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文檔簡介

基因工程和基因組學

第一節基因工程(GeneticEngineering)

基因工程概述

限制性內切核酸酶

載體

基因的分離與鑒定

基因工程的應用

基因工程概述★遺傳工程廣義狹義:細胞工程、染色體工程、細胞器工程等基因工程★1、概念:

是指將一種或多種生物體(供體)的基因與載體在體外進行拼接重組,然后轉入另一種生物體(受體)內,使之按照人們的意愿遺傳并表達出新的性狀。

基因工程概述也稱為DNA重組技術(DNARecombination)、或分子克隆(Molecularcloning)★2、誕生:

1971年,美國Smith,H.O.

等分離出一種限制性酶,可酶切病毒的DNA分子;

1972年:Berg,P.

等實現不同酶切DNA片段的體外連接;

1973年:Cohen,s.等將體外重組的DNA

轉入大腸桿菌細胞并得以表達。

基因工程概述★3、基本過程:

基因工程概述⑴從供體細胞中分離出目的基因;(簡稱“切”)⑵用DNA連接酶將含有外源基因的DNA片斷接到載體上,形成DNA重組分子(“接”);⑶借助細胞轉化手段將DNA重組分子導入受體細胞(“轉”);★3、基本過程:

基因工程概述⑷培養轉化細胞,以擴增DNA重組分子,使其整合到受體細胞的基因組中(“增”);⑸鑒定轉化細胞,獲得外源基因高效表達的細胞(“檢”);由此可見,基因工程的操作過程可簡化為:“切、接、轉、增、檢”目的基因與載體連接(DNA分子重組)DNA分子重組目的基因導入受體二限制性內切核酸酶

★限制性內切核酸酶或限制性酶:

(restrictionenzymes)

在細菌中此酶的功能是降解外來DNA分子,以限制(restriction)或阻止病毒侵染。該類能識別雙鏈DNA分子中一段特異的核苷酸序列,并將雙鏈DNA分子切斷。二限制性內切核酸酶

★限制性酶據其作用特點,可分為兩類。

⑴第Ⅰ類限制性酶:每隔一段DNA序列隨機切割雙鏈

DNA分子,沒有序列特異性。

⑵第Ⅱ類限制性酶:能識別一段特異的DNA序列,準確地酶切雙鏈DNA的特異序列。其識別的序列是對稱的,即在一條鏈中從5’到3’方向的序列,與其互補鏈從5’到3’方向的序列完全相同。這種序列稱為回紋對稱序列(palindrome)。三載體

一個DNA片段只有與適合的載體(vector)DNA連接構成重組DNA后,在載體DNA的運載下,才可以高效率地進入宿主細胞(hostcell),并在其中復制、擴增、克隆出多個拷貝。可作為DNA載體的有質粒、噬菌體、病毒、細菌或酵母菌人工染色體(BAC、YAC)等。三載體

★作為載體DNA分子,需具備四個條件:⑴具復制原點(ori),

能攜帶的外源DNA片段獨立地自我復制;⑵具有多克隆位點,即具有多種限制性酶的切點,用于克隆外源DNA片段;⑶至少具有一個選擇標記基因;⑷易從宿主細胞中回收。

1.細菌質粒◆質粒是細菌細胞內獨立于細菌染色體而自然存在的、能自我復制、易分離和導入的環狀雙鏈DNA分子。☆這些質粒的適應范圍廣,拷貝數多。進入宿主細胞復制后,每個細胞的質粒拷貝數可高達1000個。2.λ噬菌體

3.柯斯質粒

4.穿梭載體

5.細菌人工染色體

6.酵母人工染色體7.Ti質粒及其衍生載體

四基因的分離與鑒定(一)從基因庫中分離基因(二)聚合酶鏈式反應(PCR)擴增基因(三)人工合成基因

五基因工程的應用

(一)基因工程工業(二)植物基因工程(三)轉基因動物(四)遺傳疾病診斷(一)基因工程藥物◆胰島素的人工生產(二)植物基因工程根癌農桿菌介導的植物轉化◆植物基因轉化:是指將外源基因轉移到植物細胞內、并整合到植物基因組中穩定遺傳和表達的過程。◆根癌農桿菌介導的植物轉化2.基因槍轉化技術◆通過高壓氣體等動力,高速發射包裹有重組DNA的金屬顆粒,將目的基因直接導入受體細胞,并整合到染色體上的方法。◆此法已廣泛用于轉化水稻、小麥、玉米、大豆等主要作物。(三)轉基因動物

與轉基因植物相比,轉基因動物的發展要慢些。

◆例如,利用轉基因羊大量表達人類的抗胰蛋白酶。◆將人的抗胰蛋白酶α-1基因克隆在羊奶產生相關基因啟動子的下游,這種啟動子僅在乳腺細胞中表達,使羊奶中含有大量有功能的人類抗胰蛋白酶;◆可利用家禽作為生物反應器,生產人類大量需要的重要蛋白質。大象的生長基因轉到豬身上(四)遺傳疾病診斷(五)基因治療◆利用基因工程技術,將特異基因導入并整合到具有遺傳缺陷的患者的基因組中,以治療遺傳疾病的方法,通常叫做基因治療(genetherapy)。◆目前最常用的方法是利用病毒DNA作載體,構建重組DNA分子,用病毒包裝物包裝后形成的重組去毒病毒感染患者的細胞,將正常基因整合到染色體上。

第二節基因組學

◆基因組學(genomics):是遺傳學研究進入分子水平后發展起來的一個分支,主要研究生物體全基因組(genome)的分子特征。◆特點:是以基因組為研究單位,而不是以單個基因,◆目標:是認識基因組的結構、功能及進化,弄清基因組包含的全部遺傳信息及相互關系,為最終充分合理利用各種有效資源,預防和治療人類遺傳疾病提供科學依據。㈠構建基因組的遺傳圖譜

(geneticmap);㈡構建基因組的物理圖譜

(physicalmap);㈢測定基因組DNA的全部序列;㈣構建基因組的轉錄本圖譜;㈤分析基因組的功能。

基因組學的重要組成部分是基因組計劃(genomeproject),大體上可分為:◆人類基因組計劃(humangenomeproject,HGP):◆水稻基因組計劃(ricegenomeproject,RGP)◆模式生物基因組計劃:如酵母、線蟲、果蠅、小鼠、家豬、擬南芥一基因組圖譜的構建鳥槍射擊法(shotgun)基因組序列測定㈠遺傳圖譜的構建㈡物理圖譜的構建一基因組圖譜的構建

(一)遺傳圖譜的構建

圖譜標記圖譜構建中需要可以鑒別的標記(marker),在構建遺傳圖譜中,可用基因和DNA作為標記。(1)基因標記

(2)DNA標記(二)物理圖譜的構建擬南芥人類部分染色體物理圖譜E.coli

物理圖譜二基因組圖譜的應用

◆基因定位◆基因組比較分析

◆標記輔助選擇(marker-assistedselection,MAS)◆

基因的克隆與分離三后基因組學

◆后基因組學(post-genomics):是在完成基因組圖譜構建以及全部序列測定的基礎上,進一步研究全基因組的基因功能、基因之間的相互關系和調控機制為主要內容的學科。◆后基因組學主要利用DNA微列陣技術、蛋白質組學、

酵母菌雙雜交系統以及生物信息學等技術相結合,對已知的基因組序列進行研究。

(1)DNA微列陣(DNAmicroarrays)

是利用DNA芯片技術,同時進行大量分子雜交,以分析比較不同組織或器官的基因表達水平,篩選突變基因,從核酸水平分析基因表達模式。這是后基因組學研究中的重要方法之一。三后基因組學

基因芯片發展歷史Southern&NorthernBlotDotBlotMacroarrayMicroarray(2)蛋白質組學蛋白質組學(proteomics)是從蛋白質水平來研究基因組的基因表達,分析基因組的蛋白質類型、數量、空間結構變異以及相互作用的機制。在蛋白質分析中,目前主要利用奧佛諾(O¢Farrel,1975)發明的據蛋白質的等電點和分子量分析蛋白質的雙向電泳技術,來分析蛋白質組(proteomes),四生物信息學

生物信息學(bioinformatics)是:

利用計算機貯存原始資料,分析生物信息,將DNA芯片以及蛋白質雙向電泳結果轉變成為可讀的遺傳學信息的學科。是將現代生物技術與計算機科學結合,收集、加工和處理生物資料。PubMedEntrezBLASTOMIMBooksTaxBrowserStructure

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