基因组学杨金水电子版 基因工程 电子版
分子生物学基因组转录组蛋白组ppt课件
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C. 烟草花叶病毒的感染实验
对病毒的研究逐渐深入以后，发 现一些植物的病毒仅含有RNA没 有DNA。
当用烟草花叶病毒（TMV）的 RNA和蛋白质分别进行感染试验， 发现只有RNA才能诱发感染。
RNA也是遗传物质
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蛋白质
RNA酶 处理
RNA
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2.2 The structure of DNA
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• 基因组表达的最初产物是转录组，即那些含有细胞在 特定时间所需生物信息、编码蛋白质的基因衍生而来 的RNA分子的集合。
• 转录组中的RNA分子以及其他来自非编码基因的RNA 都由转录过程产生。
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3.1 The structure of RNA
2’, 3’-环磷 酸二酯
A, C, G, U
核糖
1. 稳定性差 2. 主要以单链形式存在
13
(1) (2) (3)
(4)
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这表明无毒性的R型活细菌在与被加热杀死的S型细菌混合后， 转化成了有毒性的S型活细菌。这些转化成的S型细菌的后代也是 有毒性的S型细菌，可见这种性状的转化是可以遗传的。 1944年，艾弗里从S型活细菌中提取了DNA，蛋白质和多糖等 物质，然后分别加入到培养R型细菌的培养基中。结果发现只有 加入DNA时， R型细菌才能转化成S型细菌。 通过上述研究表明，DNA是使R型细菌产生转化的物质，所以 DNA是遗传物质。
基因工程 第二章
（5）RE 的缓冲液
缓冲液组分包括： ①Mg2+； ② Tris-Hcl 使pH处于最佳数值范围内 ③保护酶稳定性的物质 β-巯基乙醇、（DDT) 、（BSA)
第37页，本讲稿共62页
星号活性：非特适条件（酶浓度高，甘油高、 代离子强度，高pH）等常使酶发生不正 确切割，切割特异性。
第38页，本讲稿共62页
G
PstI
ACGTC
G
T4DNA聚C合酶
第28页，本讲稿共62页
4. Ⅱ型RE的反应条件
(1 ) 标准酶解体系的建立 一个单位的限制性核酸内切酶定义为 :
在合适的温度和缓冲液中 , 在 20 μ L 反应 体系中 ,1h 完全降解 1 μ g DNA 所需要的 酶量。
第29页，本讲稿共62页
（2）酶解过程
不同RE具有不同的最适反应温度 一般为37 ℃ 也有例外 如 SmaI 25 ℃
ApaI 30 ℃
高于可低于最适反应温度会导致酶失活
第35页，本讲稿共62页
（4）DNA分子结构 超螺旋比线性DNA需酶量大，最高可
达20倍 另外切割于不同DNA部位的限制位点
时，效率也不同，但最多不会相差10倍
第36页，本讲稿共62页
可获得分子量大小有所增加的限制片段产 物，称这为局部酶切消化
第43页，本讲稿共62页
（3）RE对真核DNA的消化作用
真核生物基因组大，可达109左右，RE 切后有105_106种不同大小的DNA 片段用 普通方法（电泳或液相色谱）无法分析， 建基因才行。第44页，本讲稿共62页
在某质粒上有四个HindⅢ 的酶切位点用，即用 HindⅢ酶应得到3.6、5.3、7.4、和11.4KB的四个片段。 但是用HindⅢ切割从被感染的寄主细胞中分离到的该 质粒DNA时，只得到3个片段，分别是7.4、8.9和
第一章基因和基因组及基因工程的概念[1]
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第一章基因和基因组及基因工程的概 念[1]
（四）、目的基因高效表达规律
1. 目的蛋白无须变形和复性就具有生物活性的表达方式 2. 对于翻译后需要修饰蛋白质结构，能够进行目的蛋白结构修饰的
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第一章基因和基因组及基因工程的概 念[1]
4-2 多肽的修饰： ① N末端信号肽的切除 ② 二硫键的形成 ③ 线性多肽呈现出一定空间结构 ④ 多肽链的糖基化等
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第一章基因和基因组及基因工程的概 念[1]
（二）、原核生物基因表达的特点
① 原核生物只有一种RNA聚合酶(真核细胞 有三种)识别原核细胞的启动子，催化所 有RNA的合成。
前胰岛素原，它比胰岛素原的Ｎ末端上多一段肽链，即信号肽，含20个 氨基左右，其中多是疏水侧链残基。
生成过程：前胰岛素原在信号肽的引导下进入内质网腔。待肽链进入腔 后，立即被信号肽酶切去“前”顺序。形成的胰岛素原后，又被运输 到高尔基体然后贮存在贮存颗粒中，并在特异肽酶的作用下转变为活 性胰岛素，肽酶催化胰岛素原的二个特定肽键的断裂，释放出一段中 间的肽链，这个端肽链又在肽酶的作用下从链的两端各除去2个氨基 酸残基而生长C肽。
（一）、基因表达的基础知识
1 概念：
1-1 以mRNA为模板的 蛋白质合成过程称为 翻译或转译
1-2 mRNA： 从DNA到 蛋白质的信息传递载 体
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第一章基因和基因组及基因工程的概 念[1]
1-3 遗传密码：
第七章 基因与基因组学
宣告完成。六国联合体：2001年2 月15日《Nature》 Celera公司：2001年2 月16日《Science》
•2003年4月14日，中、美、日、德、法、英6国科学家
宣布人类基因组序列图绘制成功，人类基因组计划的 所有目标全部实现（弗朗西斯·柯林斯）。温家宝等六 国首脑联名祝贺（标志着后基因组时代来临） 。
（三）第三代基因工程技术——途径工程
第二节 动物基因组学
一、
人类基因组计划（HGP）20世纪人类科技发展史上的三大创举 90年代人类基因组计划 60年代人类首次登上月球
40年代第一颗原子弹爆炸
•1986年，杜尔贝科在《Science》短文《癌症研究
的转折点－－人类基因组测序》 。
•1990年，人类基因组计划正式启动，沃森担任
（5）猪的EST专门数据库： /
（6）小鼠单倍型图谱：
/haplotype_map.html （7）QTL在线分析系统：
/ （8）免费医学杂志（含遗传学）：
要意义，中国基因组研究中心的测序 能力已跃居世界6大测序大国的16个 测序中心的第7位。
• 以人类基因组和拟南芥基因组为例说明你对生 物基因组全序测定工作的科学意义与社会意义 的认识（8分）
中国科学院2002年 硕士学位研究生入学分子遗传学试题
二、 动物基因组计划
2005年“中-丹家猪基因组计划” 1999年线虫基因组测序 2002年小鼠基因组测序 2005年家蚕基因组测序 2004年斑马鱼基因组测序 2005年绵羊基因组测序 2000年果蝇基因组测序
▪定向测序（Derected or ordered approaches）
▪ 克隆排序（Generate ordered clones ▪ Minimal redundance sequencing) ▪ 引物步移（Primer walking） ▪ 转座子插入（Transposon insertion） ▪ 限制性酶切片段亚克隆（Restriction
基因组学分析
第八章基因组学分析基因组（Genome）指一个生物体中所有的遗传信息的载体DNA。
原核生物基因组与真核生物基因组有着很大的区别，原核生物的基因组比较简单，一般由一条染色体（有些细菌有多条染色体）和若干个质粒组成。
除少数细菌外，细菌的染色体一般由一条环状双链DNA组成。
染色体高度折叠、盘绕聚集在一起，形成致密的类核(nucleoid)，类核无核膜与胞浆分开，类核的中央部分由RNA和支架蛋白组成，外围是双链闭环的DNA超螺旋（图8-1）。
染色体DNA链上与DNA复制、转录有关的信号区域优先与细胞膜结合，连接点的数量随细菌生长状况和不同生活周期而异。
这种连接有助于细胞膜对染色体的固定，并在细胞分裂时将染色体均匀的分配到子代细胞中。
图8-1：大肠杆菌染色体DNA的类核结构，中间实心圆为中央类核，四周的为DNA环。
从1995年美国基因组研究所（The Institute for Genomic Research, TIGR）发表第一株细菌——流感嗜血杆菌（Haemophilus influenzae RD）的全基因组序列以来，现已发表了150多株细菌的基因组全序列(表8-1)，其中包括古细菌和真细菌，既有病源微生物也有非病源微生物。
这些已完成全基因组测序的细菌很具代表性，有在极端条件下生长的嗜热菌，耐盐菌，耐酸菌；有厌氧菌，兼性厌氧菌和需氧菌；有营养要求不高的大肠杆菌，较难培养的枝原体，只在活细胞内生存的衣原体和立克次体。
在未来的几年时间里，还将有更多株原核生物的基因组全序列被测序，预示着原核生物基因组研究将对21世纪的生命科学研究中起着推波助澜的作用。
第一节微生物基因组概述1、基因组大小曾经有很多方法用于细菌基因组大小的研究，包括比色法、DNA复性动力学、酶切片段的二维胶电泳，这些方法现在都已经被脉冲场电泳（Pulsed Field Gel Electrophoresis, PFGE）技术所取代。
虽然原核生物的基因组大小相对比真核生物要小，但是最大的原核生物基因组碱基数与最小的真核生物基因组碱基数大小有部分重叠（图8-2）。
基因工程和人类基因组[可修改版ppt]
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每完成一个循环需2～4 min， 2～3 h就能将待扩目的 基因扩增放大几百万倍。
①模板DNA的变性：模板DNA经加热至93℃左右一定时间后， 使模板DNA双链DNA解离，使之成为单链，以便它与引物结 合，为下轮反应作准备；
②模板DNA与引物的退火(复性)：模板DNA经加热变性成单链 后，温度降至55℃左右，引物与模板DNA单链的互补序列配 对结合；
③引物的延伸：DNA模板-引物结合物在TaqDNA聚合酶的作用
分
目的基因
基因载体
切
接
重组体
转 筛
总 体 技 术 路 线
表
制备目的基因的• 从cDNA或基因组中分离； • PCR（Polymerase Chain Reaction）法； • mRNA差异显示分离目的基因； • 化学合成法；
PC究基因的本质（一）
肺炎链球菌（Streptococcus pneumoniae）感染实验二 Fredrik Griffith, 1928
基因的结构、功能和调控
1、DNA结构：华生(Watson)和克里克(Crick) DNA 双螺旋模型（1953） DNA半保留复制（1953） 获1962年诺贝尔奖
基因工程的基本过程
• 切——从供体细胞中分离出基因组DNA，用限 制性核酸内切酶将目的基因切开；
• 接——用DNA连接酶将目的基因片段接到载体 分子上，形成重组分子；
• 转——借助于细胞转化手段将重组DNA分子导 入受体细胞中；
高中生物1基因工程的基本工具课件选修3高二选修3生物课件
第十一页，共二十八页。
限制酶巩固 练 (gǒnggù)
习-2
B
下列黏性末端属于(shǔyú)同一种限制酶切割而成的 是
A．①② B．①③ C．①④ D．②③
第十二页，共二十八页。
限制酶巩固(gǒnggù)练习-3 B
下列平末端属于(shǔyú)同一种限制酶切割而成的是
C.质粒只有在侵入宿主细胞后在宿主细胞内复制 D.细菌质粒的复制过程一定是在宿主细胞外独立(dú lì) 进行
第二十一页，共二十八页。
本节知识点拓展(tuò zhǎn)
糖尿病是一种常见病，且发病率有逐年增加的趋 势，以致西方发达国家把它列为第三号“杀手”。 前对糖尿病I型的治疗，大多采用激素(jī sù)疗法，这
接酶的作用下，把图中甲与乙拼接起来(即重组)并在方
框内相应处画出.
②细菌丙进行分裂后，其中被拼接的质粒，也由一个变成 二个，二个变成四个……，质粒的这种增加方式在遗传 学上称为 。目的是基因通过活动(即表达)后，能使细 菌产生治疗糖尿病的激素。这是因为基因具有控制 合 成的功能。
第二十四页，共二十八页。
操作环境
生物体外
操作对象
基因(jīyīn)
操作水平
DNA分子(fēnzǐ)水平
基本过程 剪切 → 拼接 → 导入 → 表达
实质
基因重组
结果
人类需要的新的生物类型或 生物产品
第五页，共二十八页。
1.1 DNA重组(zhònɡ zǔ)技术的基本工 具
分念析是“(f在ē剪nxī生)概切物”体和外“，拼通接过”对，D对NA生分物子的进基行因人进工行
A.①③ B.①④ C.②③ D.②④
基因组学
1 Structural genomics and functiongenomics结构基因组学：经过基因作图、核苷酸分析来确定基因的组成和基因定位。
功能基因组学：在结果基因组学所获得的信息和产物的基础上，全面系统地分析基因的功能。
2 orthologous and paralogous genes直源基因：基因是那些不同种属生物间的同源基因，它们的共同祖先早于种属分化。
旁源基因：基因存在于同种生物中，常识多基因家族的成员，他们的祖先可能早于或晚于种属分化。
4 Enhancer trap and promoter trap增强子陷阱：将某报告基因与一个精巧的启动子相连，组成一增强子陷阱重组体，它不会自主起始转录，而需由被插入的细胞基因组中的增强子帮助才可转录。
若报告基因最终表达，则可推知插入位点附件有增强子或有基因，即实现了以增强子陷阱重组体发现增强子的目的。
启动子陷阱：通过将报告基因插入到细胞基因组的外显子上，一旦发现它与细胞基因组基因共同转录或表达，则可知该报告基因附件有启动子，从而起到了以之为诱饵发现启动子的目的。
5 Ac/Ds transposon and T-DNA insertionT-DNA插入：农杆菌中细胞中分别含有Ti质粒和Ri质粒，其上有一段T-DNA，农杆菌通过侵染植物伤口进入细胞后，可将T-DNA插入到植物基因组中。
Ac/Ds转座子：玉米中的一个转座子家族。
该家族的自主元件是Ac ,它包含和转座相关的酶,能使Ac 、Ds 元件发生转座。
而Ds是一种非自主元件,它单独不能发生转座,可以利用Ac 的转座酶发生转座。
Ac/Ds 系统的转座是通过剪切/粘贴的机制进行的。
请比较全基因组测序中克隆重叠群法（clone by clone）和鸟枪法（shotgunmethod）测序的优缺点。
鸟枪法：将分子打成片段，得到每个片段的序列，然后应用计算机搜索重叠区并构建主序列。
优点：测序速度快，并且不需要遗传或物理图谱。
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基因工程 电子版
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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
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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
3
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
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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
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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
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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
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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
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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（gene engineering）：通过工具酶，在体外将目的
基因、基因片段或其它DNA元件进行切割，与适当的载体
进行连接和重组，导入相应受体细胞，并使外源基因进行复
制和表达，定向改造受体生物性状或获得表达产物。
基因操作的核心是基因重组（gene recombination）技术，
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基因工程是基因操作、基因重组的核心内容和主要目的。
基因工程的遗传学效果：受体生物发生遗传信息或遗传性状
的变化并能稳定遗传
给下一代。
二、基因工程的诞生与发展
基因工程的诞生:
1972年美国斯坦福大学P. Berg用限制性内切核酸酶EcoR
Ⅰ在体外对猿猴病毒SV40 DNA 和λ噬菌体DNA分别进行
切割，然后用T4 DNA 连接酶将两种酶切片段连接起来，第
一次在体外获得了包括SV40 和λDNA的重组DNA分子，
并因此与F. Sanger分享了1980年诺贝尔化学奖。