。
基因功能研究
人工染色体载体可用于构建基因表达谱和基因敲除细胞系 ，有助于深入研究和了解基因的功能和作用机制。
05
基因工程载体的未来发展
基因工程载体的改进方向
提高载体稳定性
通过优化载体结构，降 低载体在细胞内复制过 程中的突变率，提高基
基因工程载体人工染色体载体
图示人工染色体载体的构建过 程
人工染色体载体的构建过程包括三个主要步骤：设计基因序列，合成基因序 列，和将基因序列导入载体中。这个过程要求高度精确的操作和技术。
人工染色体在基因工程研究中 的应用
人工染色体载体在基因工程研究中具有广泛的应用。它们被用于基因治疗、 基因表达、基因调控等各个领域，可以更好地研究基因的功能和机制。
人工染色体载体优势与不足分析
优势
具有较大的基因组容量，可以携带更多的基因信息。可以更好地研究复杂的基因功能。
不足
构建和维护人工染色体载体需要高度专业的技术和设备。传递人工染色体载体进入细胞也面 临一定的挑战。
人工染色体技术发展前景展望
人工染色体技术在基因工程研究中具有巨大的潜力。随着技术的不断发展，基因工程领域将能够更好地利用人 工染色体来解决一些重大的科学和医学问题。
基因工程载体人工染色体 载体
基因工程载体人工染色体载体是在基因工程研究中广泛使用的技术。它可以 被用来携带和传递人工设计的基因，扩大基因组容量，进一步研究基因功能 和调控。
基因工程载体人工染色体载体 使用概述
基因工程载体人工染色体载体是一种用于携带和传递人工设计的基因的工具。 它具有较大的基因组容量，可以扩展基因载体的功能和灵活性。
人工染色体在生命科学中的重 要贡献
人工染色体载体的出现和应用对于生命科学研究具有重要的意义。它们为我 们深入了解基因组和生命的本质提供了无限的可能。
总结与研究展望
基因工程载体人工染色体载体是一项前沿且具有潜力的技术。通过不断的研 究和创新，我们将能够进一步挖掘
人工染色体载体PPT课件
筛选第一受体的克隆子，一般采用抗菌素 抗性选择标记；
筛选第二受体的克隆子，常用与受体互补 的营养缺陷型。
人工染色体克隆载体的特点： 能容纳长达1000 kb甚至3000 kb的外源
DNA片段。
人工酵母染色体克隆载体的构建
YAC(酵母人工染色体)克隆载体是最早构建 成功的人工染色体克隆载体。
将酵母染色体DNA的端粒(TEL)、DNA复制 起点 (ARS)和着丝粒(CEN)以及必要的选择标记 (HISA4和TRPl)基因序列克隆到大肠杆菌质粒 pBR322中，构建成YCA克隆载体。
二、YAC载体的工作原理
ARS1
TRP1
EcoRI
CEN4
EcoRI
EcoRI EcoRI
Apr
pYAC4
URA3 BamHI
ori
TEL BamHI TEL
重组酵母染色体
连 接
转化酵母菌
03.01.2024
37
（红色，赤红色）
此克隆载体的sup4(抑制基因：抑制赭色 表型 )基因上，组装了供插入外源DNA片段 的克隆位。
③一个自主复制序列(ARS1)；
④两个来自嗜热四膜虫
(Tetrahymenna thermophilp)的末
端重复序列(TEL)，以保持重组
•03.01.2Y02A4 C为线状结构；
•39
⑤在两个末端序列中间，有 一段填充序列(HIS3)，以 便pYAC4在细菌细胞中稳 定扩增；
⑥Amp抗性及细菌质粒复制 原点；
常用的YAC克隆载体有3种：
pYAC3、pYAC4和pYAC5。
差别： 在sup4基因上的克隆位点不同，分别是
SnaBI、EcoRI和NotI。
基因工程载体-人工染色体载体
基因工程载体-人工染色 体载体
介绍基因工程载体的概念和定义，探讨人工染色体载体在基因工程领域的作 用与意义。
基因工程载体的种类和分类
质粒
常见、易构建和操控的载体，用于携带目标基因并在细胞中复制和表达。
噬菌体
寄生于细菌的病毒，通过感染细菌转导目标基因。
人工染色体
模拟自然染色体结构的人工合成 DNA 分子，能够携带更多和更复杂的基因。
大容量
能够携带更多和更复杂的基因， 提供更多的表达空间。
稳定性
较高的稳定性，减少基因丢失或 变异的风险。
人工染色体载体在基因工程领域的应用
1
基因治疗
将基因修复或替代病人体内缺陷基因，治疗遗传性疾病。
2
合成生物学
构建复杂的合成生物学系统，如合成生物学传感器和人工代谢途径。
3
功能基因组学
研究基因在生物体内的功能与相互作用，揭示基因底物和调控网络。
人工染色体载体的挑战和未来发展方 向
1 复杂性
设计、构建和操作复杂的人工染色体载体仍然存在挑战。
2 稳定性
提高人工染色体的稳定性，减少丢失和变异的可能性。
3 功能扩展
进一步扩展人工染色体的功能，提升表达效率和适用范围。基因工程源自体的选择和设计原则1 目标基因
根据所需表达的基因选择适合的载体，考虑载体的容量和复制机制。
2 宿主细胞
选择合适的宿主细胞，考虑宿主细胞特性和表达效率。
3 载体稳定性
选择稳定的载体，避免丢失或变异，以确保基因的持续表达。
人工染色体载体的结构和特点
复杂结构
包含多个功能模块，模拟自然染 色体的结构。
介绍基因工程载体的概念和定义，探讨人工染色体载体在基因工程领域的作 用与意义。
基因工程载体的种类和分类
质粒
常见、易构建和操控的载体，用于携带目标基因并在细胞中复制和表达。
噬菌体
寄生于细菌的病毒，通过感染细菌转导目标基因。
人工染色体
模拟自然染色体结构的人工合成 DNA 分子，能够携带更多和更复杂的基因。
大容量
能够携带更多和更复杂的基因， 提供更多的表达空间。
稳定性
较高的稳定性，减少基因丢失或 变异的风险。
人工染色体载体在基因工程领域的应用
1
基因治疗
将基因修复或替代病人体内缺陷基因，治疗遗传性疾病。
2
合成生物学
构建复杂的合成生物学系统，如合成生物学传感器和人工代谢途径。
3
功能基因组学
研究基因在生物体内的功能与相互作用，揭示基因底物和调控网络。
人工染色体载体的挑战和未来发展方 向
1 复杂性
设计、构建和操作复杂的人工染色体载体仍然存在挑战。
2 稳定性
提高人工染色体的稳定性，减少丢失和变异的可能性。
3 功能扩展
进一步扩展人工染色体的功能，提升表达效率和适用范围。基因工程源自体的选择和设计原则1 目标基因
根据所需表达的基因选择适合的载体，考虑载体的容量和复制机制。
2 宿主细胞
选择合适的宿主细胞，考虑宿主细胞特性和表达效率。
3 载体稳定性
选择稳定的载体，避免丢失或变异，以确保基因的持续表达。
人工染色体载体的结构和特点
复杂结构
包含多个功能模块，模拟自然染 色体的结构。
人工染色体载体PPT课件
人工染色体载体PPT 课件
目录
• 人工染色体载体概述 • 人工染色体载体的构建 • 人工染色体载体的功能与特性 • 人工染色体载体的应用实例 • 人工染色体载体的未来展望
01
人工染色体载体概述
定义与特点
定义
人工染色体载体是一种通过生物 技术手段构建的染色体，用于基 因治疗、基因克隆和基因组编辑 等领域。
特点
具有可调控的复制子、可选择的 标记基因、可变化的染色体长度 和结构等。
人工染色体载体的应用领域
01
02
03
基因治疗
用于将正常基因导入病变 细胞，替代缺陷基因，治 疗遗传性疾病和癌症等疾 组学和转录组学 研究。
基因组编辑
用于对细胞或生物体的基 因组进行定点、定向的改 造和修饰。
挑战
人工染色体载体的构建和改造需 要较高的技术要求，同时需要解 决基因表达的效率和特异性问题
。
人工染色体载体在基因克隆中的应用
01
基因克隆
人工染色体载体可以用于克隆和保存珍贵的基支持。
02
优势
人工染色体载体具有大容量和高稳定性，能够容纳大型基因组片段，保
拓展应用范围
探索人工染色体在农业、工业和医 学等领域的应用，开发更多具有实 用价值的基因工程产品。
人工染色体载体在其他领域的应用拓展
生物制药
利用人工染色体载体将药物基因导入细胞，实现药物的定点、定 量和定时释放，提高药物的疗效和降低副作用。
生物能源
将人工染色体载体用于基因工程微生物的改造，提高微生物的产氢 、产乙醇等生物能源的产量和效率。
持基因组的完整性。
03
挑战
人工染色体载体的构建需要克服技术难题，如大片段DNA的获取、组
目录
• 人工染色体载体概述 • 人工染色体载体的构建 • 人工染色体载体的功能与特性 • 人工染色体载体的应用实例 • 人工染色体载体的未来展望
01
人工染色体载体概述
定义与特点
定义
人工染色体载体是一种通过生物 技术手段构建的染色体，用于基 因治疗、基因克隆和基因组编辑 等领域。
特点
具有可调控的复制子、可选择的 标记基因、可变化的染色体长度 和结构等。
人工染色体载体的应用领域
01
02
03
基因治疗
用于将正常基因导入病变 细胞，替代缺陷基因，治 疗遗传性疾病和癌症等疾 组学和转录组学 研究。
基因组编辑
用于对细胞或生物体的基 因组进行定点、定向的改 造和修饰。
挑战
人工染色体载体的构建和改造需 要较高的技术要求，同时需要解 决基因表达的效率和特异性问题
。
人工染色体载体在基因克隆中的应用
01
基因克隆
人工染色体载体可以用于克隆和保存珍贵的基支持。
02
优势
人工染色体载体具有大容量和高稳定性，能够容纳大型基因组片段，保
拓展应用范围
探索人工染色体在农业、工业和医 学等领域的应用，开发更多具有实 用价值的基因工程产品。
人工染色体载体在其他领域的应用拓展
生物制药
利用人工染色体载体将药物基因导入细胞，实现药物的定点、定 量和定时释放，提高药物的疗效和降低副作用。
生物能源
将人工染色体载体用于基因工程微生物的改造，提高微生物的产氢 、产乙醇等生物能源的产量和效率。
持基因组的完整性。
03
挑战
人工染色体载体的构建需要克服技术难题，如大片段DNA的获取、组
基因工程载体人工染色体载体XX09
PPT文档演模板
基因工程载体人工染色体载体XX09
• T-DNA区域内的所有基因与转移无关，所 以 将 致 瘤 基 因 全 部 缺 失 即 卸 甲 (disarmed) 后，将细菌抗生素的抗性基因或其它序列 插入到这个区域，形成的T-DNA仍可将RB 至LB内的序列转移并整合到植物基因组。
• Vir区的毒性基因是T-DNA转移所必需的， 毒 性 基 因 可 以 顺 式 及 反 式 两 种 方 式 控 制 TDNA转移。
•◆ YAC可以接受100-1000 kb的外源DNA片 段，这一特点使YAC成为人类基因组计划及 图位克隆分离基因的重要工具，并促进了发 展人类人工染色体(human artificial chromosome，HAC)的研究。
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基因工程载体人工染色体载体XX09
•YAC载体
•正常酵母人工染色体含有： •* 四膜虫端粒（tel) •* 酵母自主复制序列 （ARS) •* 酵母着丝点 (CEN) •* 酵母的选择标记 (TRP1、 URA1)
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基因工程载体人工染色体载体XX09
1） Disarmed Ti vectors
• 去除T-DNA中 的肿瘤基因
• 在T-DNA中插 入用于转化植 株筛选的遗传 标记基因
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基因工程载体人工染色体载体XX09
Intermediate vectors
• A small portion of T-DNA was subcloned in a conventional E.coli plasmid vector (i.e. pBR322) for easy manipulation, producing intermediate vectors
《分子生物学载体》PPT课件
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2.3.2 M13 噬菌体
寄主：大肠杆菌。 DNA长度：6407 bp。 外型: 丝状 组成: 由外壳包装蛋白和正链DNA组成 基因: 至少有10个基因
DNA提纯：RF dsDNA在寄主细胞内以高拷贝 形式存在。 成熟的噬菌体里只包装有 +DNA， 也容易提取。
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5-溴-4-氯-3-吲哚-β-D-半乳糖
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异丙基-β-D-硫代半乳糖苷
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2 噬菌体载体
2.1 噬菌体的一般特性 • 噬菌体（Bacteriophage）噬菌体是一类细 菌病毒，能高效率高特异性地侵染宿主细胞， 然后或自主复制繁殖，或整合入宿主基因组 中潜伏起来，而且在一定的条件下上述两种 状态还会相互转化。
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• 测序质粒 含有测序通用引物互补序列和 多酶接头polylinker
• 整合质粒 装有整合促进基因及整合特异 序列，便于外源基因的整合。
• 穿梭质粒 装有针对两种不同受体的复制 子，便于基因能在两种不同的受体细胞中 复制。
• 探针质粒 筛选克隆或寻找基因元件。
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如何阅读质粒图谱
物。
（2）低拷贝数的质粒载体 不适合大量扩增DNA用。 但有特殊用途。
（3）温控的质粒载体（runaway plasmid vectors） 这是一类温度敏感型复制控制质粒。
温度低（低于37 ℃），拷贝数很少； 温度增加（>40 ℃）时，拷贝数会很快增加到 1000个以上。
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Structure of a bacterial artificial chromosome (BAC), used for cloning large fragments of donor DNA. CMR is a selectable marker for chloramphenicol resistance. oriS, repE, parA, and parB are F genes for replication and regulation of copy number. cosN is the cos site from l phage. HindIII and BamHI are cloning sites at which foreign DNA is inserted. The two promoters are for transcribing the inserted fragment. The NotI sites are used for cutting out the inserted fragment.
• T-DNA区域内的所有基因与转移无关，所 以将致瘤基因全部缺失即卸甲(disarmed) 后，将细菌抗生素的抗性基因或其它序列 插入到这个区域，形成的T-DNA仍可将RB 至LB内的序列转移并整合到植物基因组。
• Vir区的毒性基因是T-DNA转移所必需的， 毒性基因可以顺式及反式两种方式控制TDNA转移。
YAC的组成结构
（1）着丝粒区（CEN）
酵母染色体着丝粒区的保守序列: 由三个区组成
I
A
A
GTCACGTG
II 78-86bp
III
T TGTTTCTGNTTTCCGAAA
（2）端粒（TEL） 两个端粒序列Tel。 酵母端粒保守序列是(G4T2)n 重复序列。
（3）复制起点（ORI）
约100bp的自主复制序列（ARS）。 （真核生物中只有酵母菌有ARS）
植物Ti质粒载体
（1）T-DNA区（transferred-DNA regions） T-DNA是农杆菌侵染植物细胞时，从Ti质粒 上导入植物细胞的一段DNA。
➢T-DNA两端各有一段25bp的重复序列(LB, RB)。 T-DNA携带的致瘤基因是一些与激素合成有关的基 因，由于激素合成基因使细胞处于不停的分裂状态， 形成冠瘿瘤，不能进行细胞分化。 ➢Ti质粒改造后才能应用于植物的基因工程。 保留 T-DNA两端的末端序列，然后用外源DNA插入或直 接取代野生型T-DNA的部分基因，使转化的植物细 胞不具有成瘤能力。
3、PAC载体
二、植物载体
Plant cloning vectors
• Ti质粒:侵染广泛的双子叶植物 • T-DNA或T-区(T-region)：约20kb，包含专化冠瘿碱生
化合成和冠瘿瘤生长的基因，随机地整合到植物染色体上。 • 结构特点：两端具有25个碱基对的顺向重复序列，但重复
不是完全的。25个碱基对的序列称为T-DNA的边界序列 (T-DNA border sequence)。去除右边界序列，将使TDNA失去转移和整合的功能；左边界的缺失，对致瘤性 无明显影响。 • 毒性区域即vir(virulence)区域:引起T-DNA转移的区域。 长度约35kb，和T-DNA处于不同位置
◆ BAC载体是基于细菌的性因子(F因子)质粒的 一些特点构建的。F因子在细菌接合时转移1Mb 的细菌染色体片段。将F因子经基因工程改良构 成的BAC载体，可用于克隆100 kb以上的DNA 片段。 ◆带有外源片段的BAC载体在细菌细胞中通常 仅单个拷贝，这一特点有利于保持DNA大分子， 在细胞内稳定复制而不发生重组。BAC载体本 身分子量小，具有氯霉素抗性选择基因及多克 隆位点。
1、酵母人工染色体 （yeast artificial chromosome, YAC)
酵母人工染色体（yeast artificial chromosome，YAC）
◆酵母人工染色体是另一类酵母穿梭载体。 具有自主复制序列、克隆位点以及可在细菌 和酵母菌中选择的标记基因。
◆ YAC可以接受100-1000 kb的外源DNA片段， 这一特点使YAC成为人类基因组计划及图位 克隆分离基因的重要工具，并促进了发展人 类人工染色体(human artificial chromosome， HAC)的研究。
第三节 其他载体
2012.09
其他载体
• 一、人工染色体 • 二、植物基因工程载体 • 三、动物基因工程载体
一、人工染色体
人基因组十分庞大，约（ yeast artificial chromosome,YAC）载体 应运而生。YAC含有酵母染色体端粒（ telesome）、着丝点(centromere)及复 制起点等功能序列，可插入长度达200500kb的外源DNA，导入酵母细胞可以 随细胞分裂周期复制繁殖供作克隆，成 为人基因组研究计划的重要
（2）Vir区（virolence region）
（4）克隆位点
位于 SUP4 基因内部。
插入失活选择：
SUP4酶失活的酵 母菌落呈红色； 不失活的菌落是白 色。
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2、细菌人工染色体（Bacterial artificial chromosome,BAC）
细菌人工染色体（bacterial artificial chromosome，BAC）
YAC载体
正常酵母人工染色体含有： * 四膜虫端粒（tel) * 酵母自主复制序列（ ARS) * 酵母着丝点 (CEN) * 酵母的选择标记 (TRP1、 URA1)
The functional elements of a yeast chromosome
the capacity to clone large exogenous DNA fragments (up to 2 Mb) has made YACs a vital tool in ical mapping