一、 學習目的：
知道基因工程的含義
掌握基因工程的主要內容和步驟
了解基因工程的應用
二、 教學重點：
基因工程的主要內容
三、 教學難點：
基因工程的步驟
四、 講明內容：
第一節基因工程的含義
（一） 基因工程的含義
基因工程（genetic engineering）又稱基因拼接技術和dna重組技術，是以分子遺傳學為理論基礎，以分子生物學和微生物學的現代方法為手段，將不同**的基因按預先設計的藍圖，在體外構建雜種dna分子，然後匯入活細胞，以改變生物原有的遺傳特性、獲得新品種、生產新產品。基因工程技術為基因的結構和功能的研究提供了有力的手段。
（二） 基因工程的理論依據
1． 不同基因具有相同的物質基礎
2． 遺傳密碼是通用的
3． 多肽與基因之間存在對應關係
4． 基因是可以切割的
5． 基因是可以轉移的
6． 基因可以通過複製把遺傳物質傳遞給下一代
第二節基因工程的主要內容和步驟
（一） 獲取目的基因
基因：具有完整遺傳資訊的dn**段。
目的基因：在基因工程設計和操作中，被用於基因重組、改變受體細胞性狀和獲得預期表達產物的基因稱為目的基因。目的基因一般是結構基因，也就是能轉錄和翻譯出多肽（蛋白質）的基因。
1.目的基因的獲取方法
① 酶切分離法直接分離目的基因
質粒和病毒等dna分子小，編碼的基因較少，已測序的dna分子，已轉殖在載體中的目的基因，用適當的限制性內切酶酶切，可獲得目的基因。
② 利用pcr擴增目的基因
如果知道目的基因的全序列或其兩側的序列，可以通過合成1對與模板dna互補的引物，可利用pcr擴增目的基因。
③ 化學合成目的基因
根據某基因測定的核苷酸序列，或者根據蛋白質氨基酸序列
推導的核苷酸序列，dna合成儀自動地將游離脫氧核苷酸合成相應的基因。
④ 通過構建基因組文庫或cdna基因文庫分離目的基因
基因組文庫： 把某種生物基因組的全部遺傳資訊通過轉殖載體貯存在一種受體菌轉殖子群體之中，這個群體即為這種生物的基因組文庫。
cdna文庫：某種生物基因組轉錄的全部mrna經反轉錄產生的各種 cdn**段分別與轉殖載體重組，貯存在一種受體菌轉殖子群體之中，這樣的群體稱為cdna文庫。較高等的生物在特定發育階段或特定器官表達的基因有所不同（基因的時空表達），所以用特定發育階段或特定器官的材料構建的cdna文庫通常是部分 cdna文庫。
cdna文庫的乙個轉殖子包含乙個基因的全部編碼序列，不含內含子、轉錄啟動子和終止子的核苷酸序列，所以使用從cdna文庫中獲得的目的基因時，在其兩側必須組裝上轉錄啟動子和終止子等元件。
從基因組文庫或cdna文庫中獲得目的基因(最直接的方法):根據目的基因已知的核苷酸序列製備核酸探針，對基因組文庫或cdna文庫的一系列轉殖子的dna分子進行雜交，能雜交的轉殖子就含有目的基因（陽性轉殖子）。
（二） 目的基因與載體結合
1. 載體的選擇
①能在宿主細胞內複製並穩定的儲存，能攜帶外源dn**段（基因）進入受體細胞，或能停留在細胞質中進行自我複製，或能整合到染色體、線粒體和葉綠體dna中，隨這些 dna同步複製。
②具有多個限制酶切位點（多轉殖位點），在轉殖載體合適的位置必須含有允許外源dn**段組入的轉殖位點，並且這樣的轉殖位點應盡可能的多，便於多種型別末端的dn**段的轉殖。
③具有某些供選擇轉化子的標記基因
如：氨苄青黴素抗性基因(apr或ampr)、氯黴素抗性基因(cmr)、卡那黴素抗性基因(kmr或kanr)、鏈黴素抗性基因(smr)、 四環素抗性基因(tcr或tetr)等， 藍白篩選(β-半乳糖苷酶基因)，報告基因：gus (β-葡萄糖苷酸酶 )、gfp (綠色螢光蛋白基因)等。
④轉殖載體必須是安全的，不應含有對受體細胞有害的基因，並且不會任意轉入除受體細胞以外的其他生物的細胞，尤其是人的細胞。
2. 目的基因與載體結合
用與目的基因相同的限制酶切割質粒使之出現乙個切口，將目的基因插入切口處，讓目的基因的黏性末端與質粒切口上的黏性末端互補配對後，在連線酶的作用下連線形成重組dna分子。
(三) 目的基因匯入受體細胞
重組dna分子只有進入適宜的受體細胞後才能進行大量的擴增和有效的表達。原核生物細胞和真核生物細胞可作為受體細胞，但不是所有細胞都可以作為受體細胞。
選擇受體細胞
1）便於重組dna分子的匯入；
2）便於篩選轉殖子；
3）重組dna分子在受體細胞內能穩定維持；
4）對遺傳密碼的應用上無明顯偏倚性；
5）遺傳穩定，易於擴大培養或發酵。
1.重組dna轉化大腸桿菌
2.大腸桿菌質粒轉化農桿菌
3.基因轉化植物的方法
①膿桿菌轉化法
②基因槍法
③電擊法
④花粉管通道轉化法
（四）目的基因的篩選與鑑定
對轉基因生物進行篩選鑑定是基因工程的必須環節，近年來各種轉基因生物的篩選鑑定技術已發展成熟。
1. 利用抗性基因及報告基因進行篩選
目前最常用的篩選基因是新黴素磷酸轉移酶基因（nptii），
使用該基因轉化植物，可以賦予轉化細胞抗卡那黴素、慶大黴素、g418（一種氨基糖苷類抗生素）的能力，因此被廣泛應用於植物遺傳轉化中。另，較常用的抗性基因還有氯黴素乙醯轉移酶基因（cat），
ppt乙醯轉移酶基因（pat）等。
2. pcr檢測
pcr是在體外快速特異地擴增目的基因dn**段的有效方法，擴增產物經凝膠電泳和染色後很容易觀察，這項技術可用於轉化後外源基因的鑑定和基因組的分析。
3. southern雜交（southern blot）
2023年由英國人埃德溫·邁勒·薩瑟恩（edwin mellor southern）建立，是研究dna圖譜的基本技術，在遺傳病診斷、dna圖譜分析及pcr產物分析等方面有重要價值。
4. northern雜交
northern雜交是從轉錄水平檢測外源基因，與southern雜交相比，更接近於性狀表現，更有現實意義，被廣泛應用於轉基因植株的檢測。
5. western 雜交（western blot）
western雜交檢測目的基因在翻譯水平的表達產物（蛋白質），能直接顯示目的基因在轉化體中是否經過轉錄、翻譯最終合成蛋白而影響植株的性狀表現。
第三節基因工程的應用
（一）基因工程與醫藥衛生
1.基因工程藥品的生產
許多藥品的生產是從生物組織中提取的，受材料**限制，產量很有限，**往往十分昂貴。微生物生長迅速，容易控制，適於大規模工業化生產。若將生物合成相應藥物成分的基因匯入微生物細胞內，使它們產生相應的藥物，不但能解決產量問題，還能大大降低生產成本。
2.基因診斷與**
也稱為dna診斷或基因探針技術，即在dna水平分析檢測某一基因，從而對特定的疾病進行診斷。
探針製備：放射性同位素(如32p)、地高新、螢光分子等標記的dna分子；
原理：利用dna分子雜交原理。
（二）基因工程與農牧業、食品工業
運用基因工程技術，不但可以培養優質、高產、抗性好的農作物及畜、禽新品種，還可以培養出具有特殊用途的動、植物。
1. 轉基因動植物
現在轉基因動物技術已用於牛和羊等，使得牛/羊奶中生產蛋白質藥物，稱為「乳腺反應器」工程。轉基因植物（棉花、大豆、油菜等）亦已在大田中廣為種植。
（三）基因工程與環境保護
基因工程做成的dna探針能夠十分靈敏地檢測環境中的病毒、細菌等汙染。
基因工程做成的「超級細菌」能吞食和分解多種汙染環境的物質通常一種細菌只能分解石油中的一種烴類，用基因工程培育成功的「超級細菌」卻能分解石油中的多種烴類化合物。有的還能吞食轉化汞、鎘等重金屬，分解ddt等毒害物質。
利用基因工程培育的指示生物能十分靈敏地反映環境汙染的情況，並且不易因環境汙染而大量死亡，
甚至還可以吸收和轉化汙染物。
五、課堂總結
六、布置作業
基因工程的安全性問題
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