基因工程操作流程课件.ppt

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1、关于基因工程操作流程现在学习的是第1页，共30页为什么为什么RNA聚合酶能够仅在启动子处结合呢聚合酶能够仅在启动子处结合呢?启动子处的核苷酸顺序具有特异的形状以启动子处的核苷酸顺序具有特异的形状以便与便与RNA聚合酶结合，就好像酶与其底物的结构聚合酶结合，就好像酶与其底物的结构相恰恰适合一样。将相恰恰适合一样。将100个以上启动子的顺序进行个以上启动子的顺序进行了比较，发现在了比较，发现在RNA合成开始位点的上游大约合成开始位点的上游大约10bp和和35bp处有两个共同的顺序，称为处有两个共同的顺序，称为-10和和-35序列。这两个序列的共同顺序如下，序列。这两个序列的共同顺序如下，-35区区

2、“AATGTGTGGAAT”，-10区区“TTGACATATATT”。大多数启动子均有共同顺。大多数启动子均有共同顺序（序（consensus sequence)，只有少数几个核苷酸的，只有少数几个核苷酸的差别。差别。现在学习的是第2页，共30页终止子终止子现在学习的是第3页，共30页能转录相应的信使能转录相应的信使RNARNA，能编码，能编码蛋白质蛋白质 编码区编码区:非编码区非编码区:原核细胞的基原核细胞的基因结构因结构有调控作用，含启动子、终止子有调控作用，含启动子、终止子等。等。非编码区非编码区非编码区非编码区编码区编码区编码区上游编码区上游 编码区下游编码区下游 启动子启动子终止子终

3、止子现在学习的是第4页，共30页（二）真核细胞的基因结构（二）真核细胞的基因结构(补补)编码区编码区非编码区非编码区非编码区非编码区与与RNARNA聚合酶聚合酶结合位点结合位点内含子内含子 外显子外显子 能够编码蛋白质的序列叫做外显子能够编码蛋白质的序列叫做外显子 不能够编码蛋白质的序列叫做内含子不能够编码蛋白质的序列叫做内含子启动子启动子终止子终止子编码区上游编码区上游 编码区下游编码区下游 内含子：内含子：外显子：外显子：现在学习的是第5页，共30页原核细胞真核细胞不同点编码区是_的编码区是间隔的、_的相同点都由能够编码蛋白质的_和具有调控作用的_区组成的原核细胞与真核细胞的基因结构比较原

4、核细胞与真核细胞的基因结构比较连续连续不连续不连续编码区编码区非编码非编码现在学习的是第6页，共30页1.2基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序从细胞中分离从细胞中分离从细胞中分离从细胞中分离出出出出DNADNADNADNA限制酶截取限制酶截取限制酶截取限制酶截取DNADNADNADNA片断片断片断片断分离大肠杆分离大肠杆分离大肠杆分离大肠杆菌中的质粒菌中的质粒菌中的质粒菌中的质粒 DNA DNA DNA DNA重组重组重组重组用重组质粒用重组质粒用重组质粒用重组质粒转化大肠杆菌转化大肠杆菌转化大肠杆菌转化大肠杆菌培养大肠杆菌培养大肠杆菌培养大肠杆菌培养大肠杆菌克隆大量基因克隆大量基因

5、克隆大量基因克隆大量基因现在学习的是第7页，共30页基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序q目的基因的获取q基因表达载体的构建q将目的基因导入受体细胞q目的基因的检测与鉴定现在学习的是第8页，共30页q目的基因目的基因主要指编码蛋白质的结构基因主要指编码蛋白质的结构基因,也可以是也可以是一些具有调控作用的因子。一些具有调控作用的因子。取取取取 出出出出DNADNADNADNA用限制酶用限制酶用限制酶用限制酶切断切断切断切断DNADNADNADNA 目前被较广泛目前被较广泛提取使用的目的基提取使用的目的基因有：苏云金杆菌因有：苏云金杆菌抗虫基因、人胰岛抗虫基因、人胰岛素基因、人干扰素素基因

6、、人干扰素基因、种子贮藏蛋基因、种子贮藏蛋白基因、植物抗病白基因、植物抗病基因等。基因等。1.目的基因的获取目的基因的获取现在学习的是第9页，共30页q基因文库的种类：基因文库的种类：基因组文库：含有一种生物所有的基因基因组文库：含有一种生物所有的基因部分基因文库：含有一种生物的一部分基因部分基因文库：含有一种生物的一部分基因（如：（如：cDNA文库）文库）获取目的基因的方法一：获取目的基因的方法一：从基因文库中获取目的基因从基因文库中获取目的基因基因文库基因文库（gene library）的概念：的概念：将含有某种生物的不同基因的许多将含有某种生物的不同基因的许多DNA片段，导入受体菌片段，

7、导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同基因，的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同基因，称为基因文库。称为基因文库。现在学习的是第10页，共30页组织或细胞染色体组织或细胞染色体DNA限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶DNA片段片段重组重组DNA分子分子含重组分子的转化菌含重组分子的转化菌载体载体受体菌受体菌基因组文库基因组文库存存在在于于转转化化细细菌菌内内，由由载载体体所所携携带带的的所所有基因组有基因组DNADNA的集合。的集合。现在学习的是第11页，共30页mRNA逆转录酶逆转录酶c DNA双链双链cDNA重组重组DNA分子分子载体载体含重组分子的转化菌含重组分

8、子的转化菌受体菌受体菌用用某某种种生生物物发发育育的的某某个个时时期期的的mRNAmRNA制制备备双双链链的的cDNAcDNA后后，建建立立的的基基因文库。因文库。cDNAcDNA文库文库现在学习的是第12页，共30页文库类型 cDNA文库基因组文库文库大小小大基因中启动子（具有启动作用的DNA片段）无有基因中内含子（位于编码蛋白质序列内的非编码DNA片段）无有基因多少某种生物的部分基因某种生物的全部基因物种间的基因交流可以部分基因可以现在学习的是第13页，共30页PCR(polymerase chain reaction)PCR(polymerase chain reaction)多聚酶链式

9、反应多聚酶链式反应是是一一项项在在生生物物体体外外复复制制特特定定DNADNA片片段段的的核核酸酸合合成成技技术术。通通过过此此技技术术，可可获获取取大大量量的目的基因。的目的基因。获取目的基因方法二：获取目的基因方法二：利用利用PCRPCR技术扩增目的基因技术扩增目的基因PCR扩增仪扩增仪现在学习的是第14页，共30页原理：原理：DNADNA双链复制双链复制反应过程：反应过程：1.变性：变性：变性：变性：将反应系统加热至将反应系统加热至将反应系统加热至将反应系统加热至90 -95，使模板，使模板，使模板，使模板DNA完全变性成为单链；完全变性成为单链；完全变性成为单链；完全变性成为单链；2.

10、2.退火：退火：将温度下降至将温度下降至将温度下降至将温度下降至55-60左右，使引物与模板左右，使引物与模板左右，使引物与模板左右，使引物与模板DNADNA退火结合；退火结合；3.3.延伸：延伸：将温度升至将温度升至将温度升至将温度升至70-75，DNADNA聚合酶聚合酶 以以dNTPdNTP为底物催化为底物催化DNADNA的合成反应。的合成反应。的合成反应。的合成反应。上述三个步骤为一个循环，经上述三个步骤为一个循环，经253030次循次循次循次循 环后，可将模板环后，可将模板环后，可将模板环后，可将模板DNA扩增达百万倍。扩增达百万倍。反应体系：反应体系：模板模板DNADNA、特异性引物

11、、特异性引物、特异性引物、特异性引物、耐热耐热耐热耐热DNA聚合酶、聚合酶、dNTP及缓冲液及缓冲液现在学习的是第15页，共30页 利用利用PCRPCR技术扩增目的基因技术扩增目的基因现在学习的是第16页，共30页DNA合成仪合成仪过程：过程：适用范围：适用范围：已知核苷酸序列，基因的核苷酸已知核苷酸序列，基因的核苷酸数量较少。数量较少。蛋白质的氨基酸序列蛋白质的氨基酸序列mRNA的核苷酸序列的核苷酸序列结构基因的核苷酸序列结构基因的核苷酸序列推测推测推测推测推测推测推测推测目的基因目的基因化学合成化学合成化学合成化学合成获取目的基因方法三：化学合成法获取目的基因方法三：化学合成法现在学习的是

12、第17页，共30页小结:目的基因的获取：三种方法目的基因的获取：三种方法目的基因的获取：三种方法目的基因的获取：三种方法(1)(1)从基因文库中获取从基因文库中获取适用于目的基因序适用于目的基因序列为未知的情况列为未知的情况(2)(2)利用利用PCRPCR技术扩增技术扩增适用于目的基因的序列为适用于目的基因的序列为已知的情况已知的情况(3)(3)人工合成人工合成适用于目的基因不是很大且其序列是适用于目的基因不是很大且其序列是已知的已知的现在学习的是第18页，共30页q基因表达载体的组成基因表达载体的组成目的基因目的基因启动子启动子终止子终止子标记基因等标记基因等标记基因：鉴别受体细胞中是标记基

13、因：鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。目的基因的细胞筛选出来。2、基因表达载体的构建现在学习的是第19页，共30页q常用的受体细胞常用的受体细胞 动物、植物、微生物动物、植物、微生物q转化：转化：目的基因目的基因进入进入受体细胞内，并且在受体细胞内受体细胞内，并且在受体细胞内维持维持稳定稳定和和表达表达的过程。的过程。3 3、目的基因导入受体细胞、目的基因导入受体细胞现在学习的是第20页，共30页1）将目的基因导入植物细胞）将目的基因导入植物细胞农杆菌转化法农杆菌转化法基因枪法基因枪法花粉管通道法花粉管通道法q转化方法转化方法2）将目的

14、基因导入动物细胞）将目的基因导入动物细胞显微注射技术显微注射技术3）将目的基因导入微生物细胞）将目的基因导入微生物细胞常用常用CaCl2现在学习的是第21页，共30页1）将目的基因导入植物细胞）将目的基因导入植物细胞常用方法：常用方法：-农杆菌转化法农杆菌转化法 适用范围：适用范围：双子叶植物和裸子植物双子叶植物和裸子植物转化过程：转化过程：转化过程：转化过程：现在学习的是第22页，共30页1）将目的基因导入植物细胞）将目的基因导入植物细胞基因枪法基因枪法基因枪法又称微弹轰击法，是籍基因枪法又称微弹轰击法，是籍高速度运动的金属微粒将附着于高速度运动的金属微粒将附着于其表面的核酸分子引入到受体细

15、其表面的核酸分子引入到受体细胞中的一种遗传物质转化技术。胞中的一种遗传物质转化技术。这是单子叶植物中常用的一种基这是单子叶植物中常用的一种基因转化方法，但是成本较高因转化方法，但是成本较高此技术最早由我国学者周光宇提出的，此技术最早由我国学者周光宇提出的，植物植物花粉在柱头上萌发后，花粉管要穿过花柱花粉在柱头上萌发后，花粉管要穿过花柱直通胚囊。花粉管通道法就是在植物受粉直通胚囊。花粉管通道法就是在植物受粉后，花粉形成的花粉管还未愈合前，剪去后，花粉形成的花粉管还未愈合前，剪去柱头，然后，滴加柱头，然后，滴加DNA（含目的基因），（含目的基因），使目的基因借助花粉管通道进入受体细胞。使目的基因借

16、助花粉管通道进入受体细胞。1）将目的基因导入植物细胞）将目的基因导入植物细胞 花粉管通道法花粉管通道法现在学习的是第23页，共30页2）将目的基因导入动物细胞）将目的基因导入动物细胞显微注射技术显微注射技术现在学习的是第24页，共30页3）将目的基因导入微生物细胞）将目的基因导入微生物细胞大肠杆菌细胞的转化方法大肠杆菌细胞的转化方法：用用Ca+（常用（常用CaCl2）处理细菌细胞，以增大细胞壁）处理细菌细胞，以增大细胞壁的通透性，使细胞处于能吸收周围环境中的通透性，使细胞处于能吸收周围环境中DNA分子分子的生理状态的生理状态感受态细胞。感受态细胞。将重组表达载体将重组表达载体DNA分子溶于缓冲

17、液中与感受态细分子溶于缓冲液中与感受态细胞混合，在一定的温度下促进感受态细胞吸收胞混合，在一定的温度下促进感受态细胞吸收DNA分子，完成转化。分子，完成转化。现在学习的是第25页，共30页1)分子水平的检测分子水平的检测检测目的基因是否插入了转基因生物的染色体检测目的基因是否插入了转基因生物的染色体DNA上上检测目的基因是否转录出了检测目的基因是否转录出了mRNA检测目的基因是否翻译成蛋白质检测目的基因是否翻译成蛋白质检测方法：检测方法：DNA分子杂交技术分子杂交技术检测方法：检测方法：分子杂交技术分子杂交技术检测方法：检测方法：抗原抗原-抗体杂交抗体杂交4 4、目的基因的检测和鉴定、目的基因

18、的检测和鉴定现在学习的是第26页，共30页DNADNA分子杂交技术分子杂交技术该方法是根据碱基互补配对原则，把互补的双链该方法是根据碱基互补配对原则，把互补的双链DNA解开，解开，把单股的把单股的DNA小片段用同位素、荧光分子或化学发光催化剂小片段用同位素、荧光分子或化学发光催化剂等进行标记，之后同被检测的等进行标记，之后同被检测的DNA中的同源互补序列杂交，中的同源互补序列杂交，从而检出所要查明的从而检出所要查明的DNA或基因。或基因。现在学习的是第27页，共30页 如果显示出杂交带，就表明待测样品含有目的基因或如果显示出杂交带，就表明待测样品含有目的基因或如果显示出杂交带，就表明待测样品含

19、有目的基因或如果显示出杂交带，就表明待测样品含有目的基因或目的基因已经转录。目的基因已经转录。目的基因已经转录。目的基因已经转录。现在学习的是第28页，共30页2）个体生物学水平的鉴定）个体生物学水平的鉴定未转化植株根部未转化植株根部 转耐盐基因植株根部转耐盐基因植株根部 从左至右盐浓度依次为从左至右盐浓度依次为0，100，200，250，300，350(mmol/L)重组的重组的重组的重组的DNA 分子进入受体细胞后，受体细胞必须表现出分子进入受体细胞后，受体细胞必须表现出特定的性状，才能说明目的基因完成了表达过程。特定的性状，才能说明目的基因完成了表达过程。现在学习的是第29页，共30页感谢大家观看现在学习的是第30页，共30页