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1、第一课时,一、DNA的结构,观察，思考：DNA分子中，外侧由什么连接而成？内侧是什么？两条链之间碱基的连接有什么规律？构成DNA的两条链有怎样的关系？,定向基因改造设想,设想一,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？,设想二,能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素等珍贵的药物？,设想三,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。,基因工程,简述基因工程的概念举例说出基因工程的工具 简述基因工程的一般过程与技术,本课聚焦:,一、基因工程的诞生和发展,理论：,DNA是遗传物质的证明,DNA双螺旋结构和中心法则的确立,遗传密码的破译,
2、技术：,基因转移载体的发现,工具酶的发现,DNA合成和测序技术的发明,DNA体外重组的实现,重组DNA表达实验的成功,第一例转基因动物的问世,PCR技术的发明,原 理：,操作水平：,结 果：,目的基因,基因重组,DNA分子水平,定向地改造生物的遗传性状：按照人们的愿望，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。,二、基因工程的概念,手 段：,体外DNA重组和转基因技术。,基因工程培育抗虫棉的简要过程：,普通棉花(无抗虫特性),苏云金芽孢杆菌,提取,抗虫基因,棉花细胞(含抗虫基因),棉花植株(有抗虫特性),上述培育抗虫棉的关键步骤是什么？,重组DNA,导入,形成,基因工程培育抗虫棉的关键
3、步骤：,关键步骤一：,抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内提取出来,关键步骤二：,形成重组DNA,关键步骤三：,重组DNA导入受体(棉花)细胞,解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？,关键步骤一的工具：,关键步骤二的工具：,关键步骤三的工具：,分子手术刀限制性内切酶,分子缝合针DNA连接酶,分子运输车运载体,EcoliI限制酶,三、基因操作的工具,1.基因的“剪刀”限制性内切酶（限制酶）,被限制酶切开的DNA两条单链的切口，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。,一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切割点上切割DNA分子。具有专一性,被同一种限制酶切断的几个
4、DNA是否具有相同的黏性末端？,思考:,、基因的针线DNA连接酶,连接酶的作用是：将互补配对的两个黏性末端连接起来，使之成为一个完整的DNA分子。,A,A,T,T,G,C,C,T,T,A,A,G,GAATTCCGTAGAATTCGGATT,尝试写出下列序列受EcoliI内切酶作用后的黏性末端,CTTCATGAATTCCCTAA,GAAGTACTTAAGGGATT,CTTAAGGCATCTTAAGCCTAA,练一练:,常用的运载体：质粒、噬菌体和动植物病毒等,质粒存在于许多细菌和酵母菌等生物中,是细胞染色体外能够自主复制的很小的环状DNA分子.,3、基因的运输工具,运载体,3、基因的运输工具,运
5、载体,作用：运载体具备的条件：常用的运载体：,将目的基因送入受体细胞。,.能在宿主细胞中复制并稳定地保存。.具有多个酶切点以便与外源基因连接。.具有某些标记基因，便于进行筛选。,质粒、噬菌体和动植物病毒,动动手:,目的要求：模拟重组DNA分子的操作过程,说出其基本原理,材料用具：两种有不同碱基序列颜色的硬纸板,剪刀(代表EcoliI),透明胶带,方法步骤：,重组DNA分子的模拟操作,思考与讨论：,该过程中,如果碱基不能配对,你认为是什么原因造成的?,1、分别从两纸板上找出EcoliI的切割位点进行切割.2、将白色纸板的DNA片段重组到彩色纸板切口处.3、用透明胶带将切口黏结起来.,第二课时,（
6、三）基因工程的工具,（1）基因的剪刀,限制性内切酶,一种酶识别并切割一种特定的核苷酸序列,黏性末端,黏性末端,问题1.该限制酶识别的核苷酸序列为：该限制酶识别的切点是：该限制酶剪切的化学键是：,GAATTC,GA,磷酸二酯键,（2）基因的针线,DNA连接酶,使两条DNA黏性末端连接起来,DNA连接酶,问题2.DNA连接酶连接的对象是：,磷酸二酯键,黏性末端,黏性末端,（3）基因的运输工具,运载体,质粒,抗生素抗性基因,大型环状DNA,控制质粒DNA转移的基因,四、基因工程的基本操作,1、目的基因的获取,2、运载体的构建,3、目的基因导入受体细胞,4、目的基因的检测与鉴定,1、目的基因的获取,（
7、1）从基因文库中获取目的基因,（2）人工合成：DNA合成仪,将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因，称为基因文库。,有基因组文库和部分基因文库（如cDNA文库）,基因文库,基因组文库：将某种生物体内的DNA全部提取出来，选用适当的限制酶，将DNA切成一定范围大小的DNA片段，然后，将这些DNA片段分别与载体连接起来，导入受体菌的群体中储存，每个受体菌都含有了一段不同的DNA片段。这个群体包含了这种生物的所有的基因，叫做这种生物的基因组文库。,CDNA文库如果用某种生物发育的某个时期的MRNA反转录产生的多种互补DNA（CDNA）片
8、段，与载体连接后储存在一个受体菌群中，那么，这个受体菌群体叫这种生物的CDNA文库。,四、基因工程的基本操作,2、运载体的构建,3、目的基因导入受体细胞,1、目的基因的获取,4、目的基因的检测与鉴定,PCR技术,在生物体外复制DNA片段的核酸合成技术,原理：目的：前提：过程：,扩增目的基因,DNA双链复制,有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根据这一序列合成引物。,DNA模板 DNA解链 引物结合到互补DNA（DNA聚合酶）,目的基因与运载体结合,带目的基因的DNA,质粒与目的基因黏性末端相同,带目的基因的重组质粒,DNA连接酶,质粒,DNA重组,2、运载体的构建,3、目的基因导入受体细胞,（
9、1）将目的基因导入植物细胞,（2）将目的基因导入动物细胞,（3）将目的基因导入微生物细胞,常用农杆菌转化法,常用显微注射法,常用大肠杆菌转化,体细胞,受精卵,用Ca2处理细胞,（1）将目的基因导入植物细胞,4、目的基因的检测与鉴定,DNA,mRNA,蛋白质,特性（抗虫或抗病）,活性比较,分子水平,个体水平,DNA分子杂交技术,分子杂交技术,抗原抗体杂交,抗 虫或抗病的接种实验,与天然产品比较,DNA分子杂交技术,DNA分子杂交技术,原理：,工具：,碱基互补配对原则,基因探针,现象：,杂交带,现有一长度为1000碱基对(by）的DNA分子，用限制性核酸内切酶Eco R1酶切后得到的DNA分子仍是
10、1000 by，用Kpn1单独酶切得到400 by和600 by两种长度的DNA分子，用EcoRI,Kpnl同时酶切后得到200 by和600 by两种长度的DNA分子。该DNA分子的酶切图谱正确的是D,限制酶在DNA的任何部位都能将DNA切开吗？以下是四种不同限制酶切割形成的DNA片段：(1)CTGCA(2)AC(3)GC G TG CG（4）G(5)G(6)GC CTTAA ACGTC CG(7)GT(8)AATTC CA G请用DNA连接酶将它们连接起来:_和_能连接成_;_和_能连接成_;_和_能连接成_;_和_能连接成_;,要使目的基因与对应的载体重组，所需的两种酶是()限制酶连接酶
11、解旋酶还原酶 2.基因工程的正确操作步骤是（）使目的基因与运载体结合将目的基因导入受体细胞检测目的基因的表达是否符合特定性状要求提取目的基因,3.实施基因工程的第一步的一种方法是把所需的基因从供体细胞内分离出来，这要利用限制性内切酶。一种限制性内切酶能识别分子的顺序，切点在和之间，这是利用了酶的（）高效性专一性多样性催化活性易受外界影响,把目的基因与质粒DNA缝合时，中间的碱基对靠 连接起来，而两链上的磷酸、脱氧核糖则在的作用下连接起来。质粒是基因操作中经常用的。,氢键,DNA连接酶,运载体,根据下列所给材料回答问题：材料一 把人的胰岛素基因拼接到大肠杆菌的质粒上，然后导入大肠杆菌内，产生出人
12、的胰岛素。材料二 把萤火虫的荧光基因转入烟草体内，培育能产生荧光的烟草。材料三 有人把蜘蛛产生丝腺蛋白的基因转入羊的细胞中，在羊分泌的乳汁中加入某种物质后，可抽出细丝，这种细丝可望用作手术的缝合线。（1）上述生物新品种的产生运用了 技术。(2)一种生物的基因在另一种生物体内能够表达，而不影响其他基因的表达，这说明基因是有_效应的 片段，具有一定的性，同时可以说明各种生物共有一套。（3）上述技术所用的工具酶有。,基因工程,遗传,DNA,独立,遗传密码子,限制酶、DNA连接酶,在植物基因工程中，用土壤农杆菌中的Ti质粒作为运载体，把目的基因重组入Ti质粒上的TDNA片段中，再将重组的TDNA插入植
13、物细胞的染色体DNA中。科学家在进行上述基因操作时，要用分别切割质粒和目的基因，质粒的黏性末端与目的基因DNA片段的黏性末端通过 形成重组质粒。（2）将携带抗除草剂基因的重组Ti质粒导入二倍体油菜细胞，经培养，筛选获得一株有抗除草剂的转基因植株，经分析该植株含有一个携带目的基因的TDNA片段，因此可以把它看成是杂合子。理论上，在该转基因植株自交F1代中，仍具有抗除草剂特性的植株占总数的.,DNA连接酶,同一种限制酶,3/4,限制性内切酶的识别序列和切点是 GGATCC，限制性内切酶的识别序列和切点是GATC。在质粒上有酶的一个切点，在目的基因的两侧各有1个酶的切点。请画出质粒被限制酶切割后所形
14、成的黏性末端。请画出目的基因两侧被限制酶切割后所形成的黏性末端。在DNA连接酶的作用下，上述两种不同限制酶切割后形成的黏性末端能否连接起来？为什么？,第一步：获取目的基因,基因工程基本步骤：,第二步：目的基因与运载体结合,第三步：将目的基因导入受体细胞,第四步:目的基因的表达和检测,四、基因工程的应用,一、基因工程与作物育种,生长快、肉质好的转基因鱼(中国),乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷),转黄瓜抗青枯病基因的甜椒,获得高产、稳产和具有优良品质的农作物和具有抗逆性的作物新品种。,2、基因工程与药物研制,我国生产的部分基因工程疫苗和药物,许多药品的生产是从生物组织中提取的。受材料来源限
15、制产量有限，其价格往往十分昂贵。,微生物生长迅速，容易控制，适于大规模工业化生产。若将生物合成相应药物成分的基因导入微生物细胞内，让它们产生相应的药物，不但能解决产量问题，还能大大降低生产成本。,胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。,将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素！使其价格降低了30%-50%!,3、环境保护基因工程做成的“超级细菌”能吞食和分解多种污染环境的物质。,通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类，用基因工程培育成功的“超级细菌”却能分解石油中的多种烃类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDT等毒害物质。,利用基因工程培育的“指示生物”能十分灵敏地反映环境污染的情况，却不易因环境污染而大量死亡，甚至还可以吸收和转化污染物。,
