基因工程与基因组学
基因和基因组及基因工程的概念
利用基因工程改良作物品质、抗虫抗 病、抗旱耐盐等特性，提高农业生产 效率。
医学领域
利用基因工程治疗遗传性疾病、恶性 肿瘤、病毒感染等疾病，以及开发新 型药物和疫苗。
工业领域
利用基因工程生产高附加值的产品， 如蛋白质药物、酶制剂、生物材料等。
环保领域
利用基因工程降解污染物、修复生态 系统和生物监测等。
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生物农药
利用基因工程技术开发新型生物农药，减少化学农药的使用，降 低环境污染和对生态的破坏。
医学领域的应用
01
02
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疾病诊断
基因工程技术可用于检测 和诊断遗传性疾病、肿瘤 等疾病，为疾病的早期发 现和治疗提供有力支持。
药物研发
基因工程技术可用于筛选 和开发具有特定疗效的药 物，提高药物研发的效率 和成功率。
2
转化技术可以用于基因治疗、基因克隆、基因鉴 定等领域。
3
转化技术需要掌握基因表达、载体构建、受体细 胞筛选等技术，是基因工程中的关键技术之一。
基因敲除和基因编辑技术
基因敲除是指通过特定的方法将一个 或多个基因从生物体的基因组中删除 或破坏，导致其失去功能的技术。
基因编辑是指通过特定的酶对生物体 的基因组进行精确的修改，以达到治 疗或改变生物性状的目的。
细胞治疗
基因工程技术可用于改造 和优化细胞，用于治疗各 种疾病，如肿瘤、遗传性 疾病等。
工业领域的应用
生物能源
利用基因工程技术改良微生物， 提高微生物的产油、产气等能力，
为生物能源的开发和利用提供支 持。
生物材料
基因工程技术可用于开发和生产新 型生物材料，如生物塑料、生物纤 维等，替代传统石化材料。
基因组学杨金水电子版 基因工程 电子版
基因组学杨金水电子版基因工程电子版导读：就爱阅读网友为您分享以下“基因工程电子版”的资讯，希望对您有所帮助，感谢您对的支持! 作者：吴乃虎出版社：高等教育出版社第一章基因工程概述第一节基因操作与基因工程一、基因操作与基因工程的关系二、基因工程的诞生与发展第二节基因工程是生物科学发展的必然产物一、基因是基因重组的物质基础二、DNA的结构和功能三、基因操作技术的发展促进基因工程的诞生和发展四、基因工程的内容第三节基因的结构——基因操作的理论基础一、基因的结构组成对基因操作的影响二、基因克隆的通用策略第一篇基因操作原理第二章分子克隆工具酶第一节限制性内切酶一、限制与修饰二、限制酶识别的序列三、限制酶产生的末端四、DNA末端长度对限制酶切割的影响五、位点偏爱六、酶切反应条件七、星星活性八、单链DNA的切割九、酶切位点的引入十、影响酶活性的因素十一、酶切位点在基因组中分布的不均一性第二节甲基化酶一、甲基化酶的种类二、依赖于甲基化的限制系统三、甲基化对限制酶切的影响第三节DNA聚合酶一、大肠杆菌DNA聚合酶二、KIenow DNA聚合酶三、T4噬菌体DNA聚合酶四、T7噬菌体DNA聚合酶五、耐热DNA聚合酶六、反转录酶七、末端转移酶第四节其他分子克隆工具酶一、依赖于DNA的RNA聚合酶二、连接酶三、T4多核苷酸激酶四、碱性磷酸酶五、核酸酶六、核酸酶抑制剂七、琼脂糖酶八、DNA结合蛋白九、其他酶第三章分子克隆载体第一节质粒载体一、质粒的基本特性二、标记基因三、质粒载体的种类第二节λ噬菌体载体一、λ噬菌体的分子生物学二、λ噬菌体载体的选择标记……第四章人工染色体载体第五章表达载体第六章基因操作中大分子的分离和分析第七章基因芯片技术第八章PCR技术及其应用第九章DNA序列分析第十章DNA诱变第十一章DNA文库的构建和目的基因的筛选第十二章基因组研究技术第二篇基因工程应用第十三章植物基因工程第十四章动物基因工程第十五章酵母基因工程第十六章细菌基因工程第十七章病毒基因工程第十八章医药基因工程第十九章基因工程产品的安全及其管理第一章基因工程概述第一节基因操作与基因工程一、基因操作与基因工程的关系基因操作（gene manipulation）：指对基因进行分离、分析、改造、检测、表达、重组和转移等操作的总称。
基因工程和基因组学
探秘基因工程和基因组学
基因工程和基因组学是当今最先进的生物学科学领域之一，其应用涵盖医疗、 农业、工业和环境等各个领域。本次演讲将为您揭开真相。
基因工程的应用领域
医疗
基因工程技术可以用于开发新药、制备疫苗、诊 断遗传性疾病。
工业
基因工程技术可以用于生产制造业中，如生产高 纯度的发酵酶、生物柴油等。
基因工程的基本原理
分离选择
找到想要的基因。
切割粘贴
精准操作基因。
转化
把修改后的基因引入到目标生 物体中。
基因组学的研究方法和技术
1
基因组测序
分析和揭示生物体各种基因的位置、数
基因表达谱分析
2
量和结构信息，是研究基因组学的重要 手段。
通过大规模分析细胞或组织中的基因表
达水平，揭示基因在不同生理状态下的
活性表达。
3
蛋白质组学
通过研究蛋白质的组成、构象、功能等， 揭示蛋白质与生物体生命活动的关系。
基因工程和基因组学的现状和发展趋 势
1 技术发展日新月异
新的技术手段已经大大提高了操作的效率和精度。
2 应用领域扩展不断
新的应用领域不断涌现，如人工合成生物体、微生物代谢工程等。
3 伦理和社会问题关注加深
农业
基因工程技术可以用于培育抗病虫害、耐旱抗寒、 高产优质的农作物。
环境
基因工程技术可以用于生物修复，如污染泥土中 的重金属，清洁污染的水源。
基因组学的意义和目标
1
认知世界
了解基因组组成可以增加我们对生命活动和生命起源的认识。
2
促进发展
研究人员可以借助基因组学开展与生物遗传相关的诸多领域的探索和研究，推动社会进步。
简述基因对基因学说的引申含义
简述基因对基因学说的引申含义
基因是生物学中非常重要的概念,是遗传信息的载体,控制了生物体的生长、发育、行为和其他生理特征。
基因学说则研究了基因的结构和功能,以及它们如何相互作用来传递遗传信息。
基因对基因学说的引申含义包括:
1. 基因是遗传信息的载体。
每个基因编码一个特定的蛋白质,它们携带了遗传信息,并通过遗传传递给后代。
2. 基因控制了生物体的生长、发育和生理特征。
基因可以影响生物体的细胞分裂、蛋白质合成、DNA复制和RNA编辑等过程,从而控制生物体的生长、发育和生理特征。
3. 基因相互作用来传递遗传信息。
多个基因之间的相互作用可以影响基因表达和遗传特征的传递。
4. 基因可以变异。
基因可以发生变化,从而导致基因表达的变化。
这种变异可以是自然的(如基因突变和自然选择),也可以是人为的(如基因编辑和基因疗法)。
5. 基因对环境保护有重要作用。
了解基因的作用可以帮助人们更好地控制环境污染,开发新的环境保护技术。
除了以上几个方面,基因对基因学说的引申含义还包括:
1. 基因工程和基因治疗。
基因工程和基因治疗是一种利用基因技术来治疗各种疾病的方法。
了解基因的作用可以帮助人们更好地开展这些技术。
2. 基因组学。
基因组学是一门研究人类基因组的学科,它揭示了人类基因组中所有已知的基因和它们的功能和作用。
3. 生物信息学。
生物信息学是一门研究基因序列、基因表达和基因调控的学科,它可以帮助人们更好地理解基因的作用和调控机制。
基因对基因学说的引申含义非常广泛,可以帮助我们更好地理解生物学中的许多复杂现象。
基因工程的名词解释
基因工程的名词解释基因工程是一种通过人为手段对生物体进行基因操作和改良的技术方法。
它是现代生物工程学的重要组成部分，也是生物技术的核心内容之一。
基因工程的名词主要包括以下几个方面的解释。
1. 基因：基因是生物体内负责遗传信息传递的DNA片段。
它是构成生物体的遗传物质，决定了生物体的特征和功能。
在基因工程中，科学家可以通过分离、合成、克隆等手段研究和改变基因的结构和作用。
2. 重组DNA技术：重组DNA技术是基因工程的核心技术之一。
它通过将不同来源的基因片段进行切割并重新组合，从而生成具有新功能的DNA分子。
重组DNA技术可以用于基因的克隆、修饰、表达和转移。
3. 基因克隆：基因克隆是指将特定的基因片段从生物体中分离并扩增，然后将其插入到其他生物体中，使之表达并产生特定的蛋白质或产物。
基因克隆技术是基因工程研究中最基本的方法之一。
4. 转基因：转基因是指将外源基因导入到接受体生物体中，从而使接受体生物体获得外源基因的遗传特征。
转基因技术可以用于改良农作物、生物制药、生物能源等领域。
5. 基因组学：基因组学是研究生物体基因组和其功能的一门学科。
通过对生物体基因组的测序和分析，基因组学可揭示基因组的组成、结构、功能和调控机制等信息，并为基因工程提供了重要的基础。
6. 基因编辑：基因编辑是利用特定的核酸酶或CRISPR/Cas9系统，通过剪切、修复或替换基因片段，实现对生物体基因组的精确编辑和修饰。
基因编辑技术具有高效、快速和精准的特点，在基因疾病治疗和农业改良等方面具有重要应用前景。
7. 人工合成基因：人工合成基因是指通过化学合成的方法合成具有特定序列和结构的DNA分子。
人工合成基因可以用于构建人工基因网络、生物合成、药物研发等领域。
8. 反义RNA技术：反义RNA技术是一种通过合成含有目标基因序列相反互补序列的RNA分子，从而抑制目标基因的表达。
反义RNA技术可用于基因的失活和功能研究，对于研究基因功能和基因治疗具有重要意义。
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蛋白质翻译后加工的意义
对于蛋白质的成熟、定位和功能发挥具有重要作用。例如，信号肽的去除可以使蛋白质从细胞内分泌 到细胞外或定位到细胞膜上；化学修饰可以调控蛋白质的活性和稳定性，从而影响细胞的生理功能； 剪切可以产生具有不同功能的蛋白质片段，增加蛋白质的多样性。
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转录与转录后加工的调控
转录的调控主要通过转录 因子与DNA的结合来实 现，可以影响RNA聚合酶 的活性和选择性。
转录和转录后加工的调控 具有协同作用，可以共同 调节基因的表达水平和蛋 白质的功能。
ABCD
转录后加工的调控涉及多 种蛋白质和RNA的相互作 用，可以影响RNA的加工 效率和产物种类。
29
基因工程与基因组学的应用前景
农牧业领域
通过基因工程改良作物和畜禽品种， 提高产量和品质，增强抗逆性；应用 基因组学解析重要农艺性状形成的分 子机制，指导新品种选育。
工业领域
利用基因工程生产工业酶、生物燃料 和生物材料等；应用基因组学优化工 业生产过程和开发新产品。
医学领域
基因工程可用于生产重组蛋白药物、 基因诊断和基因治疗等；基因组学可 用于解析人类疾病的遗传基础，发现 新的治疗靶点和药物。
异常的转录和转录后加工 调控可能导致疾病的发生 ，如癌症、遗传性疾病等 。
18
05
蛋白质翻译与翻译后加工
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蛋白质翻译的过程与特点
蛋白质翻译的过程
起始、延长和终止三个阶段。起始阶段，核糖体与mRNA结合，形成起始复合物；延长阶段，tRNA携带氨基酸 进入核糖体，进行肽链的延伸；终止阶段，释放完成翻译的蛋白质。
基因工程和基因组学
靶向药物设计及治疗方法探讨
根据患者的基因型和疾病特征， 制定个性化的治疗方案。
通过激活患者自身的免疫系统， 攻击异常基因或其产物，达到治 疗目的。
靶向药物设计 个体化治疗 组合治疗 免疫治疗
针对特定异常基因或其产物，设 计能够特异性结合并抑制其功能 的药物。
将多种靶向药物联合使用，以同 时抑制多个异常基因或通路，提 高治疗效果。
02
基因组学基础
Chapter
基因组学概念及研究内容
01
02
03
基因组学定义
研究生物体基因组的组成 、结构、功能及进化的科 学。
研究内容
包括基因组的测序、组装 、注释、比较基因组学、 功能基因组学等。
研究意义
揭示生物体的遗传信息， 为生物医学研究、生物技 术应用等提供基础数据。
基因组测序技术与方法
microRNA
一类小型非编码RNA，通过与 mRNA结合抑制其翻译或降解，从 而调控基因表达。
疾病相关基因表达异常分析
疾病相关基因
某些基因的表达异常与特定疾病 的发生和发展密切相关。
基因表达谱分析
利用高通量测序技术，对疾病样 本和正常样本的基因表达水平进
行比较，找出差异表达基因。
疾病分子分型
基于基因表达谱等分子特征，对 疾病进行更精细的分类和诊断。
发展历程
自20世纪70年代重组DNA技术诞生以来，基因工 程经历了不断的发展和完善，包括基因克隆、基因 编辑、基因合成等技术的出现和应用。
基因工程应用领域
医药领域
工业领域
基因工程在医药领域的应用包括基因 诊断、基因治疗和药物研发等，例如 利用基因工程技术生产重组蛋白药物 、抗体药物等。
工业领域中的基因工程应用包括生物 制造、生物能源和生物环保等，例如 利用基因工程技术生产生物塑料、生 物燃料等。
分子生物学个人整理仅作参考
Cht2 基因、基因组和基因组学1.基因gene:是指携带有遗传信息的DNA或RNA序列，也成为遗传因子，是控制性状的基本遗传单位。
2.基因组genome：是指一个细胞内的全部遗传信息。
基因组DNA中包括编码序列和大量非编码序列。
3.基因组学genomics：是一门对生命有机体全基因组进行序列分析和功能研究的新兴学科。
4.基因的几种特殊形式：跳跃基因；重复基因；断裂基因；重叠基因。
5.跳跃基因jumping gene:可在DNA分子间进行转移的DNA片段，也成为转座远见。
6.重复基因：指在同一基因组中存在2个或者2个以上拷贝的基因，一般来源于基因组内的不等交换，反转录插入及大规模的染色体重复。
7.断裂基因split gene:指基因的编码序列在DNA分子上是不连续排列的，而是被不编码的序列所隔开。
8.重叠基因overlapping gene：是指两个或者两个以上的基因共有一段DNA序列，也即同一DNA序列可以得到不同的mRNA，从而编码多种具有部分重叠序列的蛋白质的基因。
9.基因重叠的方式：一个基因完全在另一个基因里面；几个基因部分重叠；两个基因之间只有一个碱基重叠。
10.假基因pseudogene：是指与某些有功能的基因结构相似，但不能表达有功能的基因产物的某些基因。
假基因与有功能基因同源，原来可能有功能，但由于缺失、倒位突变，使这一基因区失活，成为无功能的基因。
11.多基因家族multigene family:是指由某一祖先基因经过重复和变异所产生的一组基因。
12.反向重复序列：是指两个相同顺序的互补拷贝在同一DNA链上的反向排列。
13.多顺反子mRNA(polycistronie mRNA):病毒基因组DNA序列中功能相关的蛋白质的基因或rRNA的基因往往从集在基因组的一个或几个特定的部位，形成一个功能单位或转录单元，它们可被一起转录成多个mRNA分子。
14.C值：一个生物体单倍体基因组DNA的总量。
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基因工程与基因组学
（二）、外源DNA片段与载体的切割和连接
通过用相同 的限制性核 酸内切酶切 割，连接形 成一个重组 DNA分子
基因工程与基因组学
（三）、重组DNA转入宿主细胞
1.重组DNA转入原核细胞
热激转化法 电穿孔转化法
2.差别显示反转录PCR（DDRT-PCR）
差基别因工显程与示基因分组学析基本流程
3、利用聚合酶链式反应技术扩增目的基因
（1）套式PCR （2）反向PCR （3）不对称PCR （4）锚定PCR （5）长程PCR （6）反转录PCR
基因工程与基因组学
4、 人工合成基因
Ø 根据已知的基因序列，或根据氨基酸序 列推测DNA序列
推荐几本参考书：
1、《基因工程原理与方法》，孙树汉编， 人民军医出版社 2、《基因工程原理》，吴乃虎编，科学出 版社（侧重原理） 3、《现代基因工程技术导论》，陈章良编， 科学出版社（侧重应用） 4、《分子克隆》(第三版)，J. Sambrook et al. 科学出版社（具体的实验方法，分 子生物学研究的圣经）
二、基因工程的工具酶
➢ 内切核酸酶(endonuclease) ➢ DNA连接酶(ligase) ➢ DNA聚合酶（DNA polymerase） ➢ RNA聚合酶（RNA polymerase） ➢ 反转录酶（reverse transcriptase）
➢ 最重要的工具酶是限制性核酸内切酶 （restriction endonuclease），也称限制性酶 (restriction enzyme), 能识别双链DNA分子中 一段特异的核苷酸序列，并在特定的位置将双连 DNA分子切断。
涂板 37 ℃中速震荡
加入培养液
基因工程与基因组学
2.重组DNA转入植物细胞
农杆菌介导的Ti质粒载体转化法
基因工程与基因组学
（四）重组子的筛选与鉴定
1.插入抗性失活 2.蓝白斑筛选 3.核酸杂交 4.PCR检测 5.测序 6.生物学活性检测
基因工程与基因组学
1.抗性插入失活筛选法
基因工程与基因组学
2.重组DNA转入真核细胞
农杆菌转化法
基因工程与基因组学
（1）热激转化法
重组DNA 感受态细胞
吸附DNA
摄入DNA
冰浴混合、静置 42ºC 热激
转化液涂含抗 菌素的平板
扩培
基因工程与基因组学
加入培养基
（2）电穿孔转化法
感受态细胞 混合
质粒DNA
电转仪调为
2.5kV 25F
脉冲控制器
200-400
基因工程与基因组学
（ 一 ） 限 制 性 核 酸 内 切 酶
Eco R Ⅰ
属名 种名 菌株名 序号
基因工程与基因组学
常 见 内 切 酶
基因工程与基因组学
（二） DNA连接酶
n 连接5’－磷酸和3’－OH，形成磷酸二酯 键，封闭DNA双链上的缺刻。
如： E·coli DNA连接酶 T4 DNA连接酶
基因工程与基因组学
载体(vector)
Ø 将外源DNA片段运送进宿主细胞 (host cell)进行扩增或表达的运载工 具称为载体。
Ø 载体也是DNA分子。
Ø 常用的载体有细菌质粒、噬菌体、病毒等。
经改造的黏粒(cosmid)、噬粒(phagemid) Ø 都要经过人工改造。
Ø 细菌人工染色体（BAC）、酵母菌人工染 色体（YAC）和人类人工染色体（HAC）
基因工程与基因组学
λ噬菌体载 体
YAC（1Mb）
基因工程与基因组学
载体的基本条件
①有独立的复制原点(ori)，能独立地自我复 制，而且能带动外源DNA一起复制。
②具有多种限制性酶的切点，用于连接外源 DNA 片段。
③载体上的限制酶酶切位点对于任何一种限 制酶来说只能有一个。
④具有一个选择标记基因。
2、利用转基因技术改良植物已取得很大进展并 在生产上应用
3、利用基因工程获得大量重组的蛋白、疫苗药
物
4、利用基因工程进行不同物种之间的基因传递 提供了可能。 转基因动植物--“生物工厂”
5、疾病诊断与基因治疗
6、环境保护
基因工程与基因组学
基因工程与基因组学
4. 利用基因工程改良动物
基因工程与基因组学
因组全部遗传信息储存 于一个片段 •将所有片段分别连接到载体 上，构成一个重组DNA群体 •这个群体包含全基因组的遗 传信息。保存、筛选基因工程与基因组学
基因工程与基因组学
三、基因工程的流程及相关技术
获得外源DNA片段（分） 限制性内切酶切割外源DNA片段与载体（切）
外源DNA片段与载体连接（接） 重组DNA分子转入宿主细胞（转）
重组子的筛选与鉴定（筛） 目的基因的确认与分析
基因工程与基因组学
基因工程与基因组学
（一）外源DN 利用聚合酶链式反应技术扩增目的基因
第13章 基因工程与基因组学概述
基因工程与基因组学
第一节 基因工程
一、基因工程概述 二、基因工程工具酶 三、基因工程的流程及相关技术 四、基因工程的发展应用
基因工程与基因组学
一、基因工程概述
Ø遗传工程（genetic engineering），也称生 物工程，利用工程技术的方法改造和修饰生 物体，使其产生新的性状或产品，从而改良 生物体的一种遗传学手段。 «核心是利用重组DNA技术，在分子水平上操 作修饰改变生物体遗传结构。 Ø基因工程（gene engineering）：利用人工 的方法把生物的遗传物质在体外进行切割、 拼接和重组，获得重组DNA分子，然后导入宿 主细胞或个体，使受体的遗传特性得到修饰 或改变的过程。基因工程与基因组学
蓝白斑筛选重组质粒
无插入片段的载体和受 体菌α-互补产生LacZ， IPTG诱导下，生色底物 X-Gal产生蓝色菌落；
当外源DNA插入到质粒的 多克隆位点后，导致不 能α-互补，使带有重组 质粒的细菌形成白色菌 落。
基因工程与基因组学
四、基因工程的发展应用
1、基因工程是生物科学基础研பைடு நூலகம்的重要手段