第四节 基因重组和杂交育种精选文档.ppt

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1、第四节 基因重组和杂交育种本讲稿第一页，共二十三页一、原核生物的基因重组一、原核生物的基因重组 原原核核生生物物的的基基因因重重组组形形式式很很多多：转转化化、转转导导、接合、原生质体融合。接合、原生质体融合。本讲稿第二页，共二十三页（一）（一）转化转化受体菌直接吸收供体菌的受体菌直接吸收供体菌的DNADNA片段并把它整合到自己的基因组中，片段并把它整合到自己的基因组中，而获得供体菌部分遗传性状的现象，称为转化而获得供体菌部分遗传性状的现象，称为转化通过转化方式而形成的杂种后代，称通过转化方式而形成的杂种后代，称转化子转化子不需两个细胞直接接触，供体不需两个细胞直接接触，供体DNA提取出来，注

2、入受体提取出来，注入受体即可。即可。1 1定义：定义：2 转化的特点：转化的特点：本讲稿第三页，共二十三页指指受受体体细细胞胞最最易易接接受受外外源源DNA片片段段并并能能实实现现转转化化的的一一种种生理状态。生理状态。3.转化过程转化过程能进行转化的细胞必须是感受态细胞能进行转化的细胞必须是感受态细胞可人为利用环腺苷酸（可人为利用环腺苷酸（cAMPcAMP）及）及Ca2+Ca2+等提高感受态等提高感受态水平，水平，环腺苷酸可提高环腺苷酸可提高10001000倍、倍、Ca2+Ca2+能促使细胞进能促使细胞进入感受态。入感受态。一般微生物的感受态出现在生长的指数期后期，有的出一般微生物的感受态出

3、现在生长的指数期后期，有的出现在指数期末和稳定期现在指数期末和稳定期感受态：感受态：本讲稿第四页，共二十三页肺炎链球菌肺炎链球菌转化转化过程过程本讲稿第五页，共二十三页转导的种类转导的种类 通过通过缺陷噬菌体缺陷噬菌体为媒介，把供体细胞的小片段为媒介，把供体细胞的小片段DNADNA携带到受携带到受体细胞中，通过体细胞中，通过交换交换与与整合整合，使后者获得前者部分遗传性状，使后者获得前者部分遗传性状的现象，称为转导。的现象，称为转导。(二二)转导转导 普遍转导普遍转导局限转导局限转导由转导作用而获得部分新性状的重组细胞，称为转导子由转导作用而获得部分新性状的重组细胞，称为转导子本讲稿第六页，共

4、二十三页转导的特点转导的特点 需要噬菌体做媒介，不需要细胞间直接接触。需要噬菌体做媒介，不需要细胞间直接接触。噬菌体可以转导供体染色体的任何部分到受体噬菌体可以转导供体染色体的任何部分到受体细胞中。细胞中。噬菌体总是携带同样的片段到受体细胞中。噬菌体总是携带同样的片段到受体细胞中。普遍性转导普遍性转导 局限性转导局限性转导本讲稿第七页，共二十三页(三三)接合接合(conjugation)供体菌（供体菌（F+）通过性菌毛与受）通过性菌毛与受体菌（体菌（F-）直接接触，把）直接接触，把F质粒质粒或其携带的不同长度的核基因组或其携带的不同长度的核基因组片段传递给后者，并使其获得若片段传递给后者，并使

5、其获得若干新遗传性状的现象。通过接合干新遗传性状的现象。通过接合而获得新遗传性状的受体细胞叫而获得新遗传性状的受体细胞叫接合子。接合子。大肠杆菌的接合大肠杆菌的接合能进行接合的微生物种类能进行接合的微生物种类主要在细菌和放线菌中进行。细菌中，尤其主要在细菌和放线菌中进行。细菌中，尤其G-菌较为普遍。菌较为普遍。接合还可发生在不同属的一些菌种间。接合还可发生在不同属的一些菌种间。本讲稿第八页，共二十三页三者根本区别在于三者根本区别在于DNADNA转移的方式不同转移的方式不同 转化：供体菌转化：供体菌DNADNA片断直接进入受体细胞。片断直接进入受体细胞。接合：供体菌接合：供体菌DNADNA进入受

6、体菌通过性菌毛。进入受体菌通过性菌毛。转导：供体菌转导：供体菌DNADNA片断通过媒介噬菌体携带进入片断通过媒介噬菌体携带进入 受体菌。受体菌。本讲稿第九页，共二十三页(四四)原生质体融合原生质体融合1.原生质体融合原生质体融合 通通过过人人为为的的方方法法，使使遗遗传传性性状状不不同同的的两两个个细细胞胞的的原原生生质质体体进进行行融融合合，借借以以获获得得具具有有双双亲亲遗遗传传性性状状的的稳稳定定重重组组子子的的过过程程，称称为为原原生生质质体体融融合合。所所获获得得的的重重组组子子叫叫融合子。融合子。原原生生质质体体融融合合的的操操作作示示意意图图本讲稿第十页，共二十三页二、真核微生物

7、的基因重组二、真核微生物的基因重组主要方式：主要方式：有性杂交有性杂交准性杂交准性杂交原生质体融合原生质体融合转化转化本讲稿第十一页，共二十三页（一）有性杂交（一）有性杂交 一般指不同遗传型的两一般指不同遗传型的两性细胞性细胞间的接合和随之间的接合和随之发生通过减数分裂，并产生发生通过减数分裂，并产生高频率基因重组高频率基因重组并产并产生新遗传型后代的过程。生新遗传型后代的过程。凡是能产生有性孢子的凡是能产生有性孢子的酵母菌或霉菌酵母菌或霉菌，原则上，原则上都能采用与高等动、植物杂交育种相似的有性杂都能采用与高等动、植物杂交育种相似的有性杂交方法进行育种。交方法进行育种。本讲稿第十二页，共二十

8、三页定义定义通通过过同同一一物物种种两两个个不不同同菌菌株株的的体体细细胞胞发发生生融融合合，不不经经过过减减数数分分裂裂而而经经有有丝丝分分裂裂导导致致低低频频率率基基因因重重组组并并产产生生重重组组子。子。存存在在范范围围：常常见见于于一一些些真真菌菌尤尤其其是是半半知知菌菌中中，为为半半知知菌菌育育种提供了一个重要手段。种提供了一个重要手段。（二）准性生殖（二）准性生殖本讲稿第十三页，共二十三页Penicillum urticae 的准性杂交步骤的准性杂交步骤本讲稿第十四页，共二十三页准性杂交：准性杂交：选择亲本：选择亲本：以来自不同菌株的合适的营养缺陷型为亲本以来自不同菌株的合适的营养

9、缺陷型为亲本强强制制异异合合：将将两两菌菌亲亲株株的的分分生生孢孢子子混混合合涂涂基基本本培培养养基基-平平板板，并并做做各单亲本对照，各单亲本对照，-平板上长出的菌落是异核体或杂合二倍体平板上长出的菌落是异核体或杂合二倍体移单菌落：移单菌落：纯化菌落，并将纯化后的菌落移入纯化菌落，并将纯化后的菌落移入-斜面斜面验验稳稳定定性性：在在-夹夹层层平平板板上上培培养养后后，再再倒倒上上一一层层完完全全培培养养基基+，再再培培养养后后若若出出现现大大量量新新菌菌落落，说说明明是是不不稳稳定定的的异异核核体体，反反之之是是杂杂合合二二倍倍体。体。促促进进变变异异：用用诱诱变变剂剂进进行行处处理理，以以

10、促促进进染染色色体体发发生生交交换换、染染色色体体在在子子细细胞胞分分配配不不均均、染染色色体体缺缺失失或或畸畸变变、点点突突变变等等，使使分分离离后后的的子子代代提提高高增增加加新新性性状的可能状的可能筛选：筛选：通过一系列生产性壮的测定。通过一系列生产性壮的测定。异核体：异核体：同一菌丝有不同遗传性状的核在同一细胞质中生长。同一菌丝有不同遗传性状的核在同一细胞质中生长。同核体：同核体：同一菌丝中只有一种核。同一菌丝中只有一种核。本讲稿第十五页，共二十三页三三 基因工程基因工程定义：定义：又称重组又称重组DNADNA技术，指在体外将某些特定的基因或技术，指在体外将某些特定的基因或DNADNA

11、片片断，通过载体或其它手段送入受体细胞，使它们在受体细胞断，通过载体或其它手段送入受体细胞，使它们在受体细胞中增殖并表达，从而使生物体的遗传性状发生定向变异。中增殖并表达，从而使生物体的遗传性状发生定向变异。目的目的:是生产出符合人类需要的产品或创造出生物的新性状，并能稳是生产出符合人类需要的产品或创造出生物的新性状，并能稳定遗传。定遗传。1 1、可把来自任何生物的基因转移到与其毫无关系的任何其他受、可把来自任何生物的基因转移到与其毫无关系的任何其他受体细胞中，可以任意改造生物的遗传特性，创造出生物的新体细胞中，可以任意改造生物的遗传特性，创造出生物的新性状性状2 2、某一段、某一段DNADN

12、A可在受体细胞内进行复制，为制备大量纯化的可在受体细胞内进行复制，为制备大量纯化的DNADNA片段片段提供了可能提供了可能重要特征：重要特征：本讲稿第十六页，共二十三页（一）基因工程技术路线（一）基因工程技术路线1 1、DNADNA片段的取得（目的基因的分离和片段的取得（目的基因的分离和制备）制备）2 2、优良载体的选择、优良载体的选择3 3、DNADNA片段和载体的连接片段和载体的连接重组体重组体DNADNA4 4、外源、外源DNADNA片段引入受体细胞片段引入受体细胞5 5、重组受体细胞的筛选和鉴定、重组受体细胞的筛选和鉴定本讲稿第十七页，共二十三页基因工程技术路线2本讲稿第十八页，共二十

13、三页（二）基因工程的应用及展望（二）基因工程的应用及展望基因工程正在或即将使人们的某些梦想和基因工程正在或即将使人们的某些梦想和希望变为现实。希望变为现实。（一）基因工程药物（一）基因工程药物包括激素、酶和抑制剂、细胞因子、抗原和抗体、疫包括激素、酶和抑制剂、细胞因子、抗原和抗体、疫苗等。重组胰岛素是作为商品于苗等。重组胰岛素是作为商品于19821982年最早投放市年最早投放市场的基因工程药物；重组疫苗是目前最普遍使用场的基因工程药物；重组疫苗是目前最普遍使用的基因工程药物。的基因工程药物。本讲稿第十九页，共二十三页 主要包括抗病虫害、抗逆（抗盐、碱等）、耐除草剂、延主要包括抗病虫害、抗逆（抗

14、盐、碱等）、耐除草剂、延长水果蔬菜的贮存期等，此外还可用转基因植物生产药物长水果蔬菜的贮存期等，此外还可用转基因植物生产药物（如人的干扰素）、抗体、疫苗等。（如人的干扰素）、抗体、疫苗等。（二）转基因植物（二）转基因植物本讲稿第二十页，共二十三页（三）转基因动物（三）转基因动物目前转基因的目前转基因的瘦肉型猪、高产奶的奶牛、快速生长瘦肉型猪、高产奶的奶牛、快速生长的家畜和鱼类等的家畜和鱼类等已进入实用阶段。利用转基因动物生已进入实用阶段。利用转基因动物生产产药物、血清蛋白、疫苗等药物、血清蛋白、疫苗等也获成功。正在尝试培养也获成功。正在尝试培养带有人体基因的猪带有人体基因的猪，使其器官能够移植

15、人体而不被排，使其器官能够移植人体而不被排斥。斥。转基因动物不仅有着广泛的应用前景，而且对于基础生转基因动物不仅有着广泛的应用前景，而且对于基础生物医学及发育生物学的理论研究也将起着重要的作用物医学及发育生物学的理论研究也将起着重要的作用本讲稿第二十一页，共二十三页（四）基因治疗（四）基因治疗所谓基因治疗是指向所谓基因治疗是指向目标细胞目标细胞中引入具有正常功能的基中引入具有正常功能的基因，以因，以纠正或补偿基因的缺陷纠正或补偿基因的缺陷，从而达到治疗的目的。，从而达到治疗的目的。一些目前尚无有效治疗手段的一些目前尚无有效治疗手段的遗传病、肿瘤、心脑血管遗传病、肿瘤、心脑血管疾病、老年痴呆症、

16、恶性传染病（如各型肝炎、艾滋病疾病、老年痴呆症、恶性传染病（如各型肝炎、艾滋病等）等）可望通过基因治疗来达到防治的目的。可望通过基因治疗来达到防治的目的。本讲稿第二十二页，共二十三页（五）基因工程研究展望（五）基因工程研究展望基因工程的兴起导致生物科学发生深刻变化，主要表现在：基因工程的兴起导致生物科学发生深刻变化，主要表现在：第一，引发了生物科学中技术上的创新和迅猛发展。第一，引发了生物科学中技术上的创新和迅猛发展。第二，技术上的重大突破，促使生物科学获得前所末有的高速度发展，第二，技术上的重大突破，促使生物科学获得前所末有的高速度发展，开辟了新的研究领域，进入了新的研究深度。开辟了新的研究领域，进入了新的研究深度。第三，为改造生物提供强有力的手段，使生物学进入创造性的新时期。第三，为改造生物提供强有力的手段，使生物学进入创造性的新时期。基因工程是否具有基因工程是否具有潜在的危害性潜在的危害性，特别是转移至人体的基因是否，特别是转移至人体的基因是否会激活原癌基因，基因工程是否会导致出现新型病原生物等问会激活原癌基因，基因工程是否会导致出现新型病原生物等问题必然也成为人们关心和争议的焦点，也是当前的研究热点之题必然也成为人们关心和争议的焦点，也是当前的研究热点之一。一。本讲稿第二十三页，共二十三页