基因工程原理和技术

1、关于基因工程的原理和技术第1页，共42页，2022年，5月20日，8点14分，星期四一、基因工程的操作步骤： 目的基因的获取； 形成重组DNA分子； 重组DNA 导入受体细胞； 筛选含有目的基因的受体细胞； 目的基因表达。第2页，共42页，2022年，5月20日，8点14分，星期四1.第一步：目的基因的获取（1）方法： 从基因文库中获取目的基因 利用聚合酶链式反应(PCR)技术扩增目的基因（目的基因的序列已知） 化学方法合成目的基因（目的基因的序列已知）第3页，共42页，2022年，5月20日，8点14分，星期四 从基因文库中获取目的基因用限制酶切成许多片断 将含有某种生物不同基因的许多DNA

2、片断，导入受体菌的群体储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因，称为基因文库。第4页，共42页，2022年，5月20日，8点14分，星期四 利用PCR技术扩增目的基因 聚合酶链式反应，在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。可以获得大量的目的基因。第5页，共42页，2022年，5月20日，8点14分，星期四聚合酶链式反应（PCR技术）变性：双链DNA解链成为单链DNA复性（退火）：部分引物与模板的单链DNA的特定互补部位相配对和结合延伸：以目的基因为模板，合成互补的新DNA链第6页，共42页，2022年，5月20日，8点14分，星期四双链DNA1.变性升温至95单链DNA2.复性降温至

3、60引物与母链结合3.延伸升温至72DNA聚合酶解旋PCR技术与原理Taq DNA聚合酶有耐高温的特点第7页，共42页，2022年，5月20日，8点14分，星期四思考：PCR技术扩增目的基因，需要什么前提和条件？过程如何？原理是什么？聚合酶链式反应(PCR技术)扩增原理：目的：前提：条件：DNA复制获得大量的目的基因有一段已知目的基因（两端）的核苷酸序列,以便根据这一序列合成引物。模板DNA（目的基因）耐高温DNA聚合酶(TaqDNA聚合酶)四种脱氧核苷酸两种DNA引物第8页，共42页，2022年，5月20日，8点14分，星期四人工合成基因的方法反转录法根据已知的氨基酸序列合成DNA化学方法合

4、成目的基因第9页，共42页，2022年，5月20日，8点14分，星期四蛋白质的氨基酸序列mRNA的核苷酸序列结构基因的核苷酸序列推测推测目的基因化学合成双链DNA(即目的基因)反转录合成目的基因的mRNA单链DNA(cDNA)化学方法合成目的基因通过化学合成的目的基因是否含有粘性末端？第10页，共42页，2022年，5月20日，8点14分，星期四大片段DNA打成许多小片段小片段DNA目的基因载入运载体细菌重组DNA分子重组DNA分子例如：从苏云金芽孢杆菌中提取抗虫蛋白的基因如果运气不好，在打成小片段时，有可能把抗虫基因打断基因组文库第11页，共42页，2022年，5月20日，8点14分，星期四

5、如何从基因文库中获取目的基因?大片段DNA打成许多小片段小片段DNA目的基因载入运载体细菌重组DNA分子重组DNA分子基因组文库对基因组文库的所有细菌进行逐一筛查找出有抗虫蛋白的菌落该菌落所携带的基因片段就含有目的基因例如：从苏云金芽孢杆菌中提取抗虫蛋白的基因容易吗？第12页，共42页，2022年，5月20日，8点14分，星期四 2、形成重组DNA分子（构建基因表达载体)基因表达载体的组成启动子目的基因终止子复制起点标记基因通常用同一种限制酶切割目的基因和载体(质粒)，形成相同的粘性末端，再用DNA连接酶将二者连接,形成重组DNA分子（基因表达载体）。第13页，共42页，2022年，5月20日

6、，8点14分，星期四3、将重组DNA导入受体细胞转化常用的受体细胞： 有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞等。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。第14页，共42页，2022年，5月20日，8点14分，星期四1.将重组DNA导入植物细胞农杆菌转化法基因枪法2.将重组DNA导入动物细胞显微注射技术（最多、最有效）3.将重组DNA导入微生物细胞Ca2+处理，以增加细菌细胞壁的通透性。第15页，共42页，2022年，5月20日，8点14分，星期四（1）将重组DNA导入植物细胞农杆菌转化法基因枪法第16页，共42页，2022年，5月20日，8点14分，星期四（2）

7、将重组DNA导入动物细胞显微注射技术提纯基因表达载体体外显微注射入受精卵受精卵移植第17页，共42页，2022年，5月20日，8点14分，星期四重组质粒大肠杆菌的拟核目的基因氨苄青霉素抗性基因（标记基因）将细菌用CaCl2处理，使细胞处于感受态，可促进细胞吸收DNA分子（3）如果是导入微生物（如细菌）第18页，共42页，2022年，5月20日，8点14分，星期四 感受态：细胞处于容易吸收外源性DNA的状态。 处于感受态的细胞称为感受态细胞.CaCl20重组载体感受态细胞42第19页，共42页，2022年，5月20日，8点14分，星期四抗氨苄青霉素基因点为目的基因与质粒A的结合点四环素抗性基因目

8、前把重组质粒导入细菌细胞时，效率还不高，导入完成后得到的细菌，实际上有的根本没有导入质粒，有的导入的是普通质粒A，只有少数导入的是重组质粒。第20页，共42页，2022年，5月20日，8点14分，星期四 4.筛选含有目的基因的受体细胞目的基因是否导入受体生物中需要有筛选标记： 如以质粒做为载体可进行抗性的检测原理：质粒上有抗生素的抗性基因方法：利用选择培养基筛选第21页，共42页，2022年，5月20日，8点14分，星期四思考：通常为什么要选用含有两个标记基因的运载体？第22页，共42页，2022年，5月20日，8点14分，星期四没有质粒含目的基因的质粒正常质粒第23页，共42页，2022年，

9、5月20日，8点14分，星期四没有质粒含目的基因的质粒正常质粒第24页，共42页，2022年，5月20日，8点14分，星期四检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因（关键）检测目的基因是否转录出了mRNA检测目的基因是否翻译成蛋白质（表达）（2）常用的技术：DNA分子杂交技术蛋白质分子（抗原抗体）间的杂交5. 目的基因的表达（1）内容：第25页，共42页，2022年，5月20日，8点14分，星期四（2）基因工程的的原理及技术分子水平：DNA分子杂交技术核心DNA探针目的基因的脱氧核苷酸（单链）序列片段用荧光分子或放射性同位素标记看能否形成杂合的双链区第26页，共42页，2022年，5月

10、20日，8点14分，星期四检测鉴定检测转基因生物染色体的DNA上是否插入了目的基因检测目的基因是否转录出了mRNA检测目的基因是否翻译成蛋白质抗虫鉴定、抗病鉴定等过程:A.首先取出转基因生物的基因组DNAB.用含目的基因的DNA片段( 单链)用放射性同位素等作标记,以此做探针C.使探针和转基因生物的基因组杂交,若显示出杂交带,表明目的基因已插入染色体DNA中方法:DNA分子杂交方法:分 子 杂 交方法:抗原抗体杂交过程:用上述探针和转基因生物的mRNA杂交,若出现杂交带,表明目的基因转录出了mRNA.第27页，共42页，2022年，5月20日，8点14分，星期四目的基因与质粒的连接第28页，共

11、42页，2022年，5月20日，8点14分，星期四 基因DNA文库的构建 将总DNA经过酶解，分离不同长短的DNA片段。包含的基因片段分别克隆在质粒或噬菌体载体上，感染细菌或体外包装到噬菌体颗粒上便构成了该生物的基因文库。第29页，共42页，2022年，5月20日，8点14分，星期四基因探针： 基因探针就是一段与目的基因或DNA互补的特异核苷酸序列。它包括整个基因，或基因的一部分；可以是DNA本身，也可以是由之转录而来的RNA。第30页，共42页，2022年，5月20日，8点14分，星期四DNA分子杂交示意图 采用一定的技术手段，将两种生物的DNA分子的单链放在一起，如果这两个单链具有互补的碱

12、基序列，那么，互补的碱基序列就会结合在一起，形成杂合双链区；在没有互补碱基序列的部位，仍然是两条游离的单链。 第31页，共42页，2022年，5月20日，8点14分，星期四基因探针（DNA探针）与目的基因杂交，有无杂交带第32页，共42页，2022年，5月20日，8点14分，星期四传统的遗传育种方法有哪些？传统的遗传育种方法能否解决不同种生物优良性状的重组问题？基因工程技术如何解决不同种生物优良性状的重组问题？基因工程的应用第33页，共42页，2022年，5月20日，8点14分，星期四基因工程的应用一、基因工程与作物育种二、基因工程与疾病治疗（）基因工程药物（2）基因诊断（3）基因治疗三、 基

13、因工程与环境保护第34页，共42页，2022年，5月20日，8点14分，星期四基因工程的应用一、基因工程与作物育种1.抗虫转基因植物2.抗病转基因植物3.其他抗逆转基因植物（如抗盐、抗旱、抗除草剂植物等）4.利用转基因改良植物的品质基因工程在农业上的应用：1）高产、稳产和具优良品质的品种2）抗逆性品种基因工程在畜牧养殖业上的应用:第35页，共42页，2022年，5月20日，8点14分，星期四基因工程与疾病治疗 基因工程药品的生产在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、干扰素直接生物体的哪些结构中提取？药品直接从生物的组织、细胞或血液中提取。传统生产方法的缺点由于受原料来源的限制，价格十分昂贵。可

14、利用什么方法来解决上述问题？ 利用基因工程方法制造“工程菌”，可高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。第36页，共42页，2022年，5月20日，8点14分，星期四基因工程胰岛素胰岛素是治疗糖尿病的特效药，长期以来只能依靠从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。胰岛素分子结构第37页，共42页，2022年，5月20日，8点14分，星期四基因工程胰岛素将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素！大规模工业化生产不但解决了这种比黄金还贵的药品产量问题，还使其价格降低了30%-50%!胰岛素生产车间第38页，共42页，2022年，5月20日，8点14分，星期四基因工程干扰素干扰素治疗病毒感染简直是“万能灵药”！过去从人血中提取，300L血才提取1mg！其“珍贵”程度自不用多说。干扰素生产车间干扰素分子结构第39页，共42页，2022年，5月20日，8点14分，星期四SCID的基因工程治疗重症联合