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1、第1课时 基因工程的工具,能否让禾本科的植物也能够固定空气中的氮？,能否让细菌“吐出”蚕丝？,能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素等珍贵的药物？,经过多年的努力，科学家于20世纪70年代创立了可以定向改造生物的新技术基因工程。,1.通过观察图像、查阅资料，了解基因工程的诞生历程，说出基因工程的概念；2.通过阅读文本、观察图片、师生交流，说出DNA重组技术所需的三种基因工具的作用。,一、基因工程的概念,基因工程又叫DNA重组技术。该技术是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物
2、。,基因重组,生物体外,基因,DNA分子水平,按照人类需要定向改造生物遗传特性,剪切,拼接,导入,表达,深化探究,请列举基因重组的类型。,提示(1)真核生物有性生殖过程中，减数分裂时发生的基因重组：交叉互换型、自由组合型。(2)肺炎双球菌转化实验中发生的基因重组：S型细菌的DNA进入R型细菌并使R型细菌转化为S型细菌。(3)基因工程是人工操作导致的基因重组。,1理论与技术基础的发展：1953年：沃森和克里克建立DNA分子双螺旋结构模型。1957年：科恩伯格等首次发现。1958年：梅塞尔森和斯塔尔发现 的机理。克里克提出中心法则。1961-1966年：尼伦伯格和霍拉纳等破译遗传密码。1967年：
3、罗思和赫林思基等发现运转工具 和。1970年：特明和巴尔的摩各自在RNA病毒中发现逆转录酶。史密斯等人分离到 酶。1977年：桑格首次完整基因组的测序工作。,二、基因工程的发展历程,DNA聚合酶,DNA半保留复制,质粒,DNA连接酶,逆转录,2重组DNA技术的发展：1972年科学家伯格等实验：世界上首次DNA分子体外重组1973年科学家科恩等实验科恩和博耶合作：实现了不同物种间DNA重组实验。意义：打破了传统的种间遗传物质不能交换的重重壁垒，开创了基因工程,二、基因工程的发展历程,提取,抗虫基因,棉花细胞,与运载体DNA拼接，导入,(含抗虫基因),基因工程培育抗虫棉的简要过程,如何将苏云金芽孢
4、杆菌细胞内的抗虫基因从它的DNA分子中切割下来？,如何将切下来的抗虫基因与运载体DNA连接起来？,如何将重组的DNA运送到棉花细胞？,需要切割DNA的工具（分子手术刀）,需要连接DNA片断的工具（分子针线）,需要基因转移的工具（分子搬运工）,限制性核酸内切酶,DNA连接酶,基因载体,思 考,1、限制性核酸内切酶（简称限制酶）,能够识别和切割DNA分子内一小段特殊核苷酸序列的酶。,含义：,主要从原核生物中分离得到,来源：,磷酸与脱氧核糖之间的磷酸二酯键,作用部位：,有专一性。即一种限制酶只能识别一种特定核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子。,作用特点：,产生黏性末端或平末端,作用结果：,三
5、、基因工程的基本工具,EcoRI,识别GAATTC序列，并在G和A之间切开,限制酶在切断DNA时，可在切口处带有几个伸出的核苷酸，他们之间碱基正好互补配对，因此称这些片断为黏性末端。,A,A,T,T,G,C,C,T,T,A,A,G,3,5,3,3,5,5,5,3,某限制酶的识别序列和切点是GATC。在目的基因的两侧各有一个酶的切点。用该限制酶切割含有目的基因的DNA。请画出目的基因两侧被限制酶切割后所形成的黏性末端。,要想获得某个特定性状的基因必须用限制性核酸内切酶切几个切口？可产生几个黏性末端？切断几个磷酸二酯键？,切两个切口，产生四个黏性末端。4个,如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶
6、来切割，会怎样呢？,会产生相同的黏性末端。,思 考,Sma,识别CCCGGG序列，并在C和G之间切开,限制酶从识别序列的中心轴线处切开时，切开的DNA两条单链的切口，是平整的，这样的切口叫平末端。,A,A,T,T,G,C,C,T,T,A,A,G,3,5,3,3,5,5,5,3,例：限制酶是一种核酸切割酶，可辨识并切割DNA分子上特定的脱氧核苷酸序列。如图所示为四种限制酶BamH、EcoR、Hind以及Bgl的识别序列，箭头表示每一种限制酶的特定切割位点，切割出来的DNA片段末端可以互补黏合的是(限制酶)，其正确的末端互补序列应该为A.BamH和EcoR；末端互补序列为AATTB.BamH和Hi
7、nd；末端互补序列为GATCC.EcoR和Hind；末端互补序列为AATTD.BamH和Bgl；末端互补序列为GATC,2、DNA连接酶,两条链的骨架部分，形成磷酸二酯键,连接部位：,具有相同黏性末端的两个DNA片段连接起来，形成重组DNA分子。,结果：,三、基因工程的基本工具,可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，,Ecoli DNA连接酶或T4DNA连接酶,即恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键,T4 DNA连接酶还可把平末端之间的缝隙“缝合”起来，但效率较低,用DNA连接酶连接两个相同的黏性未端要形成几 个磷酸二酯键？,2个,DNA连接酶和DNA聚合酶有什么不同？,DNA连接酶是
8、连接两个DNA片段；将单个脱氧核糖核苷酸依次连接到单链末端,外源基因（如抗虫基因）怎样才能运送到受体细胞（如棉花细胞）？,需要“分子搬运工”基因进入受体细胞的载体,思 考,解旋酶和DNA聚合酶的作用,3、基因载体（载体）,作为运载工具，将外源基因送入受体细胞。,作用：,质粒（最常用）、噬菌体的衍生物和某些动植物病毒,种类：,三、基因工程的基本工具,本质：质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，并具有自我复制能力的很小的双链环状DNA分子。,质粒作为载体所具备的条件和原因：,常用载体质粒,自我复制或整合到染色体DNA上,限制酶切割,标记基因,鉴定和选择,基因工程培育抗虫棉的简要过程:,苏云金芽孢杆菌,提取,抗虫基因,与载体DNA拼接,导入,普通棉花（无抗虫特性）,棉花细胞（含抗虫基因）,棉花植株（有抗虫特性）,深化探究,1.为什么不同生物的DNA可拼接在一起？,提示几乎所有生物的DNA分子都是由4种脱氧核苷酸形成的规则的双螺旋结构。,2.一种生物的基因可在不同生物体内表达的原因是什么？,提示所有生物都共用一套遗传密码。,3.目的基因为什么可在受体细胞内独立表达？,提示基因是控制生物性状的结构和功能单位，具有相对独立性。,
