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1、基因工程,专题1,1983年第一例转基因植物转基因烟草出现,1980年第一个转基因动物,1973年转基因微生物转基因大肠杆菌问世,转基因小鼠诞生,思考：转基因技术实现了一种生物的某些性状 在另一种生物中表达。这些性状的表达与我们学过的基因的什么过程有关？,密码子在生物界是 的！,通用,基因工程的产物,什么叫基因工程？,基因工程，又叫DNA重组技术。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，定向地改造生物的遗传特性。,基因工程的概念,基因工程的概念,DNA重组技术,生物体外,基因,DNA分子水平,剪切, 拼接, 导入, 表达,人类需要的
2、基因产品,（定向）基 因 重 组,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,转基因棉花产生伴胞晶体,转基因棉花有抗虫特性,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：,抗虫基因与棉花DNA“缝合”,关键步骤三：,抗虫基因进入棉花细胞,解决培育抗虫棉的关键
3、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,识别双链DNA 分子的某种特定的核苷酸序列，并且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出来的一种酶。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，故名限制性核酸内切酶。,约4000种。,1、来源：,2、种类：,3、作用：,5、结果：,形成两种末端,一、 “分子手术刀” 限制性核酸内切酶,4.限制酶识别序列,大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成 少数的识别序列由4、5或8个核苷
4、酸组成,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。,Go back,限制酶切割DNA后形成的末端黏性末端、平末端是如何形成的？,下一页,磷酸二酯键,H2O +,返回,EcoR,黏性末端,黏性末端,Go back,EcoR,黏性末端,黏性末端,重复演示,什么叫黏性末端？,当限制酶从识别序列
5、的中心轴线两侧切开时，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。,Sma,平末端 平末端,什么叫平末端？,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。,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(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？,会产生相同的黏性(平)末端,思考?,是不是把两者的黏性(平)末端黏合起来，这样就真的合成重组的DNA分子了?,实际还不够,还需要DNA连接酶进行连接。,限制
6、酶所识别的序列，无论是6个碱基还是4个碱基，都可以找到一条中轴线（如图），中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称、重复排列的。,想一想限制酶所识别的序列有什么特点？,切断的DNA片段要与受体细胞的DNA连接，你觉得可以用什么酶？,限制性内切酶与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,限制性内切酶与DNA水解酶的区别,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。,二、“分子缝合针” DNA连接酶,作用:,把切下来的DNA片段拼接成新的DNA，即将脱氧核糖和磷酸连接起来.,作用原理：,催化磷酸二酯
7、键形成,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(效率较低),相同点,差别,X,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,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
8、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,外源基因(如抗虫基因)怎样才能导入受体细胞(如棉花细胞)？,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至多个限制酶切点(供外源DNA片段插入其中） 必须是安全的，对受体细胞无害 能够在宿主细胞中自我复制并稳定地保存 有某些标记基因（供重组DNA的鉴定和选择） （5）大小应适合 常用运载体： 细菌的质粒 噬菌体衍生物 （3)某些动植物病毒,假如目的基因导入受体细胞后不能复制或不能转录，转基因生物能有预想的效果吗？,作为分子运输车载体，如果没有切割位点将会怎样？,霍乱菌的质粒多个
9、限制酶切点，你会用它来做分子运输车吗？,目的基因有没有进入受体细胞，如何去发现？,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,所有的质粒都可以作为运载体 吗？,不是。只有具备了以上几点要求的质粒 才可以充当运载体。,基因操作的工具,一.“分子手术刀“:限制性核酸内切酶,来源:主要来自原核生物,作用:将外来的DNA切断,结果:产生黏性末端或平末端,二.“分子缝合针”: DNA连接酶,分类:Ecoli DNA连接和T4 DNA连接酶,作用:把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来,三.“分子运输车”:基因进入受体细胞的载体,种类:质粒、
10、动植物病毒等,条件:自我复制、限制酶切点、标记基因、 安全的、大小应适合,2,7,4,8,3,6,1,5,CTGCAG GADGTC,ACGT TGCA,GCGC CGCG,GAATTC CTTAAG,2.为什么限制酶不剪切细菌本身的DNA？,通过长期的进化，含有某种限制酶的细菌细胞，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。,3、天然的DNA分子可以直接用做基因工程载体吗？为什么？,提示： 基因工程中作为载体使用的DNA分子很多
11、都是质粒（plasmid），即独立于细菌拟核染色体DNA之外的一种可以自我复制、双链闭环的裸露的DNA分子。 是否任何质粒都可以作为基因工程载体使用呢？ 不是，作为基因工程使用的载体必需满足以下条件：,1） 载体DNA必需有一个或多个限制酶的切割位点，以便目的基因可以插入到载体上去。这些供目的基因插入的限制酶的切点所处的位置，还必须是在质粒本身需要的基因片段之外，这样才不至于因目的基因的插入而失活。 2） 载体DNA必需具备自我复制的能力，或整合到受体染色体DNA上随染色体DNA的复制而同步复制。 3） 载体DNA必需带有标记基因，以便重组后进行重组子的筛选。 4） 载体DNA必需是安全的，不
12、会对受体细胞有害，或不能进入到除受体细胞外的其他生物细胞中去。 5） 载体DNA分子大小应适合，以便提取和在体外进行操作，太大就不便操作。 实际上自然存在的质粒DNA分子并不完全具备上述条件，都要进行人工改造后才能用于基因工程操作。,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。,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（ ） 同种限制酶 B. 两种限制酶 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 （ ） 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,
