(优选)我的课件食品生物技术第二章基因工程与食品产业

（优选）我的课件食品生物技（优选）我的课件食品生物技术第二章术第二章 基因工程与食品产业基因工程与食品产业n n第一节第一节 基因工程概述基因工程概述n n第二节第二节 DNA分子的提取技术分子的提取技术n n第三节第三节 工具酶和基因载体工具酶和基因载体n n第四节第四节 基因工程的基本技术基因工程的基本技术n n第五节第五节 基因工程在食品产业中的应用基因工程在食品产业中的应用n n70年代初，伯格与他的同事们利用限制性内年代初，伯格与他的同事们利用限制性内切酶将细菌与病毒的基因连接在一起，首切酶将细菌与病毒的基因连接在一起，首次实现用两个不同物种重组次实现用两个不同物种重组DNA，为基因，为基因工程奠定了基础。工程奠定了基础。第一节第一节基因工程概述基因工程概述n n1973年，科恩（年，科恩（S.Cohen）等把含有四环素）等把含有四环素和链霉素的质粒拼接起来，构成一个重组和链霉素的质粒拼接起来，构成一个重组质粒，并将该重组质粒转入大肠杆菌，第质粒，并将该重组质粒转入大肠杆菌，第一次完整地建立起了基因克隆体系。一次完整地建立起了基因克隆体系。n n基因工程的概念基因工程的概念n n基因工程的发展史基因工程的发展史基因工程的概念基因工程的概念n n按照人们的意愿，进行设计，通过体外按照人们的意愿，进行设计，通过体外DNA重组技术和转基因等技术，有目的的重组技术和转基因等技术，有目的的改造生物种性，表达出人类需要的产品或改造生物种性，表达出人类需要的产品或性状或产生新的物种性状或产生新的物种。基因工程的理论基础基因工程的理论基础n n不同基因具有相同的物质基础不同基因具有相同的物质基础n n基因可切割基因可切割n n基因可转移基因可转移n n多肽与基因之间存在对应关系多肽与基因之间存在对应关系n n遗传密码是通用的遗传密码是通用的n n基因可以通过复制把遗传信息传递给下一代基因可以通过复制把遗传信息传递给下一代基因工程的研究内容基因工程的研究内容在分子水平上，提取或合成不同生物的在分子水平上，提取或合成不同生物的遗传物质，在体外进行切割、再和某一载体遗传物质，在体外进行切割、再和某一载体进行拼接重组，然后再将重组的进行拼接重组，然后再将重组的DNA导入宿导入宿主细胞内，最后实现目的基因稳定复制和表主细胞内，最后实现目的基因稳定复制和表达的过程。达的过程。Mendel G.J.(1822-1884).1856-1864豌豆杂交实验。MendelMendel的遗传因子阶段的遗传因子阶段基因工程基因工程的发展历程的发展历程1866年发表论文，提出分年发表论文，提出分离规律和独立分配规律离规律和独立分配规律1900年年Mendel遗传规律遗传规律被重新发现被重新发现遗传学的元年遗传学的元年Mendel提出：生物的某种性状提出：生物的某种性状是由遗传因子负责传递的，是颗是由遗传因子负责传递的，是颗粒性的，体细胞内成双存在，生粒性的，体细胞内成双存在，生殖细胞内成单存在。遗传因子是殖细胞内成单存在。遗传因子是决定性状的抽象符号。决定性状的抽象符号。1909年丹麦遗传学家年丹麦遗传学家约翰逊约翰逊首先提出了首先提出了“基因基因”的概的概念，代替了念，代替了Mendel“遗遗传因子传因子”的的概念。但没概念。但没有提出基因的物质概念。有提出基因的物质概念。1910年以后，年以后，Morgan等提出了基因的连锁遗传规等提出了基因的连锁遗传规律。说明了基因是在染色体上占有一定空间的实体。律。说明了基因是在染色体上占有一定空间的实体。基因不再是抽象符号，被赋予物质内涵。基因不再是抽象符号，被赋予物质内涵。连锁遗传规律的提出顺反子阶段顺反子阶段19571957年年，本本泽泽尔尔（Seymour Seymour BenzerBenzer）以以T4T4噬噬菌菌体体为为材材料料，在在DNADNA分分子子水水平平上上研研究究基基因因内内部部的的精精细细结结构构，提提出出了了顺顺反反子子（cistroncistron）概念。概念。顺顺反反子子是是1 1个个遗遗传传功功能能单单位位，1 1个个顺顺反反子子决定决定1 1条多肽链。条多肽链。现代基因阶段现代基因阶段 1操纵子操纵子（启动子操纵基因结构基因）（启动子操纵基因结构基因）-原核基因原核基因现代基因阶段现代基因阶段2 2断裂基因断裂基因断裂基因断裂基因 1 1个基因被间隔区分成不连续的若干区段，这种编码序个基因被间隔区分成不连续的若干区段，这种编码序个基因被间隔区分成不连续的若干区段，这种编码序个基因被间隔区分成不连续的若干区段，这种编码序列不连续的间断基因被称为断裂基因。列不连续的间断基因被称为断裂基因。列不连续的间断基因被称为断裂基因。列不连续的间断基因被称为断裂基因。-真核基因真核基因真核基因真核基因3 3 3 3假基因假基因假基因假基因 不能合成出功能蛋白质的失活基因不能合成出功能蛋白质的失活基因不能合成出功能蛋白质的失活基因不能合成出功能蛋白质的失活基因 。4 4 4 4重叠基因重叠基因重叠基因重叠基因 不同基因的核苷酸序列有时是可以共用的不同基因的核苷酸序列有时是可以共用的不同基因的核苷酸序列有时是可以共用的不同基因的核苷酸序列有时是可以共用的 即重叠的即重叠的即重叠的即重叠的DNA分子中含有特定遗传信息的能够自分子中含有特定遗传信息的能够自我复制的一段核苷酸序列，是遗传物质的最小我复制的一段核苷酸序列，是遗传物质的最小功能单位。功能单位。基因的概念基因的概念一、基因工程的研究发一、基因工程的研究发展史展史n n一般认为一般认为一般认为一般认为19731973年是基因工程诞生的元年年是基因工程诞生的元年年是基因工程诞生的元年年是基因工程诞生的元年（S.CohenS.Cohen等获得了卡那霉素和四环素双抗性的转等获得了卡那霉素和四环素双抗性的转等获得了卡那霉素和四环素双抗性的转等获得了卡那霉素和四环素双抗性的转化子菌落化子菌落化子菌落化子菌落)理论上理论上理论上理论上的的的的三大发现三大发现三大发现三大发现和和和和技术上技术上技术上技术上的的的的三大三大三大三大发发发发现现现现对于对于对于对于 基因工程的诞生起到了决定性的作用基因工程的诞生起到了决定性的作用基因工程的诞生起到了决定性的作用基因工程的诞生起到了决定性的作用技术上的三大发现技术上的三大发现1、工具酶的发现和应用2、DNA连接酶的发现 T4噬菌体连接酶的发现3、载体的发现及其应用、载体的发现及其应用基因工程的成就和研究进展基因工程的成就和研究进展成就：成就：qq在医药领域在医药领域qq在农业领域在农业领域qq在工业领域在工业领域研究进展研究进展第二节第二节 DNA分子的提取技术分子的提取技术nShotgun：将将某种生物体的全基因组或单一染色体切某种生物体的全基因组或单一染色体切成大小适宜的成大小适宜的DNA片段，分别连接到载体片段，分别连接到载体DNA上转化上转化受体细胞，形成一套重组克隆，从中筛选含有目的基因的受体细胞，形成一套重组克隆，从中筛选含有目的基因的期望期望重组子，进而重组子，进而获得目的获得目的基因，也叫做散弹射击法。基因，也叫做散弹射击法。鸟枪法克隆目的基因的局限性鸟枪法克隆目的基因的局限性随随机机性性强强，工工作作量量较较大大，需需要要了了解解目目的的基基因因的的背景知识背景知识不能获得最小长度的目的基因不能获得最小长度的目的基因不能除去真核生物目的基因的内含子结构不能除去真核生物目的基因的内含子结构什么叫做什么叫做cDNAcDNA文库？文库？n n定义：以定义：以定义：以定义：以mRNAmRNAmRNAmRNA为模板，在体外经逆转录酶催化反转为模板，在体外经逆转录酶催化反转为模板，在体外经逆转录酶催化反转为模板，在体外经逆转录酶催化反转录生成录生成录生成录生成cDNAcDNAcDNAcDNA，与适当载体连接后转化受体菌并繁殖，与适当载体连接后转化受体菌并繁殖，与适当载体连接后转化受体菌并繁殖，与适当载体连接后转化受体菌并繁殖扩增，这样包含着细胞全部扩增，这样包含着细胞全部扩增，这样包含着细胞全部扩增，这样包含着细胞全部mRNAmRNAmRNAmRNA信息的信息的信息的信息的cDNAcDNAcDNAcDNA克隆集克隆集克隆集克隆集合称为该组织细胞的合称为该组织细胞的合称为该组织细胞的合称为该组织细胞的cDNAcDNAcDNAcDNA文库。文库。文库。文库。n n可认为是：不包含内含子的基因组文库。可认为是：不包含内含子的基因组文库。可认为是：不包含内含子的基因组文库。可认为是：不包含内含子的基因组文库。构建构建cDNAcDNA文库的基本步骤：文库的基本步骤：制备制备mRNA；第一链第一链cDNA合成；合成；第二链第二链cDNA的合成；的合成；双链双链cDNA的修饰及克隆；的修饰及克隆；对构建的对构建的cDNA文库进行鉴定，测定文库的代文库进行鉴定，测定文库的代表性以及重组表性以及重组cDNA片段的序列完整性。片段的序列完整性。cDNA文库的特点文库的特点（1）不含内含子序列。）不含内含子序列。（2）可以在细菌中直接表达。）可以在细菌中直接表达。（3）包含了同一时期所有编码蛋白质的基因。）包含了同一时期所有编码蛋白质的基因。（4）比基因文库小的多，复杂性低，容易构建。）比基因文库小的多，复杂性低，容易构建。定义：定义：PCR技术又称聚合酶链式反应（技术又称聚合酶链式反应（polymerase chain reaction)，是通过模拟体内，是通过模拟体内 DNA 复制的复制的 方式，在体外选择性地将方式，在体外选择性地将 DNA 某个特殊区域扩某个特殊区域扩 增出来的技术。增出来的技术。nPCR技术技术:PCR概念的提出概念的提出n n19831983，Kary MullisKary Mullis1 1 1 1、PCRPCRPCRPCR技术的基本原理技术的基本原理技术的基本原理技术的基本原理在微量离心管中在微量离心管中,加入适量的缓冲液加入适量的缓冲液,微量的模板微量的模板DNA,DNA,四种脱四种脱氧单核苷酸氧单核苷酸,耐热性多聚酶耐热性多聚酶,一对合成一对合成DNADNA的引物的引物,通过通过高温变高温变性、低温退火性、低温退火和和中温延伸中温延伸三个阶段为一个循环的反应过程三个阶段为一个循环的反应过程,每每一次循环使特异区段的基因拷贝数放大一倍一次循环使特异区段的基因拷贝数放大一倍,一般样品是经过一般样品是经过3030次循环次循环,最终使基因放大了数百万倍最终使基因放大了数百万倍;扩增了特异区段的扩增了特异区段的DNADNA带。带。一、一、PCRPCR技术的基本原理和工作方式技术的基本原理和工作方式94949494变性变性变性变性 50-6550-65退火退火退火退火72延伸延伸延伸延伸2.PCR反应过程：反应过程：20-40个个PCR循环循环PCRPCR用途广泛用途广泛生命学科生命学科医学工程医学工程遗传工程遗传工程疾病诊断疾病诊断法医学法医学考古学考古学定定义：某种生物基因：某种生物基因组的全部的全部遗传信息通信息通过克克隆隆载体体储存于某一受体菌的群体中，存于某一受体菌的群体中，这个群体个群体就称就称为该生物基因生物基因组的文的文库(genomic library)。目的：目的：a）分离有用的目的）分离有用的目的基因基因基因基因 b）保存某种生物的全部）保存某种生物的全部）保存某种生物的全部）保存某种生物的全部基因基因基因基因一般流程一般流程基因组基因组DNA文库构建的程序文库构建的程序 载体载体DNA的制备；的制备；基因组基因组DNA的提取；的提取；基因组基因组DNA的部分酶切、分离与回收；的部分酶切、分离与回收；载体与外源片段的连接与转化或侵染宿主细载体与外源片段的连接与转化或侵染宿主细胞；胞；重组克隆的挑选和保存。重组克隆的挑选和保存。食品食品中中DNA的提取的提取n n主要用于转基因食品检测主要用于转基因食品检测n n提取方法主要有提取方法主要有SDS法和法和CTAB法，但提取