基因工程原理
基因工程基本工作原理
基因工程基本工作原理
基因工程是一种通过改变生物体的基因来改变其性状和功能的技术。
基本工作原理包括以下几个步骤：
1. 选取目标基因：确定想要改变的性状或功能，并找到与其相关的基因序列。
2. 获得DNA序列：获取包含目标基因的DNA序列，可以通
过从细胞中分离DNA或使用现有的DNA库等方法来获得。
3. 基因克隆：将目标基因的DNA序列插入到一个DNA载体（如质粒）中。
质粒是一种环状DNA分子，可以在细胞中自
我复制。
4. DNA转化：将载有目标基因的质粒导入细胞中。
这可以通
过多种方法实现，例如化学处理、电穿孔或使用病毒载体等。
5. 基因整合：目标基因被细胞摄取后，可以将其整合到细胞的染色体中。
这个过程中，目标基因会与宿主DNA进行互补配对，并与染色体连接成一条连续的DNA链。
6. 表达和转录：一旦目标基因被整合到细胞的染色体中，细胞可以开始利用这个基因来合成特定的蛋白质。
这个过程涉及到基因的转录（将DNA转录成RNA）和翻译（将RNA转化为
蛋白质）。
通过以上步骤，基因工程可以实现对生物体基因的改造和定制，
从而赋予其新的性状和功能。
这项技术在农业、医学、工业等领域有着广泛的应用，例如改良作物、生产药物和生物材料等。
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)。
基因工程基本原理
基因工程基本原理
基因工程是通过改变生物体的基因组来实现对其性状的调控的技术。
其基本原理包括以下几个步骤：
1. 基因选择：从目标生物体中选择具有所需性状的基因。
2. 基因克隆：将目标基因从生物体中分离出来，通常通过
PCR等方法进行基因扩增。
3. 基因构建：将目标基因插入到载体DNA中，构建重组DNA。
载体可以是细菌、酵母或其他生物的染色体片段，一
般被称为质粒。
4. 基因转导：将重组DNA导入到宿主生物体中。
这通常使用
基因枪、电穿孔和细菌介导等技术来实现。
5. 检验与筛选：对转导后的宿主生物进行筛选，确认目标基因达到预期效果。
这可能需要对基因表达进行检测，例如通过PCR、基因表达测定等方法。
6. 基因表达：在宿主生物中，目标基因会被表达为蛋白质，进而影响其性状。
这可能需要使用特定的启动子、RBS和终止
子等元件来调控基因表达水平。
基因工程的基本原理就是通过这些步骤来实现对基因组的改造，从而达到人为调控生物性状的目的。
这项技术在农业、医学和
生物工程等领域有广泛应用，例如改良植物品种、生产特定药物和生物材料等。
基因工程的原理与应用
基因工程的原理与应用基因工程是一种高级的生物技术，它主要涉及对基因结构的改变和移植，让某种生物获得新的属性或者提高原有的属性。
在这场技术革命中，科学家们使用一系列复杂的方法和技术，如基因切割、基因重组和基因转移等，来修改生物体的基因。
这种修改可以使生物体的生理功能得到优化，也可以使它们获得全新的功能。
基因工程的原理与应用涵盖了许多领域，总体来看，该技术为人类生活带来了巨大的利益。
一、基因工程的原理基因工程的原理基于分子生物学和遗传学的基本理论。
在基因工程所涉及的一系列技术中，最关键的步骤就是基因重组。
这是一个在生物体的基因之间物质交换的过程，平时我们见到的基因工程产品，其实就是基因重组的结果。
这是一种添加或删除某种生物体的基因的过程，科学家们通过操作DNA分子来实现这一目的。
两种不同物种的基因在经过科学家们精密操作后，会形成一个新的DNA分子。
这就是基因重组的过程，这个全新的DNA分子拥有两种不同生物体的基因特性。
然后，这个新的DNA分子被引入到受体生物的细胞中，然后在细胞内经过一系列复杂的生化反应后形成一种新的遗传特性。
二、基因工程的应用基因工程的应用越来越广，从农业、医疗到工业生产，无处不在。
在农业领域，基础设施的发展使得基因工程在种植业和畜牧业等领域得到了广泛应用，如转基因作物、转基因宠物等。
在医疗领域，基因工程的应用主要集中在医药生物制品、疾病治疗和药物制备等方面。
特别是在生物制药领域，基因工程产生了许多像胰岛素、生长激素、干扰素等重要药物，极大地提高了治疗疾病的效果。
在环保领域，基因工程可以用来改造微生物，使其具有分解污染物的能力，从而清除环境污染。
如改造的油脂分解菌、汞离子分解菌等，都具有很高的环保价值。
三、基因工程的前景随着科技的进步，基因工程的应用前景日益广阔。
它有可能引领新一轮的科技革新，在能源、环保、食品、医疗等许多领域产生深远的影响。
基因工程不仅有可能使我们解决许多传统上难以解决的问题，让生活变得更加便捷，更有可能推动人类社会的进步。
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。
《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。
简述基因工程的基本原理与过程
简述基因工程的基本原理与过程
基因工程是指对生物（动植物）基因进行人工改造，从而改变目标物
种的表型的研究。
基因工程的基本原理是从一个生物体中获取想要的基因，利用质粒或载体将基因定向插入到一个受体生物体中，从而达到特定目的
的一种科学技术。
基因工程的基本过程可以分为四步：
第一步，基因挖掘，即寻找有用的基因，使用某种筛选及分子生物学
技术来获得有用的基因序列；
第二步，基因克隆，即将找到的基因进行复制，可以进行测序，将基
因克隆到载体上；
第三步，转基因，又称基因转移，即将载体上的基因转移到另一个生
物体，以及将病毒中的基因植入到植物体中；
第四步，基因变异，其方法有化学物质诱变、热诱变、物理诱变等，
在把基因转移至另一生物体之后，还可以进行基因变异，以获得不同的表型。
基因工程的原理
二、基因缝纫针：DNA连接酶
2、作用部位：
3、作用条件：
两个DNA分子末端的碱基互补配对。
4、功能：
将两个DNA分子“缝合”起来，恢复被限制性内切酶切开了的磷酸二酯键。
可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来， E·coli DNA连接酶 或T4DNA连接酶 即恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键
DNA
A
B
C
D
DNA
HindⅢ
HindⅢ切割位点
A
B
限制酶作用是A处还是B处？
A处
T
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
A
GAATTC
CTTAAG
GAATTC
CTTAAG
G
AATTC
CTTAA
G
G
AATTC
CTTAA
G
G
CTTAA
AATTC
G
双链断开
不同来源的DNA片段结合
1、种类：
E·coli DNA连接酶 T4 DNA连接酶
EcoRⅠ
黏性末端
黏性末端
识别特定的脱氧核苷酸序列的特点：中轴线两侧的碱基反向对称重复排列的回文序列。
切割的位点：G、A之间 断裂的化学键是：磷酸二酯键
限制性内切酶对DNA分子的切割
A A G C T T
T T C G A A
A A G C T T
T T C G A A
②检测方法：应用核酸探针
③扩增：用PCR仪扩增
b.反转录法
c.化学合成法
双链DNA (即目的基因)
合成
单链DNA(cDNA)
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基因工程原理
1、典型的DNA重组实验通常包括哪些步骤？（20分）
重组DNA技术一般包括四步：①获得目的基因；②与克隆载体连接，形成新的重组DNA分子；③用重组DNA分子转
化受体细胞，并能在受体细胞中复制和遗传；④对转化子筛选和鉴定。
⑤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。
2、在PCR扩增时，（1）PCR扩增后出现的条带与预计的大小不一致，或大或
小，或者同时出现特异性扩增带与非特异性扩增带，为什么？有何对策？
（2）PCR扩增后有时出现涂抹带或片状带，其原因是什么？应该如何改进？
（20分）
(1)其原因：一是引物与靶序列不完全互补、或引物聚合形成二聚体。
二是Mg2+离子浓度过高、退火温度过低，
及PCR循环次数过多有关。
其次是酶的质和量，往往一些来源的酶易出现非特异条带而另一来源的酶则不出现，酶量过多有时也会出现非特异性扩增。
其对策有：①必要时重新设计引物。
②减低酶量或调换另一来源的酶。
③降低引物量，适当增加模板量，减少循环次数。
④适当提高退火温度或采用二温度点法(93℃变性，65℃左右退火与延伸)。
(2)出现片状拖带或涂抹带
PCR扩增有时出现涂抹带或片状带或地毯样带。
其原因往往由于酶量过多或酶的质量差，dNTP浓度过高，Mg2+浓度过高，退火温度过低，循环次数过多引起。
其对策有：①减少酶量，或调换另一来源的酶。
②减少dNTP的浓度。
③适当降低Mg2+浓度。
④增加模板量，减少循环次数。
3、获得一个功能未知的基因克隆后，怎样研究该基因的功能？请提出具体的
研究方案。
（20分）
基因功能的研究思路主要包括:
1.基因的亚细胞定位和时空(发育期或梯度药物处理浓度, 不同组织/器官)表达谱;
2.基因在转录水平的调控(可以通过genome walking PCR或通过已有的资源库寻找该基因的启动子等转录调控区域, 通过单杂交或ChIP
等技术, 寻找该基因的转录调控蛋白)
3.细胞生化水平的功能研究(也就是蛋白蛋白作用复合体的寻找验证,具体方法有酵母双杂交, GST pulldown, co-IP, BRET, FRET, BiFc等等,对该基因的表达产物做一个细胞信号转导通路的定位)
4.gain-of-function & loss-of-function: 也就是分别在细胞和个体水平,做该基因的超表达和knockdown(或knockout), 从表型分析该基因的功能.
功能研究应从完整的分子-细胞-个体三个层次研究, 综合分析.
4、在真核生物基因的DNA序列中，哪些部分的核苷酸序列的变异会影响其编
码的蛋白质的结构和功能？为什么？（20分）
外显子（exons）和启动子：既存在于最初的转录产物中，也存在于成熟的RNA分子中的核苷酸序列。
术语外显子也指编码相应RNA外显子的DNA中的区域。
启动子是基因（g ene）的一个组成部分，控制基因表达（转录）的起始时间和表达的程度。
启动子（P romoters）就像“开关”，决定基因的活动。
既然基因是成序列的核苷酸（nucleoti d es），那么启动子也应由DNA组成。
启动子本身并不控制基因活动，而是通过与称为转录（transcription）因子的这种蛋白质（proteins）结合而控制基因活动的。
转录因子就像一面“旗子”，指挥着酶（enzymes）(RNA聚合酶polymerases) 的活动。
这种酶制造着基因的RNA复制本。
基因的启动子部分发生改变（突变），则导致基因表达的调节障碍。
这种变化常见于恶性肿瘤。
启动子是位于结构基因5‘端上游的一段DNA列，能够指导全酶(holoenzyme)同模板正确结合，活化RNA聚合酶，启动基因转录。
5、简述基因敲除的原理及应用价值。
（20分）
基因敲除技术的原理是应用DNA同源重组原理，用设计的同源片段替代靶基因片段，引入的新基因会随基因组DNA的复制而稳定复制，因而可在活体内对某一特定基因的功能进行研究。
基因敲除有以下应用价值：
①．建立生物模型。
基因敲除技术就常常用于建立某种特定基因缺失的生物模型，从而进行相关的研究。
②.疾病的分子机理研究和疾病的基因治疗。
通过基因敲除技术可以确定特定基因的性质以及研究它对机体的影响。
这无论是对了解疾病的根源或者是寻找基因治疗的靶目标都有重大的意义。
③. 提供廉价的异种移植器官。
如果能将产生异源分子的基因敲除，能够很大地降低排异反应。
④. 免疫学中的应用。
同异源器官移植相似，异源的抗体用于人体时或多或少会有一定的免疫排斥，使得人用抗体类药物的生产和应用受阻。
而如果将动物免疫分子基因敲除，换以人的相应基因，那么将产生人的抗体，从而解决人源抗体的生产问题。
⑤改造生物、培育新的生物品种。
细菌的基因工程技术是本世纪分子生物学史上的一个重大突破，而基因敲除技术则可能是遗传工程中的另一重大飞跃。
它为定向改造生物，培育新型生物提供了重要的技术支持。