第二章基因工程final优秀PPT.ppt
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1、参考书参考书:1.1.基因工程孙明基因工程孙明 高高等教化出版社等教化出版社2.2.基因工程原理基因工程原理 吴吴乃虎乃虎 科学出版社科学出版社3.3.分子克隆试验指南分子克隆试验指南 J.Sambtook,EF Frish,J.Sambtook,EF Frish,T Maniatis.T Maniatis.金冬雁等译,金冬雁等译,科学出版社科学出版社4.4.英国英国 Principles of Principles of Gene Manipulation Gene Manipulation 5.5.基因操作原理基因操作原理 中文中文版版 瞿礼嘉、顾红雅瞿礼嘉、顾红雅 译译 高等教化出版社高
2、等教化出版社原理:通过基因重组原理:通过基因重组原理:通过基因重组原理:通过基因重组,让目的基因在受体细胞中高效稳定表达。让目的基因在受体细胞中高效稳定表达。让目的基因在受体细胞中高效稳定表达。让目的基因在受体细胞中高效稳定表达。操作水平:操作水平:操作水平:操作水平:DNADNADNADNA分子水平分子水平分子水平分子水平结果:定向地改造生物的遗传性状,获得所须要的品种。结果:定向地改造生物的遗传性状,获得所须要的品种。结果:定向地改造生物的遗传性状,获得所须要的品种。结果:定向地改造生物的遗传性状,获得所须要的品种。利用DNA体外重组或PCR扩增技术从某种生物基因组中分别感爱好的基因,或是
3、用人工合成的方法获得基因,然后经过一系列切割,加工修饰,经连接反应形成重组DNA分子,再将其转入适当的受体细胞(转化),以期获得基因表达的过程。什么是基因工程什么是基因工程?基因工程基因工程(gene engineering)常和以下名称混用常和以下名称混用n遗传工程遗传工程(genetic engineering);n基因克隆基因克隆(gene cloning);n分子克隆分子克隆(molecular cloning);n基因操作基因操作(gene manipulation);n重组重组DNA技术技术(recombination DNA technique)n克隆克隆(clone):作名词时
4、指含有某目的作名词时指含有某目的DNA片段的片段的重组重组DNA分子或含有该重组分子的无性繁殖系。分子或含有该重组分子的无性繁殖系。n作动词时是指基因的分别与重组过程。作动词时是指基因的分别与重组过程。血液血液 供血者供血者 受血者受血者 注射器注射器 目的基因目的基因 供体供体 受体受体 载体载体基因工程(打比方)基因工程(打比方)将供体或在细胞外产生的将供体或在细胞外产生的核酸(物质)分子核酸(物质)分子插入到病毒插入到病毒(virus)、质粒、质粒(plasmid)或或其它载体系统其它载体系统(vecter system)中中从而形成一种新的可连续繁殖的有机体从而形成一种新的可连续繁殖的
5、有机体再整合到那些原来不含该类物质的宿主再整合到那些原来不含该类物质的宿主(host)受体中受体中基因工程的诞生与发展基因工程的诞生与发展2020世纪世纪7070年头,年头,Paul Paul BergBerg及其同事第一个创及其同事第一个创建重组建重组DNADNA分子分子Paul BergPaul Berg基因工程的诞生与发展基因工程的诞生与发展19731973年年,美国美国 Herber Herber BoyerBoyer教授和教授和StanleyStanley CohenCohen教授在人类历教授在人类历史上第一次进行了有史上第一次进行了有目的的基因重组尝试,目的的基因重组尝试,并据此提
6、出了并据此提出了“基因基因克隆克隆”的策略。的策略。Herbert W.Boyer,Ph.D.基因工程的诞生与发展基因工程的诞生与发展19751975,发觉发觉分子克隆工具分子克隆工具酶酶利用限制性内切利用限制性内切酶(酶(RestrictionRestrictionendonucleaseendonuclease)切)切割产生特殊割产生特殊DNADNA片段的实力使得片段的实力使得纯化那些纯化那些DNADNA片片段成为可能段成为可能基因工程的诞生与发展基因工程的诞生与发展19781978年,重年,重组胰胰岛素素19791979年,人年,人类生生长激素激素基因工程的诞生与发展基因工程的诞生与发展
7、Firsttransgenicanimal,thegoldencarp,isclonedbyChinesescientistsin1981.Canadas first biotechnology company,Allelix,isformedin1995.nToday Biotechnology has made a great impact in agriculture,medicine,food and many other products.基因工程的诞生与发展基因工程的诞生与发展什么是基因什么是基因?编码蛋白质或RNA等具有特定功能产物的遗传信息的基本单位,是染色体或基因组的一段DN
8、A序列。包括编码序列(外显子)、编码区前后对于基因表达具有调控功能的序列和单个编码序列间的间隔序列(内含子)。nDNAexon1intron1exon2intron2exon3intron3exon4转录Pro-mRNAmRNA剪接翻译蛋白质 真核生物中蛋白质合成过程中外显子和内含子的关系真核生物中蛋白质合成过程中外显子和内含子的关系生物进化的分子基础生物进化的分子基础 基因基因用进废退,获得性遗传用进废退,获得性遗传达尔文进化论达尔文进化论拉马克进化论拉马克进化论过度繁殖,生存斗争过度繁殖,生存斗争遗传和变异,适者生存遗传和变异,适者生存基因工程的优点打破了常规育种难以突破的物种之间的界限,
9、可打破了常规育种难以突破的物种之间的界限,可以使原核生物与真核生物之间、动物与植物之间、以使原核生物与真核生物之间、动物与植物之间、人与其他生物之间的遗传信息相互重组和转移。人与其他生物之间的遗传信息相互重组和转移。为什么能把一种生物的基因“嫁接”到另一种生物上?这种嫁接时如何实现的?基因具有相同的物质基础基因是可切割的基因是可转移的多肽与基因之间有对应关系遗传密码通用基因可以复制遗传基因工程探讨的理论依据3 3起始密码子起始密码子5 5腺嘌呤(腺嘌呤(A A)胸腺嘧啶)胸腺嘧啶(T T)胞嘧啶()胞嘧啶(C C)鸟嘌呤)鸟嘌呤(G G)(1)获得目的基因;(2)与克隆载体连接,形成新的重组D
10、NA分子;(3)用重组DNA分子转化受体细胞,并能在受体细胞中复制和遗传;(4)对转化子筛选和鉴定;(5)对获得外源基因的细胞或生物体通过培育,获得所需的遗传性状或表达出所须要的产物。重组重组DNA操作一般步骤操作一般步骤生物材料生物材料mRNADNARNAcDNA 文库文库基因组文库基因组文库人工合成人工合成目的基因目的基因克隆载体克隆载体受体细胞受体细胞重组重组DNA克隆子克隆子转基因生物转基因生物基因工程操作的工具限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶1.1.将目的基因片断从受体细胞内提取,将目的基因片断从受体细胞内提取,2.2.须要基因的剪刀须要基因的剪刀限制性核酸内切酶。限制性核酸内切酶。
11、3.3.将目的基因与质粒将目的基因与质粒DNADNA连接,连接,4.4.须要基因的针线须要基因的针线DNADNA连接酶。连接酶。5.5.将目的基因运入大肠杆菌,将目的基因运入大肠杆菌,6.6.须要基因的运输工具须要基因的运输工具运载体。运载体。n限制性核酸内切酶(限制性核酸内切酶(restriction restriction endonucleaseendonuclease)n定义定义n是一类能识别双链是一类能识别双链DNADNA中特殊的核苷酸序列,中特殊的核苷酸序列,并使每条链的一个磷酸二酯键断开的内脱氧并使每条链的一个磷酸二酯键断开的内脱氧核糖核酸酶。核糖核酸酶。n类型类型n型限制酶型限
12、制酶n型限制酶型限制酶nIIIIII型限制酶型限制酶限制性内切酶的命名型限制酶的特性 识别序列识别序列6个:个:如:如:Not 5-GCGGCCGC-3(8个)个)6个(大多数):个(大多数):如:如:EcoR 5-GAATTC-3有的限制酶识别序列包含在另一种限制酶内。有的限制酶识别序列包含在另一种限制酶内。如:如:Sau3A识别识别:GATC BamH识别识别:GGATCC有的限制酶识别多种核苷酸序列。有的限制酶识别多种核苷酸序列。如:如:Hind识别识别 4种核苷酸序列:种核苷酸序列:5-CTPyPuAC-3 (Py嘧啶碱基嘧啶碱基C或或T;Pu 嘌呤碱基嘌呤碱基A或或G)GGGGA A
13、T TCCCCCCCCT TA AGGGG5353限制酶:限制酶:BamH 结构相同,方向相反的重复序列,正读与反读都相同。结构相同,方向相反的重复序列,正读与反读都相同。旋转对称或左右互补对称结构。旋转对称或左右互补对称结构。为便于书写,识别序列可以以为便于书写,识别序列可以以5 3走向的单链走向的单链DNA表示。表示。型限制酶的特性 II型限制酶的识别序列一般都具有回文结构型限制酶的识别序列一般都具有回文结构(palindrome)(palindrome)GTGTNNA AC CCACANNTGTG5353(a)5P单链延长的粘性末端单链延长的粘性末端(b)3OH单链延长的粘性末端单链延长
14、的粘性末端粘性末端(粘端)粘性末端(粘端)G AATTCCTTAA GGAATTCCTTAAG如:如:Eco R53535353CTGCA GG ACGTCCTGCAGGACGTC如:如:Pst 53535353各种限制酶的切割类型是各种各样的,切割后形成各种粘性末端或平整末端;型限制酶的切割类型 平头末端(平端)平头末端(平端)CCC GGGGGG CCCCCCGGGGGGCCC如:如:Smal 53535353各种限制酶的切割类型是各种各样的,切割后形成各种粘性末端或平整末端;型限制酶的切割类型 G A A T T CG A A T T CC T T A A GC T T A A GG A
15、 A T T CG A A T T CC T T A A GC T T A A GG G C T T A AC T T A A A A T T CA A T T C G GG G C T T A AC T T A A A A T T CA A T T C G G被同一种限制酶切断的几个DNADNA是否具有相同的黏性末端?用同种限制酶切割用同种限制酶切割同尾酶(同尾酶(isocaudamer)有有些些限限制制性性内内切切酶酶虽虽然然来来源源各各异异,识识别别的的靶靶子子序序列列也也各各不不相相同同,但但切切割割DNA后后,产产生生相相同同的的粘粘性性末末端端,这这一一类类限限制制酶酶特特称称为为
16、同同尾尾酶酶。这这两两个个相相同同的的粘粘性末端称为性末端称为配伍未端配伍未端。Bam Bam HHBglBgl GGATCC CCTAGG AGATCT TCTAGAGCCTAG GATCC G+ATCTAG GATCT A同尾酶和同裂酶同尾酶和同裂酶同裂酶(同裂酶(isoschizomer)有有一一些些来来源源不不同同的的限限制制酶酶识识别别的的是是同同样样的的核核苷苷酸酸靶靶序序列列,这这类类酶酶特特称称为为同同裂裂酶酶。同同裂裂酶酶的的切切点点位位置置可可相同或不同。相同或不同。GGATCCCCTAGGGCCTAGGATCC G+Bam HGGATCCCCTAGGGCCTAGGATCC
17、 G+Bst(a)切点位置相同)切点位置相同CCCGGGGGGCCCCGGGCCCCGGG C+XmaCCCGGGGGGCCCCCCGGGGGGCCC+Sma(b)切点位置不相同)切点位置不相同同裂酶(同裂酶(isoschizomer)有有一一些些来来源源不不同同的的限限制制酶酶识识别别的的是是同同样样的的核核苷苷酸酸靶靶序序列列,这这类类酶酶特特称称为为同同裂裂酶酶。同同裂裂酶酶的的切切点点位位置置可可相同或不同。相同或不同。单酶切法单酶切法双酶切法双酶切法部分酶切部分酶切DNA分子片段化自然DNA或化学合成的DNA常需酶切成可连接重组的DNA片段,即DNA分子的片段化。HinHind d
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