基因工程复习1

基因工程复习课 一、基因工程的概念 基因工程的别名基因拼接技术或DNA重组技术 操作对象 操作环境 操作水平 基本过程 结果 生物体外 基 因 DNA分子水平 剪切、拼接、导入、表达 人类需要的基因产物 基因工程： 通俗的说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某 种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种 生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。 基因拼接技术或DNA重组技术 （2010全国）下列叙述符合基因工程概念 的是( ) AB淋巴细胞与肿瘤细胞融合，杂交瘤细 胞中含有B淋巴细胞中的抗体基因 B将人的干扰素基因重组到质粒后导入大 肠杆菌，获得能产生人干扰素的菌株 C用紫外线照射青霉菌，使其DNA发生改 变，通过筛选获得青霉素高产菌株 D自然界中天然存在的噬菌体自行感染细 菌后其DNA整合到细菌DNA上 B 1 1、“ “基因剪刀基因剪刀”限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶 二、基因操作的工具二、基因操作的工具 限制限制 酶酶 限制酶切开的是什么键？ （左上与右下相同，左下与右上相同 ） 磷酸二脂键 限制性核酸内切酶 1、特点： 2、结果： 3、功能： 4、来源： 专一性（即识别特定核苷酸序列 ，在特定的切点切割） 产生黏性末端（碱基互补配对）或平末端 切开每条链中两个脱氧核苷 酸之间的磷酸二脂键 微生物 左上与右下相同 左下与右上相同 2 2、要想获得某个特定性状的基因必须要用限制酶切几个、要想获得某个特定性状的基因必须要用限制酶切几个 切口？切断几个磷酸二酯键？可产生几个黏性末端？切口？切断几个磷酸二酯键？可产生几个黏性末端？ 要切两个切口要切两个切口 , , 断四根磷酸二酯键，产生四个黏性末端。断四根磷酸二酯键，产生四个黏性末端。 3 3、如果把两种来源不同的、如果把两种来源不同的DNADNA用同一种限制酶来切割，会用同一种限制酶来切割，会 怎样呢？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会产生相同的黏性末端，然后让两者的黏性末端黏合 起来，可以合成重组的起来，可以合成重组的DNADNA分子了。分子了。 思考： 1、限制性核酸内切酶与DNA水解酶相比有何不同？ DNA水解酶将DNA分子水解成单个核苷酸，限制性核酸内切 酶只能将DNA分子分解成特定的DNA片段 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.能够在宿主细胞中能够在宿主细胞中复制并稳定地保存复制并稳定地保存。 2. 2.具具多个限制酶切点多个限制酶切点，以便与外源基因连接。，以便与外源基因连接。 3. 3.具有某些具有某些标记基因标记基因，便于进行，便于进行筛选筛选。 如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应 的基因等。的基因等。 4. 4.大小适中，便于操作。大小适中，便于操作。 5. 5.对宿主细胞无害、易分离。对宿主细胞无害、易分离。 跟踪训练 （2008 年全国卷）已知某种限制性内切酶在一线性 DNA分子上有3个酶切位点，如下图中箭头所指。如果该 线性DNA分子在3个酶切位点上都被该酶切断，则会产生 a、b、c、d四种不同长度的DNA片段。现有多个上述线 性DNA分子，若在每个DNA分子上至少有1个酶切位点被 该酶切断，则从理论上讲，经该酶酶切后，这些线性 DNA分子最多能产生长度不同的DNA片段种类数是 A.3 B.4 C.9 D.12 C. 三、基因工程的基本操作步骤 1、目的基因的获得 2、重组DNA的形成 3、重组DNA导入受体细胞 4、筛选含有目的基因的受体细胞 5、目的基因的表达 第一步：目的基因的获取 1.目的基因是指： 编码蛋白质的基因 。 2.原核基因采取直接分离法获得，真核基因是人工合 成法。人工合成目的基因的常用方法有反转录法_和化 学合成法_。 鸟枪法： 供体细胞中的DNA 许多DNA片段 运载体 限制酶 与载体连接 受体细胞 产生特定性状 导入 外源DNA 扩增 目的基因 分离 (直接分离法) 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 ，从而获得所需的基 因。 目的基因的mRNA 单链 DNA(cDNA) 反转录酶 DNA聚合酶 双链DNA (目的基因) 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 获 取 目 的 基 因 的 方 法 过过 程优优 点缺 点 直接分离 法（鸟鸟 枪枪法） 操作 简简便 工作量大， 有盲目性， 目的基因含 有不表达的 内含子 人 工 合 成 法 反 转转 录录 法 专专一性 强，目 的基因 中不含 内含子 操作过过程麻 烦烦。mRNA生 存时间时间 短， 技术术要求高 由 氨 基 酸 序 列 合 成 据推测测出的核苷酸序列，通 过过化学方法合成 专专一性 最强， 目的基 因不含 内含子 ，可合 成自然 界不存 在的基 因 目前，复杂杂 的尚不知核 苷酸序列的 基因不能合 成 mRNA 单链 DNA 逆转录 双链 DNA 合成 供体细 胞中 DNA DNA片 段扩增 限制性酶运载体 DNA 片段 不同 受体 细胞 目的基 因细胞 目的 基因 找出 质粒DNA分子 限制酶处理 两个切口（位点 ） 获得目的基因 DNA连接酶 重组DNA分子（重组质粒） 同一种 一个切口(位点) 两个黏性末端 第二步：形成重组DNA分子 用相同的限制核酸内切酶 分别切割目的基因和载体DNA （如质粒），目的基因和载体 DNA的两端形成相同的黏性末 端，在DNA连接酶的作用下， 将目的基因和载体DNA连接在 一起，形成重组DNA分子。 思考： 1、用不同的限制核酸内切酶处理能 否获得相同的的黏性末端？ 2、目的基因的插入能否会导致转基 因生物出现致死现象？ 能，如限制性核酸内切酶的识别序列和切点是GGATCC，限制性核酸 内切酶的识别序列和切点是GATC，可形成相同的黏性末端。 会，因为目的基因的插入，导致生物体生 命活动必需的某些基因不能正常表达。 第三步：将重组DNA导入受体细胞（也称宿主细胞） 1、受体细胞的种类： 大肠杆菌、枯草杆菌、酵母菌和动植物细胞 植物 ： 动物 ： 可以是卵细胞（受精卵）、体细胞（可经组织培养为 完整个体） 受精卵（因体细胞的全能性受到限制）或用核移植 后获得的重组细胞作为受体细胞 原核细胞： 作受体细胞时不能对分泌蛋白进行加工，可以 考虑以酵母菌作为受体细胞 （1）.将目的基因导入植物细胞 农杆菌转化法基因枪法 （2）.将目的基因导入动物细胞 显微注射技术（最多、最有效） （3）.将目的基因导入微生物细胞 Ca2+处理，以增加细菌细胞壁的通透性。 2、导入的方法： 4.第四步：筛选含有目的基因的受体细胞 （1）目的基因导入检测 通过质粒上的标记基因，在选择性培养基 上，筛选出含有重组DNA的受体细胞 DNA分子杂交技术（使用DNA探针） 第五步、目的基因的表达 检测目的基因是否转录出了mRNA 检测目的基因是否翻译成蛋白质 个体生物学水平鉴定（如作物抗性等） 用目的基因作探针与mRNA杂交 从转基因生物中提取蛋白质分子作抗体进行抗原杂交法 总结 ： 两者的组成成分及结构基本相同 目的基因通过转录和翻译表达遗传信息 生物共用一套遗传密码 基因重组 一、基因工程相关原理 （一）、基因工程与遗传育种 基因工程育种：就是利用基因工程技术，培育高产、优质 的动植物新品种。 加快了育种的进程，克服远缘亲本难以杂 交的困难，定向改变生物的性状。 1、转基因植物 （1）抗除草剂的转基因烟草、番茄、和马铃薯 （2）抗害虫的转基因棉、烟草、番茄、马铃薯、水稻和杨树。 （3）抗植物病毒的转基因烟草、番茄、马铃薯、苜蓿 （4）耐贮存的转基因番茄 （5）抗盐碱、抗寒、抗干旱和提高作物营养价值的转基因农作物 （6）用基因工程方法改变花卉的花色（如开橙色花的矮牵牛新品种） 四、基因工程的应用 优点： 2、转基因动物 具有多种优良性状的转基因动物 如：生长速度加快的转基因鼠、鱼、猪；具有抗病能力转 基因鸡、牛等 （二）、基因工程与疾病治疗 1、基因工程药物 将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌胰岛素： 通过基因工程，使人白细胞干扰素基因获得克隆和表达 干扰素： 具有抗病毒、抗细胞分裂、和免疫调节等多种 功能，是治疗病毒性肝炎和肿瘤的药物 乙型肝 炎疫苗 将乙肝病毒表面抗原的基因转到酵母菌或哺 乳动物的细胞中，并成功表达。 （糖蛋白） （蛋白质） 基因治疗过程（严重联合免疫缺陷症基因治疗过程（严重联合免疫缺陷症SCIDSCID患者治疗为例）患者治疗为例） 概念：向目标细胞中引入正常功能的基因，以弥补或置换 基因的缺陷，达到治疗的目的。 2.2.基因治疗：基因治疗