第二章基因工程与食品产业一课件.ppt

《第二章基因工程与食品产业一课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第二章基因工程与食品产业一课件.ppt（36页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第二章基因工程与食品产业一第1页，此课件共36页哦一一.基因工程概述基因工程概述基因工程的诞生基因工程的诞生基因工程是一项新兴的工程技术，它的诞生需要理论和技术上的支持：基因工程是一项新兴的工程技术，它的诞生需要理论和技术上的支持：1.理论上的三大发现：理论上的三大发现：证明了生物的遗传物质是证明了生物的遗传物质是DNA或（基因工程的先导）或（基因工程的先导）DNA的双螺旋结构和半保留复制机理的双螺旋结构和半保留复制机理遗传信息的传递方式（中心法则）和三联体密码子系统的建立遗传信息的传递方式（中心法则）和三联体密码子系统的建立2.技术上的三大发现技术上的三大发现限制性内切酶和限制性内切酶和DN

2、A连接酶的发现（标志着连接酶的发现（标志着DNA重组时代的开始）重组时代的开始）载体的使用载体的使用1970年，逆转录酶的发现。年，逆转录酶的发现。19731973年，年，年，年，CohenCohen等获得了抗四环素和抗链霉素的重组菌落等获得了抗四环素和抗链霉素的重组菌落等获得了抗四环素和抗链霉素的重组菌落等获得了抗四环素和抗链霉素的重组菌落TcrNerTcrNer，标志，标志，标志，标志着基因工程的诞生。着基因工程的诞生。着基因工程的诞生。着基因工程的诞生。第2页，此课件共36页哦基因工程诞生的技术突破的因素限制性内切酶 DNA连接酶载体 感受态体系 琼脂糖凝胶电泳 DNA测序技术基因工程的

3、特点跨物种性无性扩增第3页，此课件共36页哦二、基因工程的定义、意义及研究内容二、基因工程的定义、意义及研究内容（一）基因工程的定义（一）基因工程的定义基因工程又叫基因拼接技术或基因工程又叫基因拼接技术或基因工程又叫基因拼接技术或基因工程又叫基因拼接技术或DNADNA重组技术。该技术重组技术。该技术重组技术。该技术重组技术。该技术是在生物体外，通过对是在生物体外，通过对是在生物体外，通过对是在生物体外，通过对DNADNA分子进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”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导

4、，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物。表达，产生出人类所需要的基因产物。表达，产生出人类所需要的基因产物。表达，产生出人类所需要的基因产物。第4页，此课件共36页哦（二）基因工程的意义（二）基因工程的意义基因工程是现代生物工程的主体核心技术。基因工程的基因工程是现代生物工程的主体核心技术。基因工程的最大特点是可打破生物种属界限，进

5、行生物种最大特点是可打破生物种属界限，进行生物种(属、科、目、属、科、目、纲、门、界纲、门、界)内外基因的重组、遗传信息的转移。内外基因的重组、遗传信息的转移。遗传病、心脑血管病、糖尿病、癌症过度肥胖综合症、老遗传病、心脑血管病、糖尿病、癌症过度肥胖综合症、老年痴呆症、骨质疏松症年痴呆症、骨质疏松症第5页，此课件共36页哦（三）基因工程的研究内容（三）基因工程的研究内容 制备目的基因制备目的基因构建重组构建重组DNA 获得转化体获得转化体 筛选出重组转化体阳性克隆筛选出重组转化体阳性克隆 筛目的基因在受体生物筛目的基因在受体生物细胞中高效表达隆细胞中高效表达隆 第6页，此课件共36页哦第7页，

6、此课件共36页哦三、自然界的基因转移与重组三、自然界的基因转移与重组接合作用接合作用(conjugation)转化转化(transformation)转导转导(transduction)转染(transfection)第8页，此课件共36页哦接合作用：当细胞接合作用：当细胞与细胞、或细菌通与细胞、或细菌通过菌毛相互接触时，过菌毛相互接触时，质粒质粒DNA就可以从就可以从一个细胞（细菌）一个细胞（细菌）转移至另一细胞转移至另一细胞（细菌）的方式。（细菌）的方式。接合作用(conjugation)第9页，此课件共36页哦转化：通过自动获取或人为地供给外源转化：通过自动获取或人为地供给外源DNA，使

7、细胞或，使细胞或培养的受体细胞获得新的遗传表型。培养的受体细胞获得新的遗传表型。转化(transformation)第10页，此课件共36页哦转导转导：当病毒从被感染的供体细胞释放出来，再次感：当病毒从被感染的供体细胞释放出来，再次感染另一受体细胞时，发生在供体细胞与受体细胞之间的染另一受体细胞时，发生在供体细胞与受体细胞之间的DNA转移及基因重组即为转导作用转移及基因重组即为转导作用转导(transduction)第11页，此课件共36页哦*转染(transfection)l转染是转化的一种特殊形式。转染是转化的一种特殊形式。由transformation（转化）和 infection（感染

8、）两词构成。l原指将噬菌体、病毒或以其为载体构建的重组子导入受体细胞的过程。l通过通过感染方式将外来将外来DNA引入宿主细胞，并导致宿主引入宿主细胞，并导致宿主细胞细胞遗传性状改变的过程称为转染。的过程称为转染。l将任何类型DNA转移至动物细胞内的过程均可叫转染。第12页，此课件共36页哦四、基因工程技术包括下列过程四、基因工程技术包括下列过程分分获取目的基因和载体获取目的基因和载体接接目的基因与载体的连接目的基因与载体的连接转转重组重组DNA导入宿主细胞导入宿主细胞筛筛重组重组DNA的筛选的筛选鉴鉴重组重组DNA的鉴定的鉴定可用以上五个字表示可用以上五个字表示第13页，此课件共36页哦切接转

9、增检第14页，此课件共36页哦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(无抗虫特性无抗虫特性)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棉花细胞棉花细胞(含抗虫基因含抗虫基因)棉花植株棉花植株棉花植株棉花植株(有抗虫特性有抗虫特性有抗虫特性有抗虫特性)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？五、实例：第15页，此课件共36页哦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细抗虫基因

10、从苏云金芽孢杆菌细胞内提取出来胞内提取出来关键步骤二：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：抗虫基因导入受体抗虫基因导入受体(棉花棉花)细胞细胞第16页，此课件共36页哦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第17页，此课件共36页哦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

11、切酶（简称限制酶）限制酶是在生物体限制酶是在生物体(主要是微生物主要是微生物)内的一种内的一种酶，能将外来的酶，能将外来的DNA切断，由于这种切割作用切断，由于这种切割作用是在是在DNA分子内部进行的，故名限制性内切酶。分子内部进行的，故名限制性内切酶。特点：特异性。特点：特异性。即一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸即一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序列，并且能在特定的切点上切割DNA分子。分子。第18页，此课件共36页哦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）大肠杆菌大肠杆菌(E.coli)的一种限制酶能识别的一种限制酶能识别G

12、AATTC序列，并在序列，并在G和和A之间切开。之间切开。限制酶限制酶第19页，此课件共36页哦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）限制酶限制酶限制酶限制酶第20页，此课件共36页哦什么叫黏性末端？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，带有几个伸出的核苷酸，他们之间正好互补带有几个伸出的核苷酸，他们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。配对，这样的切口叫黏性末端。第21页，此课件共36页哦如果把两种来源不同的如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶来用同一种限制酶来切割，会怎样呢？切割，会怎样呢？第22页，此课件

13、共36页哦基因的针线基因的针线DNA连接酶连接酶 DNA连接酶可把黏性末端之间的缝隙连接酶可把黏性末端之间的缝隙“缝合缝合”起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来，这样一个重组的起来，这样一个重组的DNA分子就形成了。分子就形成了。第23页，此课件共36页哦外源基因外源基因(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(如如棉花细胞棉花细胞)？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？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)转移到受体细胞转移到受体细

14、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，内，对外源基因对外源基因(抗虫基因抗虫基因)进行大量复制。进行大量复制。第24页，此课件共36页哦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）能够在宿主细胞中复制并稳定地保存。）能够在宿主细胞中复制并稳定地保存。2）具多个限制酶切点，以便与外源基因连接。）具多个限制酶切点，以便与外源基因连接。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。如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等。基因等。4）有一个启动

15、子）有一个启动子第25页，此课件共36页哦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：1）细菌细胞质的质粒）细菌细胞质的质粒 2）噬菌体或某些动植物病毒）噬菌体或某些动植物病毒第26页，此课件共36页哦质粒：质粒：质粒是染色体外能够进行自主复制的遗质粒是染色体外能够进行自主复制的遗传单位，包括真核生物的细胞器和细菌细胞传单位，包括真核生物的细胞器和细菌细胞中核区外的中核区外的DNA分子。现在习惯上用来专指分子。现在习惯上用来专指细菌、酵母菌和放线菌等生物中核以外的细菌、酵母菌和放线菌等生物中核以外的DNA分子。分子。质粒是基因工程最常用的运载体。

16、质粒是基因工程最常用的运载体。绝大多数细菌质粒都是闭合环状绝大多数细菌质粒都是闭合环状DNA分子。有的一个细菌中有一个，有的一个细分子。有的一个细菌中有一个，有的一个细菌中有多个。菌中有多个。第27页，此课件共36页哦大肠杆菌的质粒：大肠杆菌的质粒：最常用的质粒是大最常用的质粒是大肠杆菌的质粒，其中常肠杆菌的质粒，其中常含有抗药基因，如四环含有抗药基因，如四环素的标记基因。质粒的素的标记基因。质粒的存在与否对宿主细胞生存在与否对宿主细胞生存没有决定性作用，但存没有决定性作用，但复制只能在宿主细胞内复制只能在宿主细胞内成。成。第28页，此课件共36页哦四个基本步骤：四个基本步骤：三三.基因操作的

17、基本技术基因操作的基本技术1）提取目的基因）提取目的基因2）目的基因与运载体结合）目的基因与运载体结合3）将目的基因导入受体细胞）将目的基因导入受体细胞4）目的基因的检测和表达）目的基因的检测和表达第29页，此课件共36页哦目的基因目的基因 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。如苏云金芽孢杆菌的抗虫基因，还有植物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、种子贮藏蛋的抗病（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、干扰素基因白的基因，以及人的胰岛素基因、干扰素基因等。等。第30页，此课件共36页哦目的基因的制备目

18、的基因的制备目的基因的制备目的基因的制备需要克隆的DNA片段化学合成法 cDNA文库基因组DNA文库聚合酶链式反应 化学合成方法化学合成方法制备方法制备方法 生物制备法生物制备法 第31页，此课件共36页哦根据已知多肽链的氨基酸顺序，利用遗传密码表推定其核苷酸根据已知多肽链的氨基酸顺序，利用遗传密码表推定其核苷酸顺序再进行人工合成。适应于合成小分子多肽的基因顺序再进行人工合成。适应于合成小分子多肽的基因全基因合成：合成全基因合成：合成40-60bp片段，再连接片段，再连接合成思路合成思路基因的半合成：合成末端间有基因的半合成：合成末端间有10-14bp个互补碱基的个互补碱基的片段，再利用片段，

19、再利用DNA聚合酶催化合成聚合酶催化合成目前，常用目前，常用DNA自动合成仪合成。自动合成仪合成。1 1）化学合成法）化学合成法）化学合成法）化学合成法第32页，此课件共36页哦2 2 2 2、基因组文库、基因组文库、基因组文库、基因组文库（Genomic DNA LibraryGenomic DNA Library）基因组文库基因组文库基因组文库基因组文库(gene library)(gene library)(gene library)(gene library)：是指汇集某一基因组所有：是指汇集某一基因组所有：是指汇集某一基因组所有：是指汇集某一基因组所有DNADNADNADNA序列的重

20、组序列的重组序列的重组序列的重组DNADNADNADNA群体群体群体群体 从生物组织细胞提取出基因组从生物组织细胞提取出基因组从生物组织细胞提取出基因组从生物组织细胞提取出基因组DNA DNA DNA DNA，用限制性酶法将，用限制性酶法将，用限制性酶法将，用限制性酶法将DNADNADNADNA降解成预期大小的降解成预期大小的降解成预期大小的降解成预期大小的片段，并电泳分离，然后将这些片段与适当的载体（噬菌体）体外重组，片段，并电泳分离，然后将这些片段与适当的载体（噬菌体）体外重组，片段，并电泳分离，然后将这些片段与适当的载体（噬菌体）体外重组，片段，并电泳分离，然后将这些片段与适当的载体（噬

21、菌体）体外重组，进行体外包装系统将重组体包装成完整颗粒，转入受体细菌（大肠杆菌）进行体外包装系统将重组体包装成完整颗粒，转入受体细菌（大肠杆菌）进行体外包装系统将重组体包装成完整颗粒，转入受体细菌（大肠杆菌）进行体外包装系统将重组体包装成完整颗粒，转入受体细菌（大肠杆菌），形成大量噬菌斑，从而形成整个基因组，形成大量噬菌斑，从而形成整个基因组，形成大量噬菌斑，从而形成整个基因组，形成大量噬菌斑，从而形成整个基因组DNADNADNADNA的重组的重组的重组的重组DNADNADNADNA克隆群体，称为基因克隆群体，称为基因克隆群体，称为基因克隆群体，称为基因组组组组DNADNADNADNA文库。文

22、库。文库。文库。具备了基因组文库，就可以用目的基因片段作探针，利用菌落原位杂交技术，具备了基因组文库，就可以用目的基因片段作探针，利用菌落原位杂交技术，具备了基因组文库，就可以用目的基因片段作探针，利用菌落原位杂交技术，具备了基因组文库，就可以用目的基因片段作探针，利用菌落原位杂交技术，从大量的菌落中筛选出含有目的基因的重组体的菌落，再经过扩增，提取其中的重从大量的菌落中筛选出含有目的基因的重组体的菌落，再经过扩增，提取其中的重从大量的菌落中筛选出含有目的基因的重组体的菌落，再经过扩增，提取其中的重从大量的菌落中筛选出含有目的基因的重组体的菌落，再经过扩增，提取其中的重组体，最后即可获得所需要

23、的目的基因片段。组体，最后即可获得所需要的目的基因片段。组体，最后即可获得所需要的目的基因片段。组体，最后即可获得所需要的目的基因片段。第33页，此课件共36页哦基因组DNA文库法示意图Digest with restriction enzymeDigest with restriction enzymeGenome DNAGenome DNADNA recombinationDNA recombinationTransformation Transformation Packaging and assemblyPackaging and assembly Genome DNA第34页，此课件

24、共36页哦3 3、cDNAcDNA文库法文库法 cDNA文库文库(cDNAlibrary)：是指汇集以某生物成熟：是指汇集以某生物成熟mRNA为模为模板逆转录而成的板逆转录而成的cDNA序列的重组序列的重组DNA群体群体操作流程：提取出组织细胞的全部操作流程：提取出组织细胞的全部mRNA，在体外反转录成，在体外反转录成cDNA，与适，与适当的载体，常用噬菌体或质粒载体连接后转化受体菌，则每个细菌含有当的载体，常用噬菌体或质粒载体连接后转化受体菌，则每个细菌含有一段一段cDNA，并能繁殖扩增，这样，并能繁殖扩增，这样包含着细胞全部包含着细胞全部mRNA信息的信息的cDNA克隆集合就形成了该组织细胞的克隆集合就形成了该组织细胞的cDNA文库文库。实际为不包含内含子的基因组文库。实际为不包含内含子的基因组文库。第35页，此课件共36页哦导入宿主细胞克隆导入宿主细胞克隆,构建构建cDNA文库文库分离目的基因分离目的基因的的mRNA逆转录生成逆转录生成cDNA单链单链水解去除水解去除mRNA，合成合成cDNA双链双链 水解回折处单链水解回折处单链得到平端双链得到平端双链cDNA第36页，此课件共36页哦