《基因工程》PPT教学.ppt

,2,我们主要讨论4个问题： 1. 什么是基因工程基因工程的概念。 2. 为什么能进行基因工程基因工程的原理和技术。 3. 怎样进行基因工程4大步骤 4. 基因工程的应用和前景,1、概念：又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。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。,原 理：,表达水平：,过程：,一、基因工程,基因重组,DNA分子水平,1、定向改造某些性状 2、克服远缘杂交,意义：,原核细胞的基因结构,非编码区,非编码区,编码区,编码区上游,编码区下游,RNA聚合酶结合位点,启动子,终止子,终止子：位于基因的尾端的一段特殊的DNA片断，它能阻碍RNA聚合酶的移动，并使其从DNA模板链上脱离下来，使转录终止。,RNA聚合酶:能够识别启动子上的结合位点并与其结合的一种蛋白质.(以模板转录然后脱落),启动子：位于基因首端一段能与RNA聚合酶结合并能起始mRNA合成的序列。没有启动子，基因就不能转录。,不能转录为信使RNA，不能 编码蛋白质。,：能转录相应的信使RNA，能 编码蛋白质,编码区,非编码区,原核细胞的 基因结构,在遗传信息的表达过程中起着调控作用,非编码区,非编码区,编码区,编码区上游,编码区下游,启动子,终止子,编码区,RNA聚合酶 结合位点,内含子,外显子,能够编码蛋白质的序列叫做外显子,不能够编码蛋白质的序列叫做内含子（但能转录为mRNA，转录后剪切掉）,启动子,终止子,编码区上游,编码区下游,内含子：,外显子：,真核细胞的基因结构,真核细胞的 基因结构,编码区,非编码区,外显子：能编码蛋白质的序列 内含子：不能编码蛋白质的序列,：在遗传信息的表达过程中起着调控作用,原核细胞与真核细胞基因结构比较：,非编码区,非编码区,编码区,都由能够编码蛋白质的编码区和具有调控作用的非编码区组成,编码区是连续的,编码区是间隔的，不连续的,外显子,内含子,启动子,终止子,（1）20世纪40年代，Avery 通过 肺炎双球菌体外转化实验，确定了生物遗传物质的化学本质是DNA; （2）19世纪50年代James D. Watson和Francis H. C. Crick揭示了DNA分子的双螺旋结构和半保留复制机制，解决了基因的自我复制和传递的问题。,2.基因工程的三大理论基础,(3) 1958年Crick又提出了遗传信息传递的“中心法则”; 1964年Marshall Nirenberg和Gobind Khorana等破译了64个遗传密码，从而阐明了遗传信息的流向和表达问题,1基因拼接 (1)DNA的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸。 (2)双链DNA分子的空间结构都是规则的双螺旋结构。碱基互补配对原则,基因工程诞生的理论基础,2外源基因在受体内表达 (1)基因是控制生物性状的独立遗传单位。 (2)遗传信息的传递都遵循中心法则阐述的信息流动方向。 (3)生物界共用一套遗传密码。,二、基因工程操作的工具,1.基因的“剪刀”限制性核酸内切酶（限制酶）,一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子。,专一性,如:EcoRI限制酶,被同一种限制酶切断的几个DNA是否具有相同的黏性末端？,思考:,GAATTCCGTAGAATTCGGATT,尝试写出下列序列受EcoRI限制酶作用后的黏性末端,CTTCATGAATTCCCTAA,GAAGTACTTAAGGGATT,CTTAAGGCATCTTAAGCCTAA,练一练,、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（磷酸二脂键），使之成为一个完整的DNA分子。,基因的针线：DNA连接酶,3、基因的运输工具运载体,常用的运载体： 质粒、噬菌体和动植物病毒等,标记基因，便于进行检测。,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。,三、基因工程的基本操作程序,目的基因的获取,基因表达载体的构建,将目的基因的导入受体细胞,操作过程,目的基因的检测与表达产物的测定,（一）目的基因的获取,1、什么是目的基因？,请举出三个以上的例子,2、获取目的基因的常用方法有哪些?,（1）直接从供体细胞中分离基因（鸟枪法）,（2）人工合成法,目前被广泛提取使用的目的基因有：苏云金杆菌抗虫基因、植物抗病基因（抗病毒、抗细菌)、人胰岛素基因等。,a、DNA变性（90-95）：双链DNA模板 在热作用下，_断裂，形成_,b、退火（复性55-60）：系统温度降低，引 物与DNA模板结合，形成局部_。,c、延伸（70-75）：在Taq酶的作用下，从 引物的5端3端延伸，合成与模板互补 的_。,氢键,单链DNA,双链,DNA链,PCR技术扩增目的基因,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,杂交双链 (单链RNA/单链DNA),单链DNA,反转录酶,DNA聚合酶,双链DNA (目的基因),1.用一定的_切割 质粒，使其出现一个切 口，露出_。 2.用_切断目 的基因，使其产生_ _。, 核心,3.将切下的目的基因片段插入质粒的_处， 再加入适量_，形成了一个重组 DNA分子（重组质粒）,限制酶,黏性末端,同一种限制酶,的黏性末端,切口,DNA连接酶,相同,(二)基因表达载体的构建,方法,将目的基因导入 植物细胞,将目的基因导入 动物细胞,将目的基因导入 微生物细胞,农杆菌介导的遗传转化法,基因枪法,花粉管通道法,显微注射法,感受态细胞吸收DNA分子,(氯化钙法),（三）将目的基因导入受体细胞,(四)目的基因的检测与鉴定,检查是否成功,检测,形态检测,分子检测,基因探针,非目的基因片段,基因探针,目的基因片段,基因探针,目的基因片段,基因探针,目的基因插入Ti质粒的T-DNA上 农杆菌 导入植物细胞 整合到受体细胞的染色体上 目的基因的遗传特性得以维持稳定和表达,1.农杆菌特点：易感染双子叶植物和裸子植物。Ti质粒的T-DNA可转移至受体细胞的染色体上,2.转化,花粉管通道法,2.微生物作受体细胞原因：,将目的基因导入微生物细胞,3.转化方法：,大肠杆菌,繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对少,处理细胞 细胞表达载体与感受态细胞混合 _细胞吸收DNA分子。,Ca2+,感受态,感受态,1.常用菌：,基因工程的应用,一、植物基因工程硕果累累,植物基因工程主要用于提高农作物的抗性、抗逆能力,以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面,克服了远缘杂交的障碍。,1、抗虫转基因植物 2、抗病转基因植物 3、抗逆转基因植物 4、利用转基因改良植物的品质 5、生产药物,典型例子：转基因抗虫棉Bt毒蛋白基因,抗虫的基因来自苏云金杆菌。,典型例子：抗烟草花叶病毒的转基因烟草、 抗病毒的转基因小麦、甜椒,转黄瓜抗青枯病基因的甜椒,3.抗逆转基因植物,4.利用转基因改良植物的品质,富含赖氨酸的转基因玉米,不会引起过敏的转基因大豆,转入荧光素酶蛋白基因的发荧光烟草,蓝色妖姬,二、动物基因工程前景广阔,1、提高生长速度 2、改善畜产品的品质 3、生产药物,1.用于提高动物生长速度,原因：外源生长激素基因的表达可以使 转基因动物生长更快,转基因鲤鱼,超级小鼠,3.用转基因动物生产药物（重点）,优点： 产量高、质量好、 成本低、易提取,乳腺生物反应器,过程： 1、重组药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子 2、用显微注射法导入到受精卵 3、将受精卵送入母体生长发育 4、转基因动物进入泌乳期后，提取乳汁,在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、干扰素直接生物体的哪些结构中提取？ 药品直接从生物的组织、细胞或血液中提取。 传统生产方法的缺点 由于受原料来源的限制，价格十分昂贵。 可利用什么方法来解决上述问题？ 利用基因工程方法高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。,三、基因工程药物异军突起,基因工程药品 胰岛素（糖尿病）,基因工程药品 干扰素（抗病毒）,基因工程药品 乙肝病毒疫苗（免疫预防）,四、基因治疗曙光初照初期临床阶段,基因诊断：检测致病基因或疾病相关基因的改变，或患者体内病原体所特有的核苷酸序列，以此作为疾病诊断的指