基因工程的原理和技术(梁刚)2013.6.2
基因工程的原理和过程是什么
基因工程的原理和过程是什么基因工程是一门利用现代生物技术方法对生物体的遗传物质进行编辑、改变和操控的学科。
通过基因工程，科学家们可以改变生物体的基因组，进而实现对其性状、功能和特性的调控。
本文将详细介绍基因工程的原理和过程。
基因工程的原理基因工程的原理基于以下几个重要概念：DNA的结构和功能DNA（脱氧核糖核酸）是构成生物体遗传信息的分子基础。
它由四种碱基（腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶和鳞嘧虫嘧啶）和磷酸二酯键组成。
一个DNA分子由两条互补的链以螺旋结构相互缠结而成，形成了一个双螺旋结构。
碱基之间通过氢键相互连接，A与T之间形成两个氢键，C与G之间形成三个氢键。
DNA的结构使得它能够通过碱基配对的规则进行复制和传递遗传信息。
基因是DNA上的特定序列，携带着特定的遗传信息，决定了生物体的性状和功能。
DNA重组技术DNA重组技术是基因工程的核心方法之一。
通过DNA重组，科学家可以将不同生物体中的基因片段组装到目标生物体的DNA中，实现基因的转移和插入。
一般情况下，DNA重组技术包括以下步骤：1.DNA的提取：从不同生物体中提取目标基因的DNA。
2.DNA切割：利用酶切技术，将目标基因和载体（如质粒或病毒）的DNA切割成特定的片段。
3.DNA连接：将目标基因片段与载体的DNA片段通过DNA连接酶连接在一起，形成重组DNA。
4.DNA转化或转染：将重组DNA导入到宿主细胞中，使其成为宿主细胞的一部分。
5.遗传选择：通过筛选和分离，选择出携带目标基因的宿主细胞。
6.基因表达：将目标基因在宿主细胞中表达，并产生所需的蛋白质。
外源基因的表达在基因工程中，外源基因是从不同生物体中获取的，将其插入到目标生物体的DNA中。
为了使外源基因能够在目标生物体中表达，需要通过合适的调控序列将其与目标生物体的基因组连接起来。
调控序列是一段DNA序列，可以启动、增强或抑制目标基因的表达。
在基因工程中，科学家需要选择适当的启动子、转录因子结合位点和终止子等调控序列，以确保外源基因能够在目标生物体中正确地表达。
基因工程的原理和技术
限制酶
某种生物某个时期的mRNA
反转录 cDNA
与运载体连接 导入
许多DNA片段
第二节 基因工程的原理和技术
若使大肠杆菌通过基因工程改造能够产生人的生 长激素，大致要经过哪几个过程？
基因工程的基本操作步骤 一、获得目的基因 二、形成重组ＤＮＡ分子
三、将重组ＤＮＡ导入受体细胞（也称宿主细胞） 四、筛选含有目的基因的受体细胞
五、目的基因的表达
一、获得目的基因
编码蛋白质的结构基因
原核
生物。
（2）图中剪切DNA的“剪刀”和粘接DNA的“胶水”，其实是两 种不同的酶，它们都只能在DNA的一定位置进行剪切和粘接，说 专一性 明它们具有 的特点。
（3）新细菌与甲、乙细菌的表现都不同，从变异来源看，这是 人工条件下的一种 基因重组 。
（4）假如B基因是来自人体细胞，则甲子代也可产生出相应的人 体物质，这说明在翻译过程中，细菌和人类共用一 套 遗传密码（密码子） 。 （5）在DNA分子中“拼接”上某个基因或“切割”掉某个基因， 相对的独立性 并不影响各基因的功能，这说明基因具有
受体种类不同，导入方法不同 ①导入微生物细胞----感受态细胞法
受体细胞：细菌 氯化钙处理 细胞壁的通透性增大
重组质粒进入受体细胞
目的基因随受体细胞的繁殖而复制
②导入动物细胞---显微注射法，将目的基因 注射到卵细胞中，受精后，胚胎移植。
③导入植物细胞： 农杆菌转化法 （卵细胞和体细胞 （基因枪法、花粉管通道法） 都可以）
与运载体连接 导入
受体菌群体受体菌群体基因组部分基因 （cDNA）
条件
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。
生物选修三第一章基因工程的原理和技术
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：让人们感兴趣的基
因（目的基因）在宿主细胞中稳定和 高效表达。
基因工程的基本操作步骤： 1、获得目的基因
2、形成重组DNA分子 3、将重组DNA分子导入受体细胞
4、筛选含有目的基因的受体细胞 5、目的基因的表达
一、目的基因的获取
1、目的基因主要是指______________________
巩固练习
4根据mRNA的信息推出获取目的基因的方法是（） A、用DNA探针测出目的基因 B、用mRNA探针测出目的基因 C、用mRNA反转录形成目的基因 D、用PCR技术扩增mRNA 【答案：C】
巩固练习
5 PCR技术扩增DNA,需要的条件是( ) ①目的基因②引物③四种脱氧核苷酸④DNA聚合酶 等⑤mRNA⑥核糖体 A、①②③④ B、②③④⑤ 【答案：A】 C、①③④⑤ D、①②③⑥
巩固练习
3 水母发光蛋白由 236 个氨基酸构成，其中天冬氨 酸、甘氨酸和丝氨酸构成发光环，现已将这种蛋 白质的基因作为生物转基因的标记，在转基因技 术中，这种蛋白质的作用是 A．促使目的基因导入受体细胞 B．促使目的基因在受体细胞内复制 【答案：C】 C．使目的基因容易被检测出来 D．使目的基因容易成功表达
请举出三个以上的例子的序列为未知的 （2）、化学合成 ----适用于目的基因的序列为不是很大且已知的 例:利用PCR技术扩增目的基因
获取目的基因的方法 1）鸟枪法： (直接分离法) 供体细胞中的DNA 限制酶 许多DNA片段 载入 运载体 导入 受体细胞
巩固练习
6 获取目的基因的方法有多种，下列不属于含目的基因生物细胞中获取 D、利用PCR技术获取 【答案：C】
《基因工程的原理》 讲义
《基因工程的原理》讲义一、什么是基因工程基因工程，简单来说，就是一种在分子水平上对基因进行操作的技术。
它就像是一把神奇的“分子剪刀”，能够让我们按照自己的意愿，对生物的基因进行剪裁、拼接和重组，从而创造出具有新特性的生物。
基因是生命的蓝图，它决定了生物的各种特征和功能。
而基因工程则为我们提供了一种直接干预和改变这些蓝图的手段。
通过基因工程，我们可以将一个物种的基因转移到另一个物种中，赋予后者原本不具备的特性。
二、基因工程的基本工具要实现基因工程，就需要一些特殊的工具，就像工匠需要合适的工具才能打造出精美的作品一样。
1、限制性内切酶限制性内切酶就像是一把极其精准的“分子剪刀”，能够识别特定的核苷酸序列，并在这个位置将 DNA 分子切断。
不同的限制性内切酶识别的序列不同，这使得我们能够在特定的位置对 DNA 进行切割，为后续的基因重组做好准备。
2、 DNA 连接酶当我们把基因片段切割下来之后，需要把它们重新连接起来。
这时候，DNA 连接酶就派上用场了。
它能够将两个 DNA 片段的末端连接起来，形成一个完整的 DNA 分子。
3、载体基因片段很小，很难直接进入细胞发挥作用。
这时候就需要一个载体来帮忙，常见的载体有质粒、噬菌体和病毒等。
载体就像是一辆“小货车”，能够把我们需要的基因片段装载起来，并运输到目标细胞中。
三、基因工程的基本步骤1、目的基因的获取首先，我们要确定需要的基因，也就是目的基因。
这可以通过从生物的基因组中直接分离，或者利用 PCR 技术（聚合酶链式反应）进行扩增得到。
2、基因表达载体的构建将获取的目的基因与载体连接，构建成基因表达载体。
这一步就像是把货物装到货车上，并且要确保货物能够在货车上稳定存在，并且能够在合适的时候被卸载下来。
3、将目的基因导入受体细胞这一步就是要把装载着目的基因的载体“小货车”开到受体细胞里。
常用的方法有农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法等，对于动物细胞，可以采用显微注射法，对于微生物细胞，可以用感受态细胞法。
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，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。
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氯化钙 细胞壁的通透性增大 重组质粒进入宿主细胞 目的基因随着宿主细胞的繁殖而复制
四、筛选含有目的基因的受体细胞
★不是所有的受体细胞都接纳我们所需要的重组
DNA分子，故需筛选。 大肠杆菌的某种质粒具有四环素抗性 基因，这种质粒与目的基因重组后， 被导入受体细胞，如何判断（检测） 受体细胞是否获得了目的基因？ 思路：根据受体细胞是否具有对四环素的抗性来判断
二、形成重组DNA分子 质粒 DNA分子 通常用同一种限制酶 一个切口 两个粘性末端 两个切口 获得目的基因 DNA连接酶 重组DNA分子(重组质粒)
探讨
目的基因与质粒结合的过程中可能有那些结合情况？ 目的基因与目的基因结合 有三种情况 质粒与质粒结合 目的基因与质粒结合
三、将重组DNA分子导入受体细胞 用适当的方法将形成的重组的DNA分子转移到合适的 受体细胞中。 大肠杆菌、枯草杆菌、 1.常用受体细胞 酵母菌、动植物细胞等 基因工程科学家常用细菌、酵母菌等微生物作为 受体细胞,最主要原因是 A.结构简单，操作方便 B.繁殖速度快 C.遗传物质含量少，简单 D.性状稳定，变异少
受体特定性状的出现与否来确定目的基 因是否表达成功
注意：基因工程成功=目的基因表达成功
小结 基因工程操作基本步骤
获得目的基因
重组DNA的形成
重组DNA导入受体细胞（宿主细胞） 筛选含目的基因的受体细胞 目的基因的表达
思考与练习
1.基因工程中运用的载体与细胞膜上的载体在化 学本质和功能两大方面有何不同？ ◆基因工程中运用的载体： 化学本质：一定具有DNA 功能（1）作为运载工具，将目的基因运送到受体 细胞；（2）利用载体在受体细胞内对目的基因进 行大量复制。 ◆细胞膜上的载体： 化学本质：蛋白质 功能：在易化扩散、主动转运中专一性地运输非基 因的物质。
（或用聚合酶链式反应—PCR技术扩增）P7
化学合成方法：蛋白质中的氨基酸序列，推测相应的信使RNA 序列，但推测出的信使RNA序列会有很多种！再逆转录合成目 的基因
2
1.实质：目的基因和载体DNA连接过程 质粒 细菌病毒 2.载体: 病毒
思考与练习
2.举例说明什么是目的基因？
目的基因是我们所需要的基因。如人的胰岛素 基因、干扰素基因、白细胞介素基因、抗病毒 基因、抗虫基因、抗除草剂基因等。
3.举例说明如何筛选出含有目的基因的受体细胞？ 例如：筛选受体细胞中重组质粒上的目的基因， 由于质粒上有抗生素如四环素的抗性基因，所以 含有这种重组质粒的受体细胞能够在含有四环素 的培养基中生长，而没有接纳重组DNA分子的细 胞则不能在该种培养基上生长，这样就能筛选到 含有重组DNA分子的受体细胞。
②通常用同一种限制性内切酶切断目的 基因，产生相同的粘性末端。
AATTC G G CTTAA
二、形成重组DNA分子
4.过程：
以质粒做载体为例
①用一定的限制性内切酶切割质粒，使 其出现一个切口，露出黏性末端。
②通常用同一种限制性内切酶切断目的 基因，产生相同的黏性末端。 ③将切下的目的基因插入质粒的切口处， 加适量的DNA连接酶，形成一个重组DNA 分子（重组质粒）
思考：棉花植株有抗虫特性说明什么？
棉花植株(有抗虫特性)
说明抗虫基因已经在棉花细胞中成功表达（合成杀虫蛋白）
基因工程操作基本步骤
①获得目的基因
②重组DNA的形成
③重组DNA导入受体细胞（宿主细胞） ④筛选含目的基因的受体细胞 ⑤目的基因的表达
一、获得目的基因 目的基因：我们所需要的基因 ◆获得目的基因的两种办法： 1.目的基因的序列已知：化学方法合成
植物病毒 动物病毒
限制性核酸内切酶、DNA连接酶 3.工具酶：
下面以质粒做载体为例说明
二、形成重组DNA分子
4.过程：
以质粒做载体为例
①用一定的限制性内切酶切割质粒，使 其出现一个切口，露出粘性末端。 G
CTTAA AATTC
G
二、形成重组DNA分子
4.过程：
以质粒做载体为例
①用一定的限制性内切酶切割质粒，使 其出现一个切口，露出粘性末端。
三、将重组DNA分子导入受体细胞 用适当的方法将形成的重组的DNA分子转移到合适的 受体细胞中。 1.常用受体细胞 2.导入方法： 感染、渗透、显微注射法等 主要是借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径
三、将重组DNA分子导入受体细胞 3.导入过程： 例:质粒作载体，大肠杆菌作受体细胞 宿主细胞:大肠杆菌
方法：将导入完成后的受体细胞放在含有四环素的培 养液中培养，观察其存活情况！
五、目的基因的表达
思考：从理论上看，目的基因为什么能在受 体细胞内表达并合成与原来一样蛋白质？ 因所有生物共用一套遗传密码
★ ★ ★关键辨析：筛选与表达的区别
筛选：通过检测标记基因的有无筛选出含目的
基因的受体细胞
表达：通过检测目的基因特定表达产物有无或
基因工程原理---基本操作步骤
1993年，我国科学家将苏云金芽孢杆菌的杀虫蛋白基因导 入棉花细胞，培育出了抗棉铃虫效果明显的棉花新品系
抗虫棉
普通棉
基因工程培育抗虫棉的简要过程 苏云金芽孢杆菌(有抗虫特性) 切取
与载体DNA拼接
普通棉花 (无抗虫特性)
抗虫基因
导入 棉花细胞(含抗虫基因)
植物组织培养技术