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1、基因工程简介,第 三 节,1、青霉菌能产生对人类有用的抗生青霉素,2、豆科植物的根瘤菌能够固定空气中的氮,3、人的胰岛细胞能分泌胰岛素调节血糖的浓度,4、奶牛吃进去的是草，挤出来的是奶,5、转基因山羊产的奶，可以制成防弹背心,一 基因工程的基本内容,主要内容,1）基因工程的概念2）基因操作的工具3）基因操作的基本步骤,什么叫基因工程？,基因工程又叫基因拼接技术或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进行无性繁殖，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。,（一）基因工程的概念,（一）基因工
2、程的概念,基因拼接技术或DNA重组技术,生物体外,基因,DNA分子水平,人类需要的基因产物,剪切,拼接,导入,表达,实质,基因重组,基因工程培育抗虫棉的简要过程：,（一）基因工程的概念,普通棉花(无抗虫特性),苏云金芽孢杆菌,提取,抗虫基因,与运载体DNA拼接导入,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？,（一）基因工程的概念,基因工程培育抗虫棉的关键步骤：,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：,抗虫基因与运载体DNA连接,关键步骤三：,抗虫基因导入受体(棉花)细胞,解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？,（二）基因操作的工
3、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：,基因的剪刀限制性内切酶基因的针线DNA连接酶基因的运载工具运载体,基因的剪刀限制性内切酶（简称限制酶）,（二）基因操作的工具,作用位置：DNA链的磷酸二酯键,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，切割特定切点,结果：产生黏性未端（碱基互补配对）。,基因的剪刀限制性内切酶（简称限制酶）,大肠杆菌(E.coli)的一种限制酶能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。,限制酶,基因的剪刀限制性内切酶（简称限制酶）,限制酶,什么叫黏性末端？,（二）基因操作的工具,被限制酶切开的DNA两条单链的切口，带有几个伸出的核
4、苷酸，他们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。,（二）基因操作的工具,如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶来切割，会怎样呢？,会产生相同的黏性末端，然后让两者的黏性末端黏合起来，就似乎可以合成重组的DNA分子了。,（二）基因操作的工具,基因的针线DNA连接酶,连接的部位：磷酸二酯键（梯子的扶手）不是氢键（梯子的踏板）结果：两个相同的黏性未端的连接。,外源基因(如抗虫基因)怎样才能导入受体细胞(如棉花细胞)？,导入过程需要运输工具运载体,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 受体细胞中去。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。,作为运载体必须具备
5、哪些条件？,1）能够在宿主细胞中复制并稳定地保存。2）具多个限制酶切点，以便与外源基因连接。3）具有某些标记基因，便于进行筛选。,基因的运载工具运载体：,常用的运载体主要有两类：1）细菌细胞质的质粒 2）噬菌体或某些动植物病毒,质粒：,质粒是染色体外能够进行自主复制的遗传单位，包括真核生物的细胞器和细菌细胞中核区外的DNA分子。现在习惯上用来专指细菌、酵母菌和放线菌等生物中核以外的DNA分子。质粒是基因工程最常用的运载体。绝大多数细菌质粒都是闭合环状DNA分子。有的一个细菌中有一个，有的一个细菌中有多个。,大肠杆菌的质粒：,最常用的质粒是大肠杆菌的质粒，其中常含有抗药基因，如四环素的标记基因。
6、质粒的存在与否对宿主细胞生存没有决定性作用，但复制只能在宿主细胞内成。,质粒的特点：,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。,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DNA分子,四个基本步骤：,（三）基因操作的基本步骤,1）提取目的基因2）目的基因与运载体结合3）将目的基因导入受体细胞4）目的基因的检测和表达,目的基因,（三）基因操作的基本步骤,目的基因是人们所需要转移或改造的基因。,如苏云金芽孢杆菌的抗虫基因，还有植物的抗病（抗病毒、抗细菌）基因、种子贮藏蛋白的基因，以及人的胰岛
7、素基因、干扰素基因等。,目的基因的提取方法,（三）基因操作的基本步骤,直接分离基因人工合成基因,反转录法根据已知的氨基酸序列合成DNA,：鸟枪法,步骤一：目的基因的提取,1）鸟枪法（散弹射击法）：用限制酶将供体细胞中的DNA切成许多片段，将这些片段分别载入运载体，然后通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DNA的所有片段分别在各个受体细胞中大量复制（即扩增），从中找出含有目的基因的细胞，再利用一定发方法将目的基因的DNA片段分离出来。,步骤一：目的基因的提取,2）反转录法：以目的基因转录成的信使RNA为模板，反转录成互补的单链DNA，然后在酶的作用下合成双链DNA，从而获得所需
8、的基因。,目的基因的mRNA,单链DNA(cDNA),双链DNA(即目的基因),反转录,合成,步骤一：目的基因的提取,3）根据已知的氨基酸序列合成DNA法：,蛋白质的氨基酸序列,mRNA的核苷酸序列,结构基因的核苷酸序列,推测,推测,目的基因,化学合成,上述三种目的基因提取的方法有何优缺点？,操作简便广泛使用,工作量大，盲目，分离出来的有时并非一个基因,专一性强,操作过程麻烦，mRNA很不稳定，要求的技术条件较高,专一性最强,仅限于合成核苷酸对较少的简单基因,哪些新技术能大大简化基因工程的操作技术？,1）DNA序列自动测序仪：2）PCR技术：,对提取出来的基因进行核苷酸序列分析。,使目的基因的
9、片段在短时间内成百万倍地扩增。,步骤二：目的基因与运载体重组,1）用一定的限制酶切割质粒，使其出现一个 切口，露出黏性末端。2）用同一种限制酶切断目的基因，使其产生 相同的黏性末端。3）将切下的目的基因片段插入质粒的切口处，再加入适量DNA连接酶，形成了一个重组 DNA分子（重组质粒）,目的基因与运载体的结合过程，实际上是不同来源的基因重组的过程。,步骤二：目的基因与运载体结合,常用的受体细胞：,有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞等。,将目的基因导入受体细胞的原理,借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。,步骤三：目的基因导入受体细胞,1）将细菌用CaCl2处理，以增大细菌细胞壁的通透
10、性。2）使含有目的基因的重组质粒进入受体细胞。3）目的基因在受体细胞内，随其繁殖而复制，由于细菌繁殖的速度非常快，在很短的时间内就能获得大量的目的基因。,步骤三：目的基因导入受体细胞,步骤四：目的基因的检测和表达,不能，受体细胞必须表现出特定的性状，才能说明目的基因完成了表达。,受体细胞摄入DNA分子后就说明目的基因完成了表达吗？,若不能表达，要对抗虫基因再进行修饰。,1）以下说法正确的是（）A、所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列 B、质粒是基因工程中唯一的运载体 C、运载体必须具备的条件之一是：具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接 D、基因控制的性状都能在后代表现出来,C,2）不属于
11、质粒被选为基因运载体的理由是 A、能复制（）B、有多个限制酶切点 C、具有标记基因 D、它是环状DNA,D,3）有关基因工程的叙述中，错误的是（）A、DNA连接酶将黏性末端的碱基对连接起来 B、限制性内切酶用于目的基因的获得 C、目的基因须由运载体导入受体细胞 D、人工合成目的基因不用限制性内切酶,A,4）有关基因工程的叙述正确的是（）A、限制酶只在获得目的基因时才用 B、重组质粒的形成在细胞内完成 C、质粒都可作为运载体 D、蛋白质的结构可为合成目的基因提供资料,D,5）基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的。在基因操作的基本步骤中，不进行碱基互补配对的步骤是（）A、人工合成目的基因 B、目的基因与运载体结合 C、将目的基因导入受体细胞 D、目的基因的检测和表达,C,
