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1、基因工程简介,第三章 第四节,一 基因工程的基本内容,主要内容,1）基因工程的概念 2）基因操作的工具 3）基因操作的基本步骤,什么叫基因工程？,基因工程又叫基因拼接技术或DNA重组技术。该技术是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，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表达，产生出人类所需要的基因产物。,（一）基因工程的概念,（一）基因工程的概念,基因拼接技术或DNA重组技术,生物体外,基因,DNA分子水平,人类需要的基因产物,剪切, 拼接, 导入, 表达,实质,基因重组,基因工程培育抗虫棉的简要过程：,（一）基因工程的概念,
2、普通棉花(无抗虫特性),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),棉花植株(有抗虫特性),上述培育抗虫棉的关键步骤是什么？,（一）基因工程的概念,基因工程培育抗虫棉的关键步骤：,关键步骤一：,抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内提取出来,关键步骤二：,抗虫基因与运载体DNA连接,关键步骤三：,抗虫基因导入受体(棉花)细胞,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,关键步骤一的工具： 关键步骤二的工具： 关键步骤三的工具：,基因的剪刀限制性内切酶 基因的针线DNA连接酶 基因的运载工具运载体,基因的剪刀限制性内切酶（简称限制酶）,（二）基因操
3、作的工具,限制酶是在生物体(主要是微生物)内的一种酶，能将外来的DNA切断，由于这种切割作用是在DNA分子内部进行的，故名限制性内切酶。特点：特异性。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DNA分子。,基因的剪刀限制性内切酶（简称限制酶）,（二）基因操作的工具,大肠杆菌(E.coli)的一种限制酶能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。,限制酶,基因的剪刀限制性内切酶（简称限制酶）,（二）基因操作的工具,限制酶,什么叫黏性末端？,（二）基因操作的工具,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。,要想获得
4、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？,（二）基因操作的工具,要切两个切口，产生四个黏性末端。,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DNA分子了。,基因的针线DNA连接酶,（二）基因操作的工具,DNA连接酶可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来，这样一个重组的DNA分子就形成了。,外源基因(如抗虫基因)怎样才能导入受体细胞(如棉花细胞)？,（二）基因操作的工具,导入过程需要运输工具运载体。,运载体的作用有哪些？,作用一：作为运载工具，将外源基因(
5、抗虫基因)转移到受体细胞(棉花细胞)中去。 作用二：利用运载体在受体细胞(棉花细胞)内，对外源基因(抗虫基因)进行大量复制。,作为运载体必须具备哪些条件？,（二）基因操作的工具,1）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。 3）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基因等。,基因的运载工具运载体：,（二）基因操作的工具,常用的运载体主要有两类：1）细菌细胞质的质粒2）噬菌体或某些动植物病毒,质粒：,（二）基因操作的工具,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中核区外的DNA分子。现在习惯上用
6、来专指细菌、酵母菌和放线菌等生物中核以外的DNA分子。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DNA分子。有的一个细菌中有一个，有的一个细菌中有多个。,大肠杆菌的质粒：,（二）基因操作的工具,最常用的质粒是大肠杆菌的质粒，其中常含有抗药基因，如四环素的标记基因。质粒的存在与否对宿主细胞生存没有决定性作用，但复制只能在宿主细胞内成。,四个基本步骤：,（三）基因操作的基本步骤,1）提取目的基因 2）目的基因与运载体结合 3）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,（三）基因操作的基本步骤,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
7、植物的抗病（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、干扰素基因等。,目的基因的提取方法,（三）基因操作的基本步骤,直接分离基因 人工合成基因,反转录法 根据已知的氨基酸序列合成DNA,：鸟枪法,（三）基因操作的基本步骤,步骤一：目的基因的提取,1）鸟枪法（散弹射击法）：用限制酶将供体细胞中的DNA切成许多片段，将这些片段分别载入运载体，然后通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DNA的所有片段分别在各个受体细胞中大量复制（即扩增），从中找出含有目的基因的细胞，再利用一定发方法将目的基因的DNA片段分离出来。,（三）基因操作的基本步骤,步骤一：目的基因的提取
8、,2）反转录法：以目的基因转录成的信使RNA为模板，反转录成互补的单链DNA，然后在酶的作用下合成双链DNA，从而获得所需的基因。,目的基因的mRNA,单链DNA(cDNA),双链DNA (即目的基因),反转录,合成,（三）基因操作的基本步骤,步骤一：目的基因的提取,3）根据已知的氨基酸序列合成DNA法 ：,根据已知蛋白质的氨基酸序列，推测出相应的信使RNA序列，然后按照碱基互补配对原则，推测出它的结构基因的核苷酸序列，再通过化学方法，以单核苷酸为原料合成目的基因。,蛋白质的氨基酸序列,mRNA的核苷酸序列,结构基因的核苷酸序列,推测,推测,目的基因,化学合成,（三）基因操作的基本步骤,上述三
9、种目的基因提取的方法有何优缺点？,操作简便广泛使用,工作量大，盲目，分离出来的有时并非一个基因,专一性强,操作过程麻烦，mRNA很不稳定，要求的技术条件较高,专一性最强,仅限于合成核苷酸对较少的简单基因,（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？,1）DNA序列自动测序仪：2）PCR技术：,对提取出来的基因进行核苷酸序列分析。,使目的基因的片段在短时间内成百万倍地扩增。,（三）基因操作的基本步骤,步骤二：目的基因与运载体重组,1）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。2）用同一种限制酶切断目的基因，使其产生相同的黏性末端。3）将切下的目的基因片段插入质
10、粒的切口处，再加入适量DNA连接酶，形成了一个重组DNA分子（重组质粒）,目的基因与运载体的结合过程，实际上是不同来源的基因重组的过程。,（三）基因操作的基本步骤,步骤二：目的基因与运载体结合,（三）基因操作的基本步骤,常用的受体细胞：,有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞等。,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。,步骤三：目的基因导入受体细胞,（三）基因操作的基本步骤,1）将细菌用CaCl2处理，以增大细菌细胞壁的通透性。2）使含有目的基因的重组质粒进入受体细胞。3）目的基因在受体细胞内，随其繁殖而复制，由于细菌繁殖的速度非常快，在很短的时间内就能获得
11、大量的目的基因。,步骤三：目的基因导入受体细胞,（三）基因操作的基本步骤,步骤四：目的基因的检测和表达,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。,（三）基因操作的基本步骤,受体细胞摄入DNA分子后就说明目的基因完成了表达吗？,若不能表达，要对抗虫基因再进行修饰。,1）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,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
12、记基因D、它是环状DNA,D,练习,3）有关基因工程的叙述中，错误的是（ ）A、DNA连接酶将黏性末端的碱基对连接起来 B、 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D、 人工合成目的基因不用限制性内切酶,A,练习,4）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 B、重组质粒的形成在细胞内完成C、质粒都可作为运载体 D、蛋白质的结构可为合成目的基因提供资料,D,练习,5）基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的。在基因操作的基本步骤中，不进行碱基互补配对的步骤是 （ ）A、人工合成目的基因 B、目的基因与运载体结合C、将目的基因导入受体细胞 D
13、、目的基因的检测和表达,C,练习,埃及金字塔 Pyramids of Egypt,Egypt Pyramids is by far one of the largest buildings, became the ancient Egypt civilization and one of the lasting symbols of the most influential, most of these pyramid built in Egypt in the Old Kingdom and Kingdom. 埃及金字塔是至今最大的建筑群之一，成为了古埃及文明最有影响力和持久的象徵之一，这些
14、金字塔大部分建造于埃及古王国和中王国时期。,美国约塞米蒂国家公园 Yosemite National Park, United States,The American Wests most beautiful and most visited national parks, and the Grand Canyon National Park, Yellowstone National Park, famous, located in the eastern Sierra Nevada, California (Sierra Nevada, Spanish: snow mountain) on
15、. 是美国西部最美丽、参观人数最多的国家公园之一，与大峡谷国家公园、黄石国家公园齐名，位于加利福尼亚州东部内华达山脉(Sierra Nevada，西班牙语：下雪的山)上。,夏威夷 Hawaii,Hawaii is the largest island in the Hawaiian Islands, located in the tropical climate is mild and pleasant, is the worlds tourism industry one of the most developed, has a unique beautiful environment, b
16、eautiful scenery, charming beaches夏威夷，是夏威夷群岛中最大的岛屿，地处热带，气候却温和宜人，是世界上旅游工业最发达的地方之一，拥有得天独厚的美丽环境，风光明媚，海滩迷人。 .,意大利道罗麦特山 Italy Hill Road, Luo Maite,Road, north of Luo Maite Shan mountain in Bolzano, Italy, the original ecological village majestic mountains, is a world famous scenic spot. Como Lake has an hours drive from Milan, picturesque, showing the beauty of its scenery. Three hundred days a year can enjoy the bright sunshine. 道罗麦特山位于意大利Bolzano以北的山区，原生态乡村的雄壮山色，是世界著名的风景区.科莫湖距米兰有一小时车程,风景如画,可见其景致之美.每年有三百天都可以享受到灿烂阳光的照射。,
