《基因工程基本工具》课件

基因工程基本工具基因工程是现代生物技术的重要组成部分，它利用基因重组技术，将外源基因导入受体细胞，从而改变生物体的遗传性状课程大纲概述基本工具什么是基因工程？限制性内切酶，连接酶，DNA载体，基因扩增技术DNA应用总结与展望转基因生物，基因诊断，药物基因工程的未来发展趋势生产概述基因工程的应用场景基因工程的核心技术药物研发基因克隆••农业育种基因表达••环境治理基因转移••结构与功能DNA是脱氧核糖核酸的缩写，是生物体内主要的遗传物质DNA分子由两条反向平行的脱氧核糖核苷酸链构成双螺旋结构DNA，两条链之间通过氢键连接，形成碱基配对具有独特的结构特点，使其能够承担遗传信息的储存和传DNA递功能分子中的碱基序列包含了生物体的遗传信息，这DNA些信息通过复制、转录和翻译传递给子代，最终决定生物体的性状限制性内切酶定义作用限制性内切酶是一种能够识别并切割特定序列的酶它们限制性内切酶在细菌中发挥着重要的防御作用它们可以识别DNA就像的剪刀，可以精确地切割分子，为基因工程提并切割外源，防止病毒或其他外来遗传物质的入侵DNA“”DNA DNA供了基础限制性内切酶的种类型酶型酶I II识别位点与切割位点不一致，需要识别位点与切割位点一致，仅需和腺苷甲硫氨酸作为辅作为辅助因子ATP S-SAM Mg2+助因子型酶型酶III IV识别位点与切割位点不一致，需切割修饰过的，在识别位点附DNA和作为辅助因子，切割位近切割，需要和作为辅助ATP SAMATP SAM点在识别位点附近因子限制性内切酶的命名来源类型12第一个字母表示细菌属名，用罗马数字、、表示其I IIIII第二个字母表示菌种名，第切割方式，型酶切割位点不I三个字母表示菌株名，数字固定，型酶切割位点固定II代表发现的顺序，型酶切割位点在识别位III点附近举例3限制性内切酶来自大肠杆菌菌株，属于型酶EcoRI RY13II限制性内切酶的识别序列识别序列对称结构特异性每个限制性内切酶都有一个特定的识别序列通常是回文结构，这意味着序每个限制性内切酶仅切割其特定的识别DNA序列，称为识别序列列在正向和反向阅读时是相同的序列，因此它们能够识别和切割特定基因组中的特定片段DNA限制性内切酶的切割模式粘性末端平末端错位切割酶切后产生单链的突出端，可互相配酶切后产生平整的末端，不易连接酶切后产生不等长的突出端，使片段对，利于连接连接更精确常见的限制性内切酶EcoRI HindIII识别序列为，切割位点在识别序列为，切割位点在GAATTC GAAGCTT A和之间和之间A ABamHI识别序列为，切割位点在GGATCC G和之间G限制性内切酶的应用基因克隆基因测序限制性内切酶可以切割，限制性内切酶可以用于基因测DNA并将特定的片段插入载体序，通过切割片段，并对DNA DNA中，实现基因克隆片段进行排序，可以得到基因的序列信息基因诊断限制性内切酶可以用于诊断疾病，通过检测特定基因的序列变化，可以诊断出一些遗传疾病连接酶DNA催化连接修复断裂连接酶的种类连接酶是一种重要的酶，能够它能够修复分子中双链断裂，连接酶有多种类型，包括DNA DNA DNA T4催化双链片段之间的连接，在维持基因组的完整性连接酶和连接酶DNA DNA E.coli DNA基因工程中发挥着至关重要的作用连接酶的特点DNA连接断裂的链连接特定碱基序列需要提供能量DNA ATP连接酶能将双链中相邻的单链连接酶需要识别特定的碱基序列，连接酶的连接反应需要提供能量DNA DNA DNA DNAATP断裂连接起来才能发挥连接作用连接酶的种类DNA连接酶连接酶T4DNAE.coli DNA连接酶的应用DNA重组基因测序基因治疗DNA将外源基因插入载体，形成重组分连接短片段序列，构建完整的基因修复缺陷基因，或引入功能基因，用于DNA DNA子，用于基因克隆、基因表达等序列，用于基因研究、疾病诊断等治疗遗传病和某些疾病载体DNA载体是基因工程中不可或缺的工具，它可以将外源基因片段插入到宿DNA主细胞中，并使外源基因在宿主细胞中稳定存在并表达载体通常具有以下特点DNA能够在宿主细胞中复制•具有一个或多个限制性内切酶的识别位点•含有选择标记基因，以便筛选含有载体的细胞•质粒质粒是存在于细菌细胞中的一种小型环状双链DNA分子，能够独立于细菌染色体进行复制质粒通常携带有编码特定功能的基因，例如抗生素抗性基因、毒素基因等在基因工程中，质粒被广泛用作载体，用来将外源基因导入宿主细胞中，从而实现基因表达和遗传操作噬菌体噬菌体是一种病毒，可以感染细菌噬菌体可以用来构建基因工程载体噬菌体载体具有以下优点:感染效率高•包装容量大•易于分离纯化•人工染色体人工染色体（）是基因工程中一种重要的载体系统，Artificial Chromosome它可以容纳更大的基因片段，并能稳定地遗传给下一代人工染色体通常由人工合成的序列组成，这些序列包含了染色体的基DNA本结构元件，例如着丝粒、端粒和复制起点基因扩增技术体外扩增高效快速12利用聚合酶将特定的可以在短时间内获得大量目DNA片段在体外进行大量扩标，提高了实验效率，DNA DNA增，得到大量目标片段也为后续实验提供了充足的材料广泛应用3广泛应用于基因克隆、基因诊断、分子进化、法医鉴定、病原体检测等领域原理PCR模板DNA1目标片段DNA引物2与模板互补配对DNA聚合酶DNA3合成新链DNAdNTPs4构建新链的原料DNA步骤PCR变性1加热至℃，使双链解开，形成单链94DNA退火2温度降低至℃，引物与模板单链结合50-65DNA延伸3温度升至℃，聚合酶以引物为起点，沿着模板链合72DNA成新的链DNA应用PCR基因诊断法医鉴定技术可用于检测特定基因技术可用于对犯罪现场的PCR PCR的突变或缺失，从而诊断遗传进行分析，确定嫌疑人或DNA疾病受害者亲子鉴定病原体检测技术可用于确定孩子与父技术可用于检测病原体，PCR PCR母之间的亲子关系如细菌、病毒和寄生虫测序技术测序测序原理DNA测序是指确定序列的技术，即确定链中每个碱测序技术主要基于对片段进行复制，并根据碱基的差异进DNA DNADNADNA基的顺序它是基因工程的核心技术之一，广泛应用于生物学行识别和区分，最终确定序列DNA、医学和药物研究等领域测序方法DNA桑格测序法新一代测序技术基于聚合酶的链终止反应，通过标记不同碱基的末端来确高通量测序技术，能快速、准确地对大量片段进行测序，DNADNA定序列提高了测序效率和成本效益DNA测序应用科研医学测序在生物学、医学、农业、用于疾病诊断、药物研发、个性化DNA法医等领域广泛应用于基因组研究医疗等、疾病诊断、育种改良、亲子鉴定等食品安全用于食品安全检测、溯源、病原菌检测等基因转移技术病毒载体显微注射基因枪利用病毒的感染特性将外源基因导入宿将外源基因直接注射到受精卵或胚胎细利用高压气体将包裹有外源基因的微弹主细胞，例如逆转录病毒载体和腺病毒胞核中，是哺乳动物基因转移的主要方体打入细胞，是植物基因转移的主要方载体法之一法之一转基因生物的制备基因克隆1获取目标基因载体构建2将目标基因插入载体转化3将载体导入受体细胞筛选4选择含有目标基因的细胞再生植株5获得转基因生物转基因生物的应用农业医药提高产量、抗病虫害、抗除草生产药物、疫苗等剂等环境工业治理污染、修复生态等生产生物材料、生物能源等总结与展望基因工程技术在生物医药、农业、环境保护等领域具有广阔的应用前景未来发展方向伦理和社会问题12基因编辑技术、合成生物学需要关注基因工程技术的伦、等技术将推理和社会问题，确保其安全CRISPR-Cas9动基因工程的发展、合理使用。