基因工程简介(精品).ppt

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1、基因工程简介基因工程简介第三章第三章 第三节第三节一一 基因工程的基本内容基因工程的基本内容主要内容主要内容1）基因工程的概念）基因工程的概念2）基因操作的工具）基因操作的工具3）基因操作的基本步骤）基因操作的基本步骤什么叫基因工程？什么叫基因工程？基因工程又叫基因工程又叫基因拼接技术基因拼接技术或或DNA重重组技术组技术。该技术是在。该技术是在生物体外生物体外，通过对，通过对DNA分子进行人工分子进行人工“剪切剪切”和和“拼接拼接”，对生物的基因进行对生物的基因进行改造改造和和重新组合重新组合，然后，然后导入受体细胞导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内因

2、在受体细胞内表达表达，产生出人类所需要，产生出人类所需要的的基因产物基因产物。（一）基因工程的概念（一）基因工程的概念（一）基因工程的概念（一）基因工程的概念结果结果基本过程基本过程操作水平操作水平操作对象操作对象操作环境操作环境基因工程的别名基因工程的别名基因拼接技术或基因拼接技术或DNADNA重组技术重组技术生物体外生物体外基因基因DNADNA分子水平分子水平人类需要的基因产物人类需要的基因产物剪切剪切 拼接拼接 导入导入 表达表达实质实质基因重组基因重组基因工程培育抗虫棉的简要过程：基因工程培育抗虫棉的简要过程：（一）基因工程的概念（一）基因工程的概念普通棉花普通棉花(无抗虫特性无抗虫特

3、性)苏云金芽孢杆菌苏云金芽孢杆菌提取提取提取提取抗虫基因抗虫基因与与与与运载体运载体运载体运载体DNADNA拼接拼接拼接拼接导入导入导入导入棉花细胞棉花细胞(含含抗虫基因抗虫基因)棉花植株棉花植株(有有抗虫特性抗虫特性)上述培育抗虫棉的关键步骤是什么？上述培育抗虫棉的关键步骤是什么？（一）基因工程的概念（一）基因工程的概念基因工程培育抗虫棉的关键步骤：基因工程培育抗虫棉的关键步骤：关键步骤一：关键步骤一：抗虫基因从苏云金芽孢杆菌抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内细胞内提取出来提取出来关键步骤二：关键步骤二：抗虫基因抗虫基因与运载体与运载体DNA连接连接关键步骤三：关键步骤三：抗虫基因抗虫基因导入受

4、体导入受体(棉花棉花)细胞细胞解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？（二）基因操作的工具（二）基因操作的工具关键步骤一的工具：关键步骤一的工具：关键步骤二的工具：关键步骤二的工具：关键步骤三的工具：关键步骤三的工具：基因的基因的剪刀剪刀限制性内切酶限制性内切酶基因的基因的针线针线DNA连接酶连接酶基因的基因的运载工具运载工具运载体运载体基因的剪刀基因的剪刀限制性内切酶（简称限制酶）限制性内切酶（简称限制酶）（二）基因操作的工具（二）基因操作的工具 限制酶是在生物体限制酶是在生物体(主要是主要是微生物微生物)内的内的一种酶，能将外来的一种酶，能将外来的DNA

5、切断切断，由于这种切，由于这种切割作用是在割作用是在DNA分子内部进行的，故名限制分子内部进行的，故名限制性内切酶。性内切酶。特点：特异性。特点：特异性。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核苷酸序列酸序列，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分分子。子。基因的剪刀基因的剪刀限制性内切酶（简称限制酶）限制性内切酶（简称限制酶）（二）基因操作的工具（二）基因操作的工具 大肠杆菌大肠杆菌(E.coli)的一种限制酶的一种限制酶能识别能识别GAATTC序列序列，并在，并在G和和A之间切开。之间切开。限制酶限制酶基因的剪刀基因的剪刀限制性内切酶（简称限制

6、酶）限制性内切酶（简称限制酶）（二）基因操作的工具（二）基因操作的工具限制限制限制限制酶酶酶酶什么叫黏性末端？什么叫黏性末端？（二）基因操作的工具（二）基因操作的工具 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，他们之间正好互互补配对补配对，这样的切口叫，这样的切口叫黏性末端黏性末端。要想获得某个特定性状的基因必须要用限制要想获得某个特定性状的基因必须要用限制酶切几个切口？可产生几个黏性末端？酶切几个切口？可产生几个黏性末端？（二）基因操作的工具（二）基因操作的工具要切两个切口，产生四个黏性末端。要切两个切口，产生四

7、个黏性末端。如果把两种来源不同的如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶用同一种限制酶来切割，会怎样呢？来切割，会怎样呢？会产生会产生相同的黏性末端相同的黏性末端，然后让两者的，然后让两者的黏性末端黏性末端黏合黏合起来，就似乎可以合成重组的起来，就似乎可以合成重组的DNA分子了。分子了。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 DNA连接酶连接酶可把黏性末端可把黏性末端之间的缝之间的缝隙隙“缝合缝合”起来，即把梯子两边扶手的起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来，这样一个重组的断口连接起来，这样一个重组的DNA分分子就形成了。子就形成了。外源基因外源基因(如

8、抗虫基因如抗虫基因)怎样才能导入受体细怎样才能导入受体细胞胞(如棉花细胞如棉花细胞)？（二）基因操作的工具（二）基因操作的工具导入过程需要运输工具导入过程需要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：作为运载工具，将外源基因：作为运载工具，将外源基因(抗虫抗虫基因基因)转移转移到受体细胞到受体细胞(棉花细胞棉花细胞)中去。中去。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(棉花细胞棉花细胞)内，内，对外源基因对外源基因(抗虫基因抗虫基因)进行进行大量复制大量复制。作为运载体必须具备哪些条件？作为运载体必须具备哪些条件？（二）基因操作的工具（二）基因

9、操作的工具1）能够在宿主细胞中）能够在宿主细胞中复制复制并稳定地并稳定地保存保存。2）具多个）具多个限制酶切点限制酶切点，以，以便与外源基因连接便与外源基因连接。3）具有某些）具有某些标记基因标记基因，便于进行，便于进行筛选筛选。如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等。的基因等。基因的运载工具基因的运载工具运载体：运载体：（二）基因操作的工具（二）基因操作的工具常用的运载体主要有两类：常用的运载体主要有两类：1）细菌细胞质的）细菌细胞质的质粒质粒 2）噬菌体噬菌体或某些或某些动植物病毒动植物病毒质粒：质粒：（二）基因操作的工具（二）基因操作的工具 质粒

10、是染色体外能够进行质粒是染色体外能够进行自主复制自主复制的的遗传单位，包括真核生物的细胞器和细菌遗传单位，包括真核生物的细胞器和细菌细胞中核区外的细胞中核区外的DNA分子。现在习惯上用分子。现在习惯上用来专指细菌、酵母菌和放线菌等生物中来专指细菌、酵母菌和放线菌等生物中核核以外的以外的DNA分子分子。质粒质粒是基因工程是基因工程最常用最常用的的运载体运载体。绝大多数细菌质粒都是绝大多数细菌质粒都是闭合环状闭合环状DNA分子分子。有的一个细菌中有一个，有的一个。有的一个细菌中有一个，有的一个细菌中有多个。细菌中有多个。大肠杆菌的质粒：大肠杆菌的质粒：（二）基因操作的工具（二）基因操作的工具 最常

11、用的质粒最常用的质粒是是大肠杆菌的质粒大肠杆菌的质粒，其，其中常含有中常含有抗药基因抗药基因，如四环素的标记基因。如四环素的标记基因。质粒的质粒的存在与否对宿存在与否对宿主细胞生存没有决定主细胞生存没有决定性作用性作用，但，但复制只能复制只能在宿主细胞内成在宿主细胞内成。四个基本步骤：四个基本步骤：（三）基因操作的基本步骤（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目的基因目的基因（三）基因操作的基本步骤（三）基因操作的基本步骤 目的基因是人们所

12、目的基因是人们所需要转移需要转移或或改造改造的的基因。基因。如苏云金芽孢杆菌的如苏云金芽孢杆菌的抗虫基因抗虫基因，还有，还有植物的植物的抗病抗病（抗病毒抗病毒、抗细菌抗细菌）基因基因、种、种子子贮藏蛋白的基因贮藏蛋白的基因，以及人的，以及人的胰岛素基因胰岛素基因、干扰素基因干扰素基因等。等。目的基因的提取方法目的基因的提取方法（三）基因操作的基本步骤（三）基因操作的基本步骤直接分离基因直接分离基因人工合成基因人工合成基因反转录法反转录法根据已知的氨基酸序列根据已知的氨基酸序列合成合成DNA：鸟枪法鸟枪法（三）基因操作的基本步骤（三）基因操作的基本步骤步骤一：目的基因的提取步骤一：目的基因的提取

13、1）鸟枪法（散弹射击法）鸟枪法（散弹射击法）：用用限制酶限制酶将将供体细胞供体细胞中的中的DNA切成许多切成许多片段片段，将这些片段分别，将这些片段分别载入运载体载入运载体，然后通，然后通过运载体分别转入不同的受体细胞，让供体过运载体分别转入不同的受体细胞，让供体细胞提供的外源细胞提供的外源DNA的所有片段分别在各个的所有片段分别在各个受体细胞受体细胞中中大量复制大量复制（即（即扩增扩增），从中），从中找出找出含有目的基因含有目的基因的细胞，再利用一定发方法将的细胞，再利用一定发方法将目的基因的目的基因的DNA片段片段分离分离出来。出来。（三）基因操作的基本步骤（三）基因操作的基本步骤步骤一：

14、目的基因的提取步骤一：目的基因的提取2）反转录法反转录法：以以目的基因目的基因转录成转录成的的信使信使RNA为模板，为模板，反反转录转录成互补的成互补的单链单链DNA，然后在酶的作用下然后在酶的作用下合合成双链成双链DNA，从而获得从而获得所需的基因。所需的基因。目的基因的目的基因的mRNA单链单链DNA(cDNA)双链双链DNA(即目的基因即目的基因)反转录反转录反转录反转录合成合成合成合成（三）基因操作的基本步骤（三）基因操作的基本步骤步骤一：目的基因的提取步骤一：目的基因的提取3）根据已知的氨基酸序列合成根据已知的氨基酸序列合成DNA法法：根据根据已知已知蛋白质的蛋白质的氨氨基酸序列基酸

15、序列，推测推测出相应的出相应的信使信使RNA序列，然后按序列，然后按照照碱基互补配对碱基互补配对原则，原则，推推测测出它的出它的结构基因的核苷结构基因的核苷酸序列酸序列，再通过化学方法，再通过化学方法，以以单核苷酸为原料合成目单核苷酸为原料合成目的基因的基因。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（三）基因操作的基本步骤（三）基因操作的基本步骤上述三种目的基因提取的方法有何优缺点？上述三种目的基因提取的方法有何优缺点？优点优点缺点缺点鸟枪法鸟枪法

16、反转录法反转录法根据已知氨基酸根据已知氨基酸合成合成DNADNA法法操作简便操作简便广泛使用广泛使用工作量大，盲目，分工作量大，盲目，分离出来的有时并非一离出来的有时并非一个基因个基因专一性强专一性强操作过程麻烦，操作过程麻烦，mRNAmRNA很不稳定，要求的技很不稳定，要求的技术条件较高术条件较高专一性最强专一性最强仅限于合成核苷酸对仅限于合成核苷酸对较少的简单基因较少的简单基因（三）基因操作的基本步骤（三）基因操作的基本步骤哪些新技术能大大简化基因工程的操作技术？哪些新技术能大大简化基因工程的操作技术？1）DNA序列自动测序仪：序列自动测序仪：2）PCR技术技术：对提取出来的对提取出来的基

17、因进行核苷酸基因进行核苷酸序列分析。序列分析。使目的基因的片使目的基因的片段在短时间内成百段在短时间内成百万倍地扩增。万倍地扩增。（三）基因操作的基本步骤（三）基因操作的基本步骤步骤二步骤二：目的基因与运载体重组目的基因与运载体重组 1）用一定的）用一定的限制酶切割质粒限制酶切割质粒，使其出现，使其出现一个切口一个切口，露出，露出黏性末端黏性末端。2）用）用同一种同一种限制酶限制酶切断目的基因切断目的基因，使其，使其产生产生相同相同的的黏性末端黏性末端。3）将切下的目的基因片段）将切下的目的基因片段插入质粒插入质粒的切的切口处，再加入适量口处，再加入适量DNA连接酶连接酶，形成了一，形成了一个

18、个重组重组DNA分子分子（重组质粒）（重组质粒）目的基因与运载体的结合过程，实际目的基因与运载体的结合过程，实际上是不同来源的上是不同来源的基因重组的过程基因重组的过程。（三）基因操作的基本步骤（三）基因操作的基本步骤步骤二步骤二：目的基因与运载体结合目的基因与运载体结合（三）基因操作的基本步骤（三）基因操作的基本步骤常用的受体细胞：常用的受体细胞：有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞等。酵母菌和动植物细胞等。将目的基因导入受体细胞的原理将目的基因导入受体细胞的原理借鉴借鉴细菌或病毒侵染细胞细菌或病毒侵染细胞的途径。的途径。步骤三：目的基因导入

19、受体细胞步骤三：目的基因导入受体细胞（三）基因操作的基本步骤（三）基因操作的基本步骤 1）将细菌用）将细菌用CaCl2处理处理，以，以增大增大细菌细菌细细胞壁的通透性胞壁的通透性。2）使含有目的基因的）使含有目的基因的重组质粒进入重组质粒进入受体受体细胞。细胞。3）目的基因在受体细胞内，随其繁殖而）目的基因在受体细胞内，随其繁殖而复制复制，由于细菌，由于细菌繁殖的速度繁殖的速度非常快，在很非常快，在很短的时间内就能获得短的时间内就能获得大量大量的目的基因。的目的基因。步骤三：目的基因导入受体细胞步骤三：目的基因导入受体细胞（三）基因操作的基本步骤（三）基因操作的基本步骤步骤四：步骤四：目的基因

20、的检测和表达目的基因的检测和表达四环素四环素抗性基因抗性基因氨苄青霉氨苄青霉素抗性基因素抗性基因 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表达表达。（三）基因操作的基本步骤（三）基因操作的基本步骤受体细胞摄入受体细胞摄入DNA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？若若不能表达，不能表达，要对抗虫基因要对抗虫基因再进行再进行修饰修饰。1）以下说法正确的是）以下说法正确的是 （）A、所所有有的的限限制制酶酶只只能能识识别别一一种种特特定定的的核核苷苷酸序列酸序列 B、质粒是基因工程中唯一的运载

21、体质粒是基因工程中唯一的运载体 C、运运载载体体必必须须具具备备的的条条件件之之一一是是：具具有有多多个限制酶切点，以便与外源基因连接个限制酶切点，以便与外源基因连接 D、基因控制的性状都能在后代表现出来基因控制的性状都能在后代表现出来C练习练习2）不属于质粒被选为基因运载体的理由是）不属于质粒被选为基因运载体的理由是 A、能复制能复制 （）B、有、有多个限制酶切点多个限制酶切点 C、具有标记基因具有标记基因 D、它是环状它是环状DNAD练习练习3）有关基因工程的叙述中，错误的是）有关基因工程的叙述中，错误的是（）A、DNA连连接接酶酶将将黏黏性性末末端端的的碱碱基基对对连连接接起起来来 B、

22、限制性内切酶用于目的基因的获得限制性内切酶用于目的基因的获得 C、目的基因须由运载体导入受体细胞目的基因须由运载体导入受体细胞 D、人工合成目的基因不用限制性内切酶人工合成目的基因不用限制性内切酶A练习练习4）有关基因工程的叙述正确的是）有关基因工程的叙述正确的是 （）A、限制酶只在获得目的基因时才用限制酶只在获得目的基因时才用 B、重组质粒的形成在细胞内完成重组质粒的形成在细胞内完成 C、质粒都可作为运载体质粒都可作为运载体 D、蛋蛋白白质质的的结结构构可可为为合合成成目目的的基基因因提提供供资料资料D练习练习5）基基因因工工程程是是在在DNA分分子子水水平平上上进进行行设设计计施施工工的的。在在基基因因操操作作的的基基本本步步骤骤中中，不不进进行行碱基互补配对的步骤是碱基互补配对的步骤是 （）A、人工合成目的基因人工合成目的基因 B、目的基因与运载体结合目的基因与运载体结合 C、将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞 D、目的基因的检测和表达目的基因的检测和表达C练习练习作业：作业：P205 4P206 6、3P207 6、7、8、10、11、15