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1、香 蕉 鱼,基因工程简介,定向基因改造设想,设想一,能否让禾本科的植物也能够固定空气中的氮？,能否让细菌“吐出”蚕丝？,设想二,能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素等珍贵的药物？,设想三,经过多年的努力，科学家于20世纪70年代创立了可以定向改造生物的新技术基因工程,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
2、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,提取, 拼接, 导入, 表达,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,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？,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
3、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）基因操作的工具,限制性内切酶是在生物体(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。 即一种限制性内切酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列，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。
4、,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
5、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。,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,基因工程过程示意图,从细胞中分离出DNA,限制酶截取DNA片断,分离大肠杆菌中的质粒, DNA重组,用重组质粒转化大肠杆菌,培养大肠杆菌克隆大量基因,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
6、）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,：限制性内切酶,1）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,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
7、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,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。,步骤二：目的基因与运载体结合,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。,步骤三：目的基因导入受体细胞,1）微生物：将细菌用CaCl2处理，以增大细 菌细胞壁的通透性。使含有目的基因的重组质 粒进入受体细胞。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 内就能获得大量的目的基因。 2）植物细胞： 农杆菌转化法、基因枪法、花粉管 通道法 3）动物细胞：显微注射技术,步骤三：目的基因导入受体细胞,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。,受体细胞摄入DNA分子后就说明目的基因完成了表达吗？,
