《基因操作工具》PPT课件.ppt

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。,我国是世界上最大的棉花生产国和消费国，棉花种植面积约占世界的15 。据统计，1992年至1996年，因防治棉铃虫等虫害造成农药中毒的有24万余人。其中仅1992年棉农中毒人数就高达7万多人，直接经济损失达100多亿元。于是我国的棉农一气之下改种了抗虫棉。,能杀死棉铃虫的基因来自一种叫做“苏云金芽孢杆菌”的细菌。这种细菌产生的蛋白质叫做晶体蛋白，蛋白本身没有毒性，但由于棉铃虫的胃呈碱性，一旦棉铃虫吃了它，就会在胃中分成两个蛋白，其中一个与胃肠膜特定结合在一起形成穿孔，把棉铃虫毒死。而人和动物的胃则呈酸性，吃后分解成氨基酸，变成了营养物质。,基因工程的产物,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,原理：,优点：,基因重组, 定向改造生物性状, 克服远缘杂交不亲和的障碍, 育种周期短,基因工程的概念,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,二、基因工程的基本工具,请同学们看书，思考以下问题：,1、基因工程中三种基本工具的作用分 别是什么？ 2、工具酶的作用部位分别在哪？ 3、具备什么条件才能充当“分子运输 车”？,基因工程培育抗虫棉的简要过程：,（一）基因工程示例,普通棉花(无抗虫特性),苏云金芽孢杆菌,剪切,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,拼接,表达,（二）基因工程的过程,基因工程培育抗虫棉的关键步骤：,关键步骤一：,关键步骤二：,关键步骤三：,抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内提取出来,抗虫基因与棉花DNA“缝合”,抗虫基因进入棉花细胞,解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？,（二）DNA重组技术的基本工具,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,“分子手术刀” 限制性核酸内切酶（简称限制酶）,（三）基因操作的工具,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。,Sma,平末端 平末端,在对称中心的中心轴线处切开,EcoR,黏性末端,黏性末端,在对称中心的中心轴线两侧切开,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，带有几个伸出的核苷酸，他们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。,限制性内切酶,1.特点：专一性，即识别特定核苷酸序列，在特定的切点切割。 2.来源：主要来自原核生物。 3.结果：产生黏性末端（碱基互补配对）、平末端。 4.举例：大肠杆菌的一种限制酶（EcoR)能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开形成黏性末端，Sma能识别CCCGGG序列，并在C和G之间切割形成平末端 。,下页,限制酶所识别的序列，无论是6个碱基还是4个碱基，都可以找到一条中心轴线（如图），中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向、对称、重复排列的。,想一想限制酶所识别的序列有什么特点？,问：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？可产生几个黏性末端？,（二）基因操作的工具,答：要切两个切口，产生四个黏性末端。,问：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？,答：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。,“分子缝合针”DNA连接酶,（二）基因操作的工具,类型：,EcoliDNA连接酶,T4DNA连接酶,来源,功能,大肠杆菌,T4噬菌体,恢复 磷酸 二酯键,只能连接黏性末端,能连接黏性末端和平末端(效率较低),相同点,差别,（二）“分子缝合针”DNA连接酶,根据酶的来源分为两类：,寻根问底,DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗?为什么?,1)只能将单个核苷酸连接到已有的核酸片段上，形成磷酸二酯键,形成磷酸二酯键,1)在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键,2)以一条DNA链为模板，将单个核苷酸通过磷酸二酯键连接成一条互补的DNA链,2)将DNA双链上的两个缺口同时连接起来，不需要模板,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,DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？,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,A,A,T,T,G,C,C,T,T,A,A,G,外源基因(如抗虫基因)怎样才能导入受体细胞(如棉花细胞)？,（二）基因操作的工具,基因进入受体细胞的载体“分子运输车”。,载体,1.作用： 2.种类：质粒、噬菌体衍生物和动植物病毒 3.质粒的特点,要让一个从甲生物细胞内取出来的基因在乙生物体内进行表达，首先得将这个基因送到乙生物的细胞内去。能将外源基因送入细胞的工具就是载体。,将外源基因送入受体细胞。,作为运载体必须具备哪些条件？,（二）基因操作的工具,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。 如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等。,大肠杆菌的质粒：,（二）基因操作的工具,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。复制只能在宿主细胞内成。,质粒的特点,细胞染色体（或拟核DNA分子）外能自主复制的小型环状DNA分子； 质粒的存在对宿主细胞无影响； 3.质粒的复制只能在宿主细胞内完成。,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、DNA连接酶使黏性末段的碱基之间形成氢键,C,练习,2.不属于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,练习,3.有关基因工程的叙述中，错误的是（ ） A、基因工程技术能定向地改造生物的遗传性状，培育生物新品种 B、重组DNA的形成在细胞内完成 C、目的基因须由运载体导入受体细胞 D、质粒都可作为运载体,B D,练习,4、关于限制酶说法中，正确的是（ ） A限制酶是一种酶，只识别GAATTC碱 基序列 BEcoRI切割的是GA之间的氢键 C限制酶一般不切割自身的DNA分子， 只切割外源DNA D限制酶只存在于原核生物中,C,5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,练习,6.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,练习,练习,6）下列哪项叙述不是运载体必须具备的条件 （ ） A.具有某些标记基因 B.决定宿主细胞的生存 C.能够在宿主细胞中复制 D.有多个限制酶切点,B,练习,7）以下有关基因工程的叙述，正确的是 A.基因工程是细胞水平上的生物工程 B.基因工程的产物对人类都是有益的 C.基因工程产生的变异属于人工诱变 D.基因工程 育种的优点之一是目的性强,D,练习,11）在基因拼接技术中，直接分离目的基因最常用的方法是“鸟枪法”，又叫“散弹射击法”。这里“散弹”和“鸟”分别指的是 A.限制酶和供体细胞的目的基因 B.连接酶和供体细胞的目的基因 C.限制酶和供体细胞的标记基因 D.连接酶和供体细胞的目的基因,A,再见,