基因工程知识点总结归纳(更新版)

基因工程

绪论

1、克隆（clone）：作名词：含有目的基因的重组DNA分子或含有重组分子的无性繁殖。作动词：基因的分离和重组的过程。

2、基因工程（gene engineering）：体外将目的基因插入病毒、质粒、或其他载体分子中，构成遗传物质的新组合，并使之掺入到原先没有这些基因的宿主细胞内，且能稳定的遗传。供体、受体和载体是基因工程的三大要素。

3、基因工程诞生的基础

三大理论基础：40年代发现了生物的遗传物质是DNA；50年代弄清楚DNA 的双螺旋结构和半保留复制机理；60年代确定遗传信息的遗传方式。以密码方式每三个核苷酸组成一个密码子代表一个氨基酸。

三大技术基础：限制性内切酶的发现；DNA连接酶的发现；载体的发现

3、基因工程的技术路线：切：DNA片段的获得；接：DNA片段与载体的连接；转：外源DNA片段进出受体细胞；选：选择基因；表达：目的基因的表达；基因工程的工具酶

1、限制性内切酶（restriction enzymes）：主要是从原核生物中分离纯化出来的，是一类能识别双链DNA分子中某种特定核苷酸序列，并由此切割DNA双链的核酸内切酶。

2、限制酶的命名：属名（斜体）+种名+株系+序数

3、II型限制性内切酶识别特定序列并在特定位点切割

4、同裂酶：来源不同，其识别位点与切割位点均相同的限制酶。

5、同尾酶：来源不同，识别的靶序列不同，但产生相同的黏性末端的酶形成的新位点不能被原来的酶识别。

6、限制性内切酶的活性：在适当反应条件下，1小时内完全酶解1ug特定的DNA 底物，所需要的限制性内切酶的量为1个酶活力单位。

7、星号活性：改变反应条件，导致限制酶的专一性和酶活力的改变。

8、DNA连接酶的特点：具有双链特异性，不能连接两条单链DNA分子或闭合单链DNA，连接反应是吸能反应，最适反应温度是4至15度，最常用的是T4连接酶。

9、S1核酸酶：特异性降解单链DNA或RNA。

10、RNAH降解与DNA杂交的RNA，用于cDNA文库建立时除去RNA以进行第二链的合成。

11、DNA聚合酶：

(1)、DNA聚合酶I：5’—3’外切酶活性、3’—5’外切酶活性，5’—3’聚合酶活性，用途：除去3’端突起。补齐5’端突起。合成cDNA第二链。切口移位探针的制备。

(2)、Klenow大片段：没有5’→3’外切酶活性，而保留了5’→3’DNA聚合酶活性和3’→5’外切酶活性。用途:用同位素标记具5’端突起的DNA片段末端。补平5’粘性末端。DNA序列测定。合成cDNA第二链。

(3)、Taq酶：75度为最适反应温度，95度仍具有稳定性，不具有外切酶活性，主要用于PCR。

12、主要修饰酶：

(1)碱性磷酸酶：除去核酸分子3’和5’端的磷酸基团。

(2)T4多聚核苷酸磷酸激酶：催化ATP中的γ位的磷酸基转移5’-OH上

(3)末端脱氧核苷酸转移酶：在3’端高效添加脱氧核苷酸。

分子克隆载体

1、分子克隆载体：是一类可供外源DNA片段插入并携带重组分子进入宿主细胞进行扩增或表达的DNA分子。

2、分子克隆载体的功能：

（1）为外源基因提供进入受体细胞的转移能力

（2）为外源基因提供在受体细胞中复制或整合的能力

（3）为外源基因提供在受体细胞中扩增和表达的能力

3、载体的分类：

(1)按用途分：克隆载体、表达载体、整合载体

(2)按来源分：原核生物载体：质粒载体、λ噬菌体载体、M13噬菌体载体、cosmid 载体、phagemid载体；真核病毒载体

4、载体的特点：

（1）至少有一个复制起点，因而至少可在一个生物体中自主复制

（2）至少有一个克隆位点，可供外源DNA插入

（3）至少有一个标记基因，以知识载体或重组DNA分子是否进入受体细胞

（4）具有较小的分子量和较高的拷贝数

5、标记基因的作用：外源基因是否插入载体分子形成重组子；外源载体是否进入宿主细胞

6、标记基因的种类：抗性标记基因；营养标记基因；生化标记基因；噬菌斑

7、常用的遗传标记基因：四环素抗性基因（Tc）；氨苄青霉素抗性基因（Ap）；氯霉素抗性基因（Cm）；卡那霉素（Kan）；新霉素（Neo）；β—半乳糖甘酶基因（LacZ)；葡萄糖苷酸酶基因（Gus）；荧光素酶基因；发光蛋白质基因。

8、按复制起点划分克隆载体：

1）质粒复制型—复制起点来自质粒或线粒体和叶绿体（有低拷贝和高拷贝）2）ARS复制型—染色体复制型（一般拷贝数比较高）

3）病毒复制型—复制起点来自病毒，若为RNA必须反转录为cDNA（高拷贝）4）混合复制型：不同种生物复制起点混合（穿梭载体）

9、根据载体的分子生物学特性划分：质粒载体、病毒型载体、混合型载体

10、根据载体功能分类：

1）普通型载体：至少有一个以上的克隆位点和两个标记基因。如PBR322和pUC载体

2）表达型载体：3类：Ⅰ型：转录起始区（调控序列+启动子）+终止子；Ⅱ型：转录起始区+翻译起始区（核糖体结合序列和起始密码子）+终止子；Ⅲ型: 转录起始区+ 翻译起始区+ 信号肽链编码区+ 终止子（常称之为表达分泌型载体）

3）失控型质粒载体(Run-away plasmid vector)：是一些低拷贝质粒，其复制控制是温度敏感型或药物敏感型，在不同温度或不同药物浓度下，质粒拷贝数会显著变化。

4）探针型载体：该类载体主要特点是含有一些特殊的DNA序列，用于特定的研究目的，如分离基因启动子、终止子、DNA复制起点等。

5)定序型载体：主要用于核苷酸的序列测定

6)整合型载体：主要用于基因治疗，稳定表达外源基因。

9、标记基因与拷贝的关系：若标记基因的表达效率较高，宿主细胞可能不大量

表达标记基因以满足选择压力的要求，因而载体的拷贝数会降低，可采取相应方法提高拷贝数。如：对于药物抗性标记基因，可提高药物的浓度。对于营养标记基因，可降低该基因的表达效率。

大肠杆菌分子克隆载体

1、E.coli克隆载体的种类

1）质粒载体—复制起点来自一些天然质粒。

2）噬菌体载体—λ，P1和M13、fd载体，复制起点来自噬菌体。

3）COS质粒载体—质粒载体中插入λcos片段，以利于体外包装

4）噬粒载体（phagemid）—有质粒和M13、fd的复制起点，以质粒或噬菌体方式复制。

2、质粒的特点：

1）质粒DNA的复制与染色体复制无关

2）质粒DNA以超螺旋形式存在

3）质粒DNA可以结合转移

4）质粒的不相容性和不相容群

5）质粒DNA的消除

6）质粒的整合

3、大肠杆菌质粒的复制：以RNAⅡ为引物合成，RNAⅠ与RNAⅡ结合可减少质粒的拷贝数，使RNAⅠ复制起点上游一个核苷酸处G突变为T，使得拷贝数增多。

4、质粒的不亲和性：在没有选择压力的情况下，两种亲缘关系密切的不同质粒，不能够在同一宿主细胞中稳定共存的现象。主要是由于他们在复制功能之间的相互干扰造成。

5、λ噬菌体的结构特点：线性双链DNA病毒，具有末端互补的12个核苷酸，感染细菌后粘端互补成双链环状。全长48.5kb。

6、热诱导表达：λcl ts857 ，可作为组件插入质粒DNA 内。目的基因插在λcl ts857 下游，重组体的目的基因在42 ℃表达，30 ℃不表达。

7、λ噬菌体载体的缺点：基因组太大；酶切点太多；野生型只能接纳一定长度的DNA。

8、λ噬菌体载体的改造：切去非必须片段，加载目的基因

去掉太多的酶切位点

增加标记基因

9、COS质粒载体的特点：在普通质粒载体中插入一个或两个来自λ的cos位点片段，双cos载体比单cos载体易于重组。

10、COS质粒载体的优点：容量大，用于基因簇的克隆；形成的重组DNA分子可进行体外包装，并能感染大肠杆菌细胞；操作简单，易于转化细胞；对重组DNA分子长度具有选择性包装。

11、噬粒载体（phagemid）：在质粒载体中插入一段M13或fd的复制起点，其插入方向决定在噬菌体颗粒中形成正链还是负链。

基因操作的主要技术原理

1、核酸分离提取的原则：保证核算的一级结构的完整性；排除其他分子的污染

2、质粒载体分离的关键：如何使质粒与DNA与宿主染色体DNA分开

依据：质粒DNA比染色体DNA小得多，在DNA提取过程中，染色体断裂成片段，而质粒DNA仍保持超螺旋构型

3、变性法提取质粒DNA的原理：

在变性条件（碱性或高温)下，线状染色体DNA变性成为单链而完全分开，而cccDNA虽然互补链之间的氢键断裂，但双螺旋主链骨架仍彼此缠绕在一起。

当变性条件恢复时，质粒DNA迅速复性恢复天然构型，染色体DNA难以复性，交联形成不溶性网状结构，与变性的蛋白质和RNA缠绕在一起，通过离心沉淀下来，而质粒DNA存在于上清液中。

4、RNA分离纯化的关键：防止内外源RNase的作用

5、RNase的特点：抗酸抗碱；抗高温严寒；抗变性剂，酶活性不需要辅助因子，存在范围广。因此操作时要进行高温灭菌或用焦碳酸二乙酯处理或强蛋白质变性剂等。

6、核酸的浓缩：沉淀法：可以除去溶液中某些可溶的盐离子和杂质。

7、核酸凝胶电泳的基本原理：核酸分子中的磷酸基团带负电荷，在电场中将向正极移动，通过凝胶的分子筛作用可以将不同大小和构型的核酸分子分离，分子量小的DNA，具有较紧密的构型，在凝胶中移动快；反之，分子量大的DNA移动慢。

8、核酸凝胶电泳常使用溴酚蓝作为指示剂、溴化乙锭作为染色剂

9、脉冲场凝胶电泳原理：加在凝胶上至少有两个电场方向，使得DNA分子要不断地调整泳动方向，不同分子量大小的DNA分子用于改变泳动方向的时间不同，则可以得到分离

10、双脱氧核苷酸终止法的原理：双脱氧（2'，3'）-核苷酸可以象2'-脱氧核苷酸那样直接掺入新合成的DNA链中，但因3’端不具OH基，DNA链合成至此中断。由于双脱氧核苷酸在每个DNA分子中掺入的位置不同，故可根据不同长度的DNA 片段测定出核苷酸序列

11、双脱氧核苷酸终止法的过程：制备单链DNA，与引物退火，分为4个反应体系，每个体系中加入dNTP和一种双脱氧核苷酸，DNA聚合酶定序反应，反应产物变性后电泳，凝胶干燥，放射自显影，根据条带读出碱基序列，再根据碱基互补配对原则写出DNA链的序列。（注意：要自己写一个序列，然后写上每个体系中出现片段的序列，然后根据序列画出电泳图，考试考的可能性大，书上有步骤）

12、Maxam-Gilbert化学法原理：DNA链上的不同碱基可以和碱基修饰剂发生反应，在碱性环境下硫酸二甲酯能使碱基G发生甲基化，在酸性环境下哌啶甲酸使A 和G脱嘌呤，碱性环境下肼使C和T发生开环，在高盐浓度下肼只使C开环。然后发生1~2个碱基的脱落或取代，最后发生链断裂，不同位置断裂的DNA分子经凝胶电泳就可确定其核苷酸序列

13、化学法测序的优点、不需要模板、引物和DNA聚合酶。

14、Southern杂交（Southern blot）：用一种或多种限制性内切酶对基因组DNA 加以切割，通过琼脂糖凝胶电泳分离酶切片段，随后，使DNA在原位变性，并从凝胶转移至固相膜，用已知核苷酸片段加以标记作为探针，通过分子杂交来检测待测样品中是否存在互补的核酸序列。

Southern杂交的一般步骤：DNA的制备→DNA酶切→电泳（琼脂糖凝胶电泳）→DNA原位转膜→探针杂交→放射自显影→结果分析

15、Northern杂交检测的是RNA。步骤与southern类似，不需要酶切。

16、Western杂交：杂交的对象是蛋白质，先将蛋白质从SDS-PAGE中转移到一固相支持物上，通过与附着于固相支持物上的靶蛋白所呈现的抗原抗体特异反应进行检测。主要用于基因表达产物蛋白质的检测。

Western杂交的一般步骤：蛋白质制备→SDS-PAGE→电转移至膜上→一抗的制备→一抗与膜结合（1h）→洗膜（30min）→二抗与膜的结合→洗膜→显色反应→结果分析

17、PCR反应体系：模板、引物、dNTP、buffer、taq酶、超纯水。

18、引物设计的一般原则：引物的长度常为17至30个碱基；GC含量为40%至60%；Tm值高于55；两条引物之间配对碱基数小于5；引物自身配对的碱基数小于3。基因文库的建立

1、基因组文库：含有某种生物全部遗传信息的重组DNA分子的克隆总和。

2、建立基因组文库的一般程序:

1)载体DNA片段的制备：DNA分离，限制酶切割，脱磷酸化反应

2)供体DNA片段的制备：总DNA纯化，再进行机械或酶切割成特定大小的DNA片段。

3)供体和载体DNA的连接:要注意混合的比率和浓度

4)重组DNA分子的转移和基因组文库的扩增

5)基因组文库质量的评价：文库规模、重组频率

3、利用λ载体构建基因组文库:

1)载体DNA片段的制备的方法：左右臂DNA片段的获得

2)供体DNA片段的制备：限制酶部分酶切，机械剪切法

3)重组DNA分子的形成：控制混合的比率

4)重组DNA分子的包装：制备包装物，然后进行包装

5)基因组文库的扩增

4、为提高文库的质量，采取以下措施:

1）双酶切载体产生不同末端以避免其自身形成串状体

2）供体DNA脱磷酸化以避免供体DNA间的连接导致重排

3）载体和供体DNA末端修饰以避免上述两种情形发生:载体补CT，供体补GA

4）采用文库快速构建法以避免扩增文库时DNA丢失

5、基因组文库的载体可载入DNA大小：

1）质粒最大15kb 适合构建cDNA文库；亚克隆

2）噬菌体最大25kb cDNA文库

3）COS质粒 30-45kb 基因组文库

4）噬粒最大12kb cDNA文库

5）P1 70-90kb 基因组文库

6）BAC 100-500kb 基因组文库

7）YAC 250-1000kb 基因组文库

6、鸟枪法克隆目的基因：随机克隆供体细胞的全基因组DNA片段，然后通过快速有效的筛选程序从众多克隆中分离出含有目的基因的重组子，进而获得目的基因。鸟枪法适用于原核细菌目的基因的克隆分离。

7、鸟枪法克隆基因的步骤：染色体DNA的切断；与载体连接；转化受体细胞；筛选含有目的基因的目的重组子。

8、鸟枪法的改进:目的基因的酶切图谱已知；在连接前将DNA片段进行分级分离

9、鸟枪法克隆基因的局限性：工作量较大，需要了解目的基因的背景知识

不能获得最小长度的目的基因

不能除去真核生物目的基因的内含子结果

10、cDNA文库：从一定生长阶段或条件的某种细胞分离到的全部mRNA经反转录成cDNA后再重组和增值所产生的无性繁殖系的总和。

11、cDNA文库的特点：基因特异性；器官特异性；代谢或发育特异性；不均匀性；cDNA均可获得表达

12、建立cDNA文库的一般程序

1）载体DNA片段的制备

2）多聚（A）RNA的分离制备

3）双链cDNA的合成：反转录法合成单链cDNA，碱解或酶解除去RNA合成第二链4）ds-cDNA与载体DNA相连：人工接头、同聚物加尾、cDNA的定向插入

5）重组cDNA分子的转移和文库的建立:质粒载体则转化大肠杆菌、噬粒则包装感染

13、第二链合成的方法：自身引导法、置换合成法、引导合成法。前两者5’端会有几个碱基缺失。

目的基因的分离和鉴定

1、获得基因的一般方法：

1)化学合成法:主要用于较小基因的合成或需要改变碱基

2)半化学合成法：mRNA cDNA 加人工接头或合成一段DNA 与载体相连、

3)筛选法：用各种方法从基因文库或cDNA文库中选择目的基因

2、基因筛选的方法:

1)遗传互补法原理：当一外源DNA片段引入一受体细胞后，如果受体细胞获得某种新的性状，那么此片段上携带着决定新性状的遗传基因。营养缺陷型受体细胞转入外源DNA片段之后，涂布在合成培养基上可以生长；无某种表型的细胞会有新性状；某些产酶细胞则可能过量产酶。

酿酒酵母MFα基因的筛选：基因组文库DNA 转化酿酒酵母细胞在缺乏亮氨酸的培养基上培养能生长的重组子即含合成亮氨酸的基因

2）核酸杂交法原理：利用核酸探针与待分离DNA的同源序列可进行杂交的特点分离目的基因。

分离步骤：基因(基因组或cDNA)文库→制备DNA样品膜→与标记探针杂交→杂交斑点（阳性克隆）→分离重组DNA分子→作斑点杂交→阳性克隆→Southern 杂交以确认杂交结果→DNA进一步证实和鉴定：核酸序列分析，与蛋白质一级结构比较；分离插入片段进行基因表达，用免疫方法或其他方法检测表达产物。3）免疫法原理:外源DNA引入宿主细胞后表达出蛋白质，以此蛋白质为抗原与相应抗体发生免疫反应，然后利用二抗与一抗反应，用二抗偶联的酶反应筛选目的基因。

分离步骤:基因文库→蛋白质样品膜制备→免疫法筛选→有色斑点（阳性克隆）→进一步证实：分离阳性克隆无细胞抽提物，作斑点印迹，western印迹免疫分析；分离重组DNA，检测插入片段大小，测序等。

4)染色体巡查法

5)蛋白质-DNA杂交法

6)蛋白质-蛋白质结合法，即酵母双杂交法原理：利用酿酒酵母的GAL4蛋白质N 端和C端分别融合的两种蛋白质相互作用可激活具有UAS（上游激活序列）报告基因表达筛选目的基因的方法。

GAL4蛋白质基因是一个调控基因，控制半乳糖利用酶类基因的表达，其5’端存在UAS。

GAL4存在两个结构域：N端具有UAS-DNA结合域（BD），C端具有转录激活

结构域（AD），这两个结构域可以单独起作用。

如果AD和BD分别与两个基因编码序列融合，且两种蛋白质能相互作用，就可导致GAL-LacZ基因的表达。与BD融合的基因称为钓饵基因，与AD融合的基因称为目的基因。

3、用于基因分离和鉴定的辅助方法：抑制消减杂交法；差别杂交法；阻断翻译法；释放翻译杂交法

植物基因工程

1、植物组织培养技术：愈伤组织培养、细胞悬浮培养、原生质体、植株再生

2、植物基因转移方法：农杆菌转化法、基因枪法、原生质体法、电击法、显微注射法

3、植物转化的标记基因：选择标记基因（kan、Hyg、Bar）、报告基因（Bt、Gus、GFP）、启动子（CaMV A)

4、Ti质粒有六个功能区：

1）致瘤区：合成植物生长素和细胞分裂素

2）冠瘿碱合成区：参与冠瘿碱合成

3）冠瘿碱分解区：参与冠瘿碱分解

4）Ti 质粒转移区(tra)：参与在不同农杆菌中的接合转移

5）毒性区（Vir）：直接参与T-DNA的转移和插入植物染色体

6）DNA复制区（Rep）：参与Ti 质粒DNA复制

5、将致瘤区替换成目的基因即可取出冠瘿

6、根瘤农杆菌转化的一般步骤：

叶盘法：从植物叶片上用打孔器取若干叶片→制备含有目的基因的Ti质粒→将质粒转入农杆菌→置于含农杆菌的培养基24小时→将叶片转移至筛选培养基上→诱导愈伤组织→诱导生根→移栽

7、转基因技术在植物中的应用：抗虫、抗病毒、抗真菌、抗除草剂、抗逆、改良作物品种

8、转基因植物的问题：转基因沉默：位置效应、转录水平的基因沉默、转录后水平的基因沉默。选择基因安全性问题；对生态环境的影响

动物基因工程

1、从遗传学角度划分：遗传性动物基因工程、非遗传性动物基因工程

2、动物基因工程载体具备的功能：

1）为外源基因提供进入受体细胞的转移能力

2）为外源基因提供在受体细胞中复制或整合的能力

3）为外源基因提供在受体细胞中扩增和表达的能力

3、动物基因工程载体：质粒型载体、病毒型载体、定向打靶载体（基因敲入、基因敲除、基因下调）

4、哺乳动物受体细胞常见的遗传选择标记：

遗传标记编码产物筛选药物作用机理

APH- 氨基糖苷磷酸

转移酶

G418 APH灭活G418

DHFR 二氢叶酸还原

酶氨甲喋呤DHFR突变体抗

氨甲喋呤

HPH- 潮霉素B磷酸转

移酶潮霉素B HPH灭活潮霉

素B

TK- 胸腺嘧啶核苷

激酶

氨基喋呤TK合成TMP

XGPRT- 黄嘌呤鸟嘌呤

磷酸核糖转移

酶霉酚酸XGPRT合成

GMP

ADA- 腺嘌呤核苷脱

氨酶腺嘌呤木酮

糖苷

ADA灭活Xyl-A

5、基因转移技术：

1）物理转染法：电击法、显微注射法、基因枪法、超声波法

2）化学转染法：磷酸钙法、脂质体法、原生质体法

3）生物法：病毒感染法

6、转基因动物制备程序：

1）DNA显微注射法制备转基因小鼠：基因制备→促排卵→结扎、假孕鼠→取受精卵→显微注射DNA→胚胎移植→基因分型分析

2）胚胎干细胞制备转基因动物过程：转基因胚胎干细胞的获得→胚囊注射→嵌合体的检测和育种

3）转基因体细胞核移植法生产转基因动物

7、转基因的鉴定：

1）标记选择法：正负选择标记筛选法、无启动子筛选法

2）分子鉴定法：PCR扩增、斑点杂交、Southern杂交、荧光原位杂交

8、表达水平的检测：报告基因、Northern杂交、反转录PCR、聚丙烯酰胺凝胶电泳、Western杂交、目的蛋白的生物活性。

9、转基因动物的应用：提高动物的生产性能、动物生物反应器、异种器官移植、基础研究。

名字解释补充：

1、原位杂交（in situ hybridization）：是用标记的核苷酸探针，经放射自显影或非放射检测体系，在组织、细胞、间期核及染色体上对核酸进行定位和相对定量的一种技术。

2、基因芯片（gene chip）：是将许多特定的DNA寡核苷酸或DNA片段（称为探针）固定在芯片的每个预先设置的区域内，将待测样本标记后同芯片进行杂交分析，利用碱基互补配对原理进行杂交，通过检测杂交信号并进行计算机分析，

从而检测对应片段是否存在、存在量的多少，以及用于基因的功能研究和基因组研究、疾病的临床诊断和检测等众多方面。

3、基因沉默（RNA silencing）是指真核生物中的双链RNA诱导的识别和清除细胞中非正常RNA的一种机制。

4、基因敲除（gene knock-out）：针对一个序列已知但功能未知的基因，从DNA 水平上进行实验设计，彻底破坏该基因的功能或消除其表达机制，从而推测该基因的生物学功能。

5、基因敲入（gene knock-in）：基因敲入是利用同源重组原理将外源基因插入到染色体的特定位点上。

6、基因下调（gene knock-down）：又称为RNA干扰，是通过RNA分子的作用达到转录后基因沉默的效应。

7、a-互补（alpha complementation）：缺失突变的LacZ基因合成的是一种缺失了11—41个氨基酸的缺陷性(贝塔)-半乳糖苷酶，使之丧失四聚体化作用的功能。在体外加入野生型的（贝塔）-半乳糖苷酶的溴化氰片段，就可以是多肽活性得以恢复，重新获得四聚体的能力。

8、聚合酶链式反应（PCR):是利用单核苷酸引物对特异性DNA片段进行体外扩增的一种方法。

9、基因打靶技术（gene targeting technology）：是指通过外源基因与靶细胞染色体上的同源序列间的同源重组，将外源基因定点整合到靶细胞的特定位置上，而使某一个特定位点上的基因发生定点突变技术。

10、报告基因（reporter gene）：是一种编码容易被检测的蛋白质或酶的基因。祝大家考个好成绩！