科技探索之路　基础理论和技术的发展催生了基因工程.pptx

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1、科技探索之路基础理论和技术的发展催生了基因工程授课人：陈玲能能发发光光的的水水母母不不能能发发光光的的热热带带斑斑马马鱼鱼能否让热带鱼也能发光能否让热带鱼也能发光能否让热带鱼也能发光能否让热带鱼也能发光?设想能产生人胰岛素的大肠杆菌能产生人胰岛素的大肠杆菌基因工程基因工程什么叫基因工程？什么叫基因工程？基因工程基因工程基因工程基因工程又叫又叫又叫又叫基因拼接技术基因拼接技术基因拼接技术基因拼接技术或或或或DNADNADNADNA重组技术重组技术重组技术重组技术。该技术是在该技术是在该技术是在该技术是在生物体外生物体外生物体外生物体外，通过对，通过对，通过对，通过对DNADNADNADNA分子进

2、行人工分子进行人工分子进行人工分子进行人工“剪切剪切剪切剪切”和和和和“拼接拼接拼接拼接”，对生物的基因进行，对生物的基因进行，对生物的基因进行，对生物的基因进行改造改造改造改造和和和和重新重新重新重新组合组合组合组合，然后，然后，然后，然后导入受体细胞导入受体细胞导入受体细胞导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组内进行无性繁殖，使重组内进行无性繁殖，使重组内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内基因在受体细胞内基因在受体细胞内基因在受体细胞内表达表达表达表达，产生出人类所需要的，产生出人类所需要的，产生出人类所需要的，产生出人类所需要的基因基因基因基因产物产物产物产物。（一）基因工程的概念（一）基

3、因工程的概念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：普通棉花普通棉花普通棉花普通棉花(无抗虫特性无抗虫特性无抗虫特性无抗虫特性)苏云金芽孢杆菌苏云金芽孢杆菌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抗虫基因抗虫基因与运载体与运载体与运载体与运载体DNADNADNADNA拼接拼接拼接拼接导入导入导入导入棉花细胞棉花细胞棉花细胞棉花细胞(含含含含抗虫基因抗虫基因抗虫基因抗虫基因)棉花植株棉花植株棉花植株棉花植株(有有有有抗虫特性抗虫特性抗虫特性抗虫特性)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？基因工程培育抗虫棉的关键步骤：基因工程培育抗

4、虫棉的关键步骤：关键步骤一：关键步骤一：关键步骤一：关键步骤一：抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内提取出来内提取出来关键步骤二：关键步骤二：关键步骤二：关键步骤二：抗虫基因与运载体抗虫基因与运载体DNA连接连接关键步骤三：关键步骤三：关键步骤三：关键步骤三：抗虫基因导入受体抗虫基因导入受体(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？关键步骤一的工具：关键步骤一的工具：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：关键步骤三

5、的工具：关键步骤三的工具：基因的剪刀基因的剪刀限制性内切酶限制性内切酶基因的针线基因的针线DNA连接酶连接酶基因的运载工具基因的运载工具运载体运载体1.限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶“分子手术刀分子手术刀”主要主要从原核生物中分离纯化出来，能将外来的从原核生物中分离纯化出来，能将外来的DNADNA切断，切断，切开切开DNADNA上特定的磷酸二酯上特定的磷酸二酯键。键。一一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割且能在特定的切点上切割DNADNA分子。分子。（二）基因工程的工具（二）基因工程的工具特点：特异性（专一性）特点：特异性（

6、专一性）特点：特异性（专一性）特点：特异性（专一性）大肠杆菌大肠杆菌(E.coli)(E.coli)的一种限制酶能识别的一种限制酶能识别GAATTCGAATTC序列，序列，并在并在G G和和A A之间切开。之间切开。限制酶限制酶限制酶限制酶限制酶限制酶限制酶限制酶什么叫黏性末端？什么叫黏性末端？被被限制酶切开的限制酶切开的DNADNA两条单链的切口，带有几两条单链的切口，带有几个伸出的核苷酸，他们之间正好互补配对，这样个伸出的核苷酸，他们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。的切口叫黏性末端。常见的常见的2 2种限制酶：种限制酶：EcoRIEcoRI和和Sma1ISma1I识别识别的序列均为

7、的序列均为6 6个核苷酸个核苷酸如果把两种来源不同的如果把两种来源不同的DNADNA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？会会产生相同的黏性末端，然后让两者的黏性末产生相同的黏性末端，然后让两者的黏性末端黏合起来，就似乎可以合成重组的端黏合起来，就似乎可以合成重组的DNADNA分子了。分子了。2.DNA连接酶连接酶“分子缝合针分子缝合针”即即把梯子两边扶手的断口连接起来，这样一个重组把梯子两边扶手的断口连接起来，这样一个重组的的DNADNA分子就形成了。分子就形成了。将双链将双链DNA片段连接起来（磷酸二酯键）片段连接起来（磷酸二酯键）外源基因外源基因外源基因外源基因

8、(如抗虫基因如抗虫基因如抗虫基因如抗虫基因)怎样才能导入受体细胞怎样才能导入受体细胞怎样才能导入受体细胞怎样才能导入受体细胞(如如如如棉花细胞棉花细胞棉花细胞棉花细胞)？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？运载体的作用有哪些？运载体的作用有哪些？作用一：作为运载工具，将外源基因作用一：作为运载工具，将外源基因(抗虫基因抗虫基因)转移到转移到受体细胞受体细胞(棉花细胞棉花细胞)中去。中去。作用二：利用运载体在受体细胞作用二：利用运载体在受体细胞(棉花细胞棉花细胞)内，对外源内，对外源基因基因(抗虫基因抗虫基因)进行大量复制。进行大量复制。作

9、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？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？1 1）能够在宿主细胞中稳定地保存并大量复制。）能够在宿主细胞中稳定地保存并大量复制。2 2）载体）载体DNADNA必须有一个或多个限制酶切点，以便与外源基因相接。必须有一个或多个限制酶切点，以便与外源基因相接。3 3）具有某些标记基因，便于进行筛选。）具有某些标记基因，便于进行筛选。如如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等。抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等。4)4)载体载体DNADNA必须是安全的必须是安全的,不会对受体细胞有害不会对受体细胞有害,或不能进入到除或不能

10、进入到除受体细胞外的其他生物细胞中去受体细胞外的其他生物细胞中去;5)5)载体载体DNADNA分子大小应适合分子大小应适合,以便提取和在体外进行操作以便提取和在体外进行操作,太大就太大就不便不便操作。操作。3.基因进入受体细胞的运载基因进入受体细胞的运载”分子运输车分子运输车”常用的运载体主要有两类：常用的运载体主要有两类：1 1）细菌质粒）细菌质粒 2 2）噬菌体或某些动植物病毒）噬菌体或某些动植物病毒基因工程的基本操作程序主要包括基因工程的基本操作程序主要包括四个基本步骤：四个基本步骤：1）目的基因的获取）目的基因的获取2）基因表达载体的构建）基因表达载体的构建3）将目的基因导入受体细胞）

11、将目的基因导入受体细胞4）目的基因的检测与鉴定）目的基因的检测与鉴定步骤一：步骤一：目的基因的获取目的基因的获取 目的基因是人们所需要转移或改造的基因目的基因是人们所需要转移或改造的基因,获取目的基因是实施基因工程的第一步获取目的基因是实施基因工程的第一步。如苏云金芽孢杆菌的抗虫基因，还有植物的抗如苏云金芽孢杆菌的抗虫基因，还有植物的抗病（抗病毒、抗细菌）基因、种子贮藏蛋白的基因，病（抗病毒、抗细菌）基因、种子贮藏蛋白的基因，以及人的胰岛素基因、干扰素基因等。以及人的胰岛素基因、干扰素基因等。步骤二：基因表达载体的构建（基因工程的核心）步骤二：基因表达载体的构建（基因工程的核心）1 1）用一定

12、的限制酶切割质粒，使其出现一个切口，）用一定的限制酶切割质粒，使其出现一个切口，露出黏性末端。露出黏性末端。2 2）用同一种限制性核酸内切酶切断目的基因，使）用同一种限制性核酸内切酶切断目的基因，使其产生相同的黏性末端。其产生相同的黏性末端。3 3）将切下的目的基因片段插入质粒的切口处，再加）将切下的目的基因片段插入质粒的切口处，再加入适量入适量DNADNA连接酶，形成了一个重组连接酶，形成了一个重组DNADNA分子（重组分子（重组质粒）质粒）目的基因与运载体的结合过程，实际上目的基因与运载体的结合过程，实际上目的基因与运载体的结合过程，实际上目的基因与运载体的结合过程，实际上是不同来源的基因

13、重组的过程。是不同来源的基因重组的过程。是不同来源的基因重组的过程。是不同来源的基因重组的过程。常用的受体细胞：常用的受体细胞：有有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞（植物：受精卵、体细胞；动物：菌和动植物细胞（植物：受精卵、体细胞；动物：受精卵）等。受精卵）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细菌或病毒侵染细胞的途径。借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。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 不能，受体细胞必须表现出特定的性状，才能不能，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表达。说明目

14、的基因完成了表达。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完成了分子后就说明目的基因完成了分子后就说明目的基因完成了分子后就说明目的基因完成了表达吗？表达吗？表达吗？表达吗？多细胞生物的检测，将每个受体细胞单独培养并诱导发育成多细胞生物的检测，将每个受体细胞单独培养并诱导发育成完整个体，检测这些个体是否摄入目的基因，摄入的基因是否表完整个体，检测这些个体是否摄入目的基因，摄入的基因是否表达（是否表现出相应的性状）。淘汰无变化的个体，保留有相应达（是否表现出相应的性状）。淘汰无变化的个体，保留有相应变化的个体进一步培养、研究。变化的个体进一步培养、研究。例

15、例：用棉铃饲喂棉铃虫，如虫吃：用棉铃饲喂棉铃虫，如虫吃后不出现中毒症状，说明未摄入后不出现中毒症状，说明未摄入目的基因或摄入目的基因未表达。目的基因或摄入目的基因未表达。如虫吃后中毒死亡，则说明摄入如虫吃后中毒死亡，则说明摄入了抗虫基因并得到表达。了抗虫基因并得到表达。步骤四：目的基因的检测与鉴定步骤四：目的基因的检测与鉴定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基因工程的应用干干旱旱虫虫害害病病毒毒不不易易储储存存Bt毒蛋白基因：毒蛋白基因：Bt基因编码的蛋白质基因编码的蛋白质有毒多肽有毒多肽结合肠上皮细胞特异受体结合肠上皮细胞特异受体细胞膜穿孔，细胞肿胀裂解细胞膜穿

16、孔，细胞肿胀裂解害虫死亡害虫死亡害虫消化酶害虫消化酶如果人和其他哺乳动物食用如果人和其他哺乳动物食用如果人和其他哺乳动物食用如果人和其他哺乳动物食用转转转转BtBt基因的植物，会不会中毒？基因的植物，会不会中毒？基因的植物，会不会中毒？基因的植物，会不会中毒？不会，因为哺乳动物细胞膜表面不会，因为哺乳动物细胞膜表面不会，因为哺乳动物细胞膜表面不会，因为哺乳动物细胞膜表面的受体和昆虫不同。的受体和昆虫不同。的受体和昆虫不同。的受体和昆虫不同。1.抗虫转基因植物抗虫转基因植物2.抗病转基因植物抗病转基因植物抗病目的基因抗病目的基因最多：最多：最多：最多：病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因病毒外壳蛋

17、白基因和病毒的复制酶基因举例举例几丁质酶基因和抗毒素合成基因几丁质酶基因和抗毒素合成基因抗病毒转基因小麦、抗病毒转基因甜椒抗病毒转基因小麦、抗病毒转基因甜椒 抗真菌：抗真菌：抗真菌：抗真菌：3.抗逆转基因植物抗逆转基因植物盐碱、干旱对农作物的危害与什么有关盐碱、干旱对农作物的危害与什么有关与细胞内渗透压调节有关与细胞内渗透压调节有关目的基因目的基因抗盐碱和干旱作物：抗盐碱和干旱作物：耐寒的番茄：耐寒的番茄：抗除草剂的作物：抗除草剂的作物：调节细胞渗透压的基因调节细胞渗透压的基因鱼的抗冻蛋白基因鱼的抗冻蛋白基因抗除草剂基因抗除草剂基因4.利用转基因改良植物品种利用转基因改良植物品种使食品的营养成

18、分均衡使食品的营养成分均衡将将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因，导入植物，或改变这，导入植物，或改变这种氨基酸合成途径中某种关键酶的活性，以提高氨基酸的含量。种氨基酸合成途径中某种关键酶的活性，以提高氨基酸的含量。转基因高赖氨酸玉米转基因高赖氨酸玉米合成合成b-胡萝卜素的基因胡萝卜素的基因使果品延熟，便于储存使果品延熟，便于储存将将控制番茄成熟的基因控制番茄成熟的基因导入番茄，获得转基因延熟番茄。导入番茄，获得转基因延熟番茄。转基因延熟番茄转基因延熟番茄丰富花品颜色，提高观赏价值。丰富花品颜色，提高观赏价值。将与将与植物花青素代谢有关的基因植物花青素代谢有关的基

19、因导入花卉植物矮导入花卉植物矮牵牛中，转基因矮牵牛呈现出自然界没有的颜色。牵牛中，转基因矮牵牛呈现出自然界没有的颜色。转基因矮牵牛转基因矮牵牛普通矮牵牛普通矮牵牛转转基基因因矮矮牵牵牛牛转基因蓝玫瑰转基因蓝玫瑰资料资料1：胰岛素是治疗糖尿病的特效药。一般临床上使用的胰岛胰岛素是治疗糖尿病的特效药。一般临床上使用的胰岛素主要从猪、牛等家畜的胰腺中提取，每素主要从猪、牛等家畜的胰腺中提取，每100kg胰腺只能提取胰腺只能提取4-5g胰岛素。用该方法生产的胰岛素产量低，价格昂贵，远不能胰岛素。用该方法生产的胰岛素产量低，价格昂贵，远不能满足社会需要。满足社会需要。三三 基因工程药物异军突起基因工程药物异军突起 将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生培养液就能产生100g胰岛素！大规模工业化生产不但解决了这种比黄金还贵的药胰岛素！大规模工业化生产不但解决了这种比黄金还贵的药品产量问题，还使其价格降低了品产量问题，还使其价格降低了30%-50%!谢谢观看！