基因工程基本操作程序讲稿.ppt
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1、关于基因工程基本操作程序第一页,讲稿共五十二页哦一一、目的基因的获取目的基因的获取 1.基因的结构基因的结构2.目的基因的概念目的基因的概念3.3.目的基因的获取的方法目的基因的获取的方法第二页,讲稿共五十二页哦1.基因的结构基因的结构(1)原核生物基因结构原核生物基因结构编码区编码区非编码区非编码区非编码区非编码区编码区上游编码区上游编码区下游编码区下游编码蛋白质编码蛋白质调控遗传信息的表达调控遗传信息的表达(调控程序)(调控程序)AATGTGCACGTAGTTAGTTACACGTGCATCAATC启动子启动子终止子终止子第三页,讲稿共五十二页哦编码区编码区非编码区非编码区非编码区非编码区非
2、编码区非编码区启动子启动子终止子终止子ATGTGCACGTAGTTAATGTGCACGTAGTTATACACGTGCATCAATTACACGTGCATCAATRNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶AUGUGCACGUAGUUA 启动子:启动子:位于基因首端一段能与位于基因首端一段能与RNARNA聚合酶聚合酶结合并能起始结合并能起始mRNAmRNA合成的序列。没有启动子,基因就不能转录。合成的序列。没有启动子,基因就不能转录。RNA RNA聚合酶聚合酶:能够识别能够识别启动子上的结合位点启动子上的结合位点并与其结合的一种并与其结合的一种蛋白质蛋白质.终止子:终止子:位于基因的尾端的一段特殊的位于基
3、因的尾端的一段特殊的DNADNA片断,它能片断,它能阻碍阻碍RNARNA聚合酶的移动,并使其从聚合酶的移动,并使其从DNADNA模板链上脱离下来,模板链上脱离下来,使转录终止。使转录终止。第四页,讲稿共五十二页哦编码区编码区非编码区非编码区非编码区非编码区(能编码蛋白质)(能编码蛋白质)启动子启动子终止子终止子(2)真核与)真核与原核生物基因结构的比较原核生物基因结构的比较外显子外显子内含子内含子编码蛋白质编码蛋白质(不能编码蛋白质)(不能编码蛋白质)相同点:都是由能够编码蛋白质的编码区和具有相同点:都是由能够编码蛋白质的编码区和具有调控作用的非编码区。调控作用的非编码区。不同点:原核细胞基因
4、的编码区是连续的;真核不同点:原核细胞基因的编码区是连续的;真核细胞的编码区是间隔的,不连续的。细胞的编码区是间隔的,不连续的。真核生物基因结构真核生物基因结构第五页,讲稿共五十二页哦外显子:真核细胞基因DNA中的编码序列,这些序列被转录成RNA并进而翻译为蛋白质。内含子:真核细胞基因DNA中的间插序列,这些序列被转录成RNA,但随即被剪除而不翻译。第六页,讲稿共五十二页哦2.目的基因的概念目的基因的概念 主要是指编码主要是指编码蛋白质蛋白质基因,也可以是一些具有调基因,也可以是一些具有调控作用的因子。控作用的因子。例如:与生物抗逆性相关的基因,与生物优良例如:与生物抗逆性相关的基因,与生物优
5、良品质相关的基因,药物和保健品相关的基因,品质相关的基因,药物和保健品相关的基因,与毒物降解相关的基因,以及与工业所需要酶与毒物降解相关的基因,以及与工业所需要酶相关的基因。相关的基因。目前被广泛提取使用的目的基因有:目前被广泛提取使用的目的基因有:苏苏云金杆菌抗虫基因、植物抗病基因云金杆菌抗虫基因、植物抗病基因(抗病(抗病毒、抗细菌毒、抗细菌)、人胰岛素基因人胰岛素基因等。等。第七页,讲稿共五十二页哦3.3.目的基因的获取的方法目的基因的获取的方法(3 3)用化学方法直接)用化学方法直接人工合成目的基因人工合成目的基因(1 1)从基因库中获取目的基因从基因库中获取目的基因(2 2)应用应用P
6、CR技术扩增目的基因技术扩增目的基因第八页,讲稿共五十二页哦(1 1)从基因库中获取目的基因)从基因库中获取目的基因基因文库和部分基因文库的慨念基因文库和部分基因文库的慨念基因组文库和基因组文库和cDNA文库的主要区别文库的主要区别怎样从基因文库中找到我们所需要的目的怎样从基因文库中找到我们所需要的目的基因基因第九页,讲稿共五十二页哦基因文库和部分基因文库的慨念基因文库和部分基因文库的慨念:将含有某种生物不同基因的许多将含有某种生物不同基因的许多DNA片段片段,导入受体导入受体菌的群体中储存菌的群体中储存,各个受体菌分别含有这种生物的不同各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因的基因,称为基因文
7、库。称为基因文库。基因文库中包含了一种生物基因文库中包含了一种生物所有的基因所有的基因,这种基因文库叫做基这种基因文库叫做基因组文库。因组文库。基因文库中包含了基因文库中包含了一种生物的一部分基因一种生物的一部分基因,这种基因文库叫做部分基这种基因文库叫做部分基因文库。如:因文库。如:cDNA文库。文库。第十页,讲稿共五十二页哦部分基因文库的建立方法部分基因文库的建立方法 mRNA mRNA反转录酶反转录酶单链单链DNADNA合成合成 双链双链DNADNA(cDNAcDNA)载体载体插入插入导入导入受体菌群(受体菌群(cDNA文库)文库)分离分离目的基因目的基因基因组文库的建立方法基因组文库的
8、建立方法提取某种生物的全部提取某种生物的全部DNADNA用适当的限制酶酶切用适当的限制酶酶切一定大小的一定大小的DNADNA片段片段将将DNADNA片段与运载体连接片段与运载体连接导入受体菌中储存(导入受体菌中储存(基因组文库)基因组文库)分离分离目的基因目的基因第十一页,讲稿共五十二页哦cDNA合成过程 第一步:反转录酶以第一步:反转录酶以RNA为模板合成一条与为模板合成一条与RNA互补的互补的 DNA单链,形成单链,形成RNA-DNA杂交分子。杂交分子。第二步:核酸酶第二步:核酸酶H使使RNA-DNA杂交分子中的杂交分子中的RNA链降链降 解,使之变成单链的解,使之变成单链的DNA。第三步
9、:以单链第三步:以单链DNA为模板,在为模板,在DNA聚合酶的作用下合聚合酶的作用下合 成另一条互补的成另一条互补的DNA链,形成双链链,形成双链DNA分子。分子。01.10.202201.10.20221212第十二页,讲稿共五十二页哦基因组文库和基因组文库和cDNA文库的主要区别文库的主要区别 文库类型文库类型 cDNA文库文库 基因组文库基因组文库 文库大小文库大小基因中启动子(具有启基因中启动子(具有启动作用的动作用的DNA片段)片段)基因中内含子基因中内含子(位于编位于编码蛋白质序列的非编码码蛋白质序列的非编码DNA片段)片段)基因多少基因多少 物种间的基因交流物种间的基因交流小小大
10、大无无有有无无有有某种生物的部分基因某种生物的部分基因某种生物的全部基因某种生物的全部基因可以可以部分基因可以部分基因可以第十三页,讲稿共五十二页哦(2)应用)应用PCR技术扩增目的基因技术扩增目的基因定义:定义:原理:原理:DNA双链双链复制复制 PCR是聚合酶链式反应的缩写,是一项在生物是聚合酶链式反应的缩写,是一项在生物体外复制特定体外复制特定DNA片段的核酸合成技术,在短片段的核酸合成技术,在短时间内大量扩增目的基因时间内大量扩增目的基因 DNA分子热变性(在分子热变性(在9095 OC时,解时,解旋,双链旋,双链分开温度降低又结合成双链)因此,在分开温度降低又结合成双链)因此,在PC
11、R技术中不技术中不需要解旋酶(与复制不同之处需要解旋酶(与复制不同之处)仪器:仪器:PCR扩增仪(自动调控温度的仪器)扩增仪(自动调控温度的仪器)条件:条件:有一段已知的基因的核苷酸序列,以便根据有一段已知的基因的核苷酸序列,以便根据这一序列合成引物,三磷酸脱氧核苷酸这一序列合成引物,三磷酸脱氧核苷酸dNTP,酶等。,酶等。第十四页,讲稿共五十二页哦过程:过程:a.DNA热变性(热变性(909095 95 O OC C):b.复性或退火复性或退火(555560 60 O OC C):c.延伸延伸(707075 75 O OC C):d.重复重复a.b.c步骤:步骤:双链双链DNA模板在热的作用
12、下,氢模板在热的作用下,氢键断裂形成单键键断裂形成单键DNA系统温度降低,引物结合到互补系统温度降低,引物结合到互补DNA链链上,形成局部的双链上,形成局部的双链DNA 在在Taq酶作用下,合成与模板互补的酶作用下,合成与模板互补的DNA子链,形成双链子链,形成双链DNA 每重复一次,目的基因增加一倍每重复一次,目的基因增加一倍PCR扩增为指数形式扩增扩增为指数形式扩增2n(n为扩增循环的次数),为扩增循环的次数),在短时间内扩增大量目的基因。在短时间内扩增大量目的基因。第十五页,讲稿共五十二页哦怎样从基因文库中找到我们所需要的目的基因怎样从基因文库中找到我们所需要的目的基因 根据目的基因的有
13、关信息,例如,根据目的基因的有关信息,例如,根据基因的根据基因的核苷酸序列核苷酸序列、基因的功能、基因在染色体上的位置、基因的功能、基因在染色体上的位置、基因的转录产物基因的转录产物mRNA,以及基因的表达产物蛋白质,以及基因的表达产物蛋白质等特性来获取目的基因。等特性来获取目的基因。第十六页,讲稿共五十二页哦以以哺乳动物哺乳动物基因组基因组DNA为例,介绍为例,介绍Southern印迹杂交的基本步骤印迹杂交的基本步骤 一、一、待测核酸样品的制备待测核酸样品的制备(一)制备待测(一)制备待测DNA 将基因文库中的所有菌落裂解,用蛋白酶和RNA酶消化大部分蛋白质和RNA(如量不够可用PCR扩增)
14、(二)(二)DNA限制酶消化限制酶消化 基因组DNA很长,需要将其切割成大小不同的片段之后才能用于杂交分析,通常用限制酶消化DNA。消化后电泳分离DNA(三)(三)DNA变性:变性:分离后移至于碱性溶液中浸泡,DNA片段经过碱变性作用,形成单链状态。单链DNA片段转移到固相(一种特制的膜)支持物上。第十七页,讲稿共五十二页哦以哺乳动物基因组DNA为例,介绍Southern印迹杂交的基本步骤二、探针标记:二、探针标记:通过PCR方法将目的基因已知的部分核酸序列扩增出来,进行放射性同位素标记,即用标记了标记了放射性同位素的目的放射性同位素的目的DNA片段作为探针片段作为探针,将标记的DNA探针置沸
15、水浴10min,迅速置冰上冷却1-2min,使DNA变性成单链单链。三、三、Southern杂交杂交:将待测单链DNA滤膜和标记的探针单链DNA放入杂交液中即可进行杂交反应。杂交是在相对高离子强度的缓冲盐溶液中进行也就是说,只有探针和待测顺序之间有非常高的同源性时,才能在低盐高温的杂交条件下结合。第十八页,讲稿共五十二页哦以哺乳动物基因组DNA为例,介绍Southern印迹杂交的基本步骤四、放射性自显影检测四、放射性自显影检测 将杂交后的滤膜,放入有2张X光底片暗盒中,使滤膜对X光底片曝光然后冲洗X光底片,在膜上阳性反应(杂交带)。主要应用主要应用 1.遗传病诊断 2.DNA图谱分析 3.PC
16、R产物分析 第十九页,讲稿共五十二页哦(3)(3)用化学方法直接用化学方法直接人工合成目的基因人工合成目的基因蛋白质氨基酸序列蛋白质氨基酸序列mRNA的核苷酸的核苷酸序列序列目目的基因序列的基因序列目的基因目的基因针对:基因比较小,核苷酸序列又已知针对:基因比较小,核苷酸序列又已知推测推测化学合化学合成成思考:思考:不具有,缺少非编码区不具有,缺少非编码区(启动子、终止子)和非编码序启动子、终止子)和非编码序列(如内含子),要人工构建。列(如内含子),要人工构建。人工合成的目的基因是否具有完整基因结构的人工合成的目的基因是否具有完整基因结构的基因?基因?推测推测第二十页,讲稿共五十二页哦1.1
17、.1.1.作用:作用:作用:作用:二二.基因表达载体的构建基因表达载体的构建核心核心IMNIMN2.2.组成:组成:使目的基因在受体细胞中稳定存在并使目的基因在受体细胞中稳定存在并遗传给子代。遗传给子代。同时使目的基因能表达和发挥作用。同时使目的基因能表达和发挥作用。同时使目的基因能表达和发挥作用。同时使目的基因能表达和发挥作用。(3)(3)终止子:是使转录在需要的地方停止终止子:是使转录在需要的地方停止(4)(4)标记基因:是鉴别受体细胞中是否含有目的基因从而标记基因:是鉴别受体细胞中是否含有目的基因从而将含有目的基因的细胞筛选出来将含有目的基因的细胞筛选出来(2)(2)启动子:是启动子:是
18、RNA聚合酶识别和结合部位聚合酶识别和结合部位(1)(1)目的基因目的基因 不同受体细胞,目的基因导入受体细胞的方法不同,基不同受体细胞,目的基因导入受体细胞的方法不同,基因表达载体的构建有所差异。因表达载体的构建有所差异。第二十一页,讲稿共五十二页哦质粒质粒DNADNA分子分子限制酶处理限制酶处理一个切口一个切口两个黏性末端两个黏性末端两个切口两个切口获得目的基因获得目的基因DNADNA连接酶连接酶重组重组DNADNA分子(重组质粒)分子(重组质粒)同一种同一种基因表达载体的构建基因表达载体的构建01.10.202201.10.20222222第二十二页,讲稿共五十二页哦寻根问底:寻根问底:
19、将生物的所有将生物的所有DNA直接导入受体细胞不直接导入受体细胞不是更简便吗?如果这么做,结果会怎样是更简便吗?如果这么做,结果会怎样?有人采用总有人采用总DNA注射法进行遗传转化:即将一个生物中的总注射法进行遗传转化:即将一个生物中的总DNA提取出来,通过注射或花粉管通道法导入受体细胞,提取出来,通过注射或花粉管通道法导入受体细胞,没有进行表达载体的构建。没有进行表达载体的构建。这种方法针对性差,完全靠运气,也无法确定什么这种方法针对性差,完全靠运气,也无法确定什么基因导入了受体细胞。此法目前争议颇多,严格来基因导入了受体细胞。此法目前争议颇多,严格来说不算基因工程。说不算基因工程。第二十三
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