基因工程基本原理及技术
基因工程(基因工程的主要技术与原理分子杂交技术)
Southern杂交主要用来判断某 一生物样品中是否存在某一基因， 以及该基因所在的限制性酶切片 段的大小。（DNA水平）
Southern杂交也可检测目的基 因的拷贝数。
CK 1 2 3 4 5
Southern bloting
这种检测方法与其它免疫学方法的不同是，一方面 可以避免非特异性的免疫反应，而且更关键的是可以 检测出目标蛋白质的分子量，从而直观的在滤膜上显 示出目标蛋白。
五、Dot blot hybridization
1、原理：
在Southern杂交的基础上发展起来的用于 快速检测特异核酸分子的杂交技术。将核酸 样品直接转移到适当的滤膜上，然后进行杂 交检测。
凝胶
3）转移并固定到滤膜上
通过毛细管渗吸或电转移或真空转移的方式，将凝 胶上的DNA转移到硝酸纤维素滤膜或尼龙膜上。最后 通过80℃处理或紫外线照射将DNA固定在滤膜上。
Southern blotting 装置示意图
4）探针的制备及杂交
预杂交：将结合了DNA分子的滤膜先与特定的预 杂液进行预杂交，也就是将滤膜的空白处用鱼精 DNA或牛奶蛋白封闭起来，防止在杂交过程中滤膜 本身对探针的吸附。
当用一个标记的核酸分子与核酸样品杂交, 便可查明该样品中是否存在与该标记核酸分 子具有同源性的核酸分子。这个标记的核酸 分子称为探针(probe)，可以是DNA，也可以 是RNA，或合成的寡核苷酸。
二、基本过程
1、核酸印迹（Nucleic acid blotting): 将核酸样品（DNA、RNA或蛋白质）在凝胶
在1975年，由英国的E. Southern首先设计发明的， 因此又称为Southern杂交（Southern blotting)。
基因工程的原理和技术
基因工程的原理和技术
基因工程是指通过改变生物体的基因组来产生特定的生物体或改进生
物体的性状的一种技术。
对于基因工程的原理和技术，浙科版的教材中介
绍了以下几个方面：
1. 基因定位和克隆技术：基因定位和克隆是基因工程中非常关键的
技术。
它主要通过将目标基因定位到其中一特定位点，并将其克隆出来以
便进一步研究和改造。
其中，基因定位技术包括Southern杂交，杂交阳
性克隆以及反向遗传学方法等；而基因克隆技术主要是利用重组DNA技术，包括PCR、限制性内切酶切割、DNA连接以及基因载体构建等。
3.基因传递技术：基因传递技术是将外源基因导入到目标生物体中的
一种方法。
常用的基因传递技术包括质粒转化、基因枪、农杆菌介导转化等。
在这些方法中，质粒转化是一种最为常用的技术，它通过将外源基因
插入原核生物的质粒中，然后将质粒导入到宿主细胞中，使外源基因表达
出来。
4.基因表达调控技术：基因表达调控技术是指通过改变生物体的基因
表达水平来影响其性状的一种方法。
其中，转基因技术是最为常见的基因
表达调控技术之一、它通过将目标基因导入到宿主细胞中，并使其在宿主
细胞中得到表达，从而改变宿主细胞的性状。
此外，还有RNA干扰技术、
基因靶向技术等也是常用的基因表达调控技术。
基因工程原理和技术韦宇拓知识点总结
一、基因工程原理1. 基因工程是一种通过改变生物体基因组中的DNA序列，使其具有特定性状的技术。
基因工程可以通过DNA重组、基因敲除、基因编辑等方法来实现。
2. DNA重组是基因工程中常用的手段，其原理是将不同来源的DNA 片段重新组合，形成具有特定性状的基因组。
3. 基因敲除是指通过特定的技术手段，使目标基因在生物体基因组中失去功能。
这种方法通常用于研究基因的功能和作用。
4. 基因编辑是最新的基因工程技术，它利用特定的核酸酶和引导RNA 来精确编辑基因组中的DNA序列，从而实现定点修改基因。
5. 基因工程原理的核心是对DNA序列的精准操作和控制，以实现对生物体性状的调控。
二、基因工程技术1. PCR技术是基因工程中常用的核酸扩增技术，它通过酶的作用使目标DNA片段在体外快速进行多次复制，以获得足够的DNA量进行后续实验。
2. 质粒载体是基因工程中常用的DNA工程载体，它可以在细胞中独立复制，并携带外源基因进行表达或传递。
3. 转基因技术是基因工程的应用之一，它通过导入外源基因到目标生物体中，使其表达特定蛋白或产生特定性状。
4. 基因编辑技术是基因工程的新兴领域，目前主要包括CRISPR/Cas9、TALEN和ZFN等技术，它们可以实现基因组的精准编辑和修饰。
5. 基因工程技术的不断发展，为人类生物科学和医学研究提供了强大的工具，也为农业生产和生物制药产业带来了革命性的进展。
三、基因工程在生物科学和医学上的应用1. 基因工程技术在生物科学领域的应用包括基因功能研究、基因组学研究、遗传学研究等，为科学家们提供了解生命的新途径和手段。
2. 基因工程技术在医学领域的应用包括基因治疗、疾病诊断和预防、药物研发等，为人类健康带来了新的希望和可能。
3. 基因工程技术的应用使得人类能够更深入地理解生命的本质和机理，并为未来的生物医学研究和临床应用提供了无限可能。
四、基因工程的伦理和社会问题1. 基因工程技术的发展和应用引发了许多伦理和社会问题，包括基因编辑的道德问题、转基因生物的安全性问题、基因信息的隐私问题等。
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（即目的基因）在宿主细 胞中稳定和高效的表达。根据不同的实验目的，目 的基因可以有很多种，如抗虫基因、抗病基因、抗 除草剂基因、人胰岛素基因和人干扰素基因等。因 此表达的产物各不相同。通过基因工程的基本操作 ，就能实现目标。
二、基因操作的基本步骤
第三步：将目的基因导入受体细胞
选择的关键是分析基因工程的最终目的，按转基因的目的来选择：
基因工程的 最终目的
得到大量特 殊蛋白质
得到转基因动物 得到转基因植物
常用的受 体细胞
大肠杆菌 等微生物
受精卵 植物体细胞
导入的方法
Ca2＋处理法 显微注射法 农杆菌转化法
将目的基因导入微生物细胞
常选细菌 作受体细胞的原因：它 们繁殖力极强，生长速 度很快，短期内就会产 生大量后代，所以把目 的基因转入这些细菌， 就能在短时间内得到大 量的目的基因产物。
细菌的检测：
将每个受体细胞单独培养形成菌落，检测菌落中 是否有目的基因的表达产物。淘汰无表达产物的 菌落，保留有表达产物的进一步培养、研究。
无表达产物
无表达产物
有表达产物
无表达产物
多细胞生物的检测： 将每个受体细胞单独培养并诱导发育成完整个体， 检测这些个体是否表现出相应的性状。
例：抗虫棉检测
用棉铃饲喂棉铃虫，如虫吃后不 出现中毒症状，说明未摄入目的基 因或摄入目的基因未表达。
例：下列有关基因表达载体的构建说法正确的是( C ) A．限制性核酸内切酶的功能是切割各种DNA分子 B．基因工程中经常用到的酶只有DNA连接酶和限制性 核酸内切酶 C．将目的基因与载体结合的过程，实际上就是不同来 源的DNA重新组合的过程 D．具有粘性末端的目的基因片段插入质粒的切口处， 先形成磷酸二酯键，再形成氢键
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。
基因工程及其应用
环境保护
基因工程可用于生物修复、 环境监测和生态系统保护， 有助于解决环境问题和提高 可持续发展。
基因工程在医学领域的应用
ห้องสมุดไป่ตู้
1
基因治疗
通过基因工程技术修复或替换患者的缺陷
药物研发
2
基因，为治疗遗传性疾病提供新的方法。
基因工程用于制备重组蛋白和抗体，加速
药物开发和生产过程。
3
疾病诊断
基因工程技术使得疾病的早期诊断更加准 确和可靠，为个性化医学提供了新的途径。
基因工程在农业领域的应用
转基因作物
基因工程可用于在作物中导入外 源基因，以提高作物的抗虫性、 耐旱性和营养价值。
植物组织培养
基因工程技术可用于培育不孕植 株、繁殖珍稀植物和提高植物生 长速度。
农业生物技术
基因工程在农业领域还可用于动 物遗传改良、育种和疫苗研发， 提高农业生产效率。
基因工程在环境领域的应用
生物修复
基因工程可以用于修复受污染土壤和水体中的有害物质，加速环境恢复过程。
环境监测
通过基因工程技术，可以开发植物和微生物传感器来监测环境中的有害物质。
生态系统保护
基因工程可用于保护濒危物种、恢复破坏的生态系统，维持生物多样性。
基因工程使用了许多工具 和技术，如限制性酶、 DNA合成和蛋白质表达系 统等，以便研究和操作基 因。
基因编辑技术如CRISPRCas9已经革命性地改变了 基因工程领域，使得基因 编辑更加精确和高效。
基因工程的应用领域
生物医学
基因工程在生物医学研究中 有广泛应用，如基因治疗、 药物研发和疾病诊断。
基因工程基本原理及技术
【知识点】高中生物：基因工程核心知识汇总基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外DNA重组和转基因技术，赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。
一、基因工程的概念基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外DNA重组和转基因技术，赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。
基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，又叫做DNA重组技术。
二、基因工程的原理及技术● 原理：基因重组技术● 基因工程的基本工具1.“分子手术刀”——限制性核酸内切酶(限制酶)(1)来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。
(2)功能：能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开，因此具有专一性。
(3)结果：经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式：黏性末端和平末端。
2.“分子缝合针”——DNA连接酶(1)两种DNA连接酶(E•coliDNA连接酶和T4DNA连接酶)的比较：①相同点：都缝合磷酸二酯键。
②区别：E•coliDNA连接酶来源于T4噬菌体，只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间的磷酸二酯键连接起来;而T4DNA连接酶能缝合两种末端，但连接平末端的之间的效率较低。
(2)与DNA聚合酶作用的异同:DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯键。
DNA连接酶是连接两个DNA片段的末端，形成磷酸二酯键。
3.“分子运输车”——载体(1)载体具备的条件：①能在受体细胞中复制并稳定保存。
②具有一至多个限制酶切点，供外源DNA片段插入。
③具有标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。
(2)最常用的载体是质粒：它是一种裸露的、结构简单的、独立于细菌染色体之外，并具有自我复制能力的双链环状DNA分子。
(3)其它载体：噬菌体的衍生物、动植物病毒● 基因工程的基本操作程序第一步：目的基因的获取1.目的基因是指：编码蛋白质的结构基因。
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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图l 基因工程操作流程
一.基因克隆 ( 目的基因。所谓目的 基因，是指已被或欲被分离、改造、扩增 和表达的特定基因或DNA片段，能编码某
一产物或某一性状。获取目的基因 有三个途径：
1.从生物基因组中分离纯化（鸟枪法－ shotgun）：原核细胞DNA遗传背景不清。
基因工程（gene engineering） 或称重组DNA技术（recombinant DNA technique）：是指将获取的目的基因片段在 体外与载体DNA通过人工剪切、编接构成 DNA重组体，将其导入受体细胞并使之无性 繁殖（称之为“克隆”）和 表达，这种有目
的的应用分子克隆技术,人为的改造基因,改变 生物的遗传性状的系列过程,总称为基因工程.
G or C at end
4. Primers should have approximately equal melting
temperatures
5. Avoid repetitive sequence( internal hairpin
structures)
6. Aim for 40-60% G+C content 7. Avoid complementarities within or between
基因工程 基本原理 及技术
基因克隆(gene cloning )：是指目的基因 与载体DNA连接构成的DNA重组体在受体 细胞内进行复制、扩增（也包括目的基因
的无细胞扩增-PCR）的技术。
基因表达(gene expression)：是基因的转 录、转译过程，也就是遗传信息从核酸到
蛋白质的传递和实现。
Primer Design Is Vital
1. Primers should usually be 18-25 bases long 2. Need as much sequence information as possible
outside target
3. 3’ end of primer is most important: best to have
Anneal primers Extend primers
Round 1
The exponential amplification of the gene in PCR
The first 4 cycles of a PCR reaction in detail. In the 3rd cycle two double strands of the right length are copied(the forward and reverse strand are the same in length).In the 4th cycle, 8 double strands of the right length are copied.
25 or 50µl in a micro Eppendorf(0.5ml) tube
COMPONENT
VOLUME
10×PCR buffer
5 µl
10×dNTPs(2mM)
5 µl
Forward primer(10pmols/µl ) 5 µl
Reverse primer(10pmols/µl ) 5 µl
Principle of PCR
DNA polymerase use single strand DNA as template to synthesize new DNA in vitro,(dNTP;Buffer;Mg2+,Primers)
Chain reaction: Repeated cycles of reaction under the same condition.
The PCR reaction
Denature 95ºC
Extend Primers
72ºC
Anneal Primers 45-68ºC
template Primers, dNTPs, Taq polymerase, Mg2+
What do we achieve by cycling temperature in the presence primers, dNTP, Taq polymerase?
Genomic DNA template
2 µl
Thermostable polymerase (2U/ µl )
H2O( to 50 µl Final volume)
primers
8. Can modify 5’ ends to add restriction sites etc
TA Cloning Of PCR Products Requires “A” s
A PCR
product
A Taq- yes
Pfu- no
pGEM-T pCR 2.1-TOPO
Typical Reac某一蛋白质的氨基酸序
列，即可按密码子推算出其基因的核苷酸序 列，随后应用化学合成法，就可在短时间内 合成目的基因。
用于结构清楚、分子量较小的基因
3.酶促合成法-反向转录法：这种方法 主要用于分子量较大而又不知其序列 的基因. mRNA→逆转录→ cDNA做目 的基因 。可PCR法合成。
Optimum condition of PCR
•Correct sources of template DNA • Best temperature select in three steps • Appropriate primers in both end • Others: Mg2+; Inhibitor……et al.
基因工程基本步骤
目的DNA 制备；载体DNA选择 ↓
DNA体外重组技术 ↓ （ DNA酶切实验、
连接实验）
重组DNA的转化（转染）试验 ↓
重组克隆的筛选与鉴定 （重组体的表型筛选，指纹图谱法，
PCR方法，探针杂交法 ）
↓ 目的基因表达产物的筛选与鉴定 （遗传互补法，免疫化学法－Western印杂 交法，微细胞法(microcell method)