2024年高中生物竞赛课件 第一章 基因工程概述

生物技术专业 基 因 工 程 目的与要求： 1.掌握基因工程的基本概念和原理； 2.了解基因操作的主要技术原理和应用； 3.了解基因工程的研究内容； 4.初步掌握基因工程基本的实验操作技术。 本课程教学目的与要求 理论： 32学时 实验: 16学时 主要参考书： ②楼士林，杨盛昌，龙敏南,章军编著.《基因工程》,科学出版社,2002 ③吴乃虎编著.《基因工程原理》(上、下册),科学出版社，2002 ①何水林 主编.《基因工程》科学出版社,2011 第一章 基因工程概述 第二章 基因工程工具酶 第四章 基因工程主要技术 第三章 基因工程载体 第六章 DNA重组的操作 第八章 蛋白的分离与纯化 第七章 基因的高效表达 本课程内容介绍： 第五章 目的基因的获得 第九章 基因工程的应用 3 基因工程的发展 2 基因工程的概念 1 基因工程的应用 第一章 基因工程概述 基因工程的核心地位 分子生物学 基因工程 生物工程 生命科学 一、 什么是基因工程 在分子水平上提取（或合成）不同生物的遗传物质，在体外切割再和一定的载体拼接重组，然后把重组的DNA分子引入细胞或生物体，使外源DNA（基因）在受体细胞中进行复制与表达，按人们的需要繁殖扩增，或生产不同的产物，或定向地创造生物的新性状，并能稳定地遗传给后代 基因工程的核心内容包括基因克隆和基因表达 基因工程的重要特征： 打破了物种的界限 也是基因工程的优势 可对物种性状进行定向改良 创造物种 这是有可能实现的，当实现了人们能够按自己的意愿来重组基因时，便可以以一种生物为蓝本把它的基因加以改变，就会创造出一个新的物种 1980年通过显微注射法培养出的世界上第一个转基因动物---- “硕鼠” 完全由人造基因控制的单细胞细菌 2010年5月20日美国顶尖科学家克莱格·凡特等合成人造细菌内核 二、基因工程一般操作 General process of gene engineering 1. 从生物有机体基因组中，分离带有目的基因DNA片段 2. 将带有目的基因的外源DNA片段连接到能够自我复制的并具有选择标记的载体分子上，形成重组DNA分子 3. 将重组DNA分子转移到适当的受体细胞并与之一起增殖 4.从大量的细胞繁殖群体中，筛选出获得了重组DNA分子的受体细胞,并筛选出已经得到扩增的目的基因 5. 将目的基因克隆到表达载体上，导入寄主细胞，使之在新的遗传背景下实现功能表达，研究核酸序列与蛋白质功能之间的关系 1. DNA片段的取得（目的基因的分离和制备） 2. DNA片段和载体的连接——重组体DNA 3. 外源DNA片段引入受体细胞——基因克隆和基因文库 4. 选择基因（目的基因） 5. 目的基因表达 切 接 转 选 表 基因工程一般操作可概括为： 基因工程的上游技术和下游技术： 基因工程包括上游技术 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 生物材料 mRNA DNA RNA cDNA文库 基因组文库 目的基因 人工合成 克隆载体 重组DNA 受体细胞 克隆子 转基因生物 基本技术路线： 在此基础上根椐自己的目的和要求进行增删和具体化 三、基因工程的基本条件 1. 目的基因 2. 载体 根据作用可分为克隆载体和表达载体 3. 工具酶 4. 受体细胞 四、基因工程的技术策略 强化基因的表达 关闭基因的表达 基因的异源表达 思路有三：1.异源表达特定功能蛋白；2.利用已有的途径构建新的代谢支路；3.转移特定合成酶基因，使转基因生物获得新的合成功能 五、基因工程的发展历程 １基因工程准备阶段 　　 1928年F.Griffith首先发现细菌转化的现象，1944年O.Avery及其同事做的细菌转化试验，在转化过程中，游离DNA 的片段被活的细菌所接受，导致部分后代遗传性状发生了稳定的改变 。通过该实验，证实遗传物质是DNA----基因载体 Griffith肺炎球菌转化实验 光滑型(S)菌株能引起人的肺炎和小鼠的败血症(septicemia)。这种菌株的细菌细胞外面有多糖类的胶状荚膜保护层，使它们不会被宿主的防御机制所破坏。其他一些菌株没有荚膜，不会引起疾病，长成粗糙型(R)菌落 此发现，开启了分子生物学时代。分子生物学使生物大分子的研究进入一个新的阶段。在此以后的近50年里，分子 遗传学、分子免疫学、细胞生物学等新学科出现，DNA重组技术更是为利用生物工程手段的研究和应用开辟了广阔的前景 1953年Watson和C