同源重组的应用专题讲义

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小鼠基因敲除实验
◆基因敲出实际操作简要 步骤：
1、克隆目的基因及其两侧 的DNA序列。
2、通过插入抗性基因或者 DNA缺失，对克隆的目 的基因进行体外遗传改 造，使克隆的目的基因 失活。
3、将经体外改造失活的目 的基因引入受体细胞， 使之与野生型基因进行 同源重组。
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基因敲进和敲进
◆基因敲除（knock out of gene）:是基因打靶技术的一种，指外 源DNA与受体细胞基因组中序列相同或相近的基因发生同源重 组，从而代替受体细胞基因组中的相同或相似的基因序列，整 合入受体细胞的基因组中。
◆基因敲进（knock in of gene）：利用基因同源重组，将外源有 功能的基因转入基因组中不存在或已失活的细胞中与其基因组 中同源序列进行同源重组，在细胞内获得表达，这一技术称为 基因敲进。
同源重组的应用专题讲 义
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2020年4月10日星期五
同源重组概述
同源重组（homologous recombination） ◆即一般重组，是染色体之间进行遗传信息的方式之一，几乎所
有生物都发生同源重组。
◆如真核生物减数分裂中染色体的交换，细菌结合、转化、普遍 性转导的遗传重组都属于同源重组。
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③ 用于药物筛选的动物模型
◆动物模型的意义和优越性 ： （一）避免了在人身上进行实验所带来的风险 。 （二）临床上平时不易见到的疾病可用动物随时复制出来。 （三）可以克服人类某些疾病潜伏期长，病程长和发病率低的缺
点。 （四）可以严格控制实验条件，增强实验材料的可比性 。 （五）可以简化实验操作和样品收集 。 （六）有助于更全面地认识疾病的本质。
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③ 用于药物筛选的动物模型
◆用于药物筛选的动物模型例如： 帕金森病动物模型，用于药物筛选。 建立抗丙型肝炎病毒药物筛选的动物模型。 精神分裂症动物模型及其药物筛选。 高尿酸血症动物模型的建立及抗痛风中药的筛选。 ◆要求： （一）相似性 （二）重复性 （三）可靠性 （四）适用性和可控性 （五）易行性和经济性。
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④ 转基因动物可作为“生物反应器”生产药物 。
◆转基因动物生产药物不仅开辟了制药业的新纪元，而且它也是 转基因动物研究最活跃的领域。
◆基因工程药物3 个阶段: 1、细菌基因工程，即把目的基因通过适当的改建导入大肠杆 菌中，再通过细菌等原核微生物表达的目的蛋白作为药物; 2、是细胞基因工程药物，这是把人或哺乳动物的基因直接导 入哺乳动物的细胞中，生产有生物活性的产品; 3、其三是利用转基因动物生产低成本、高活性的药物。
◆同源重组也是对损伤DNA修复的一种重要途径，即重组修复。
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同源重组的应用 ◆同源重组的应用价值
主要是用于基因敲除（knock-out）和基因敲进(knock-in) • ① 研究基因功能 • ② 转基因动物的制备 • ③ 用于药物筛选的动物模型 • ④ 转基因动物可作为“生物反应器”生产药物
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③ 用于药物筛选的动物模型
◆诱发性或实验性动物模型（ExperimentalAnimalModels） 用同源重组的方法，将致病因素作用于动物，造成动物组织
、器官或全身一定的损害，出现某些类似人类疾病时的功能、 代谢或毒使动物患相应的传染病，又如用化学致癌剂、放射线 、致癌病毒诱发动物的肿瘤等。诱发性疾病动物模型具有能在 短时间内复制出大量疾病模型，并能严格控制各种条件使复制 出的疾病模型适合研究目的需要等特点，因而为近代医学研究 所常用，特别是药物筛选研究工作所首选。但诱发模型和自然 产生的疾病模型在某些方面毕竟存在一定差异。因此在设计诱 发性动物模型要尽量克服其不足，发挥其特点。
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•◆◆转转基基因因动动物物的的应应用用领领域域
1、生物反应器：药用或食品蛋白的大量生产，即转基因 动物制药；
2、疾病的动物模型：用于研究、药物筛选、药物治疗、 毒物测试；
3、通过增加或删除基因来研究基因的功能、调控和发育 ，如癌基因、免疫系统等；
4、异种器官的移植； 5、家畜品种的改良。
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◆细菌和一些低等真 核生物在进行基因 取代时，克隆的基 因能精确地插入到 染色体的同源部位 ，所以他们是研究 基因取代的理想材 料。
•◆基因取代法除成功用于细菌和酵母菌的基因分析外，还成功 地应用到老鼠和鸡的基因功能分析中。
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② 转基因动物的制备
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◆基因敲除和敲进的原理都是同源重组，即同源双交换，用 克隆的外源基因取代基因组中野生型等位基因。
◆两者不同点在于，基因敲除导入的外源基因是失活的、无 功能的基因，基因敲进导入的是有活性和功能的基因。因 而两者的具体用途有所不同。
◆基因敲除和敲进都可用于基因功能的研究，基因敲进则也 可用于突变基因的修复。
◆同源重组要求两个DNA分子的序列同源，同源区越长越有利于 重组；同源区太短，则难于发生重组。因为它依赖于大范围 DNA同源顺序的联会，负责DNA配对和重组的蛋白质因子无碱 基序列特异性，只要两条DNA序列相同或相近，重组便可以在 联会部分的任何位置发生。当然，也存在重组热点，即某些序 列发生重组的概率高于其它序列。
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•◆ 基因敲除是自80年代末以来发展起来的一种新型分子生物 学技术，是通过一定的途径使机体特定的基因失活或缺失的 技术。通常意义上的基因敲除主要是应用DNA同源重组原理 ，用设计的同源片段替代靶基因片段，从而达到基因敲除的 目的。随着基因敲除技术的发展，除了同源重组外，新的原 理和技术也逐渐被应用，比较成功的有基因的插入突变和 iRNA，它们同样可以达到基因敲除的目的。
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◆这两种基因取代，都是是利用内源基因序列两侧或外面的断裂 点，用同源序列的目的基因整个置换内源基因。目前用于基因 敲除的技术有Cre/Lox P系统、FLPI系统等。
◆此法可产生精确的基因突变，也可正确纠正机体的基因突变。
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① 研究基因功能