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1、 1 1DNA重组技术的基本工具 一 基因工程的概念 基因工程是指按照 进行严格的设计 并通过和技术 赋予生物以新的 从而创造出更符合人们需要的新的和 DNA重组技术 生物体外 基因 DNA分子水平 获取基因 体外重组 导入基因 表达基因 人类需要的新的生物类型和生物产品 人们的意愿 DNA重组 转基因 遗传特性 生物类型 生物产品 二 DNA重组技术的基本工具 限制性核酸内切酶 分子手术刀 DNA连接酶 分子缝合针 载体 分子运输车 识别某种双链DNA分子特定的核苷酸序列 并使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开 主要是从原核生物中分离纯化而来 1 来源 2 作用 3 特点 4
2、 结果 片段的末端的形式 黏性末端 平末端 一 限制性核酸内切酶 限制酶 分子手术刀 特异性 特定序列 特定位点 形成DNA的双链片段 二 DNA连接酶 分子缝合针 1 种类 2 作用部位 两类 磷酸二酯键 2 运载体必须具备的条件 1 具有一个或多个限制酶切点 以便与目的基因连接 2 能够在受体细胞中复制并稳定地保存 以便目的基因的遗传 3 具有某些标记基因 以便进行重组DNA的筛选 如抗菌素的抗性基因 产物具有颜色反应的基因等 4 对受体细胞无害 5 大小合适 以便提取和体外操作 1 运载体的作用 1 将目的基因转移到受体细胞中去 2 使目的基因在受体细胞中稳定存在并遗传 3 使目的基因能
3、够表达和发挥作用 三 运载体 分子运输车 质粒是基因工程最常用的运载体 它广泛地存在于细菌中 是细菌拟核DNA外能够自主复制的很小的环状DNA分子 大小只有普通细菌拟核DNA的百分之一 要对天然质粒进行人工改造 常用的运载体有 质粒 噬菌体的衍生物 动植物病毒等 1 以下说法正确的是 A 所有的限制酶只识别一种特定的核苷酸序列B 质粒是基因工程中唯一的运载体C 运载体必须具备的条件之一是 具有一个或多个限制酶切点 以便与外源基因连接D DNA连接酶使黏性末段的碱基之间形成氢键 C 练习 2 不属于质粒被选为基因运载体的理由是 A 能复制B 有多个限制酶切点C 具有标记基因D 它是环状DNA D
4、 练习 3 有关基因工程的叙述中 错误的是 A 基因工程技术能定向地改造生物的遗传性状 培育生物新品种B 重组DNA的形成在生物体外完成C 目的基因须由运载体导入受体细胞D 质粒都可作为运载体 D 练习 练习 CTGCA G G ACGTC AC TG GC CG G CTTAA GC CG GT CA AATTC G 2 2基因工程的基本操作程序 第5章生态系统及其稳定性 基因工程的基本操作程序主要包括四个步骤 1 2 3 4 其中核心是 目的基因的获取 基因表达载体的构建 将目的基因导入受体细胞 目的基因的检测与鉴定 基因表达载体的构建 一 获取目的基因 1 目的基因 在基因操作中使用的外
5、源基因 它主要是的基因 也可以是一些具有调控作用的因子 编码蛋白质 一 获取目的基因 2 获取方法 1 从基因文库中获取 基因文库 将含有某种生物不同基因的许多DNA片段 导入到受体菌的群体中储存 各个受体菌分别含有这种生物的不同基因 称为基因文库 基因文库 基因组文库 包含一种生物的所有基因 部分基因文库 包含一种生物的部分基因 如cDNA文库 一 获取目的基因 2 获取方法 1 从基因文库中获取 基因组文库和cDNA文库的构建和比较 一 获取目的基因 2 获取方法 1 从基因文库中获取 从构建好的基因文库中获取目的基因 依据基因的核苷酸序列 基因的功能 基因在染色体上的位置 基因的转录产物
6、mRNA 以及基因的表达产物蛋白质等特性来获取目的基因 一 获取目的基因 2 获取方法 2 用PCR技术扩增目的基因 PCR技术 在生物复制特定的核酸合成技术 体外 DNA片段 PCR技术原理 DNA双链复制 55 60 与单链模板相应互补序列结合 一 获取目的基因 2 获取方法 2 用PCR技术扩增目的基因 90 95 目的基因的双链模板在热力作用下 断裂 形成单链DNA 氢键 引物 过程 70 75 在作用下进行延伸 DNA聚合酶 Taq酶 一 获取目的基因 2 获取方法 2 用PCR技术扩增目的基因 PCR技术的条件 模板 原料 引物 酶 温度控制 目的基因两条链 四种游离的脱氧核苷酸
7、一小段与目的基因模板链互补的 一对DNA单链 热稳定DNA聚合酶 Taq酶 高温 低温 中温 一 获取目的基因 2 获取方法 2 用PCR技术扩增目的基因 PCR结果 使目的基因以形式在短时间内大量扩增 指数 一 获取目的基因 2 获取方法 3 用化学方法人工合成 如果基因比较小 又已知 可以通过用化学方法直接人工合成 核苷酸序列 DNA合成仪 二 基因表达载体的构建 1 目的 1 使目的基因在受体细胞中稳定存在 并且可以给下一代 2 使目的基因能够和发挥作用 遗传 表达 二 基因表达载体的构建 2 过程 载体 目的基因 同一种限制酶 具有黏性末端的载体 具有相同黏性末端的目的基因 重组DNA
8、分子 DNA连接酶 重组载体 二 基因表达载体的构建 3 组成 启动子 目的基因 终止子 标记基因 复制原点 三 将目的基因导入受体细胞 1 转化的概念 2 转化的方法 植物 农杆菌转化法 基因枪法 花粉管通道法 动物 显微注射技术 微生物 Ca2 处理法 此外还有 3 转化的受体细胞 植物 常用体细胞 动物 受精卵 微生物 常用大肠杆菌 酵母菌等 四 目的基因的表达和鉴定 1 导入的鉴定 DNA分子杂交技术 2 转录的鉴定 核酸分子杂交技术 3 翻译的鉴定 抗原 抗体杂交技术 4 个体水平的鉴定 抗虫 抗病等的感染 接种实验 分子水平鉴定 T 磷酸二酯键 A 大肠杆菌 EcoRI 的一种限制
9、酶能识别GAATTC序列 并在G和A之间切开 限制酶所识别的序列有什么特点 限制酶所识别的序列 无论是6个碱基还是4个 8个碱基 都可以找到一条中心轴线 中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列的 黏性末端 被限制酶切开的DNA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 这样的切口叫黏性末端 平末端 当限制酶从识别序列的中心轴线处切开时 切开的DNA两条单链的切口 是平整的 这样的切口叫平末端 当限制酶从识别序列的中心轴线两侧切开时 产生的是黏性末端 当限制酶从识别序列的中心轴线处切开时 产生的是平末端 能带着插入的目的基因一起复制 有切割位点 标记基因的作用鉴别受体细
10、胞中是否含目的基因 如将来可用含青霉素的培养基鉴别 将含目的基因的细胞筛选出来 PCR技术 聚合酶链式反应 概念 原理 前提 PCR扩增仪 DNA双链复制的基本原理 一段已知的目的基因的核苷酸序列 是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术 四种脱氧核苷酸 一对引物 热稳定DNA聚合酶 Taq酶 模板DNA 含有目的基因 温度控制 条件 方式 以 方式扩增 即 n为扩增循环的次数 结果 目的基因的片段在短时间内成百万倍地扩增 指数 2n 过程 a DNA变性 90 96 双链DNA模板在热作用下 断裂 形成 b 退火 复性55 60 系统温度降低 引物与DNA模板结合 形成局部 c 延伸
11、 70 75 在Taq酶的作用下 从引物的5 端 3 端延伸 合成与模板互补的 氢键 单链DNA 双链 DNA链 复制原点 启动子 目的基因 终止子 标记基因 重组 基因表达 载体的结构组成 启动子 位于基因的首端的一段特殊的DNA片断 它是RNA聚合酶识别和结合的部位 有了它才能驱动基因转录出mRNA 最终获得蛋白质终止子 位于基因的尾端的一段特殊的DNA片断 能终止mRNA的转录标记基因的作用是为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因 从而将有目的基因的细胞筛选出来 限制酶在原核生物中的作用 原核生物容易受到自然界外源DNA的入侵 但是 生物在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机制 以防止外来
12、病原物的侵害 限制酶就是细菌的一种防御性工具 当外源DNA侵入时 会利用限制酶将外源DNA切割掉 以保证自身的安全 所以 限制酶在原核生物中主要起到切割外源DNA 使之失效 从而达到保护自身的目的 含有某种限制酶的细胞 其DNA分子中或者不具备这种限制酶的识别切割序列 或者通过甲基化酶将甲基转移到所识别序列的碱基上 使限制酶不能将其切开 基因工程培育抗虫棉的简要过程 普通棉花 无抗虫基因 苏云金芽孢杆菌 提取 抗虫基因 与运载体DNA拼接导入 棉花细胞 含抗虫基因 转基因棉花植株 基因工程操作的四个基本步骤 1 目的基因的获取2 基因表达载体的构建3 将目的基因导入受体细胞4 目的基因的检测和鉴定 基础理论和技术的发展催生了基因工程 DNA是遗传物质的证明DNA双螺旋结构和中心法则的确立遗传密码的破译基因转移载体的发现工具酶的发现DNA合成和测序技术的发明DNA体外重组的实现重组DNA表达实验的成功第一例转基因动物问世PCR技术的发明
