基因工程及其应用1上课讲义.ppt
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1、基因工程及其应用1谁能告诉我这是?谁能告诉我这是?谁能告诉我这是?谁能告诉我这是?谁能告诉我这是?谁能告诉我这是?怪物怪物 1怪物怪物 2怪物怪物 3怪物怪物 4 抗虫棉的培育抗虫棉的培育苏云金杆菌苏云金杆菌毒蛋白基因毒蛋白基因毒蛋白毒蛋白棉花细胞棉花细胞杀死害虫杀死害虫什么叫基因工程什么叫基因工程?基因工程的基本操作步骤有哪些基因工程的基本操作步骤有哪些?归纳出科学家实施基因工程的总体思路。归纳出科学家实施基因工程的总体思路。阅读教材阅读教材 P102,解决以下问题:,解决以下问题:一、基因工程原理一、基因工程原理 基因工程又叫做基因拼接技术或基因工程又叫做基因拼接技术或DNADNA重组技术
2、。重组技术。通俗地说,就是按照人们的意愿,把通俗地说,就是按照人们的意愿,把一种生物的某种一种生物的某种基因基因提取出来,加以修饰提取出来,加以修饰改造,然后放到另一种生物的细胞里,改造,然后放到另一种生物的细胞里,定定向地改造生物的遗传性状(目的)向地改造生物的遗传性状(目的)。原原 理:理:操作水平:操作水平:结结 果:果:目的基因目的基因供体细胞供体细胞受体细胞受体细胞基因重组基因重组DNADNA分子水平分子水平定向地改造生物的遗传性状,定向地改造生物的遗传性状,获得人类所需要的品种。获得人类所需要的品种。获得新性状获得新性状能产生人胰岛能产生人胰岛素的大肠杆菌素的大肠杆菌提取提取提取提
3、取培育转基因大肠杆菌的简要过程培育转基因大肠杆菌的简要过程你认为上述培育转你认为上述培育转你认为上述培育转你认为上述培育转基因大肠杆菌的关基因大肠杆菌的关基因大肠杆菌的关基因大肠杆菌的关键步骤有哪些?键步骤有哪些?键步骤有哪些?键步骤有哪些?普通大肠杆菌普通大肠杆菌(不能分泌胰岛素不能分泌胰岛素)人体组织细胞人体组织细胞胰岛素基因胰岛素基因与运载体与运载体与运载体与运载体DNADNA拼接拼接拼接拼接导入导入导入导入大肠杆菌大肠杆菌(含含胰岛素基因胰岛素基因)转基因大肠杆菌转基因大肠杆菌(能分泌胰岛素能分泌胰岛素)培育转基因大肠杆菌的关键步骤培育转基因大肠杆菌的关键步骤1.ONE1.ONE胰岛素
4、基因从人体细胞内提取出来2.TWO2.TWO胰岛素基胰岛素基因与运载因与运载体体DNADNA连接连接3.THREE3.THREE胰岛素基因胰岛素基因导入受体导入受体(大肠杆菌大肠杆菌)细胞细胞基因的基因的“剪刀剪刀”基因的基因的“针线针线”基因的运载体基因的运载体基因的剪刀基因的剪刀限制性内切酶限制性内切酶 (简称(简称限制酶限制酶)(一)基因操作的工具(一)基因操作的工具 特点:特点:专一性专一性。即即一种一种限制酶限制酶只能识别一种只能识别一种特定的特定的核苷酸序核苷酸序列列,并且能在,并且能在特定的切点特定的切点上切割上切割DNA分子。分子。大肠杆菌大肠杆菌(EcoRI)的一种限制酶能识
5、别的一种限制酶能识别GAATTC序列,并在序列,并在G和和A之间切开。之间切开。限制酶限制酶CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT GGCATCTTAAAATTCCGTAG 练习使用练习使用EcoRI 剪切目的基因剪切目的基因CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT GGCATCTTAAAATTCCGTAG 目的基因目的基因黏性末端黏性末端什么叫黏性末端?什么叫黏性末端?被限制酶切开的被限制酶切开的DNA两条单链的切口,两条单链的切口,带有几个带有几个伸出的核苷酸伸出的核苷酸,他们之间正好,他们之间正好互补互补配对配对,这样
6、的切口叫,这样的切口叫黏性末端黏性末端。基因的针线基因的针线DNA连接酶连接酶(二)基因操作的工具(二)基因操作的工具 DNADNA连接酶连接酶连接酶连接酶可把黏性末端可把黏性末端可把黏性末端可把黏性末端之间的缝隙之间的缝隙之间的缝隙之间的缝隙“缝合缝合缝合缝合”起来,即把梯子两边扶手的断口连接起来,这起来,即把梯子两边扶手的断口连接起来,这起来,即把梯子两边扶手的断口连接起来,这起来,即把梯子两边扶手的断口连接起来,这样一个重组的样一个重组的样一个重组的样一个重组的DNADNA分子就形成了。分子就形成了。分子就形成了。分子就形成了。磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键使用使用DNA连接酶
7、制作重组连接酶制作重组DNA分子分子甲片段甲片段CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT 乙片段乙片段GGCATCTTAAAATTCCGTAG 重组重组DNA分子分子GGCATCTTAAAATTCCGTAG(二)基因操作的工具(二)基因操作的工具运输工具运输工具运载体。运载体。运载体的作用有哪些?运载体的作用有哪些?作用一作用一作用一作用一:作为运载工具,将外源基因:作为运载工具,将外源基因:作为运载工具,将外源基因:作为运载工具,将外源基因(抗虫基因抗虫基因抗虫基因抗虫基因)转转转转移移移移到受体细胞到受体细胞到受体细胞到受体细胞(棉花细胞棉花细胞棉花细胞棉
8、花细胞)中去。中去。中去。中去。作用二作用二作用二作用二:利用运载体在受体细胞:利用运载体在受体细胞:利用运载体在受体细胞:利用运载体在受体细胞(棉花细胞棉花细胞棉花细胞棉花细胞)内,内,内,内,对对对对外源基因外源基因外源基因外源基因(抗虫基因抗虫基因抗虫基因抗虫基因)进行进行进行进行大量复制大量复制大量复制大量复制。基因的运载工具基因的运载工具运载体:运载体:常用的运载体主要有两类:常用的运载体主要有两类:常用的运载体主要有两类:常用的运载体主要有两类:1 1)细菌细胞质的)细菌细胞质的)细菌细胞质的)细菌细胞质的质粒质粒质粒质粒 2 2)噬菌体噬菌体噬菌体噬菌体或某些或某些或某些或某些动
9、植物病毒动植物病毒动植物病毒动植物病毒 运载体运载体应该具有什应该具有什么特点呢么特点呢?3 3、基因的运输工具、基因的运输工具运载体运载体能复制并带着插能复制并带着插入的目的基因一入的目的基因一起复制起复制有切割位点有切割位点有标记基因的存有标记基因的存在,将来可用含在,将来可用含青霉素的培养基青霉素的培养基鉴别。鉴别。运载体运载体1.1.能够在宿主细胞内复能够在宿主细胞内复制并稳定保存;制并稳定保存;2.2.具有多个限制酶切点具有多个限制酶切点以便与外源基因相连;以便与外源基因相连;3.3.具有标记基因,便于具有标记基因,便于进行筛选进行筛选四个基本步骤:四个基本步骤:(三)基因操作的基本
10、步骤(三)基因操作的基本步骤1)提取提取目的基因目的基因2)目的基因)目的基因与运载体结合与运载体结合3)将目的基因)将目的基因导入导入受体细胞受体细胞4)目的基因的)目的基因的检测检测和和表达表达1.1.用一定的用一定的_切割切割 质粒,使其出现一个切质粒,使其出现一个切 口,露出口,露出_。2.2.用用_切断目切断目 的基因,使其产生的基因,使其产生_ _ _。(二二)基因表达载体的构建基因表达载体的构建 核心核心3.3.将切下的目的基因片段插入质粒的将切下的目的基因片段插入质粒的_处,处,再加入适量再加入适量_,形成了一个重组,形成了一个重组 DNA DNA分子(重组质粒)分子(重组质粒
11、)限制酶限制酶黏性末端黏性末端同一种限制酶同一种限制酶的黏性末端的黏性末端切口切口DNADNA连接酶连接酶相同相同(三)基因操作的基本步骤(三)基因操作的基本步骤 不能,受体细胞必须表现出特定的性状,不能,受体细胞必须表现出特定的性状,不能,受体细胞必须表现出特定的性状,不能,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才能说明目的基因完成了才能说明目的基因完成了才能说明目的基因完成了表达表达表达表达。受体细胞摄入受体细胞摄入受体细胞摄入受体细胞摄入DNADNA分子后就说明目的基因分子后就说明目的基因分子后就说明目的基因分子后就说明目的基因完成了表达吗?完成了表达吗?完成了表达吗?完成
12、了表达吗?若不能表达,要若不能表达,要若不能表达,要若不能表达,要对抗虫基因再进对抗虫基因再进对抗虫基因再进对抗虫基因再进行行行行修饰修饰修饰修饰。二、基因工程的应用二、基因工程的应用运用基因工程技术,不但可以培养优质、高产、运用基因工程技术,不但可以培养优质、高产、抗性好的农作物及畜、禽新品种,还可以培养出具抗性好的农作物及畜、禽新品种,还可以培养出具有特殊用途的动、植物。有特殊用途的动、植物。生长快、耐不良环境、肉生长快、耐不良环境、肉质好的转基因鱼质好的转基因鱼(中国中国)乳汁中含有人生长激素乳汁中含有人生长激素的转基因牛的转基因牛(阿根廷阿根廷)1 1、基因工程与作物育种、基因工程与作
13、物育种基因工程在农业上的应用基因工程在农业上的应用 培育抗逆性品种培育抗逆性品种 将细菌的将细菌的抗虫、抗病毒、抗抗虫、抗病毒、抗除草剂、抗盐碱、抗干旱、抗除草剂、抗盐碱、抗干旱、抗高温高温等抗性基因转移到作物体等抗性基因转移到作物体内,将从根本上改变作物的特内,将从根本上改变作物的特性。如转基因抗虫棉。性。如转基因抗虫棉。抗虫基因作物的意义:抗虫基因作物的意义:减少农药的用量,降低了生产减少农药的用量,降低了生产的成本,减少了农药对环境的污染。的成本,减少了农药对环境的污染。转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转鱼抗寒基转鱼抗寒基因的番茄因的番茄转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯转黄瓜抗
14、青枯病基因的马铃薯不会引起过敏的转基因大豆不会引起过敏的转基因大豆转基因龙胆花色奇异转基因蓝猪耳改变花色转基因牵牛花改变了花色A:紫外光照射下的转:紫外光照射下的转绿色荧光蛋白的绿色荧光蛋白的 Eustoma(Lisianthus)花。花。B:转没有绿色荧光:转没有绿色荧光蛋白的空质粒的花,蛋白的空质粒的花,2002 2002年,中国转基因棉花达到年,中国转基因棉花达到150150万公万公顷,已经占到棉花产量的顷,已经占到棉花产量的1 13.3.我国大豆食用油近七成是我国大豆食用油近七成是“转基因转基因”产产品品 与与杂杂交交育育种种、诱诱变变育育种种相相比比较较,基基因因工工程程育育种的优点
15、有哪些?种的优点有哪些?目的性强、克服远源杂交不亲和性、育种周期短目的性强、克服远源杂交不亲和性、育种周期短基因工程在畜牧业的应用基因工程在畜牧业的应用 繁殖具有繁殖具有抗病能力、高产仔率、高产奶率和高抗病能力、高产仔率、高产奶率和高质量的皮毛质量的皮毛等优良品质的转基因动物(如奶牛)。等优良品质的转基因动物(如奶牛)。该过程的重要步骤是该过程的重要步骤是重组重组DNA转移到转移到动物受精动物受精卵卵中。中。将人的生长激素基因和将人的生长激素基因和牛的生长素基因分别注射到牛的生长素基因分别注射到小白鼠受精卵中,得到的小白鼠受精卵中,得到的“超级小鼠超级小鼠”。导入人基因具特殊用途的猪和小鼠导入
16、人基因具特殊用途的猪和小鼠特殊特殊动物动物 图为图为20012001年年1212月底出生的月底出生的5 5只可爱的转只可爱的转基因克隆小猪。据培育者英国基因克隆小猪。据培育者英国PPLPPL医疗公司医疗公司称,这些转基因小猪将为研究和称,这些转基因小猪将为研究和“生产生产”适适用于人体移植手术使用的动物器官提供巨大用于人体移植手术使用的动物器官提供巨大的帮助。的帮助。2 2、基因工程与药物研制、基因工程与药物研制我国生产的部分基因我国生产的部分基因工程疫苗和药物工程疫苗和药物 用基因工程的方法生用基因工程的方法生产胰岛素、干扰素、白细产胰岛素、干扰素、白细胞介素、凝血因子、以及胞介素、凝血因子
17、、以及预防乙肝、霍乱、伤寒、预防乙肝、霍乱、伤寒、疟疾等的疫苗。疟疾等的疫苗。提高生产产量、降低提高生产产量、降低生产成本。生产成本。产品名称菌株或细胞应用人胰岛素大肠杆菌人生长激素大肠杆菌表皮生长因子大肠杆菌白细胞介素-2大肠杆菌a干扰素酵母菌乙型肝炎疫苗酵母菌溶血栓剂哺乳动物 细胞治疗糖尿病治疗糖尿病治疗生长缺陷症治疗生长缺陷症治疗烫伤、胃溃疡治疗烫伤、胃溃疡治疗某些癌症治疗某些癌症治疗癌症或病毒感染治疗癌症或病毒感染预防病毒性肝炎预防病毒性肝炎治疗心血管病治疗心血管病(心脏病)(心脏病)胰岛素是治疗糖尿病的特效胰岛素是治疗糖尿病的特效药,长期以来只能依靠从猪、牛药,长期以来只能依靠从猪、
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- 基因工程 及其 应用 上课 讲义
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