基因工程1 基因工程导论
基因工程知识点
基因工程各章知识点第一章绪论1．基因工程的首例操作实验三大理论基础：DNA是遗传物质、DNA的双螺旋结构和半保留复制、遗传密码的破译和遗传物质传递方式的确定三大技术基础：限制性核酸内切酶的发现与DNA的切割、DNA连接酶的发现与DNA片段的连接、基因工程载体的研究与应用基因工程的诞生：72年，P.Berg首次实现体外DNA重组：体外用EcoRI分别切割SV40和λDNA,并用T4 DNA连接酶连接成为重组的杂种DNA分子73年，S.Cohen 体外重组DNA并转化：具Kanr的E.Coli质粒R6－5和具Tetr的E.Coli质粒pSC101切割并连接转化的大肠杆菌具有双重抗性S.Cohen 和H.Boyer首次实现真核基因在原核中表达：将非洲爪蟾的DNA与E.Coli质粒（pSC101）体外切割并连接，转化大肠杆菌2．基因工程的基本概念基因工程是指将一种生物体（供体）的基因与载体在体外进行拼接重组，然后转入另一种新物体（受体）内，使之稳定遗传并表达出新产物或具有新性状的DNA体外操作技术，也称为分子克隆或重组DNA 技术。
供体、载体、受体是基因工程的三大基本元件。
3．基因工程的基本操作过程a分离目的DNA片段：酶切、PCR扩增、化学合成等。
b重组：体外连接的DNA和载体DNA，形成重组DNA分子。
c转化：将重组DNA分子导入受体细胞并与之一起增殖。
d筛选：鉴定出获得了重组DNA分子的受体细胞。
e对获得外源基因的细胞或生物体通过培养，获得所需的遗传性状或表达出所需要的产物。
第二章载体1．理解用PBR322和PUC18作载体的克隆外源基因的原理。
答案不确定PBR322作载体的克隆外源基因的原理:PBR322质粒具有12 种限制性内切酶的单一识别位点：Tet r 基因内有7个酶切位点：Bam HⅠ，SalⅠ：Amp r基因内有3 个酶切位点：PstⅠ。
Eco RⅠ和HindⅢ不在抗生素基因内，不导致插入失活。
基因工程导论
退火 4-7 ℃
5‘ … G-C-T-C-T-G-C-A G-G-A-G … 3’
3‘ … C-G-A-G A-C-G-T-C-C-T-C … 5’
OH
P
OH
H i n d III H i n d III 同一菌株中所含的多个不同的限制性核酸内切酶
Haemophilus influenzae d 嗜血流感杆菌d株 限制性核酸内切酶的命名 属名 种名 株名
限制性核酸内切酶
限制性核酸内切酶
II 型限制性核酸内切酶的基本特性
3‘ … C-G-A-G-A-C-G-G-C-C-T-C … 5’
ds-DNA结构: 切口, 缺口, 断口
缺口(gap) 切口(nick) 断口(cut)
3'HO P5'
3'HO P5'
DNA连接酶
DNA连接酶的基入型载体
取代型载体
噬菌体或病毒DNA
噬菌体或病毒DNA
大肠杆菌的 l 噬菌体DNA
l-DNA载体的构建：缩短长度 插入型载体
体外包装
插入位点
体外包装
插入片段
载体长度 37 kb
插入片段大小：
0 - 14 kb
（51 – 37）
噬菌体或病毒DNA
大肠杆菌的 l 噬菌体DNA
1973年 伯格-杰克森-考恩-鲍耶 DNA分子体外拼接
分子遗传学
1953年 沃森-克瑞克 DNA双螺旋结构 分子生物学
基因工程
标题
01
基因工程的基本条件
02
C 用于基因转移的受体菌或细胞
04
A 用于核酸操作的工具酶
基因工程导论学术报告的心得
基因工程导论学术报告的心得基因工程的课程已经结束,经过这段时间的学习，我收获了很多。
基因工程是在分子水平上对基因进行操作的复杂技术，是将外源基因通过体外重组后导入受体细胞内，使这个基因能在受体细胞内复制、转录、翻译表达的操作。
基因工程的原件包括目标DNA，载体，工具酶和受体细胞，此外还学习到了与基因工程相关的一系列操作技术，如基因芯片，印迹技术，PCR技术等，也认识到了很多有趣的东西，比如转基因作物，上面结番茄，下面结土豆的植株，看到了刘老师和一位位传奇人物帅气的合影，这些不仅让整堂课都更加丰富多彩，而且也加深了我对于基因工程知识的印象和记忆。
基因工程确实给我们的生活带来了很大的改变，基因工程生产出的药物质量高，成本低﹔基因诊断、基因治疗，已成为人们治疗癌症、肿瘤等疾病的有效手段﹔品质优良的转基因植物和动物，大大促进了人类食品工业的发展;可见如今，基因工程以融入到生活的方方面面。
刘老师上课上得很好，是一位知识渊博而又带点幽黑的老师，不仅是我，身边的很多同学也都很喜欢你的课，在科研方面你也很厉害，认识您之后，我发现其实学术大咖，科研人员，并不是我们想象中的那样呆板，无趣，循规蹈矩，这些人也和普通的人一样，可以有血有肉，幽黑风趣，充满人格魅力，我时常会很好奇，成为了你们那样的人之后，你们对生物科学的看法是怎么样的，这和原来的你，20岁时的你有什么不一样吗?走科研这条路，目标到底是什么呢﹖在课堂上，老师给我们介绍了很多科学家，他们的名字总是和响当当的名牌大学联系在一起，他们是一届又一届的诺贝尔奖获得者，这些人或是基因强大，或是名师出高徒，说实话，我觉得他们好幸运，我很羡慕他们，我也希望能成为像他们那样的人，希望自己有一天也能出现在刘老师上课的PPT里，哈哈，我很想很想去国外学习，想去看看外面的世界，但其实我也很迷茫，我不确定自己到底能在这条路上走多久，全世界从事科研的人那么多，能拿到诺贝尔奖的人屈指可数，坚持走科研这条道路，到底能不能给我想要的生活，选择一份轻松稳定一点的工作会不会让我的生活更好一点，或许我将最宝贵的时间都投入科研，最终只是证明了科研这条路并不适合我，人总是要面临选择，选择之后又是另一串的选择，未来会怎么样，我也不知道，谁又知道呢，不过，就算再怎么纠结，我也总会做出决定，该来的总会来的，不管怎么样，相信一切都是最好的安排吧。
第一章 基因工程绪论
成重组 DNA 分子。 将重组 DNA 分子引入受体细胞 带有重组体的细胞培养扩增，获得大量的 细胞繁殖群体 筛选和鉴定转化细胞 进一步研究分析，实现功能蛋白的表达
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 第四节 基因工程的意义与发展前景 意义
大规模生产生物分子
设计、构建新物种
搜寻、分离和鉴定生物体尤其是人体内的遗传
人类基因组计划
克隆羊“多莉”
细 菌 基 因 工 程
end
三、基因工程的发展
迅速发展阶段
1982 利用显微注射法培育转基因小鼠 1983 利用农杆菌介导法培育转基因烟草
1990 美国政府批准对一名因腺苷脱氨酶
基因缺陷而患有重度联合免疫缺陷症的儿 童进行基因工程治疗，获得成功。 1991 人类基因组计划启动 1986-1998，共有 4387 项转基因植物批 准进入田间试验。 1997 克隆羊“多莉”诞生。
三、基因工程的发展
基因工程的艰难阶段 关于基因工程的争议 从1972 年到 1976 年，人们对 DNA 重组所涉 及的载体和受体系统进行了有效的安全性改造， 包括噬菌体 DNA 载体的有条件包装以及受体 细胞遗传重组和感染寄生缺陷突变株的筛选， 建立了一套严格的 DNA 重组试验室设计与规 范操作。
（一）理论上的三大发现
DNA双螺旋模型 1953 Watson/Crick 意义：对生命科学的发展作用可与达尔文学说 媲美，与孟德尔定律齐名。 确定了遗传信息传递的方式 20世纪60年代 破译遗传密码和确定了密码子 三联体 确立了遗传信息流的中心法则
（二）技术上的三大发明
限制性核酸内切酶的发现与 DNA 的切割 分子剪刀和DNA缝合工具，奠定了基因工程 诞生的最重要的技术基础。 Smitn 和 Wilcox（1970） 在流感嗜血杆菌 中分离纯化了 限制性内切酶 Hind II； Boyer 实验室（1972）发现核酸内切酶 EcoRI。
基因工程导论考点整理
专业重点整理09级亲测可用课程: 基因工程导论团队: 南农爱整理团队学院: 农学院专业: 农学班级: 农学9*指导教师: 曹爱忠职称: 教授2012 年7 月7 日南京农业大学教务处制基因工程导论生物技术可以分为传统生物技术、工业生物发酵技术和现代生物技术。
现代生物技术包括基因工程、蛋白质工程、细胞工程、酶工程和发酵工程等五大工程技术。
1、基因工程含义概念：是指在基因水平上，采用与工程设计十分类似的方法，利用分子生物学的手段，在体外操纵、改造、重建细胞的基因组，从而使生物体的遗传性状发生定向变异，获得人们所需的性状，并能稳定地遗传给后代。
特点：基因工程能够打破种属的界限，在基因水平上改变生物遗传性。
2、DNA重组利用供体生物的遗传物质，或人工合成的基因，经过体外或离体的限制酶切割后与适当的载体连接起来形成重组DNA分子，然后在将重组DNA分子导入到受体细胞或受体生物构建转基因生物。
3、基因工程的理论依据1）同基因具有相同的物质基础2）基因是可以切割的3）基因是可以转移的4）多肽与基因之间存在对应关系5）遗传密码是通用的6）基因通过复制可以把信息传递给下一代4、基因工程的实施步骤：1）取得符合人们要求的DNA片段2）目的基因与质粒或病毒DNA连接成重组DNA3）把重组DNA引入某种细胞4）把目的基因能表达的受体细胞挑选出来5）形成新的目标产品基因的概念基因：DNA分子中含有特定遗传信息的一段核苷段序列，是遗传物质的最小功能单位。
外显子：能够编码蛋白质的序列叫做外显子。
内显子：不能够编码蛋白质的序列叫做内含子，内含子能转录为信使RNA 。
原核生物的基因组结构特点特点：1）染色体数量少；2）DNA大多为双螺旋结构，少数以单链形式存在；3）结构简单，基因组小，DNA一般只有单一复制起点，基因的编码通常是连续的，中间无非编码成分；4）转录单元，基因组中功能相关的基因常集中在基因组的一个或几个特定部位，形成一个功能单位或转录单元，其活性受到同步调控，它们可被转录为多个mRNA分子，叫多顺反子；5）存在重叠基因。
基因工程第1讲概论课件
理论上的可行性。
41
二、分子遗传学新方法是基因工程的 技术基础（六大技术）
首当其冲的是要解决: ① 如何自如地得到目的基因； ② 如何在体外改造基因，得到重 组体； ③ 如何在体外转移重组基因；
直到20世纪70年代中期，相继出现了 几项关键性技术，梦想成真。
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实际上的可操作性 材料、实验条件、时空条件、
经济条件和政策。 基础方面的基本条件（可能性+ 可行性+ 可操作性）具备, 尚需人的科学创新 思维+ 艰苦的实践。才能得到创新的发明、 发现
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1970年, MIT 的 科学家率先提出在体 外把不同来源的遗传 物质进行重组的设想, 但遭到反对, 不予支
50
办
不
不
到
到
的
的
22
第一节 基因工程的 发生与发展
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一、基因工程诞生的理论基础
2生物遗传的物质基础是 DNA 肺炎链球菌光滑型和粗糙型的转化 试验
24
● 1944年, 美 国微生物学家 Avery证明基 因就是DNA分 子, 提出 DNA 是遗传信息的 载体。
32
遗 传 密 码 表
目 录33
mRNA分子上从5 至3 的方向,每3个核 苷酸构建一个密码子, 编码某一特定氨基酸或 作为蛋白质合成的起始、终止信号, 称为三联 体密码(triplet codon), 也称遗传密码子(genetic codon)。
解决了信息语言的对应关系。
34
•密码: 43 = 64
14
（4）利用重组DNA技术可以在体外大 量扩增、纯化人们感兴趣的基因, 研 究其结构、功能及调控机制, 从而拓 宽了分子生物学的研究领域。
基因工程教学大纲
基因工程教学大纲一、前言基因工程是现代生物技术领域的重要学科之一，通过对基因的分析、操作和调控，实现了许多前所未有的生物学研究和应用。
本教学大纲将系统介绍基因工程的基本概念、原理、方法和应用，旨在帮助学生全面了解基因工程领域的知识，为他们将来从事相关研究和工作奠定坚实基础。
二、课程目标1. 熟悉基因工程的基本概念和发展历史；2. 掌握基因工程的主要原理和技术方法；3. 理解基因工程在农业、医学、工业等领域的应用；4. 培养学生的团队合作、实验设计和科学研究能力。
三、主要内容1. 基因工程概论1.1 基因工程的定义和基本原理1.2 基因工程的发展历史和意义1.3 基因工程与传统遗传学的区别和联系2. 基因工程技术2.1 重组DNA技术2.1.1 限制性内切酶和DNA连接酶的作用2.1.2 DNA片段的电泳分离和纯化2.2 基因克隆技术2.2.1 质粒载体的构建和筛选2.2.2 载体DNA的转染和表达2.3 基因编辑技术2.3.1 CRISPR/Cas9系统原理和应用2.3.2 基因组编辑的伦理和风险3. 基因工程应用3.1 农业领域的基因工程3.1.1 转基因作物的开发和安全性评价3.1.2 基因编辑技术在植物育种中的应用3.2 医学领域的基因工程3.2.1 基因治疗和基因诊断技术3.2.2 个性化医疗和基因组学研究3.3 工业领域的基因工程3.3.1 酶工程和微生物发酵技术3.3.2 基因工程产品的生产和市场应用四、教学方法1. 理论授课：介绍基因工程的基本概念和原理；2. 实验操作：进行重组DNA、基因克隆和基因编辑等实验；3. 论文研讨：就基因工程的最新研究成果展开讨论；4. 课外阅读：推荐相关文献和资料供学生深入学习。
五、评价方式1. 平时表现：包括出勤、课堂参与和实验操作等；2. 作业成绩：包括理论作业和实验报告成绩；3. 期末考核：进行知识的笔试和实践技能测试。
六、参考教材1. 《基因工程导论》常晓燕，高等教育出版社，2015；2. 《基因工程原理与技术》周志刚，科学出版社，2018；3. 《基因工程应用手册》张三，人民军医出版社，2019。
基因工程教学大纲
基因工程教学大纲引言：基因工程是近年来迅速发展的学科领域，它对人类社会的发展产生了重要影响。
为了适应时代的需求，设计一份全面而系统的基因工程教学大纲是至关重要的。
本文将按照科学规范和教学需求，为基因工程课程设计一份教学大纲。
一、课程概述1.1 课程名称：基因工程1.2 学分：3学分1.3 先修课程：生物学、遗传学1.4 课程性质：必修课程二、课程目标2.1 理论目标：2.1.1 了解基因工程的发展历程和主要研究领域。
2.1.2 理解重要基因工程技术的原理和应用。
2.1.3 掌握基因工程实验技术和数据分析方法。
2.2 实践目标：2.2.1 培养科学研究和实验操作的能力。
2.2.2 提高信息搜索与科学写作的能力。
2.2.3 培养团队合作和项目管理能力。
三、教学内容和安排3.1 基因工程概述3.1.1 定义和发展历程3.1.2 基因工程在农业、医学和环境领域中的应用3.1.3 基因工程伦理与法律问题3.1.4 基因工程与社会发展3.2 DNA重组技术3.2.1 DNA结构与功能3.2.2 基因克隆技术3.2.3 DNA测序和合成技术3.2.4 基因组编辑技术3.3 基因工程应用3.3.1 转基因植物和转基因动物3.3.2 基因治疗和基因诊断3.3.3 基因工程在环境修复中的应用3.3.4 基因工程在能源生产中的应用3.4 基因工程实验技术3.4.1 DNA提取和纯化技术3.4.2 PCR技术3.4.3 DNA凝胶电泳3.4.4 基因组分析技术3.5 数据分析与文献检索3.5.1 基因数据分析软件的使用与比对3.5.2 基因数据库检索与利用3.5.3 资料整理与科学写作方法四、教学方法4.1 理论授课4.1.1 知识点讲解与示范4.1.2 案例分析与讨论4.1.3 学生主动学习与互动交流4.2 实验操作和实践训练4.2.1 实验指导与操作规范4.2.2 实验数据分析与报告撰写4.2.3 团队合作与交流4.3 课堂讨论与辩论4.3.1 学生主题报告4.3.2 学术论文讨论与评论4.3.3 伦理与法律问题辩论五、评价方式5.1 学生的平时表现（占总评成绩的30%）5.2 实验报告与成果展示（占总评成绩的30%）5.3 期末考试（占总评成绩的40%）六、教材和参考资源6.1 教材：-《基因工程导论》-《基因工程与生物技术实验教程》-《基因工程实验指导与操作手册》6.2 参考资源：-学术期刊论文-基因工程相关网站-教学实验室设备和工具书籍结语：通过本教学大纲的实施，学生将全面了解基因工程的理论与实践，掌握基础的实验技术和科学研究方法。
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Grifith认为那些加热杀死了的S型细菌的存在导致那些 活的R型细菌发生转化作用。后来，T.Avery进一步弄清了转 化因子的本质是（将S型的DNA加到R型培养物中，使R型转化
为S型。）1934年， T.Avery 在美国的一次学术会议上报道
了他的研究结果，证明了DNA是生物的遗传物质，也证明了 DNA可以把一个细菌的性状转化给另一个细菌。但这一超越 时代的科学成就在当时未得到公认，十年后才得到公开发表。 现在认为， T.Avery 的工作是基因工程的先导。
基因工程的基本过程：
（1）取得目的基因。途径有二： 从生物基因组中分离 人工合成 （2）在体外将带有目的基因的DNA片段，连接到能够自我复制 并具有选择标记的载体分子上，形成重组DNA分子。 （3）将重组DNA分子引入受体细胞（宿主细胞）。 （4）带有重组体的细胞扩增，获得大量的细胞繁殖群体（菌 落）。 （5）从大量携带重组体DNA分子的宿主细胞中分离出携带目的 基因的细胞。 （6）将选出的细胞克隆的目的基因进行进一步研究分析（亚 克隆），并设法使之实现功能蛋白的表达。
基因工程：是一项将一种生物的基因通过基
因载体运送到另一种生物的活细胞中，并使之 增殖（克隆）和行使正常功能（表达），从而 创造生物新品种或新物种的遗传学技术。
基因工程是把外源DNA（片段）引入受体细 胞进行扩增，实质上是从一个DNA片段增殖了 结构和功能完全相同的DNA分子群的过程。所 以基因工程也称为基因克隆（Gene Cloning） 或分子克隆（Molecular Cloning）。
特点：
基因工程（分子水平） 诱变育种（群体水平） 原生质融合（细胞水平）
1.2 基因工程的诞生
现在人们公认，基因工程诞生于1973年。现代分子 生物学领域理论上的三大发现及技术上的三大发明 对基因工程的诞生起到了推动作用。 1.2.1 理论上的三大发现 第一 ：40年代发现了生物的遗传物质是DNA（而不 是蛋白质）。早在1928年，F.Grifth 发现在肺炎球 菌中存在着转化作用（transformation）： 1）S品系 小鼠 死 2）R品系 小鼠 活 3）S加热杀死 小鼠 活 4）将2）+3） 小鼠 死
基因工程
第一章 导 论
1.1 基因工程研究的内容及基本过程
基因（Gene）：是DNA分子的一个区段，是一个含有
特定遗传信息的核苷酸序列，它是遗传物质的最小功能单 位（多数情况下，它编码一种完整的多肽链）。
克隆（Clone）：作名词使用时，是指从一个祖先通过
无性繁殖方法产生的后代（无性系），或具有相同遗传性 状的DNA分子、细胞或个体所组成的特殊的生命群体。 作动词使用时，是指从同一个祖先生产这类同一的DNA分 子群或细胞群的过程。
Berg和Cohen作为“助产士”，将基因工程工程接到 了人间。 1972年，美国斯坦福大学的P.Berg领导的研究小组， 在世界上第一次成功地实现了DNA体外重组，获得了包含 猿猴病毒SV40和λ DNA重组的杂种DNA分子（ECORI 酶切， T4 DNA连接酶缝合）。 Berg是重组DNA 或基因工程技术的创始人，1980年 获得Nobel奖。
第一：在细胞中发现了染色体外能自主复制的质粒。 第二：在大肠杆菌中发现了质粒转化系统（基因扩增、表 达）。 第三：发现了工具酶。
（1967年）DNA连接酶：参与DNA裂口的修复（缝纫针） （1970年）限制性核酸内切酶（手术刀） （1970年）逆转录酶：mRNA DNA，打破了中心法则， 使真核基因的制备成为可能(1975年获Nobel奖) 。至此基因 工程诞生的条件已经成熟。
以Nireberg等为代表的一批科学家，确定了遗传信息是 以密码方式传递的，每三个核苷酸组成一个密码子，代表 一个氨基酸。到1965年，全部破译了20种天然氨基酸的64 个密码(1968年获Nobel奖) ，提出了遗传信息从DNA RNA 蛋白质的中心法则，神秘的遗传现象在分子水平 上得到了揭示。
1.2.2 技术上的三大发明
1.3 基因工程的成就与展望
基因工程自诞生以来，取得一批突破性 成果，对医药卫生、农业、能源开发，环境 保护、食品工业等领域产生了巨大的影响。
1）生长激素释放抑制素（Somatostation)
由14个氨基酸组成的多肽激素，可抑制生长
素、胰岛素和胰高血糖素的分泌，用于治疗肢端
肥大症和急性胰腺炎等。 用化学合成法生产，每克售价50000美元。 1977年，用大肠杆菌生产SMT获得了成功，价Cohen等人，也成功地进行 了一个体外重组实验，并实现了细胞间性状的转移。 PSC101质粒（抗四环素TC r） R6-3质粒（抗新霉素Ne r 和抗磺胺S r ) 分别用EcoR I切割后，连接成重组质粒，然后转化 到大肠杆菌中，在含Tc和Ne的平板中，选出了Tc r Ne r 的菌落。这是基因工程发展史上第一次实现重组体转化 成功的例子。这一年被定义为基因工程诞生的元年。
3）生长激素
由191个氨基酸组成，治疗侏儒症、肌肉萎缩症等。
以前只能从死人的脑下垂体中提取，价格很贵。
1979年，用基因工程技术使细菌生产人生长激素在美 国获得成功。用450斤发酵液得到的生长激素相当于从6 万个尸体的脑下垂体中提取的数量。要治疗一个脑下垂 体机能不全的儿童侏儒症，需要从50具尸体的脑下垂体 中提取的生长激素。1984年开始规模化生产。
第二：50年代弄清了DNA的双螺旋结构和半 保守复制机理。 Walson 和Crick在1953年提出了双螺旋 模型，认为基因是 DNA分子的一个区段， 这一发现标志着分子遗传学的真正开始。
第三：60年代确定了遗传信息的传递方式。 1961年，Monod 和Jacob提出了乳糖操纵子学说，揭示 了原核生物的基因调控机制。
2）胰岛素
胰岛素是治疗糖尿病的特效药，可调节血糖平衡。从 动物胰脏提取胰岛素不能满足需求。 1978年，美国的Lilly 公司和Genentech公司合作， 将人胰岛素的二条肽链的基因引入大肠杆菌，产生A 链
和B链，经二硫健连接后形成人胰岛素。
用2000升培养液能生产100克胰岛素，相当于从一吨 猪胰脏中提取的量。1982年正式批准生产。