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1、1.2 基因工程的原理基因工程的原理和技术和技术1.2 基因工程的原理和技基因工程的原理和技术术一、教学目标：一、教学目标：1.了解基因工程的基本原理。了解基因工程的基本原理。2.描述重组描述重组DNA技术的基本步骤。技术的基本步骤。二、教学重点、难点：二、教学重点、难点：基因工程的基本原理和基本操作步骤。基因工程的基本原理和基本操作步骤。浏览课本浏览课本P5P5P7P7，了解基因工程的原理和操作步骤。了解基因工程的原理和操作步骤。二、基因工程的原理和操作步骤：二、基因工程的原理和操作步骤：原理：基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过原理：基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，
2、通过体外体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，创重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，创造出造出更符合人们需要的更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。（既是概念，新的生物类型和生物产品。（既是概念，又是原理）又是原理）目的基因的获取；目的基因的获取；形成重组形成重组DNA分子；分子；将目的基因导入受体细胞；将目的基因导入受体细胞；筛选含有目的基因的受体细胞和目的基因表达。筛选含有目的基因的受体细胞和目的基因表达。一、自学导引：三、基因工程操作步骤：1.1.第一步：获取目的基因第一步：获取目的基因（1）方法：）方法：从基因文库中获取目的基因从基因文库中获取目的基因利用聚合
3、酶链式反应利用聚合酶链式反应(PCR)技术扩增目的基因技术扩增目的基因（目的基因的序列已知）（目的基因的序列已知）人工合成目的基因人工合成目的基因（目的基因的序列已知）（目的基因的序列已知） 基因基因DNADNA文库的构建文库的构建 将将总总DNADNA经经过过酶酶解解，分分离离不不同同长长短短的的DNADNA片片段段。包包含含的的基基因因片片段段分分别别克克隆隆在在质质粒粒或或噬噬菌菌体体载载体体上上，转转染染细细菌菌或或体体外外包包装装到到噬噬菌菌体体颗颗粒粒上上便便构构成成了了该该生生物物的的基基因文库。因文库。利用利用PCR技术扩增目的基因技术扩增目的基因 聚合酶链式反应，在生物体外复
4、制特定聚合酶链式反应，在生物体外复制特定DNADNA片段的核酸合成技术。可以获得大量的目的基片段的核酸合成技术。可以获得大量的目的基因。因。循环循环变性变性退火退火延伸延伸目的基因目的基因的扩增呈的扩增呈指数指数形式形式扩增（扩增（2n）人工合成基因的方法人工合成基因的方法反转录法反转录法根据已知的氨基酸序列根据已知的氨基酸序列合成合成DNA 根据已知蛋白质的根据已知蛋白质的根据已知蛋白质的根据已知蛋白质的氨基酸序列，推测出相氨基酸序列，推测出相氨基酸序列，推测出相氨基酸序列，推测出相应的信使应的信使应的信使应的信使RNARNA序列，然序列，然序列，然序列，然后按照碱基互补配对原后按照碱基互补
5、配对原后按照碱基互补配对原后按照碱基互补配对原则，推测出它的结构基则，推测出它的结构基则，推测出它的结构基则，推测出它的结构基因的核苷酸序列，再通因的核苷酸序列，再通因的核苷酸序列，再通因的核苷酸序列，再通过化学方法，以单核苷过化学方法，以单核苷过化学方法，以单核苷过化学方法，以单核苷酸为原料合成目的基因。酸为原料合成目的基因。酸为原料合成目的基因。酸为原料合成目的基因。蛋白质的氨基酸序列蛋白质的氨基酸序列mRNA的核苷酸序列的核苷酸序列结构基因的核苷酸序列结构基因的核苷酸序列目的基因目的基因实例 1：1、下列获取目的基因的方法中需要模板、下列获取目的基因的方法中需要模板链是链是 A.从基因文
6、库中获取目的基因从基因文库中获取目的基因 B.利用利用PCR技术扩增目的基因技术扩增目的基因 C.反转录法反转录法 D.通过通过DNA合成仪利用化学方法人工合成仪利用化学方法人工合成合成B、C2 2、形成重组形成重组DNA分子分子 核心核心质粒质粒DNADNA分子分子限制酶处理限制酶处理两个切口两个切口获得目的基因获得目的基因DNADNA连接酶连接酶重组重组DNADNA分子（重组质粒）分子（重组质粒）同一种同一种一个切口一个切口两个黏性末端两个黏性末端3 3、将目的基因导入受体细胞、将目的基因导入受体细胞转化转化常用的受体细胞：常用的受体细胞： 有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、有大肠杆菌、枯
7、草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞等。酵母菌和动植物细胞等。将目的基因导入受体细胞的原理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。借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。1 1）将目的基因导入植物细胞）将目的基因导入植物细胞农杆菌转化法农杆菌转化法基因枪法基因枪法2 2）将目的基因导入动物细胞）将目的基因导入动物细胞显微注射技术显微注射技术提纯基因表达载体提纯基因表达载体体外显微注射入受精卵体外显微注射入受精卵受精卵移植受精卵移植1.1.将目的基因导入植物细胞将目的基因导入植物细胞农杆菌转化法农杆菌转化法基因枪法基因枪法2.2.将目的基因导入动物细胞将目的基因导入动物细胞显微注射技术
8、显微注射技术（最多、最有效）（最多、最有效）3.3.将目的基因导入微生物细胞将目的基因导入微生物细胞Ca2+处理，处理，以增加细菌细胞壁的通透性。以增加细菌细胞壁的通透性。三、基因工程操作步骤：4.第四步：筛选含有目的基因的受体细胞和目的基因表达第四步：筛选含有目的基因的受体细胞和目的基因表达（1）内容：）内容：检测转基因生物的染色体检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因（关上是否插入了目的基因（关键）键）检测目的基因是否转录出了检测目的基因是否转录出了mRNA检测目的基因是否翻译成蛋白质（表达）检测目的基因是否翻译成蛋白质（表达）（2）常用的技术：）常用的技术：DNA分子杂交技术分
9、子杂交技术DNA与与DNA杂交杂交蛋白质分子（抗原抗体）间的杂交蛋白质分子（抗原抗体）间的杂交DNA杂交技术杂交技术基因探针（基因探针（DNA探针）与目的基因杂交，有无探针）与目的基因杂交，有无杂交带杂交带基因工程的基本操作程序目的基因的获取目的基因的获取形成重组形成重组DNA分子；分子；将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞筛选含有目的基因的受体细胞和目的基因表达筛选含有目的基因的受体细胞和目的基因表达1、从基因文库中获取目的基因、从基因文库中获取目的基因2、利用、利用PCR技术扩增目的基因技术扩增目的基因3、化学方法人工合成、化学方法人工合成农杆菌转化法、基因枪法、显微注射法、农杆菌
10、转化法、基因枪法、显微注射法、CaCa2+2+处理法处理法DNADNA分子杂交技术、抗原分子杂交技术、抗原抗体杂交技术抗体杂交技术分子检测外的个体水平鉴定分子检测外的个体水平鉴定四、本节小结：例如：例如：将每个受体细胞单独培养形成菌落，检测菌落中是否有目的将每个受体细胞单独培养形成菌落，检测菌落中是否有目的基因的表达产物。淘汰无表达产物的菌落，保留有表达产基因的表达产物。淘汰无表达产物的菌落，保留有表达产物的进一步培养、研究。物的进一步培养、研究。无表达产物无表达产物无表达产物无表达产物有表达产物有表达产物无表达产物无表达产物1 用基因工程技术可使大肠杆菌合成人的蛋白质。下列叙述不正确的是A常
11、用相同的限制性内切酶处理的基因和质粒BDNA连接酶和RNA聚合酶是构建重组质粒必需的工具酶C可用含抗生素的培养基检测大肠杆菌中是否导入了重组质粒D导入大肠杆菌的目的基因不一定能成功表达B巩固练习巩固练习2下列属于获取目的基因的方法的是下列属于获取目的基因的方法的是( )利用利用mRNA反转录形成反转录形成从基因组文库中提取从基因组文库中提取从受体细胞中提取从受体细胞中提取利用利用PCR技术技术利用利用DNA转录转录人工合成人工合成ABCDD3基因工程又叫基因拼接技术。基因工程又叫基因拼接技术。(1)在该技术中，用人工合成方法获得目的基因的在该技术中，用人工合成方法获得目的基因的途径之一是：以目
12、的基因转录的途径之一是：以目的基因转录的为为模板，模板，成互补的单链成互补的单链DNA，然后在酶，然后在酶的作用下合成的作用下合成。(2)基因工程中常用的受体细胞有细菌、真菌、基因工程中常用的受体细胞有细菌、真菌、。 (3)假设以大肠杆菌质粒作为运载体，并以同一种限假设以大肠杆菌质粒作为运载体，并以同一种限制性内切酶切割运载体与目的基因，将切割后的运制性内切酶切割运载体与目的基因，将切割后的运载体与目的基因片段混合，并加入载体与目的基因片段混合，并加入DNA连接酶。连连接酶。连接产物至少有接产物至少有种环状种环状DNA分子，它们分子，它们分别分别是是。信使信使RNA 逆转录逆转录 双链双链DN
13、A(目的基因目的基因)动植物细胞动植物细胞 3 运载体自连的、目的基因片段自连的、运载体自连的、目的基因片段自连的、运载体与目的基因片段相连的环状运载体与目的基因片段相连的环状DNA分子分子 4如何利用目的基因，通过转基因技术获得抗寒能力提高的香蕉植株？在运用转基因香蕉的过程中，在生态安全方面可能会出现什么问题？（列举两点）将目的基因插人土壤农杆菌的质粒，构建表达载体，通过农杆菌的转化导人香蕉受体细胞，成功转化的香蕉细胞通过组织培养形成植株。生态安全问题包括： 外源基因扩散到其他物种（外源基因漂移）；转基因植株扩散影响生态系统的结构和功能；转基因植株扩散对生物多样性的影响；转基因植物残体或分泌物对环境的影响。作业！
