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1、DNA重组技术的基本工具重组技术的基本工具基因工程的概念n基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外计，通过体外DNA重组和转基因等技术，赋重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。需要的新的生物类型和生物产品。 基因工程的别名基因工程的别名基因拼接技术或基因拼接技术或DNA重组技术重组技术操作环境操作环境生物体外生物体外操作对象操作对象基因基因操作水平操作水平DNA分子水平分子水平基本过程基本过程剪切剪切拼接拼接导入导入表达表达结果结果人类需要的基因产物人类
2、需要的基因产物抗虫害的玉米抗虫害的玉米转鱼抗寒基转鱼抗寒基因的番茄因的番茄转基因转基因鲑鱼鲑鱼基因工程产品转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转黄瓜抗青枯病基因的甜椒乳汁中含有人生长激乳汁中含有人生长激素的转基因牛素的转基因牛( (阿根廷阿根廷) )基础理论和技术的发展催生了基因工程 nDNA是遗传物质的证明是遗传物质的证明nDNA双螺旋结构和中心法则的确立双螺旋结构和中心法则的确立n遗传密码的破译遗传密码的破译n基因转移载体的发现基因转移载体的发现n工具酶的发明工具酶的发明nDNA合成和测序技术的发明合成和测序技术的发明nDNA体外重组的实现体外重组的实现n重组重组DNA表达实验的成功表达实验的成功n第
3、一例转基因动物问世第一例转基因动物问世nPCR技术的发明技术的发明基础理论基础理论技术发明技术发明DNA重组技术的基本工具 n限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶“分子手术刀分子手术刀” nDNA连接酶连接酶“分子缝合针分子缝合针” n基因进入受体细胞的载体基因进入受体细胞的载体“分子运分子运输车输车” 限制性核酸内切酶“分子手术刀”分布：分布：主要在原核生物中主要在原核生物中作用特点：作用特点：特异性，即识别特异性，即识别特定核苷酸序列，切特定核苷酸序列，切割特定切点割特定切点切点：切点：磷酸二酯键磷酸二酯键举例：举例：EcoRI限制酶能识别限制酶能识别GAATTC序列，并序列，并在在G和和A之
4、间切开之间切开限制性内切酶限制限制酶酶黏性末端和平末端限制酶所识别的序列有什么特点 n限制酶所识别的序列，无论是限制酶所识别的序列，无论是6个碱个碱基还是基还是4个碱基，都可以找到一条中个碱基，都可以找到一条中心轴线，中轴线两侧的双链心轴线，中轴线两侧的双链DNA上的上的碱基是反向对称重复排列的。碱基是反向对称重复排列的。限制酶在原核生物中的作用 n原核生物容易受到自然界外源原核生物容易受到自然界外源DNA的入侵，但是，的入侵，但是，生物在长期的进化过程中形成了一套完善的防御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。限制酶就是细机制，以防止外来病原物的侵害。限制酶
5、就是细菌的一种防御性工具，当外源菌的一种防御性工具，当外源DNA侵入时，会利侵入时，会利用限制酶将外源用限制酶将外源DNA切割掉，以保证自身的安全。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。、使之失效，从而达到保护自身的目的。n含有某种限制酶的细胞，其含有某种限制酶的细胞，其DNA分子中或者不具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。不
6、能将其切开。 DNA连接酶“分子缝合针”n连接酶有两种：一种是从大肠杆菌中分离得到的，连接酶有两种：一种是从大肠杆菌中分离得到的，称之为称之为Ecoli连接酶。另一种是从连接酶。另一种是从T4噬菌体中分噬菌体中分离得到，称为离得到，称为T4连接酶。连接酶。n这两种连接酶催化反应基本相同，都是连接双链这两种连接酶催化反应基本相同，都是连接双链DNA的缺口，而不能连接单链的缺口，而不能连接单链DNA。nEcoli连接酶只能连接黏性末端；连接酶只能连接黏性末端； T4连接酶既连接酶既可可“缝合缝合”黏性末端，又可黏性末端，又可“缝合缝合”平末端。平末端。DNA连接酶“分子缝合针”nDNA连接酶与连接
7、酶与DNA聚合酶一样吗？为什么？聚合酶一样吗？为什么？ 基因的载体“分子运输车”载体必须具备的条件：载体必须具备的条件： 1、能够在宿主细胞中复制并稳定地保存；、能够在宿主细胞中复制并稳定地保存； 2、具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接；、具有多个限制酶切点，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、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的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等 ） 4、对受体细胞无害、对受体细胞无害载体的作用：载体的作用： 1、将外源基因转移到受体细胞中去。、将外源基因转移到受体细胞中去。 2、利用运载体在受
8、体细胞内，对外源基因进行大量复、利用运载体在受体细胞内，对外源基因进行大量复制。制。常用的载体有：常用的载体有： 质粒，质粒，噬菌体的衍生物，动植物病毒等噬菌体的衍生物，动植物病毒等质粒 质粒是基因工质粒是基因工程最常用的运载体，程最常用的运载体，它广泛地存在于细菌它广泛地存在于细菌中，是细菌染色体外中，是细菌染色体外能够自主复制的很小能够自主复制的很小的环状的环状DNA分子，分子，大小只有普通细菌拟大小只有普通细菌拟核核DNA的百分之一。的百分之一。要对天然质粒进行人工改造要对天然质粒进行人工改造基因操作的基本步骤提取目的基因提取目的基因 从供体细胞的DNA中直接分离基因（如“鸟枪法”）人工
9、合成基因反转录法化学合成法 目的基因是人们所需要转移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，还有植物的抗病菌的抗虫基因，还有植物的抗病（抗病毒、抗细菌）基因、种子（抗病毒、抗细菌）基因、种子贮藏蛋白的基因，以及人的胰岛贮藏蛋白的基因，以及人的胰岛素基因、干扰素基因等。素基因、干扰素基因等。三种目的基因提取方法的优缺点三种目的基因提取方法的优缺点仅限于合成核苷酸对较少的仅限于合成核苷酸对较少的简单基因简单基因专一性专一性最强最强化学化学合成法合成法操作过程麻烦，操作过程麻烦，mRNAmRNA很不稳很不稳定，要求的技术条件较高定，要求的技术条件
10、较高专一性强专一性强反转录法反转录法工作量大，盲目，分离出来工作量大，盲目，分离出来的有时并非一个基因的有时并非一个基因操作简便操作简便广泛使用广泛使用鸟枪法鸟枪法缺缺 点点优优 点点目的基因与运载体结合目的基因与运载体结合将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞目的基因的检测和表达目的基因的检测和表达 检测：通过检测标记基因的有无来判断目的基因是否导入。检测：通过检测标记基因的有无来判断目的基因是否导入。表达：通过特定性状的产生与否来确定目的基因是否表达。表达：通过特定性状的产生与否来确定目的基因是否表达。 常用的受体细胞有常用的受体细胞有大肠杆菌、枯草杆菌、大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆
11、菌、酵母菌和土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞等。动植物细胞等。基因操作的基本步骤目的基因导入受体细胞的方法目的基因导入受体细胞的方法1、将细菌用、将细菌用CaCl2处理，以增大细菌细胞壁的处理，以增大细菌细胞壁的通透性。通透性。2、使含有目的基因的重组质粒进入受体细胞。、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，、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。内就能获得大量的目的基因。基因操作的基本步骤基因操作的基本步骤基因工程的成果与发展前景 基因工程与医药卫生基
12、因工程与医药卫生生产基因工程药品生产基因工程药品用于基因诊断与基因治疗用于基因诊断与基因治疗 基因工程与农牧业、食品工业基因工程与农牧业、食品工业培育高产、稳产和具有优良品质的动植物新品种培育高产、稳产和具有优良品质的动植物新品种培育具有各种抗逆性的动植物新品种培育具有各种抗逆性的动植物新品种为人类开辟新的食物来源为人类开辟新的食物来源基因工程与环境保护基因工程与环境保护用于环境监测用于环境监测用于被污染环境的净化用于被污染环境的净化基因工程与医药卫生我国生产的部分基因我国生产的部分基因工程疫苗和药物工程疫苗和药物1 1、基因工程药品的生产、基因工程药品的生产 微生物生长迅微生物生长迅速，容易
13、控制，适速，容易控制，适于大规模工业化生于大规模工业化生产。如利用大肠杆产。如利用大肠杆菌生产胰岛素、干菌生产胰岛素、干扰素、白细胞介素扰素、白细胞介素22等。既增加产等。既增加产量，又降低成本。量，又降低成本。基因工程与医药卫生2 2、基因诊断、基因诊断基因诊断是用放射性同位素基因诊断是用放射性同位素( (如如3232P)P)、荧光分子等标记荧光分子等标记的的DNADNA分子做探针，利用分子做探针，利用DNADNA分子杂交原理，鉴定被检分子杂交原理，鉴定被检测标本上的遗传信息，达到检测疾病的目的。测标本上的遗传信息，达到检测疾病的目的。生物芯片生物芯片 从正常人的基因组中分离出从正常人的基因
14、组中分离出DNADNA与与DNADNA芯片杂交就可以芯片杂交就可以得出标准图谱。从病人的基因组中分离出得出标准图谱。从病人的基因组中分离出DNADNA与与DNADNA芯片杂芯片杂交就可以得出病变图谱。交就可以得出病变图谱。 通过比较、分析这两种图谱，就可以得出病变的通过比较、分析这两种图谱，就可以得出病变的DNADNA信信息。息。 基因芯片诊断技术以其快速、高效、敏感、经济、平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。行化、自动化等特点，将成为一项现代化诊断新技术。 基因工程与医药卫生3 3、基因治疗、基因治疗基因治疗是把健康的外源基因导入有
15、基因缺陷的细胞基因治疗是把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。中，达到治疗疾病的目的。 取患者骨髓分离干细胞病毒正常基因并入正常基因的干细胞注入患者体内基因工程与农牧业、食品工业生长快、肉质好的转基生长快、肉质好的转基因鱼因鱼( (中国中国) )乳汁中含有人生长激素乳汁中含有人生长激素的转基因牛的转基因牛( (阿根廷阿根廷) )基因工程与农牧业、食品工业转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转鱼抗寒基因的番茄转鱼抗寒基因的番茄基因工程与农牧业、食品工业基因工程与农牧业、食品工业基因工程与农牧业、食品工业基因工程与环境保护1 1、环境监测、环境监测 基因工程做成的
16、基因工程做成的DNADNA探针能够十分灵敏地检测探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。环境中的病毒、细菌等污染。 利用基因工程培育的利用基因工程培育的“指示生物指示生物”能十分灵能十分灵敏地反映环境污染的情况，却不易因环境污染而敏地反映环境污染的情况，却不易因环境污染而大量死亡，甚至还可以吸收和转化污染物。大量死亡，甚至还可以吸收和转化污染物。2 2、环境污染治理、环境污染治理基因工程做成的基因工程做成的“超级细菌超级细菌”能吞食和分解能吞食和分解多种污染环境的物质。多种污染环境的物质。1、有有些些转转基基因因食食物物含含的的一一些些物物质质，可可能会影响人体健康。能会影响人体健康。2、大大量量的的转转基基因因生生物物进进入入自自然然界界后后很很可可能能会会与与野野生生物物种种进进行行杂杂交交，产产生生一些超级生物，从而造成基因污染。一些超级生物，从而造成基因污染。3、如如有有些些作作物物插插入入抗抗虫虫基基因因，杀杀死死环环境中有益的生物。境中有益的生物。基因工程的弊端
