重组DNA技术与基因工程.ppt

实 验 生 物 学 重组DNA技术与基因工程 重组DNA技术与基因工程 5 2 3 4 1 6 重组DNA技术与基因工程的基本概念 重组DNA技术所需的基本条件 重组DNA技术的操作过程 目的基因的克隆与基因文库的构建 外源基因在大肠杆菌中的表达 外源基因在酵母中的表达 A 重组DNA技术的基本定义 1 重组DNA技术与基因工程的基本概念 重组DNA技术是指将一种生物体（供体）的基因与载体在体外进行拼接重组，然后转入另一种生物体（受体）内，使之按照人们的意愿稳定遗传并表达出新产物或新性状的DNA体外操作程序，也称为分子克隆技术。 因此，供体、受体、载体是重组DNA技术的三大基本元件。 B 基因工程的基本定义 1 重组DNA技术与基因工程的基本概念 基因工程是指重组DNA技术的产业化设计与应用，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。 C 重组DNA技术与基因工程的基本用途 1 重组DNA技术与基因工程的基本概念 分离、扩增、鉴定、研究、整理基因信息资源 规模化生产生物活性物质 设计、构建生物的新性状甚至新物种 分离、扩增、鉴定、研究、整理基因信息资源 从染色体DNA上定向分离目的基因 将获得的目的基因扩增至足够数量 采取加减法策略鉴定基因生物功能 gain of function loss of function 通过序列缺失研究基因内的功能域 根据同源基因序列整理生物进化树 GGTATCGTCATCTACTACGTGGCAAT 规模化生产生物活性物质 工程细胞 基因工程 蛋白质工程 代谢途径工程 细胞工程 发酵工程 细胞工程 分离工程 酶 酶工程 组织工程 野生细胞 野生细胞 生物活性物质 分 离 工 程 组织/器官 干细胞 细胞工程 设计构建生物的新性状甚至新物种 突变细胞 基因敲除 普通细胞 普通动物 基因敲除 突变动物 天然物质或合成物质 高通量筛选 D 基因工程的基本形式 1 重组DNA技术与基因工程的基本概念 第一代基因工程 蛋白多肽基因的高效表达 经典基因工程 第二代基因工程 蛋白编码基因的定向诱变 蛋白质工程 第三代基因工程 代谢信息途径的修饰重构 代谢途径工程 第四代基因工程 全基因组或染色体的转移 基因组工程 第三代基因工程：代谢途径工程 P P P P P GDP GTP P P P P P P FGF 质膜 核膜 FGFR FRS Grb2 SOS Ras Raf MEK MAPK TF A B C D E F G 信号转导途径的遗传操作 物质代谢途径的遗传操作 单基因操作 多基因操作 基因组操作 强化表达 / 导入基因 衰减表达 / 敲除基因 定点突变 / 基因洗牌 多重单链片段重组 模件重组 转录机器全局工程 第四代基因工程：基因组工程 J.C.Venter et al. Science 325, 1693, 2009 将化学合成的蕈状支原体基因组克隆在酵母中，甲基化修饰后移植到山羊支原体中。 限制缺 陷菌株 的构建 E 基因工程的基本原理 1 重组DNA技术与基因工程的基本概念 提高外源基因的剂量：分子遗传学原理 筛选修饰重组基因表达的转录调控元件：分子生物学原理 如：启动子、增强子、操作子、终止子、上游调控序列等 如：SD序列、mRNA非编码区、密码子等 修饰构建蛋白质生物合成的翻译调控元件：分子生物学原理 工程菌（微型生物反应器）的增殖及稳定生产：生化工程学原理 F 重组DNA与基因工程的支撑技术 1 重组DNA技术与基因工程的基本概念 核酸凝胶电泳技术 核酸分子杂交技术 细菌转化转染技术 DNA序列分析技术 寡核苷酸合成技术 基因定点突变技术 聚合酶链反应（PCR）技术 D 基因工程的基本形式 1 重组DNA技术与基因工程的基本概念 C 重组DNA技术与基因工程的基本用途 B 基因工程的基本定义 A 重组DNA技术的基本定义 E 基因工程的基本原理 F 重组DNA与基因工程的支撑技术