一基因工程的基本内容

基因工程简介基因工程简介第第 三三 节节1 1、青霉菌能产生对人类有用的抗生、青霉菌能产生对人类有用的抗生青霉素青霉素2 2、豆科植物的根瘤菌能够固定空气中的氮、豆科植物的根瘤菌能够固定空气中的氮3 3、人的胰岛细胞能分泌胰岛素调节血糖的浓度、人的胰岛细胞能分泌胰岛素调节血糖的浓度 4 4、奶牛吃进去的是草，挤出来的是奶、奶牛吃进去的是草，挤出来的是奶5 5、转基因山羊产的奶，可以制成防弹背心、转基因山羊产的奶，可以制成防弹背心一一 基因工程的基本内容基因工程的基本内容 主要内容主要内容1 1）基因工程的概念）基因工程的概念2 2）基因操作的工具）基因操作的工具3 3）基因操作的基本步骤）基因操作的基本步骤 什么叫基因工程？什么叫基因工程？基因工程又叫基因工程又叫基因拼接技术基因拼接技术或或DNADNA重重 组技术组技术。该技术是在。该技术是在生物体外生物体外，通过对，通过对 DNADNA分子进行人工分子进行人工“ “剪切剪切” ”和和“ “拼接拼接” ”，对生，对生 物的基因进行物的基因进行改造改造和和重新组合重新组合，然后，然后导入导入 受体细胞受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在内进行无性繁殖，使重组基因在 受体细胞内受体细胞内表达表达，产生出人类所需要的，产生出人类所需要的基基 因产物因产物。（一）基因工程的概念（一）基因工程的概念（一）基因工程的概念（一）基因工程的概念基因工程的别名基因工程的别名操作环境操作环境操作对象操作对象操作水平操作水平基本过程基本过程结果结果基因拼接技术或基因拼接技术或DNADNA重组技术重组技术生物体外生物体外基因基因DNADNA分子水平分子水平人类需要的基因产物人类需要的基因产物剪切剪切 拼接拼接 导入导入 表达表达实质实质基因重组基因重组 基因工程培育抗虫棉的简要过程：基因工程培育抗虫棉的简要过程：（一）基因工程的概念（一）基因工程的概念普通棉花普通棉花( (无抗虫特性无抗虫特性) )苏云金芽孢杆菌苏云金芽孢杆菌提取提取抗虫基因抗虫基因与与运载体运载体DNADNA拼接拼接导入导入棉花细胞棉花细胞( (含抗虫基因含抗虫基因) )棉花植株棉花植株( (有抗虫特性有抗虫特性) ) 上述培育抗虫棉的关键步骤是什么？上述培育抗虫棉的关键步骤是什么？（一）基因工程的概念（一）基因工程的概念 基因工程培育抗虫棉的关键步骤：基因工程培育抗虫棉的关键步骤：关键步骤一：关键步骤一：抗虫基因从苏云金芽孢杆菌抗虫基因从苏云金芽孢杆菌 细胞内细胞内提取出来提取出来关键步骤二：关键步骤二：抗虫基因抗虫基因与运载体与运载体DNADNA连接连接关键步骤三：关键步骤三： 抗虫基因抗虫基因导入受体导入受体( (棉花棉花) )细胞细胞 解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？（二）基因操作的工具（二）基因操作的工具关键步骤一的工具：关键步骤一的工具：关键步骤二的工具：关键步骤二的工具：关键步骤三的工具：关键步骤三的工具：基因的基因的剪刀剪刀限制性内切酶限制性内切酶基因的基因的针线针线DNADNA连接酶连接酶基因的基因的运载工具运载工具运载体运载体 基因的剪刀基因的剪刀限制性内切酶（简称限制酶）限制性内切酶（简称限制酶）（二）基因操作的工具（二）基因操作的工具作用位置：作用位置：DNADNA链的磷酸二酯键链的磷酸二酯键分布：主要在微生物中。分布：主要在微生物中。作用特点：特异性，即识别特定核苷酸序列作用特点：特异性，即识别特定核苷酸序列 ，切割特定切点，切割特定切点结果：产生黏性未端（碱基互补配对）。结果：产生黏性未端（碱基互补配对）。 基因的剪刀基因的剪刀限制性内切酶（简称限制酶）限制性内切酶（简称限制酶）大肠杆菌大肠杆菌( (E.coliE.coli) )的一种限制酶的一种限制酶能识别能识别 GAATTCGAATTC序列序列，并在，并在GG和和A A之间切开。之间切开。限制酶限制酶 基因的剪刀基因的剪刀限制性内切酶（简称限制酶）限制性内切酶（简称限制酶）限制限制 酶酶 什么叫黏性末端？什么叫黏性末端？（二）基因操作的工具（二）基因操作的工具被限制酶切开的被限制酶切开的DNADNA两条单链的切口两条单链的切口 ，带有几个伸出的核苷酸，他们之间正好，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。互补配对，这样的切口叫黏性末端。（二）基因操作的工具（二）基因操作的工具 如果把两种来源不同的如果把两种来源不同的DNADNA用同一种限制酶用同一种限制酶 来切割，会怎样呢？来切割，会怎样呢？会产生相同的黏性末端，然后让两者的会产生相同的黏性末端，然后让两者的 黏性末端黏合起来，就黏性末端黏合起来，就似乎似乎可以合成重组的可以合成重组的 DNADNA分子了。分子了。（二）基因操作的工具（二）基因操作的工具 基因的针线基因的针线DNADNA连接酶连接酶连接的部位：磷酸二酯键（梯子的扶手）连接的部位：磷酸二酯键（梯子的扶手）不是氢键（梯子的踏板）不是氢键（梯子的踏板）结果：两个相同的黏性未端的连接。结果：两个相同的黏性未端的连接。 外源基因外源基因( (如抗虫基因如抗虫基因) )怎样才能导入受体细怎样才能导入受体细 胞胞( (如棉花细胞如棉花细胞) )？导入过程需要运输工具导入过程需要运输工具运载体运载体 运载体的作用有哪些？运载体的作用有哪些？作用一：作为运载工具，将外源基因转移到作用一：作为运载工具，将外源基因转移到受体细胞中去。受体细胞中去。作用二：利用运载体在受体细胞内，作用二：利用运载体在受体细胞内，对外源基因进行大量复制。对外源基因进行大量复制。 作为运载体必须具备哪些条件？作为运载体必须具备哪些条件？1 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 2）具多个限制酶切点，以便与外源基因连接。）具多个限制酶切点，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。 基因的运载工具基因的运载工具运载体：运载体：常用的运载体主要有两类：常用的运载体主要有两类：1 1）细菌细胞质的）细菌细胞质的质粒质粒2 2）噬菌体噬菌体或某些或某些动植物病毒动植物病毒 质粒：质粒：质粒是染色体外能够进行质粒是染色体外能够进行自主复制自主复制的的 遗传单位，包括真核生物的细胞器和细菌遗传单位，包括真核生物的细胞器和细菌 细胞中核区外的细胞中核区外的DNADNA分子。现在习惯上用分子。现在习惯上用 来专指细菌、酵母菌和放线菌等生物中来专指细菌、酵母菌和放线菌等生物中核核 以外的以外的DNADNA分子分子。质粒质粒是基因工程是基因工程最常用最常用的的运载体运载体。绝大多数细菌质粒都是绝大多数细菌质粒都是闭合环状闭合环状DNADNA 分子分子。有的一个细菌中有一个，有的一个。有的一个细菌中有一个，有的一个 细菌中有多个。细菌中有多个。 大肠杆菌的质粒：大肠杆菌的质粒：最常用的质粒最常用的质粒是是大大 肠杆菌的质粒肠杆菌的质粒，其中常，其中常 含有含有抗药基因抗药基因，如四环，如四环 素的标记基因。素的标记基因。质粒的存在与否对质粒的存在与否对 宿主细胞生存没有决定宿主细胞生存没有决定 性作用，但复制只能在性作用，但复制只能在 宿主细胞内成。宿主细胞内成。质粒的特点：质粒的特点：质粒是基因工程中最常用的运载体质粒是基因工程中最常用的运载体最常用的质粒是大肠杆菌的质粒。最常用的质粒是大肠杆菌的质粒。 存在于许多细菌及酵母菌等生物中。存在于许多细菌及酵母菌等生物中。质粒的存在对宿主细胞无影响。质粒的存在对宿主细胞无影响。质粒的复制只能在宿主细胞内完成。质粒的复制只能在宿主细胞内完成。细胞染色体外能自主复制的小型环状细胞染色体外能自主复制的小型环状DNADNA分子分子 四个基本步骤：四个基本步骤：（三）基因操作的基本步骤（三）基因操作的基本步骤1 1）提取目的基因）提取目的基因2 2）目的基因与运载体结合）目的基因与运载体结合3 3）将目的基因导入受体细胞）将目的基因导入受体细胞4 4）目的基因的检测和表达）目的基因的检测和表达 目的基因目的基因（三）基因操作的基本步骤（三）基因操作的基本步骤目的基因是人们所目的基因是人们所需要转移需要转移或或改造改造的基因。的基因。如苏云金芽孢杆菌的如苏云金芽孢杆菌的抗虫基因抗虫基因，还有，还有 植物的植物的抗病抗病（抗病毒抗病毒、抗细菌抗细菌）基因基因、种、种 子子贮藏蛋白的基因贮藏蛋白的基因，以及人的，以及人的胰岛素基因胰岛素基因 、干扰素基因干扰素基因等。等。 目的基因的提取方法目的基因的提取方法（三）基因操作的基本步骤（三）基因操作的基本步骤直接分离基因直接分离基因人工合成基因人工合成基因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DNADNA：鸟枪法鸟枪法 步骤一：目的基因的提取步骤一：目的基因的提取1 1）鸟枪法（散弹射击法）：）鸟枪法（散弹射击法）：用用限制酶限制酶将将供体细胞供体细胞中的中的DNADNA切成许多切成许多 片段片段，将这些片段分别，将这些片段分别载入运载体载入运载体，然后通，然后通 过运载体分别转入不同的受体细胞，让供体过运载体分别转入不同的受体细胞，让供体 细胞提供的外源细胞提供的外源DNADNA的所有片段分别在各个的所有片段分别在各个 受体细胞受体细胞中中大量复制大量复制（即（即扩增扩增），从中），从中找出找出 含有目的基因含有目的基因的细胞，再利用一定发方法将的细胞，再利用一定发方法将 目的基因的目的基因的DNADNA片段片段分离分离出来。出来。 步骤一：目的基因的提取步骤一：目的基因的提取2 2）反转录法：）反转录法：以目的基因转录成的以目的基因转录成的 信使信使RNARNA为模板，反转为模板，反转 录成互补的单链录成互补的单链DNADNA， 然后在酶的作用下合成然后在酶的作用下合成 双链双链DNADNA，从而获得所从而获得所 需的基因。需的基因。目的基因的目的基因的mRNAmRNA单链单链DNA(cDNADNA(cDNA) )双链双链DNADNA ( (即目的基因即目的基因) )反转录反转录合成合成 步骤一：目的基因的提取步骤一：目的基因的提取3 3）根据已知的氨基酸序列合成）根据已知的氨基酸序列合成DNADNA法法 ：蛋白质的氨基酸序列蛋白质的氨基酸序列mRNAmRNA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推测推测推测推测目的基因目的基因化学合成化学合成 上述三种目的基因提取的方法有何优缺点？上述三种目的基因提取的方法有何优缺点？优 点缺 点鸟枪法反转录法根据已知氨基酸 合成DNA法操作简便操作简便 广泛使用广泛使用工作量大，盲目，分工作量大，盲目，分 离出来的有时并非一离出来的有时并非一 个基因个基因专一性强专一性强操作过程麻烦，操作过程麻烦，mRNAmRNA 很不稳定，要求的技很不稳定，要求的技 术条件较高术条件较高专一性最强专一性最强仅限于合成核苷酸对仅限于合成核苷酸对 较少的简单基因较少的简单基因 哪些新技术能大大简化基因工程的操作技术？哪些新技术能大大简化基因工程的操作技术？ 1 1）DNADNA序列自动测序仪：序列自动测序仪：2 2）PCRPCR技术技术：对提取出来的对提取出来的 基因进行核苷酸基因进行核苷酸 序列分析。序列分析。使目的基因的片使目的基因的片 段在短时间内成百段在短时间内成百 万倍地扩增。万倍地扩增。 步骤二步骤二：目的基因与运载体重组目的基因与运载体重组1 1）用一定的限制酶切割质粒，使其出现一个）用一定的限制酶