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1、u细胞胞质遗传和基因工程和基因工程生物的生物的遗传变异和异和进化化XIBAOZHIYICHUANHEJIYINGONGCHENGXIBAOZHIYICHUANHEJIYINGONGCHENG细胞质遗传和基因工程u真核生物性状遗传方式真核生物性状遗传方式细胞质遗传细胞质遗传l概念：由细胞质内遗传物质控制性状的遗传概念：由细胞质内遗传物质控制性状的遗传概念：由细胞质内遗传物质控制性状的遗传概念：由细胞质内遗传物质控制性状的遗传l实例实例实例实例：紫茉莉质体的遗传（花色是核遗传）紫茉莉质体的遗传（花色是核遗传）紫茉莉质体的遗传（花色是核遗传）紫茉莉质体的遗传（花色是核遗传） 质体认识质体认识质体认识
2、质体认识 杂交结果分析杂交结果分析杂交结果分析杂交结果分析 藏报春、玉米、棉花等叶绿体遗传，藏报春、玉米、棉花等叶绿体遗传，藏报春、玉米、棉花等叶绿体遗传，藏报春、玉米、棉花等叶绿体遗传， 水稻、高粱等雄性不育的遗传水稻、高粱等雄性不育的遗传水稻、高粱等雄性不育的遗传水稻、高粱等雄性不育的遗传l遗传特点及原因：遗传特点及原因：遗传特点及原因：遗传特点及原因：母系遗传母系遗传母系遗传母系遗传（原因读教材）（原因读教材）（原因读教材）（原因读教材） 后代没有一定的性状分离比后代没有一定的性状分离比后代没有一定的性状分离比后代没有一定的性状分离比l细胞质遗传物质的载体：细胞质遗传物质的载体：细胞质遗
3、传物质的载体：细胞质遗传物质的载体：线粒体、质体线粒体、质体线粒体、质体线粒体、质体细胞质遗传和基因工程细胞核遗传细胞核遗传l概念：由细胞核内遗传物质控制性状的遗传概念：由细胞核内遗传物质控制性状的遗传概念：由细胞核内遗传物质控制性状的遗传概念：由细胞核内遗传物质控制性状的遗传l类型（以人类的遗传病为例）类型（以人类的遗传病为例）类型（以人类的遗传病为例）类型（以人类的遗传病为例）： 单基因遗传病单基因遗传病单基因遗传病单基因遗传病: :伴伴伴伴X X显性、伴显性、伴显性、伴显性、伴X X隐性、伴隐性、伴隐性、伴隐性、伴Y Y 常染色体显性和隐性遗传常染色体显性和隐性遗传常染色体显性和隐性遗传
4、常染色体显性和隐性遗传 多基因遗传病多基因遗传病多基因遗传病多基因遗传病l细胞核遗传特点：细胞核遗传特点：细胞核遗传特点：细胞核遗传特点：遵循一定的遗传规律（基因遵循一定的遗传规律（基因遵循一定的遗传规律（基因遵循一定的遗传规律（基因 分离定律、自由组合定律、分离定律、自由组合定律、分离定律、自由组合定律、分离定律、自由组合定律、 联锁与互换定律联锁与互换定律联锁与互换定律联锁与互换定律u真核生物性状遗传方式真核生物性状遗传方式细胞质遗传和基因工程基因工程的概念基因工程的概念u基因工程基因工程原原原原 理：基因重组理：基因重组理：基因重组理：基因重组特别特别特别特别讲解讲解讲解讲解操作水平：分
5、子水平操作水平：分子水平操作水平：分子水平操作水平：分子水平（与细胞工程不同）（与细胞工程不同）（与细胞工程不同）（与细胞工程不同）操作环境：生物体外操作环境：生物体外操作环境：生物体外操作环境：生物体外变异方向：定向变异变异方向：定向变异变异方向：定向变异变异方向：定向变异细胞质遗传和基因工程基因操作的工具基因操作的工具u基因工程基因工程l基因的剪刀基因的剪刀DNA限制性内切酶限制性内切酶作用：作用：作用：作用：能够识别双链能够识别双链能够识别双链能够识别双链DNADNA分子的某种特定核苷酸序列，分子的某种特定核苷酸序列，分子的某种特定核苷酸序列，分子的某种特定核苷酸序列，并且使每一条链中特
6、定部位的两个脱氧核苷酸之间的并且使每一条链中特定部位的两个脱氧核苷酸之间的并且使每一条链中特定部位的两个脱氧核苷酸之间的并且使每一条链中特定部位的两个脱氧核苷酸之间的磷磷磷磷酸二酯键酸二酯键酸二酯键酸二酯键断开。细菌将自身的断开。细菌将自身的断开。细菌将自身的断开。细菌将自身的DNADNA甲基化修饰，防止了甲基化修饰，防止了甲基化修饰，防止了甲基化修饰，防止了被自身核酸内切酶降解。噬菌体被自身核酸内切酶降解。噬菌体被自身核酸内切酶降解。噬菌体被自身核酸内切酶降解。噬菌体DNADNA没有这些保护性的没有这些保护性的没有这些保护性的没有这些保护性的甲基化基团，所以容易被降解。甲基化基团，所以容易被
7、降解。甲基化基团，所以容易被降解。甲基化基团，所以容易被降解。 来源：来源：来源：来源：微生物（主要原核生物）微生物（主要原核生物）微生物（主要原核生物）微生物（主要原核生物）细菌容易被噬菌体感细菌容易被噬菌体感细菌容易被噬菌体感细菌容易被噬菌体感染，许多细菌用切割外来染，许多细菌用切割外来染，许多细菌用切割外来染，许多细菌用切割外来DNADNA的方法进行自我保护，的方法进行自我保护，的方法进行自我保护，的方法进行自我保护，如切割感染性噬菌体的如切割感染性噬菌体的如切割感染性噬菌体的如切割感染性噬菌体的DNADNA。这些细菌产生一种能切。这些细菌产生一种能切。这些细菌产生一种能切。这些细菌产生
8、一种能切割割割割DNADNA的核酸内切酶，一旦发现外来的核酸内切酶，一旦发现外来的核酸内切酶，一旦发现外来的核酸内切酶，一旦发现外来DNADNA便将其切割，便将其切割，便将其切割，便将其切割，因此它们有效地限制了噬菌体对细菌的感染。因此它们有效地限制了噬菌体对细菌的感染。因此它们有效地限制了噬菌体对细菌的感染。因此它们有效地限制了噬菌体对细菌的感染。细胞质遗传和基因工程切割切割切割切割DNADNA分子示意图分子示意图分子示意图分子示意图限制酶有限制酶有限制酶有限制酶有 型、型、型、型、型、型、型、型、型。通常用的是型。通常用的是型。通常用的是型。通常用的是II II 型型型型限制性核酸内切酶，
9、其识别的限制性核酸内切酶，其识别的限制性核酸内切酶，其识别的限制性核酸内切酶，其识别的DNADNA序列是序列是序列是序列是旋转旋转旋转旋转对称序列对称序列对称序列对称序列，并在特定切点将，并在特定切点将，并在特定切点将，并在特定切点将磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键断开：断开：断开：断开：u基因工程基因工程细胞质遗传和基因工程u基因工程基因工程l基因的针线基因的针线DNA连接酶连接酶修复双链修复双链修复双链修复双链DNADNA上缺口处的磷酸二酯键上缺口处的磷酸二酯键上缺口处的磷酸二酯键上缺口处的磷酸二酯键特别说明：特别说明：特别说明：特别说明： 在基因工程中，用于核酸操作的酶还有在基因
10、工程中，用于核酸操作的酶还有在基因工程中，用于核酸操作的酶还有在基因工程中，用于核酸操作的酶还有DNADNA聚合酶、核酸酶和核酸修饰酶等聚合酶、核酸酶和核酸修饰酶等聚合酶、核酸酶和核酸修饰酶等聚合酶、核酸酶和核酸修饰酶等细胞质遗传和基因工程u基因工程基因工程l基因的运输工具基因的运输工具运载体运载体运载体应具备的条件：运载体应具备的条件：运载体应具备的条件：运载体应具备的条件：运载体应具备的条件：运载体应具备的条件：为何需要运载体？为何需要运载体？为何需要运载体？为何需要运载体？1.1.能在宿主细胞中复制和稳定的保存能在宿主细胞中复制和稳定的保存能在宿主细胞中复制和稳定的保存能在宿主细胞中复制
11、和稳定的保存2.2.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3.3.具有某些标记基因，便于进行筛选具有某些标记基因，便于进行筛选具有某些标记基因，便于进行筛选具有某些标记基因，便于进行筛选A.具有与特定受体细胞相适应的复制位点具有与特定受体细胞相适应的复制位点B.B.具有针对受体细胞的亲缘性或亲和性具有针对受体细胞的亲缘性或亲和性具有针对受体细胞的亲缘性或亲和性具有针对受体细胞的亲缘性或亲和性细胞质遗传和基因工程u基因工程基因工程运载体的种类：运载体的种类：运载体的种类：运载体的种类
12、： 质粒、噬菌体、动植物病毒等，质粒是质粒、噬菌体、动植物病毒等，质粒是质粒、噬菌体、动植物病毒等，质粒是质粒、噬菌体、动植物病毒等，质粒是基因工程中最常用的运载体，如大肠杆菌的基因工程中最常用的运载体，如大肠杆菌的基因工程中最常用的运载体，如大肠杆菌的基因工程中最常用的运载体，如大肠杆菌的质粒、土壤农杆菌的质粒。质粒、土壤农杆菌的质粒。质粒、土壤农杆菌的质粒。质粒、土壤农杆菌的质粒。成分：染色体或拟核外小型环状成分：染色体或拟核外小型环状成分：染色体或拟核外小型环状成分：染色体或拟核外小型环状DNADNA分子分子分子分子来源：许多细菌和酵母菌来源：许多细菌和酵母菌来源：许多细菌和酵母菌来源：
13、许多细菌和酵母菌构建：构建：构建：构建：天然存在的野生型质粒一般不能满足天然存在的野生型质粒一般不能满足天然存在的野生型质粒一般不能满足天然存在的野生型质粒一般不能满足要求，因此往往需要以多种野生型质粒为基要求，因此往往需要以多种野生型质粒为基要求，因此往往需要以多种野生型质粒为基要求，因此往往需要以多种野生型质粒为基础进行人工构建，使目的基因在受体细胞中础进行人工构建，使目的基因在受体细胞中础进行人工构建，使目的基因在受体细胞中础进行人工构建，使目的基因在受体细胞中更容易更容易更容易更容易复制复制复制复制或或或或表达表达表达表达（拷贝质粒拷贝质粒拷贝质粒拷贝质粒或或或或表达质粒表达质粒表达质
14、粒表达质粒）质粒的相关知识质粒的相关知识质粒的相关知识质粒的相关知识细胞质遗传和基因工程u基因工程基因工程基因操作的基本步骤基因操作的基本步骤切切切切-提取目的基因提取目的基因提取目的基因提取目的基因 接接接接-目的基因与运载体结合目的基因与运载体结合目的基因与运载体结合目的基因与运载体结合转转转转-将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞 检检检检-目的基因的检测与表达目的基因的检测与表达目的基因的检测与表达目的基因的检测与表达细胞质遗传和基因工程u基因工程基因工程1.提取目的基因提取目的基因从供体细胞的从供体细胞的从供体细胞的从供体细胞的从供
15、体细胞的从供体细胞的DNADNADNA中直接分离基因中直接分离基因中直接分离基因中直接分离基因中直接分离基因中直接分离基因（常用鸟枪法）（常用鸟枪法）（常用鸟枪法）（常用鸟枪法）（常用鸟枪法）（常用鸟枪法）运用已学运用已学运用已学运用已学的知识用的知识用的知识用的知识用什么方法什么方法什么方法什么方法可检测出可检测出可检测出可检测出含目的基含目的基含目的基含目的基因的细胞因的细胞因的细胞因的细胞可用探针杂交，获得含目的基因细胞可用探针杂交，获得含目的基因细胞方法方法细胞质遗传和基因工程u基因工程基因工程鸟枪法的优缺点鸟枪法的优缺点鸟枪法的优缺点鸟枪法的优缺点鸟枪法的优缺点鸟枪法的优缺点（读教材
16、）（读教材）（读教材）（读教材）（读教材）（读教材）人工合成目的基因人工合成目的基因人工合成目的基因人工合成目的基因人工合成目的基因人工合成目的基因反转录法反转录法反转录法反转录法反转录法反转录法人工化学合成法（读书）人工化学合成法（读书）人工化学合成法（读书）人工化学合成法（读书）人工化学合成法（读书）人工化学合成法（读书）人工合成基因的特点：人工合成基因的特点：人工合成基因的特点：人工合成基因的特点：人工合成基因的特点：人工合成基因的特点： 为结构基因（编码区）为结构基因（编码区）为结构基因（编码区）为结构基因（编码区）为结构基因（编码区）为结构基因（编码区）基因中不含有不表达的序列（内含
17、子）基因中不含有不表达的序列（内含子）基因中不含有不表达的序列（内含子）基因中不含有不表达的序列（内含子）基因中不含有不表达的序列（内含子）基因中不含有不表达的序列（内含子）细胞质遗传和基因工程u基因工程基因工程2. 目的基因与运载体结合（表达载体构建）目的基因与运载体结合（表达载体构建）目的：使目的基因在受体细胞内稳定存在，并目的：使目的基因在受体细胞内稳定存在，并目的：使目的基因在受体细胞内稳定存在，并目的：使目的基因在受体细胞内稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时使目的基因能够表达且可以遗传给下一代，同时使目的基因能够表达且可以遗传给下一代，同时使目的基因能够表达且可以遗传给下一代，同时
18、使目的基因能够表达和发挥作用。和发挥作用。和发挥作用。和发挥作用。结合结合结合结合（重组）（重组）（重组）（重组）过程：过程：过程：过程：思考思考这样得到的重组这样得到的重组这样得到的重组这样得到的重组DNADNA分子中的目分子中的目分子中的目分子中的目的基因在受体细的基因在受体细的基因在受体细的基因在受体细胞中容易表达吗胞中容易表达吗胞中容易表达吗胞中容易表达吗不容易表达不容易表达 多数目的基因片段仅仅是编码区，没有调多数目的基因片段仅仅是编码区，没有调控表达的序列（非编码区），非编码区的启动子和控表达的序列（非编码区），非编码区的启动子和终止子是基因表达必不可少的结构终止子是基因表达必不可
19、少的结构 即便是通过鸟枪法得到的结构完整基因，即便是通过鸟枪法得到的结构完整基因，但也因该基因启动子等与受体细胞的不亲和性导致但也因该基因启动子等与受体细胞的不亲和性导致不容易表达，只有使用受体生物自身基因的启动子不容易表达，只有使用受体生物自身基因的启动子才能比较有利于基因的表达才能比较有利于基因的表达细胞质遗传和基因工程u基因工程基因工程基因表达载体（容易表达目的基因的重组质基因表达载体（容易表达目的基因的重组质基因表达载体（容易表达目的基因的重组质基因表达载体（容易表达目的基因的重组质粒）的组成与构建粒）的组成与构建粒）的组成与构建粒）的组成与构建二者都是有标记基二者都是有标记基因和复制
20、原点两部因和复制原点两部分的分的DNA分子。表分子。表达载体在载体基础达载体在载体基础上增加了上增加了目的基因、目的基因、启动子、终止子启动子、终止子三三部分结构部分结构载体与表达载体的区别载体与表达载体的区别载体与表达载体的区别载体与表达载体的区别特别说明：在基因工程中，由于受体细胞的不特别说明：在基因工程中，由于受体细胞的不特别说明：在基因工程中，由于受体细胞的不特别说明：在基因工程中，由于受体细胞的不同，表达载体的构建也存在一定的差异同，表达载体的构建也存在一定的差异同，表达载体的构建也存在一定的差异同，表达载体的构建也存在一定的差异细胞质遗传和基因工程u基因工程基因工程3. 将目的基因
21、导入受体细胞将目的基因导入受体细胞受体细胞种类：受体细胞种类：受体细胞种类：受体细胞种类：大肠杆菌、枯草杆菌、土壤大肠杆菌、枯草杆菌、土壤大肠杆菌、枯草杆菌、土壤大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞等农杆菌、酵母菌和动植物细胞等农杆菌、酵母菌和动植物细胞等农杆菌、酵母菌和动植物细胞等将目的基因导入受体细胞的原理：借鉴将目的基因导入受体细胞的原理：借鉴将目的基因导入受体细胞的原理：借鉴将目的基因导入受体细胞的原理：借鉴细菌细菌细菌细菌或病毒侵染细胞或病毒侵染细胞或病毒侵染细胞或病毒侵染细胞的途径的途径的途径的途径导入受体细胞的具体方法举例导入受体细胞的具体方法举例导入受体细胞的具体
22、方法举例导入受体细胞的具体方法举例增大细胞壁的通透性增大细胞壁的通透性增大细胞壁的通透性增大细胞壁的通透性细胞质遗传和基因工程u基因工程基因工程4. 目的基因的检测与表达目的基因的检测与表达ABCD我们需要的是我们需要的是我们需要的是我们需要的是“D”“D”类受体细胞，怎样检测类受体细胞，怎样检测类受体细胞，怎样检测类受体细胞，怎样检测细胞质遗传和基因工程u基因工程基因工程分子水平的检测分子水平的检测分子水平的检测分子水平的检测分子水平的检测分子水平的检测检测目的基因是否插入了转基因生物染色体检测目的基因是否插入了转基因生物染色体检测目的基因是否插入了转基因生物染色体检测目的基因是否插入了转基
23、因生物染色体DNADNA上，这是目的基因能否在真核生物稳定遗上，这是目的基因能否在真核生物稳定遗上，这是目的基因能否在真核生物稳定遗上，这是目的基因能否在真核生物稳定遗传的关键。传的关键。传的关键。传的关键。若在细胞质中，能否稳定遗传？若在细胞质中，能否稳定遗传？若在细胞质中，能否稳定遗传？若在细胞质中，能否稳定遗传？方法：方法：方法：方法：DNADNA分子杂交技术，分子杂交技术，分子杂交技术，分子杂交技术，若显示出杂交带，则表明若显示出杂交带，则表明若显示出杂交带，则表明若显示出杂交带，则表明目的基因插入染色体目的基因插入染色体目的基因插入染色体目的基因插入染色体DNADNA中中中中细胞质遗
24、传和基因工程u基因工程基因工程个体水平鉴定个体水平鉴定个体水平鉴定个体水平鉴定检测目的基因是否转录出了检测目的基因是否转录出了检测目的基因是否转录出了检测目的基因是否转录出了mRNAmRNA，这，这，这，这是检测目的基因是否发挥作用的第一步是检测目的基因是否发挥作用的第一步是检测目的基因是否发挥作用的第一步是检测目的基因是否发挥作用的第一步方法：方法：方法：方法：DNA-RNADNA-RNA分子杂交，分子杂交，分子杂交，分子杂交，若显示出杂交若显示出杂交若显示出杂交若显示出杂交带，则表明目的基因转录形成带，则表明目的基因转录形成带，则表明目的基因转录形成带，则表明目的基因转录形成mRNAmRN
25、A检测目的基因是否翻译成蛋白质检测目的基因是否翻译成蛋白质检测目的基因是否翻译成蛋白质检测目的基因是否翻译成蛋白质方法：用相应的抗体进行方法：用相应的抗体进行方法：用相应的抗体进行方法：用相应的抗体进行抗原抗原抗原抗原- -抗体杂交，若有抗体杂交，若有抗体杂交，若有抗体杂交，若有杂交带，则表明目的基因表达形成蛋白质产品杂交带，则表明目的基因表达形成蛋白质产品杂交带，则表明目的基因表达形成蛋白质产品杂交带，则表明目的基因表达形成蛋白质产品抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等细胞质遗传和基因工程判断细胞核、质遗传的
26、方法判断细胞核、质遗传的方法根据基因存在的位置根据基因存在的位置根据杂交后代性状分离比根据杂交后代性状分离比多次杂交后代的性状分离比多次杂交后代的性状分离比多次杂交后代的性状分离比多次杂交后代的性状分离比始终不接近某始终不接近某始终不接近某始终不接近某一固定比值（质遗传）一固定比值（质遗传）一固定比值（质遗传）一固定比值（质遗传） 接近某一固定比接近某一固定比接近某一固定比接近某一固定比值（核遗传）值（核遗传）值（核遗传）值（核遗传）根据正反交结果分析根据正反交结果分析正反交后代结果不同，且正反交后代结果不同，且正反交后代结果不同，且正反交后代结果不同，且表现为母系遗传表现为母系遗传表现为母系遗传表现为母系遗传为质遗传为质遗传为质遗传为质遗传 否则为核遗传否则为核遗传否则为核遗传否则为核遗传u真核生物性状遗传方式真核生物性状遗传方式细胞质遗传和基因工程细胞质遗传和基因工程
