《基因工程的工具课件(1)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基因工程的工具课件(1)（44页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、基因工程,生物体外,基因,分子水平,剪切,拼接,导入,表达,人类需要的基因产物,基因拼接技术或DNA重组技术,实质：基因重组,（二） 基因操作的工具,、基因的剪刀限制性内切酶（限制酶）,一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切割点上将DNA 分子切断。,指一类酶，非一种酶。,1、限制性内切酶,（3）.举例：大肠杆菌的一种限制酶能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。,（1）作用部位：磷酸二酯键,（2）特点：专一性，即识别特定核苷酸序列，切割特定切点。,（4）来源：主要从原核生物中分离 原因：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，对自己DNA无害，保护
2、细胞原有遗传信息，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。 而真核生物一般有其他保护措施。,（5）作用结果：形成DNA片段末端,平末端：平切（相同部位） 黏性末端：错位切（不同部位）,解析：（1）对象：供体细胞的DNA和质粒都要用限制酶处理。 （2）限制酶作用的位点是磷酸二酯，而不是碱基之间的氢键。,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，他们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。,比较1限制酶与解旋酶有什么区别？ 【分析】限制酶主要作用于两个核苷酸之间的磷酸二酯键，而解旋酶主要作用于碱基对之间的氢键（如图所示）。a处为限制酶作用位点，
3、b处则为解旋酶作用位点。,重播,1.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？,要切两个切口，产生四个黏性末端。,2.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，就可以合成重组的DNA分子了。,拓展深化:,重播,、基因的针线DNA连接酶,（1）连接的部位：DNA双链片段间的 磷酸二酯键，不是氢键。,比较2：DNA连接酶与DNA聚合酶的比较,蛋白质,蛋白质,磷酸二酯键 （单个脱氧核苷酸+片段）,磷酸二酯键 （DNA双链片段+ DNA双链片段）,需要（DNA一条链）,不需要,思考： 1.细菌的基因之所
4、以能“嫁接”到棉花细胞内，原因是 。,组成细菌和棉花的DNA分子的空间结构和化学组成相同,2.利用基因工程培育抗虫棉，与诱变育种和杂交育种相比，有什么优点？是属于哪种变异？ 3.抗虫棉能抗病吗？,知识小结 几种酶的比较,3、基因的运输工具运载体,3.种类：质粒、噬菌体和动植物病毒。,1.作用：将外源基因送入受体细胞。,2.条件： 能在宿主细胞内复制并稳定地保存。 具有一个至多个限制酶切点，使外源基因插入其中。 具有某些标记基因，以便进行筛选。如抗菌素抗性基因、产物具有颜色反应的基因等。 对受体细胞无害，不影响其正常活动。,运载体,最常用的运载体-质粒,三、基因操作的基本步骤,1、提取目的基因,
5、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,1、提取目的基因,取出DNA,用限制酶切断DNA,目前被较广泛提取使用的目的基因有： 苏云金杆菌抗虫基因、 人胰岛素基因、 人干扰素基因、 种子贮藏蛋白基因、 植物抗病基因等。,(1)目的基因的概念：人们需要的特定基因。,基因文库：储存某种生物基因的菌群的总 称，不是指生物基因。 基因组文库：某个含有所有基因的受体菌。指某个个体。 部分基因文库（cDNA文库）：某个含有部分基因的受体菌。 基因库：一个种群所有基因的总称，指基因。,鸟枪法,反转录法,4）目的基因的扩增：PCR技术,原理：DNA复制 结果：目的基因成指
6、数增长 步骤：变性（解旋为单链）+引物，退火，延伸（DNA聚合酶作用），多次重复 原料：DNA模板、4种脱氧核苷酸、引物、DNA聚合酶、ATP 复制方向：只能从5端向3端延伸 原因：DNA聚合酶不能从头开始合成DNA，而只能从3端延伸DNA链。,2、目的基因与运载体结合-核心步骤,运载体和表达载体的区别：,表达载体的组成：,目的基因+启动子+ 终止子+标记基因,运载体即质粒 表达载体即重组质粒,（2）受体种类不同，导入方法不同,导入植物细胞： （卵细胞和体细胞 都可以）,农杆菌转化法,基因枪法、花粉管通道法,农杆菌转化法： 双子叶植物受伤时，伤口分泌的酚类化合物， 吸引农杆菌移向这些细胞并进入
7、细胞，将 目的基因整合到受体细胞染色体DNA上。,受体细胞：细菌,细胞壁的通透性增大,重组质粒进入受体细胞,目的基因随受体细胞的繁殖而复制,导入动物细胞-显微注射法，将目的基因 注射到卵细胞中，受精后，胚胎移植。,导入微生物细胞-感受态细胞法,4、目的基因的检测和表达,（1）检测： 通过检测标记基因的有无，来判断目的基因是否导入,DNA分子杂交法： 检测染色体DNA分子是否插入目的基因 或者目的基因是否转录出RNA,免疫法： 提取蛋白质用相应的抗体进行抗体抗原杂交,从苏云金芽苞杆菌中提取抗虫基因,从土壤农杆菌中提取带有选择性标记的质粒,同一种限制酶处理,抗虫基因与质粒结合形成重组质粒,将重组质
8、粒导入土壤农杆菌,筛选,将土壤农杆菌与棉花细胞混合培养,侵染,重组质粒将抗虫基因导入棉花细胞并整合到棉花的DNA上,植物组织培养,获得抗虫棉,总结抗虫棉的培育流程图：,异想天开,二、动物基因工程前景广阔,（一）用于提高动物生长速度,动物品种改良、建立生物反应器、器官移植等,导入外源生长激素基因,DNA分子杂交是基因诊断最基本的方法之一。当用一段已知基因的核苷酸序列作为探针，与被测基因进行接触，若两者的碱基完全配对成双链，则表明被测基因中含有已知的基因序列。,知识回顾：基因诊断,五、基因芯片,从正常人的基因组中分离出DNA与DNA芯片杂交就可以得出标准图谱；从病人的基因组中分离出DNA与DNA芯
9、片杂交就可以得出病变图谱。 通过比较、分析这两种图谱，就可以得出病变的DNA信息。 基因芯片诊断技术以其快速、高效、敏感、经济、平行化、自动化等特点，将成为一项现代化诊断新技术。,1、基因治疗概念：,四、基因治疗曙光初照,把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，是治疗遗传病的最有效的手段。 （把特定的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，从而达到治疗疾病的目的）,2、实例：,将腺苷酸脱氨酶基因转入取自患者的淋巴细胞中，再将这种淋巴细胞转入患者体内。,(1)对严重复合型免疫缺陷症的治疗,3、基因治疗的类型,4、基因治疗的发展现状：处于初期的临床试验阶段,5、用于基因
10、治疗的基因种类：正常基因、反义基因和自杀基因,总结：基因工程在农业上的应用,（1）改良农作物的品质 （培育高产、稳产和具优良品质的品种） （2）培育抗逆性品种 将细菌的抗虫、抗病毒、抗除草剂、抗盐碱、抗干旱、抗高温等抗性基因转移到作物体内，将从根本上改变作物的特性。如转基因抗虫棉。,（三）用转基因的动物生产药物,设问:就基因药物而言，最理想的表达场所是哪里？,转基因动物的乳腺。,（1）乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入体内循环，不会影响转基因动物本身的生理代谢反应。 （2）从乳汁中获取目的基因产物，产量高，易提纯，表达的蛋白质已经过充分的修饰加工，具有稳定的生物活性。 （3）从乳汁中源源不断获得
11、目的基因的产物的同时，转基因动物又可无限繁殖。,设问:为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场所呢？,获取目的基因（例如血清白蛋白基因） 构建基因表达载体（在血清白蛋白基因前加特异表达的启动子） 显微注射导入哺乳动物受精卵中 形成胚胎 将胚胎送入母体动物 发育成转基因动物（只有在产下的雌性个体中，转入的基因才能表达）。,思考:用基因工程技术实现动物乳腺生物反应器的操作过程是怎样的？,将 基因与 等调控组件重组在一起，通过 等方法，导入哺乳动物的 中，将 其 送入母体，使其发育成转基因动物。转基因动物进入泌乳期后，可以通过分泌乳汁生产所需要的药品，称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。,乳腺生物反应
12、器,乳腺生物反应器的优点：产量高；质量好；成本低；易提取。,药物蛋白,乳腺蛋白基因的启动子,显微注射,受精卵,利用微生物生产药物的优越性何在?,利用微生物生产蛋白质类药物，是指将人们需要的某种蛋白质的编码基因，构建成表达载体后导入微生物，然后利用微生物发酵来生产蛋白质类药物。有以下优越性： （1）利用活细胞作为表达系统，表达效率高，无需大型装置和大面积厂房就可以生产出大量药品。（2）可以解决传统制药中原料来源的不足。利用基因工程菌发酵生产就不需要从动物或人体上获取原料。（3）降低生产成本，减少生产人员和管理人员。,（四）用转基因动物作器官移植的供体,利用基因工程对猪的器官进行改造,方法：将器官
13、供体基因组导入 ， 以抑制的 表达或设法除去 ，再结合克隆技术，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官,某种调节因子,抗原决定基因,抗原决定基因,转基因生物有利的一面 改变传统的育种方式缩短育种时间。培育出高产优质、抗病虫害、抗旱、抗盐碱，抗除草剂等特性的作物新品种。 克服异源、远源杂交障碍。如可以把动物的基因，甚至人的基因组合到植物里去。 生产有利于健康和抗病的食品。 培育出符合人们意愿的动物新品种。,高考总复习生物,有些转基因食物含的一些物质，可能会影响人体健康。 大量的转基因生物进入自然界后很可能会与野生物种进行杂交，产生一些超级生物，从而造成基因污染。 如有些作物插入抗虫基因，杀死环
14、境中有益的生物。,基因工程的弊端,高考总复习生物,小 结,基因操作 的工具,限制性内切酶,DNA连接酶,运载体,目的基因与运载体结合,目的基因的检测和表达,将目的基因导入受体细胞,目的基因的提取,例题：为扩大可耕地面积，增加粮食产量，黄河三角洲等盐碱地的开发利用备受关注。我国科学家应用耐盐基因培育出了耐盐水稻新品系。 （1）获得耐盐基因后，构建重组DNA分子 所用的限制性内切酶作用于图中的 处， DNA连接酶作用于 处。（填“a”或“b”） （2）将重组DNA分子导入水稻受体细胞的 常用方法有农杆菌转化法和 法。 （3）由导入目的基因的水稻细胞培养成植株需 要利用 技术，该技术的核心是 和 。 （4）为了确定耐盐转基因水稻是否培育成功，既要用放射性同位素标记的 做探针进行分子杂交检测，又要用 方法从个体水平鉴定水稻植株的耐盐性。,a,a,基因枪法（花粉管通道法）,植物组织培养,脱分化（去分化）,再分化,耐盐基因（目的基因）,一定浓度盐水浇灌 （移植到盐碱地中）,
