基因工程第一章 基因工程概论
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基因工程-1-前言PPT课件
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基因治疗临床试验所涉及的疾病
2021/6/7
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二、基因工程的应用
2.基因工程与工农业
2.1转基因植物
植物转基因技术是指把从动物、植物或微生物中分离 到的目的基因，通过各种方法转移到植物的基因 组中，使之稳定遗传并赋予植物新的农艺性状， 如抗虫、抗病、抗逆、高产、优质等。
➢植物抗虫基因工程 ➢抗病基因工程 ➢植物抗逆基因工程 ➢植物品质改良的基因工程 ➢植物生物反应器
基因是一个含有特定遗传信息的核苷酸序
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列，它是遗传物质的最小功能单位。 4
第一节 基本概念
2.基因工程
(gene engineering) 用人工方法,对
DNA(基因)分子在体 外(in vitro)进行切割、 连接、组成重组DNA 分子.再导入生物体内, 并使其在异种生物内 复制、表达,从而使受 体生物获得新的遗传 性状,这一全过程称为 基因工程.
3.
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实践上的三大实验
重组DNA实验、科恩模型实验、真核基因异
源表达实验
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限制性内切酶的发现
1970年H· Smith 首次分离了Ⅱ型限制酶HindIII
1978年诺贝尔奖
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基因克隆质粒载体的应用
pSC101（plasmid Stanley Cohen)
➢ 复制单元 ➢ 抗生素抗性基因 ➢ 外源DNA克隆位点
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第一例基因治疗临床实验
腺苷脱氨酶基因
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基因治疗死亡病例
1999年 一位18岁青年盖幸格接受基因治 疗仅仅4天便不幸死亡。
2002年 法国两名接受免疫缺陷基因治疗 的儿童，又莫名其妙地患上了白血病
基因工程概述
1 . “鸟枪法”（“散弹射 击法”）
用限制酶将供体细胞中 的DNA切成许多片段，将这 些片段分别载入运载体，然 后通过运载体分别转入不同 的受体细胞，让供体细胞提 供的外源DNA的所有片段分 别在各个受体细胞中大量复 制（即扩增），从中找出含 有目的基因的细胞，再利用 一定方法将目的基因的DNA 片段分离出来。
思考：依照中心法则分析番茄软化的原因：
多聚半乳糖酸酶基因 转录 mRNA 翻译 多聚半乳糖酸酶
细胞壁结构被破坏
番茄软化
• 哪些新技术能大大简化基因工程的操作技术？
1、DNA测序仪：
能快速地测定DNA 样品的碱基序列。
2、PCR技术：
在体外通过酶促反应 有选择的大量扩增目的 基因或序列的技术。
概念的把握
基因工程的别名 操作环境 操作对象 操作水平 基本过程 结果 优点 本质
DNA重组技术 体外 基因
分子水平 剪切→ 拼接 →导入→ 表达 获得人类需要的基因产物
定向改造生物 基因重组
（二）基因工程的工具——酶和载体
关键步骤一的工具： “分子手术刀”—限制性内切酶 关键步骤二的工具： “分子针线”—DNA连接酶 关键步骤三的工具： “分子运输车”—载体
步骤四：筛选出获得目的基因的重组细胞
氨苄青霉 素抗性基因
四环素 抗性基因
步骤五：培养受体细胞并诱导目的基因的表达
• 受体细胞摄入DNA分子后就说明目的基因 完成了表达吗？ 重组的DNA分子进入受体细胞后受体细 胞必须表现出特定的性状，才能说明目的基 因完成了表达过程。
若不能表达， 要对抗虫基因 再进行修饰。
• 将目的基因导入受体细胞的原理
借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径， 如土壤农杆菌转化法。
基因工程PPT课件 第一章 绪论
Figure 1
This figure is purely diagrammatic. The two ribbons symbolize the two phophate-sugar chains, and the horizonal rods the pairs of bases holding the chains together. The vertical line marks the fibre axis.
❖基因表达调控研究
基因表达实质上就是遗传信息的转录和翻译。在个体生长发育 过程中生物遗传信息的表达按一定时序发生变化（时序调节） ，并随着内外环境的变化而不断加以修正（环境调控）。
原核生物的基因组和染色体结构都比较简单，转录和翻译在同 一时间和空间内发生，基因表达的调控主要发生在转录水平。
真核生物转录和翻译过程在时间和空间上都被分隔开，且在转 录和翻译后都有复杂的信息加工过程，其基因表达的调控可以 发生在各种不同的水平上。其基因表达调控主要表现在信号传 导研究、转录因子研究及RNA剪辑3个方面。
2021/7/23
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注：文档资料素材和资料部分来
广义上，分子生物学包括对蛋白质和核酸等生物大 分子结构与功能的研究，以及从分子水平上阐明生 命现象和生物规律，但目前主要研究基因的结构与 功能、复制、转录、表达和调控，确切地应称为分 子遗传学。
2021/7/23
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第一节 引 言
DNA
mRNA
16S rRNA
tRNA
生物 大分子
蜘蛛毒素 金属硫蛋白
第三节 分子生物学的研究内容 ❖分子生物学的研究内容：
DNA重组技术 基因表达调控研究 结构分子生物学 基因组、功能基因组与生物信息学研究
第一章 基因工程第1节基因工程3
实现功能 表达
（2）若以大肠杆菌为受体，以人的生 长激素基因为目的基因，请设计出通 过基因工程生产人生长激素的过程。
3．目的基因导入大肠杆菌细胞最常用的
1.（1）将目的基因导入植物细胞 常采用的农方杆法菌是介导什转么化？ （2）说法说。农杆菌有何特点？
农杆菌生活在土壤中，自然条件下能感染大多 数双子叶植物的受伤部位，并诱导产生冠瘿瘤 或发状根；农杆菌中Ti质粒上的T-DNA可转移至
受（体3细）胞农，杆并菌且整转合化到法受的体过细程胞染是色怎体样DNA上。 农的杆？菌介导转化法的过程是将目的基因导入Ti
农杆菌转
化法 导入植物 基因枪法
细胞 导
花粉管通
入 导入动物细 道显法微注射
Байду номын сангаас
方 胞——
法
法 导入微生物细 感受态细胞
胞——
吸收DNA分
子
【例1】根据农杆菌可将目的基因导 入双子叶植物的机理，你能分析出农 杆菌不能将目的基因导入单子叶植物 的原因吗？
通常单子叶植物的细胞壁中不能 合成酚类诱导物如乙酰丁香酮和 羧基乙酰丁香酮等，这使得单子 叶植物不易被农杆菌侵染。
①获取目的基因→②制备重组DNA分子→③ 转化受体细胞→④筛选重组细胞→⑤实现
（功2）能制表备达重。组DNA分子时，必需的两种工具 用来酶切是割什目么的？基因和质粒的限制性内切酶及
DNA连接酶。 3（种3，）它经们转分化别过是程含所非得重到组的质受粒体的细大胞肠有杆几菌种、可
含能重？组质粒的大肠杆菌以及不含质粒的大肠 杆菌。
检测出棉的植株中含有抗虫基因，但让
棉铃虫食用棉的叶片时，抗棉虫铃棉虫在并没有
被杀死，这说明
棉植株里 没有表达
《食品生物技术概论》1基因工程
利用限制酶切点上插入外 源DNA使抗性基因失活, 可通过插入失活进行筛选
pBR322质粒载体的优点：
• 具有较小的分子量。 • 具有两种抗生素抗性基因可供做选择记号 • 具有较高的拷贝数。
（2）pUC18/19质粒
★分子量小，但可以接受 较大的外源片段； ★拷贝数多； ★多克隆位点的酶切位点 多，克隆方便； ★具有α-互补显色表型， 可作为检测重组质粒存在 与否的选择标记；
2. 基因工程研究的技术支撑
(1)DNA的提取和纯化 (2)核酸凝胶电泳技术 (3)分子杂交技术 (4)聚合酶链 (PCR)反应 (5)DNA序列分析技术 (6)基因定点突变技术
三、基因工程操作的基本技术路线
第二节 基因工程工具酶
重组DNA常用的工具酶
• Ⅱ型核酸内切限制酶 • DNA连接酶 • 大肠杆菌DNA 聚合酶Ⅰ • 反转录酶 • 末端转移酶 • 碱性磷酸酶 • Taq DNA聚合酶
作为基因工程的受体细胞必须要具 备以下特性: ①便于重组 DNA 分子的导入; ②便于重组 DNA 分子稳定存在于受体细胞中; ③便于重组子筛选; ④遗传稳定性高,对遗传密码的应用上无明显偏倚性,易于扩大培
养或 发酵; ⑤具有较好的翻译后加工机制,便于真核目的基因的高效表达; ⑥安全性高,不会对 外界环境造成生物污染; ⑦在理论研究或生产实践上有较高的应用价值。
2个DNA分子
4个DNA分子
第三个循环后 形成了8个 DNA分子
第五节 基因与载体的连接
一、 互补黏性末端 DNA 片段之间的连接
待连接的两个DNA片段的末端 如果是用同一种限制性核酸 内切酶酶切产生的,连接后仍 保留原限制性核酸内切酶的 识别序列。如果是用两种同 尾酶酶切的,虽然产生相同的 互补黏性末端,可组织或细胞 2、分离细胞总RNA，并从总RNA中分离mRNA 3、以mRNA分子为模板，合成cDNA链的第一链 4、双链cDNA的合成 5、双链cDNA与载体的连接 6、重组cDNA的转移和的建立4. 聚合酶链反应法
pBR322质粒载体的优点：
• 具有较小的分子量。 • 具有两种抗生素抗性基因可供做选择记号 • 具有较高的拷贝数。
（2）pUC18/19质粒
★分子量小，但可以接受 较大的外源片段； ★拷贝数多； ★多克隆位点的酶切位点 多，克隆方便； ★具有α-互补显色表型， 可作为检测重组质粒存在 与否的选择标记；
2. 基因工程研究的技术支撑
(1)DNA的提取和纯化 (2)核酸凝胶电泳技术 (3)分子杂交技术 (4)聚合酶链 (PCR)反应 (5)DNA序列分析技术 (6)基因定点突变技术
三、基因工程操作的基本技术路线
第二节 基因工程工具酶
重组DNA常用的工具酶
• Ⅱ型核酸内切限制酶 • DNA连接酶 • 大肠杆菌DNA 聚合酶Ⅰ • 反转录酶 • 末端转移酶 • 碱性磷酸酶 • Taq DNA聚合酶
作为基因工程的受体细胞必须要具 备以下特性: ①便于重组 DNA 分子的导入; ②便于重组 DNA 分子稳定存在于受体细胞中; ③便于重组子筛选; ④遗传稳定性高,对遗传密码的应用上无明显偏倚性,易于扩大培
养或 发酵; ⑤具有较好的翻译后加工机制,便于真核目的基因的高效表达; ⑥安全性高,不会对 外界环境造成生物污染; ⑦在理论研究或生产实践上有较高的应用价值。
2个DNA分子
4个DNA分子
第三个循环后 形成了8个 DNA分子
第五节 基因与载体的连接
一、 互补黏性末端 DNA 片段之间的连接
待连接的两个DNA片段的末端 如果是用同一种限制性核酸 内切酶酶切产生的,连接后仍 保留原限制性核酸内切酶的 识别序列。如果是用两种同 尾酶酶切的,虽然产生相同的 互补黏性末端,可组织或细胞 2、分离细胞总RNA，并从总RNA中分离mRNA 3、以mRNA分子为模板，合成cDNA链的第一链 4、双链cDNA的合成 5、双链cDNA与载体的连接 6、重组cDNA的转移和的建立4. 聚合酶链反应法
基因工程概要
基因工程概要第一章：绪论让幸福的细胞不凋亡；让开心的基因多表达；让健康的质粒常转染；让快乐的双链不变异；让烦恼的片段永封闭。
一、基因工程的基本定义基因工程是指重组DNA技术的产业化设计与应用，包括上游技术和下游技术两大组成部分。
上游技术指的是基因重组、克隆和表达的设计与构建（即重组DNA技术）；而下游技术则涉及到基因工程菌或细胞的大规模培养以及基因产物的分离纯化过程。
二、四大里程碑遗传物质的明确——DNA；DNA双螺旋结构理论（半保留复制及其中心法则）；基因遗传密码子的破译；基因转移载体的发现。
三、三大技术发明工具酶的发明：内切酶、合成酶、连接酶；基因合成和测序（合成仪、测序仪）；PCR技术（PCR扩增仪）。
四、基因的现代概念移动基因；断裂基因；假基因；重复基因；重叠基因；或嵌套基因五、工具酶种类核糖核酸酶；脱氧核糖核酸酶； DNA连接酶；DNA聚合酶；RNA聚合酶；反转录；限制性核酸内切酶。
第二章：重组ＤＮＡ技术基础1、DNA组成与结构：核酸、一级结构、二级结构和高级结构；2、RNA的组成与功能：mRNA、tRNA、rRNA.3、核酸的理化性质：（1）一般性质：核酸的溶解度.；酸碱性；核酸的高分子性质粘度： DNA>RNA dsDNA > ssDNA；核酸的紫外吸收(OD260)单核苷酸 > ssDNA(或RNA) > dsDNA；核酸的化学性质：核酸中的嘌呤和嘧啶能进行脱氨、聚合、烷基化等反应等。
（2）DNA的变性：DNA变性的本质是双链间氢键的断裂；（3)DNA的复性与分子杂交 : DNA复性(renaturation)的定义:在适当条件下，变性DNA的两条互补链可恢复天然的双螺旋构象，这一现象称为复性。
热变性的DNA 经缓慢冷却后即可复性，这一过程称为退火(annealing) ;减色效应: DNA复性时，其溶液OD260降低的现象.(4)核酸酶:核酸酶是指所有可以水解核酸的酶.(5)核酶:催化性RNA 作为序列特异性的核酸内切酶降解mRNA; 催化性DNA人工合成的寡聚脱氧核苷酸片段，也能序列特异性降解RNA。
基因工程原理第一章绪论
“我感谢诺贝尔评奖委员会,在我还能够尽情享受生活的年龄及时地把诺贝尔奖授予给我.”
基本原理：
高温变性 低温退火 中温延伸
1.4 基因克隆需要特殊的工具和技术
• 运输工具： 细菌质粒 病毒染色体
• DNA操作技术 纯化DNA 剪切DNA分子 分析DNA片段大小连接DNA分子 将DNA转入受体细胞重组子的鉴定
基因工程原理 Principle of Gene Engineering
第一章 第一节
第一章
基因工程
基因研究的发展阶段：
染色体水平
DNA水平
DNA重组
染色体遗传学
分子生物学
反向生物学
50s
70s
1857－1864：孟德尔碗豆杂交试验（遗传因子的 独立分配规律） 1910年：摩尔根果蝇遗传学研究 （遗传的染色体理论）
（3）细菌的转化（Transformation）
——一种细菌菌株由于捕获了来自另一种细菌菌株的DNA，而导致性状特征发生遗传性改变的生 命过程。
（4）DNA核苷酸序列分析
• 双脱氧链终止法（Sanger法）：英国生物化学家Frederick Sanger于1977年发明
反应组成
模板 标记的引物 DNA聚合酶 dNTP 双脱氧链终止物ddNTP
1.1.4基因工程发展史 （1）理论上的三大发现：
• 1944, Avery的肺炎双球菌实验,确定了遗传的物质基础是DNA。 • DNA的分子结构及复制机理：50年代，Watson和Crick提出DNA的双螺旋结构模型和半保留复
制的机理。 • 1958，Crick提出“中心法则”；1961年，Jacob和Monod “操纵子学说”
基因工程：在体外将核酸分子插入病毒、质粒或 其它载体分子，构成遗传物质的新组合，并使其 掺入到原先没有这类分子的寄主细胞内，而能持 续稳定繁殖。
基本原理：
高温变性 低温退火 中温延伸
1.4 基因克隆需要特殊的工具和技术
• 运输工具： 细菌质粒 病毒染色体
• DNA操作技术 纯化DNA 剪切DNA分子 分析DNA片段大小连接DNA分子 将DNA转入受体细胞重组子的鉴定
基因工程原理 Principle of Gene Engineering
第一章 第一节
第一章
基因工程
基因研究的发展阶段：
染色体水平
DNA水平
DNA重组
染色体遗传学
分子生物学
反向生物学
50s
70s
1857－1864：孟德尔碗豆杂交试验（遗传因子的 独立分配规律） 1910年：摩尔根果蝇遗传学研究 （遗传的染色体理论）
（3）细菌的转化（Transformation）
——一种细菌菌株由于捕获了来自另一种细菌菌株的DNA，而导致性状特征发生遗传性改变的生 命过程。
（4）DNA核苷酸序列分析
• 双脱氧链终止法（Sanger法）：英国生物化学家Frederick Sanger于1977年发明
反应组成
模板 标记的引物 DNA聚合酶 dNTP 双脱氧链终止物ddNTP
1.1.4基因工程发展史 （1）理论上的三大发现：
• 1944, Avery的肺炎双球菌实验,确定了遗传的物质基础是DNA。 • DNA的分子结构及复制机理：50年代，Watson和Crick提出DNA的双螺旋结构模型和半保留复
制的机理。 • 1958，Crick提出“中心法则”；1961年，Jacob和Monod “操纵子学说”
基因工程：在体外将核酸分子插入病毒、质粒或 其它载体分子，构成遗传物质的新组合，并使其 掺入到原先没有这类分子的寄主细胞内，而能持 续稳定繁殖。
第一章 基因工程绪论1
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看 什 么 看 ， 都 是 人 类 的 错 ！
7
A
B
Z
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1953年，Watson和Crick创立DNA双螺 旋模型，证实基因是具有一定遗传效应 的DNA片段。
目前的分子生物学，在分子水平（核酸）
上，研究生物的生长、分化、死亡以及 遗传和变异的内在规律。
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本世纪70年代初，基因工程学诞生。
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转基因植物获得新的性状
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无冰晶细菌帮助草莓抗霜冻
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中国已经批准进入大田的转基因植物
马铃薯：抗病毒、抗逆、高营养品质 水稻：抗病毒、抗虫、抗除草剂 棉花：抗虫 玉米：抗虫 大豆：抗除草剂 小麦：抗除草剂、高营养品质 番茄：抗病、耐储存 甜椒：抗病辣椒：抗病毒 烟草：抗病毒、抗虫 番木瓜：抗病毒 矮牵牛：改变花色 杨树：抗虫 微生物：提高固氮效率
（1）Itakara等使化学合成的激素抑制素基因
与大肠杆菌β一半乳糖(苷)酶基因和PBR322
质粒重组到一起，然后转化到大肠杆菌中，
结果产生含激素抑制素的嵌合型蛋白质，经
溴化氰处理后，有活性的激素抑制素便释放 出来。这是真核生物的人造基因首次在原核 生物中表达。
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（2）1978年， Gooddel等使化学合成的人胰岛素 基因在大肠杆菌中表达；
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三、基因工程的巨大意义
农业：转基因植物、动物
医学：基因工程药物、基因诊断、治疗
工业：工业用酶制剂
环境：降解污染物
……
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Applications ： Agriculture