模式生物基因工程

Developmental Biology

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Summary

转基因技术或利用基因工程技术改变基因的表达,广泛应用于生物学领域的发展。科学家使用了一些办法来改变基因,了解其发展过程中的角色的功能。这包括与非功能性的副本,或将可想象的标记添加到允许跟踪整个发展的合力融合蛋白基因的基因置换。

在本视频中,观众将了解转基因技术,以及引入一种动物的基因构造和靶向基因的兴趣的基本步骤背后的原则。这被紧接着协议创建基因敲除小鼠的讨论。最后,将检讨转基因技术在发育生物学领域的一些具体应用。

Cite this Video

JoVE Science Education Database. 发育生物学精要. 模式生物基因工程. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

基因工程是一个宝贵的工具,用来修改的过程被称为转基因技术的模式生物的基因组。在发育生物学中,这种方法通常用于改性可以可视化在活体组织的基因表达。另外,基因工程可以用于防止或破坏蛋白表达研究发展特定基因的功能。

这个视频会总结这项技术背后的原则,检讨一些基因工程程序及在实验室中使用这些技术的突出显示方法。

首先,让我们探索转基因技术中的一些重要概念。这涉及到的一种模式生物基因组 DNA 的插入。那里有很多方法根据研究目标。

首先,另外的基因可能会揭示出突变导致的功能或形态学变化。另一种方法是放在不变的野生型基因,研究影响的过度表达,往往可以只是破坏的突变的额外副本。另一个方法是插入包含可想象的标记,如绿色荧光蛋白,要跟踪的位置和时机活的动物基因表达的融合蛋白。

必须仔细设计是将插入到基因组的 DNA 片断,以产生所需的表达模式和成果。启动子,它是决定何时何地表示基因的序列元素,是一个至关重要的组成部分。某些启动子是无所不在表示各地几乎所有的组织,而另一些则只活跃在特定的组织。诱导型启动子,由化学管理或暴露于高温激活,也可以用来控制基因表达的时间。

要在组织中稳定表达,转基因必须首先将纳入基因组。为了做到这一点,转基因可以包括侧翼比赛区域的生物体的基因组的 DNA 序列。这允许转基因整合与宿主的 DNA 通过称为同源重组的过程。或者,在某些物种叫转座子的特殊元素可以使转基因技术更有效率由包括识别位点的酶转座酶,催化转基因随机插入基因组。

现在,你知道的一些转基因设计的基础知识,让我们检讨如何使转基因动物。为了使构建转基因,开始通过放大使用 PCR 的感兴趣的基因。这个放大的区域然后克隆入一个向量,是一块可携带转基因到细胞的 DNA。载体通常包含允许高效转基因扩增细菌,如大肠杆菌的元素。这个放大的步骤之后,向量是纯化细菌培养。

转基因动物是由纯化的 DNA 注入胚胎。在鱼和青蛙,构造通常直接注入蛋黄或胞浆内 1-细胞期胚胎。对于转座子介导的转基因技术,编码转座酶酶的成绩单被添加到注射混合。

在小鼠,转基因技术可以通过操纵新受精卵的精子和卵子原核不尚未融合在一起。建设直接注入更大的原核,在那里它可能将纳入基因组的细胞分裂。鸡蛋然后必须移植发展受女性的子宫里。

转基因效率各不相同,因此必须筛选动物识别构造已经成功地融入了基因组的后代。这可以通过寻找被插入了容易识别,或通过基因组 dna 分离小组织块和 pcr 分子分析荧光标记。

基因工程第二个方法着重于特定基因打靶扰乱基因的功能。有多个方法来实现这一目标。一个相对较新的方法,称为基因组编辑,利用序列特异性酶称为核酸酶切割 DNA 骨干和导致基因突变,如修复 DNA。

另一种靶向性方法涉及的同源重组,以替换或者外源 DNA 基因使用或复制的基因称为重组酶的识别序列的簇拥。当它存在时,将从基因组切除夹击的序列。这被称为条件敲除和基因切除控制可以通过表达酶在特定组织或在某些时间点。

让我们回顾一下通过同源重组产生基因敲除小鼠的一般过程。在这里,必须准备一种构造用外源 DNA 取代中哪部分的基因组 DNA 序列。这种 DNA 通常编码另一个基因,如抗生素抗性,提供选择成功方法修饰细胞在后续步骤中。

开始执行程序,从早期的小鼠胚胎称为囊胚内细胞团收集胚胎干细胞。线性的构造然后传送到干细胞通过电穿孔,其中电脉冲产生瞬态毛孔在细胞膜上。细胞然后允许存在一种抗生素以消除无转基因细胞孵育。

这个选择的步骤之后,干细胞可以被注入到另一种小鼠胚胎囊胚阶段。胚胎然后转移到子宫的雌性小鼠继续发展。由此产生的小狼崽将嵌合体,由野生型和基因敲除细胞组成。一些嵌合体将有基因敲除细胞内其生殖细胞,将传输中断的基因,当它们被培育,然后将建立一个新的基因敲除行。

您已经学习了基本的基因工程的发展模式,所以现在让我们看看一些实际的应用。

发育研究经常用荧光标记的蛋白质来确定单元格和研究他们的发展。使用组织特异性启动子,可以在特定的细胞,比如神经嵴表达荧光蛋白工程转基因生物。利用先进的成像技术,可以在真正的时间,使研究人员能够直接看到复杂的发育事件成像荧光细胞。

基因工程的另一个重要用途是研究特定基因和在疾病表型中的作用。在这里,有针对性的突变引入特定的鼠标基因核酸酶,如人才。聚合酶链反应显示鼠标是否具有零行、 一行或突变的基因的两个副本。携带两个突变体副本的胚胎可以现在将详细研究,以确定发育基因的功能。

使用条件敲除,科学家可以确定在有限的一组细胞内基因的功能。在这里,loxP 两侧的基因表示整个整个的胚胎,但 Cre 表达内皮细胞,导致心脏和血管的基因缺失。这个组织特异性基因敲除导致胚胎心率不齐,可以衡量的变化,并举例说明如何测试基因的局部的作用而无需改变整个有机体。

你刚看了朱庇特的转基因技术简介。这些技术帮助您了解基本的基因工程的一些方法涉及到的和它如何应用在日常的科学。基因工程可以广泛应用在许多的有机体,并将继续学习和理解的作用遗传学发展的疾病,以及那些在成年期间出现的重要工具。谢谢观赏 !

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