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1、基因工程及其应用,假定你是一位知名的育种专家，某动物园为了迎合观众猎奇的心理，想请你为他们培育出下面几只“怪物”，请问你准备用什么方法？,怪物 1,怪物,怪物 4,传统的育种方法能否实现？,专题1,基因工程,基因工程：即 。通俗的说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里， 地改造生物的 。,原 理：,结 果：,一、基因工程,基因重组,定向地改造生物的遗传性状，获得人类所需要的品种。,基因拼接技术或DNA重组技术,定向,遗传性状,问题探讨：,苏云金芽孢杆菌含有一种可以合成毒蛋白的基因。 让细菌的毒蛋白基因在棉花细胞中表达，可培育出抵抗棉铃虫害
2、的抗虫棉。 想一想需要做哪些关键工作？,普通棉花抗虫棉,基因工程培育抗虫棉的简要过程：,在以上过程中关键步骤或难点是什么？,普通棉花(无抗虫特性),苏云金芽孢杆菌,提取,抗虫基因,通过运载体导入,转基因棉花含抗虫基因,转基因棉花有抗虫特性,解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？,“分子手术刀” 限制性核酸内切酶,“分子缝合针” DNA连接酶,“分子运输车” 基因进入受体细胞的载体,1.1、DNA重组技术的基本工具,1、基因工程的剪刀,指“ 限制性核酸内切酶 ”,主要是原核生物,一种限切酶只能识别一种特定的核苷酸序列,并使磷酸二酯键断开,已发现的有4000多种,这个特点说明了：,酶具有专一性,O
3、,寻根问底,你能推测限制酶存在于原核生物中的作用是是什么吗？,原核生物易受自然界外源DNA的入侵，但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。,种类与命名：,现在已经从约300种微生物中分离出了约4000种限制性内切酶(限制酶)。,EcoR,Sma,粘质沙雷氏杆菌 （Serratia marcesens）,大肠杆菌 （Escherichia coli R）,练习：流感嗜血杆菌的d菌株
4、( Haemophilus influenzae d )中先后分离到3种限制酶，则分别命名为:,Hind、Hind和Hind,限制酶的识别序列：,能被限制性内切酶特异性识别的切割部位都具有回文序列： 在切割部位，一条链正向读的碱基顺序与另一条链反向读的顺序完全一致。,EcoR,什么叫黏性末端？,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，它们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。,Sma,平末端平末端,要想获得某个基因必须要用限制酶切几个切口？可产生几个黏性(平)末端？,要切两个切口，产生四个黏性(平)末端。,如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶来切割，会怎样呢？,会产生相
5、同的黏性(平)末端，然后让两者的黏性(平)末端黏合起来，就似乎可以合成重组的DNA分子了。,思考?,GAATTC CTTAAG,GAATTC CTTAAG,EcoR,不同来源的DNA片段混合,将不同种来源的DNA片段连接起来,生物A基因片段,生物B基因片段,GAATTC CTTAAG,酶切,GAATTC CTTAAG,同一种,指“DNA连接酶”,连接“梯子”断口的“扶手”而非“梯子”中间的“踏板”。形成磷酸二酯键,其作用与限制酶相反，作用点相同,类型：,EcoliDNA连接酶,T4DNA连接酶,来源,功能,大肠杆菌,T4噬菌体,恢复 磷酸 二酯键,只能连接黏性末端,能连接黏性末端和平末端(效率
6、较低),相同点,差别,可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，,Ecoli DNA连接酶或T4DNA连接酶,即恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键,T4 DNA连接酶还可把平末端之间的缝隙“缝合”起来，但效率较低,T4DNA连接酶,三、“分子运输车” 基因进入受体细胞的载体,载体需要的条件： 有1多个限制酶切点 对受体细胞无害 导入基因能在受体细胞中复制、表达 有某些标记基因，便于筛选 常用运载体： 细菌的质粒 噬菌体衍生物或某些动植物病毒,常用的载体：质粒,能复制并带着插入的目的基因一起复制,有切割位点,有标记基因的存在，可用含氨苄青霉素的培养基鉴别,思考与探究 P7 （2）,为什么限制
7、酶不剪切细菌本身的DNA？,通过长期的进化，细菌中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。这样，尽管细菌中含有某种限制酶也不会使自身的DNA被切断，并且可以防止外源DNA的入侵。,4、DNA连接酶有连接单链DNA的本领吗？,迄今为止，所发现的DNA连接酶都不具有连接单链DNA的能力，至于原因，现在还不清楚，也许将来会发现可以连接单链DNA的酶。,思考与探究 P7,限制性酶与DNA解旋酶的区别,切割特定的核苷酸序列的磷酸二酯键,将DNA两条链的氢键打开形成两条单链,限制性酶与DNA水解酶的区别,
8、切割特定的核苷酸序列的磷酸二酯键，形成片段的DNA.,切割磷酸二酯键，形成单个的脱氧核苷酸。,DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗?为什么?,1)只能将单个核苷酸连接到已有的核酸片段上，形成磷酸二酯键,形成磷酸二酯键,1)在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键,2)以一条DNA链为模板，将单个核苷酸通过磷酸二酯键连接成一条互补的DNA链,2)将DNA双链上的两个缺口同时连接起来，不需要模板,1.在基因工程中，切割运载体和含有目的基因的DNA片段，需使用（ ） A：同种限制酶 B. 两种限制酶 C：同种连接酶 D. 两种连接酶,A,课堂练习,2.不属于质粒被选为基因运载体的理由是 A、能复制 （ ）
9、 B、有多个限制酶切点 C、具有标记基因 D、它是环状DNA,D,课堂练习,3.以下说法正确的是 （ ） A、所有的限制酶只能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：具有多个限制酶切点，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,C,课堂练习,再 见,基础理论和技术发展催生了基因工程,科技探索之路,早期基础理论,达尔文提出生物进化论,基础理论和技术发展催生了基因工程,科技探索之路,早期基础理论,孟德尔提出基因的分离定律和自由组合定律,基础理论和技术发展催生了基因工程,科技探索之路,早期基础理论,摩尔根证明基因在染色体上，并提出基
10、因的连锁互换定律。,基础理论和技术发展催生了基因工程,科技探索之路,后期基础理论,艾弗里证明DNA是遗传物质，DNA可从一种生物个体转移到另一种生物个体。,基础理论和技术发展催生了基因工程,科技探索之路,后期基础理论,沃森、克里克提出DNA的双螺旋结构模型。,基础理论和技术发展催生了基因工程,科技探索之路,后期基础理论,梅塞尔松、斯塔尔证明DNA的半保留复制,基础理论和技术发展催生了基因工程,科技探索之路,后期基础理论,克里克等提出中心法则,基础理论和技术发展催生了基因工程,科技探索之路,后期基础理论,1963年尼伦伯格和马太破译编码氨基酸的遗传密码，1966年霍拉纳用实验加以证明。,基础理论
11、和技术发展催生了基因工程,科技探索之路,1)基因转移载体的发现 2)工具酶的发现 3)DNA合成和测序技术的发明 4) DNA体外重组的实现 5)重组DNA表达实验的成功 6)第一例转基因动物问世 7)PCR技术的发明,1、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。20.9.520.9.5Saturday, September 5, 2020 2、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。10:23:3510:23:3510:239/5/2020 10:23:35 AM 3、越是没有本领的就越加自命不凡。20.9.510:23:3510:23Sep-205-Sep-20 4、越是无能的人，越喜欢挑剔别
12、人的错儿。10:23:3510:23:3510:23Saturday, September 5, 2020 5、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。20.9.520.9.510:23:3510:23:35September 5, 2020 6、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。2020年9月5日星期六上午10时23分35秒10:23:3520.9.5 7、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。2020年9月上午10时23分20.9.510:23September 5, 2020 8、业余生活要有意义，不要越轨。2020年9月5日星期六10时23分35秒10:23:355 Sept
13、ember 2020 9、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。上午10时23分35秒上午10时23分10:23:3520.9.5 10、你要做多大的事情，就该承受多大的压力。9/5/2020 10:23:35 AM10:23:352020/9/5 11、自己要先看得起自己，别人才会看得起你。9/5/2020 10:23 AM9/5/2020 10:23 AM20.9.520.9.5 12、这一秒不放弃，下一秒就会有希望。5-Sep-205 September 202020.9.5 13、无论才能知识多么卓著，如果缺乏热情，则无异纸上画饼充饥，无补于事。Saturday, September 5, 20205-Sep-2020.9.5 14、我只是自己不放过自己而已，现在我不会再逼自己眷恋了。20.9.510:23:355 September 202010:23,谢谢大家,
