《遗传改良》课件.ppt

遗传改良：生命科学的突破性进展

课程目标与学习内容概述课程目标理解遗传改良的基本概念与原理掌握主要的遗传改良技术手段了解遗传改良在各领域的应用探讨遗传改良的安全性、伦理与法律问题学习内容遗传改良的概念与发展历程DNA结构、基因表达与基因组学基因编辑技术（CRISPR-Cas9等）遗传改良在农业、畜牧业、医学、工业中的应用

遗传改良的基本概念定义遗传改良是指通过人为干预，改变生物体内的遗传物质，从而使其在形态、生理、生化等方面发生可遗传变异的过程。目的遗传改良旨在优化生物体的特定性状，以满足人类的需求，如提高产量、改善品质、增强抗性等。手段

遗传改良在人类历史中的发展1早期驯化人类早期通过选择性育种，驯化野生动植物，使其成为家畜和农作物，这是遗传改良的雏形。2传统育种随着农业的发展，人们开始采用杂交育种等传统育种方法，改良动植物的性状，提高产量和品质。3现代遗传改良

传统育种与现代遗传改良的区别传统育种基于表型选择，效率较低周期长，受自然条件限制遗传基础复杂，难以精确控制现代遗传改良基于基因操作，效率高周期短，可定向改良遗传基础明确，可精确控制

DNA结构与基因表达复习1DNA结构DNA是遗传物质，由两条互补的脱氧核苷酸链组成双螺旋结构。DNA分子包含腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T）四种碱基，A与T配对，G与C配对。2基因基因是具有遗传效应的DNA片段，包含编码蛋白质的信息。基因是遗传的基本单位，控制生物体的性状。基因表达

基因组学基础知识基因组基因组是指生物体细胞中包含的全部遗传信息，包括DNA分子中的所有基因和非编码序列。基因组学基因组学是研究生物体基因组结构、功能、进化和调控的学科。基因组学为遗传改良提供了理论基础和技术手段。基因组数据基因组数据是指通过基因组测序获得的序列信息。基因组数据是进行遗传改良的重要资源，可用于鉴定目标基因和设计改良方案。

遗传改良的主要技术手段转基因技术将外源基因导入受体生物的基因组中，使其获得新的性状。这是遗传改良的常用手段，但存在安全性和伦理争议。基因编辑技术利用基因编辑工具（如CRISPR-Cas9）对生物体基因组中的特定基因进行精确修改。这是近年来发展迅速的遗传改良技术，具有高效、精确的特点。诱变育种利用物理或化学诱变剂处理生物体，使其产生基因突变，然后筛选出具有优良性状的个体。这是一种传统的遗传改良方法，但具有随机性和不可控性。

基因编辑技术概述1定义基因编辑技术是指能够对生物体基因组中的特定基因进行精确修改的技术，包括基因敲除、基因插入、基因修饰等。2种类常见的基因编辑技术包括CRISPR-Cas9、TALEN、ZFN等。其中，CRISPR-Cas9技术因其高效、简便的特点而得到广泛应用。3应用基因编辑技术在农业、医学、工业等领域具有广泛的应用前景，可用于培育抗病虫害作物、治疗遗传疾病、改良工业菌种等。

CRISPR-Cas9系统介绍组成CRISPR-Cas9系统由Cas9蛋白和sgRNA（单链引导RNA）组成。Cas9蛋白是一种核酸内切酶，sgRNA则引导Cas9蛋白识别并切割目标DNA序列。特点CRISPR-Cas9系统具有高效、简便、可定制的特点。只需设计不同的sgRNA，即可实现对基因组中不同位置的精确编辑。优势与其他基因编辑技术相比，CRISPR-Cas9系统具有更高的效率和更低的成本，使其成为目前最流行的基因编辑工具。

CRISPR技术的工作原理1sgRNA设计根据目标基因序列，设计一段与目标序列互补的sgRNA。sgRNA的长度一般为20个碱基左右。2Cas9-sgRNA复合物形成将sgRNA与Cas9蛋白结合，形成Cas9-sgRNA复合物。该复合物具有识别和切割目标DNA序列的能力。3DNA切割Cas9-sgRNA复合物在sgRNA的引导下，结合到目标DNA序列上，Cas9蛋白切割DNA双链，形成双链断裂（DSB）。4DNA修复细胞通过非同源末端连接（NHEJ）或同源定向修复（HDR）两种途径修复DSB。NHEJ可能导致基因敲除，HDR可用于基因插入或基因修饰。

基因敲除技术原理利用CRISPR-Cas9系统在目标基因上造成DSB，细胞通过NHEJ修复DSB时，可能发生碱基插入或缺失，导致基因移码突变，从而使基因失去功能。应用基因敲除技术可用于研究基因的功能，筛选药物靶点，培育抗病虫害作物等。例如，敲除水稻中的某些基因，可以提高水稻的抗病能力。实例研究人员通过敲除小鼠的Myostatin基因，发现小鼠的肌肉生长显著增强。Myostatin基因是抑制肌肉生长的基因，敲除该基因可以促进肌肉发育。

基因插入技术HDR途径细胞通过HDR途径修复DSB时，需要提供一个包含目标基因的DNA模板。细胞会以该模板为基础，修复DSB，从而将目标基因插入到基因组