《专题基因工程》PPT课件.ppt

专题 基因工程,一基因工程的概念,由于基因工程是在 水平上进行操作,因此又叫做 。,生物体外,基因,分子水平,剪切拼接导入表达,人类需要的基因产物,DNA分子,重组DNA技术,优势：目的性强,基因工程的基本工具,（一）“分子手术刀” 1来源：主要是从 中分离纯化出来的。 2功能：能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的 断开。 3结果：经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式：,限制性核酸内切酶（简称限制酶）,原核生物,磷酸二酯键,黏性末端和平末端。,例1 （08年全国卷理综1）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。 现在多个上述线性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,答案：C,2(高考试题：2007全国理综II)下列有关基因工程中限制性内切酶的描述，错误的是 A.一种限制性内切酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列 B.限制性内切酶的活性受温度的影响 C.限制性内切酶能别和切割RNA D、限制性内切酶可从原核生物中提取,3、【生物现代生物技术专题】 为扩大可耕地面积，增加粮食产量，黄河三角洲等盐碱地的开发利用备受关注。我国科学家应用耐盐基因培育出了耐盐水稻新品系。 （1）获得耐盐基因后，构建重组DNA分子所用的限制性内切酶作用于图中的 处，DNA连接酶作用于 处。（填“a”或“b”）,例3、依右图有关基因工程的工具酶功能的叙述，不正确的是 A、切断a处的酶为限制性核酸内切酶 B、连接a处的酶为DNA连接酶 C、切断b处的酶为解旋酶 D、切断b处的为限制性内切酶,（二）“分子针线”DNA连接酶 1分类：根据酶的来源不同，可分为EcoliDNA连接酶和T4DNA连接酶两类 2功能：恢复被限制酶切开了的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。（无专一性） 两种DNA连接酶(EcoliDNA连接酶和T4DNA连接酶)的比较： 相同点：都缝合磷酸二酯键 区别：EcoIiDNA连接酶来源于大肠杆菌，只能使黏性末端之间连接； T4DNA连接酶能缝合两种末端，但连接平末端之间的效率较低。,（三）“分子运输车”载体 （1）载体具备的条件： 能在受体细胞中复制并稳定保存。 具有一至多个限制酶切点，供外源DNA片段插入。具有标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。 （2）最常用的载体是质粒,它是一种裸露的、结构简单的、独立于细菌染色体之外，并具有自我复制能力的双链环状DNA分子。 （3）其它载体： 噬菌体、动植物病毒,基因工程的基本过程,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,1、基因文库法,2.利用PCR技术扩增目的基因 （1）PCR的含义：是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。 （2）目的：获取大量的目的基因 （3）原理：DNA双链复制 （4）过程：第一步：加热至9095DNA解链为单链； 第二步：冷却到5560，引物与两条单链DNA结合； 第三步：加热至7075，热稳定DNA聚合酶从引物起始进行互补链的合成。 （5）特点：指数形式扩增,1.目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传至下一代，使目的基因能够表达和发挥作用。,标记基因的作用：是为了鉴定受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。常用的标记基因是抗生素基因。,2、方法：同种限制酶分别切割载体和目的基因，再用DNA连接酶把两者连接。,第二步：重组载体的构建,第三步：将目的基因导入受体细胞,转化 ,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,农杆菌转化法,基因枪法,花粉管通道法,显微注射法,感受态细胞,目的基因进入_内，并且在 受体细胞内维持_和_的过程,受体细胞,稳定,表达,此方法的受体细胞多是受精卵,用氯化钙处理,第四步：转基因生物的培育,筛选出获得目的基因的受体细胞、培养受体细胞并诱导目的基因的表达 1.首先要检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因，方法是采用DNA分子杂交技术。 2.其次还要检测目的基因是否转录出mRNA，方法是采用DNA分子杂交技术。 3.最后检测目的基因是否翻译成蛋白质，方法是采用抗原抗体杂交技术。 4.有时还需进行个体生物学水平的鉴定。如抗虫或抗病的鉴定等。,第五步：目的基因的检测与鉴定,基因工程的应用,运用基因工程改良动植物品种最突出的优点是：能打破常规育种难以突破的物种之间的界限。,（1）植物基因工程：抗虫、抗病、抗逆转基因植物，利用转基因改良植物的品质。 （2）动物基因工程：提高动物生长速度来提高产品产量、改善产品品质，用转基因动物生产药物，用转基因动物作器官移植的供体等。,基因诊断：又称为DNA诊断，是采用基因检测的方法来判断患者是否出现了基因异常或携带病原体。 基因治疗：指利用正常基因置换或弥补缺陷基因的治疗方法。 实例：ADA基因缺陷症的基因治疗,基因工程的应用,在临床上，将机体不能合成腺苷脱氨酶（ADA）、缺乏正常的免疫能力的患者，称为先天性重症联合免疫缺陷病（SCID）。该病可用“基因疗法”治疗：首先从患者的血液中获得T细胞，在绝对无菌的环境里用逆转录病毒把ADA基因转入T细胞，再在体外大量繁殖扩增。然后再将约10亿个这种带有正常基因的T细胞输回患者体内，以后每隔12个月再输1次，共输78次，患者的免疫功能在治疗后显著好转。,例（07年北京卷）利用外源基因在受体细胞中表达，可生产人类所需要的产品。下列选项中能说明目的基因完成了在受体细胞中表达的是 A棉花二倍体细胞中检测到细菌的抗虫基因 B大肠杆菌中检测到人胰岛素基因及其mRNA C山羊乳腺细胞中检测到人生长激素DNA序列 D酵母菌细胞中提取到人干扰素蛋白,答案：D （主要考查基因表达的基本概念，要有蛋白质产品产生，属于性状的表现。）,（2） 将重组DNA分子导入植物受体细胞的常用方法有农杆菌转化法和 法。,（3）由导入目的基因的水稻细胞培养成植株需要利用 技术。该技术的核心是 。 （4）为了确定耐盐转基因水稻是否培育成功，既要用放射性同位素标记的 作探针进行分子杂交检测， 又要用 方法从个体水平鉴定水稻植株的耐盐性。,基因枪法（花粉管通道法）,植物组织培养,去分化和再分化,耐盐基因,一定浓度盐水浇灌（移栽到盐碱地中）,51979年，科学家将动物体内的能够合成胰岛素的基因与大肠杆菌的DNA分子重组，并且在大肠杆菌中表达成功。如右图，请据图回答问题。 (1)此图表示的是采取_ _方法获取_基因的过程。,人工（反转录）,胰岛素目的基因,(2)图中DNA是以_ _为模板， _形成单链DNA，在酶的作用下合成双链 DNA，从而获得了所需要的基因。,胰岛素mRNA,反转录,(3)图中代表的是_酶，在它的作用下将质粒切出理想的末端。 (4)图中代表 DNA，含_基因。 (5)图中表示的过程是_ _。,限制酶,重组,胰岛素,将目的基因导入受体细胞,（多选）利用基因工程技术生产羧酸酯酶（CarE）制剂的流程如图所示，下列叙述正确的是 A、过程需使用逆转录酶 B、过程需使用解旋酶和PCR获取目的基因 C、过程使用的感受态细胞可用NaCl溶液制备 D、过程可利用DNA分子杂交鉴定目的基因是否已导入受体细胞,A、D,人组织纤溶酶原激活物（htPA）是一种重要的药用蛋白，可在转htPA基因母羊的羊乳中获得。流程如下： （1）htPA基因与载体用_切割后，通过DNA连接酶连接，以构建重组表达载体。检测目的基因是否已插入受体细胞DNA，可采用_技术。 （2）为获取更多的卵（母）细胞，要对供体母羊注射促性腺激素，使其_。采集的精子需要经过_，才具备受精能力。,同种限制酶,DNA分子杂交,超数排卵,获能处理,人组织纤溶酶原激活物（htPA）是一种重要的药用蛋白，可在转htPA基因母羊的羊乳中获得。流程如下： （3）将重组表达载体导入受精卵常用的方法是_。为了获得母羊，移植前需对已成功转入目的基因的胚胎进行_。利用胚胎分割和胚胎移植技术可获得多个转基因个体，这体现了早期胚胎细胞的_。 （4）若在转ht-PA基因母羊的羊乳中检测到_，说明目的基因成功表达。,显微注射法,性别鉴定,全能性,htPA,Rag2 基因缺失小鼠不 能产生成熟的淋巴细胞。科研人员利用胚胎干细胞（ES细胞）对Rag2基因缺失小鼠进行基因治疗。其技术流程如图： （1）步骤中，在核移植前应去除卵母细胞的 。 （2）步骤中，重组胚胎培养到 期时， 可从其内细胞团分离出ES细胞。,细胞核,囊胚,（ 3）步骤 中，需要构建含有Rag2基因的表达载体。可以根据Rag2基因的 设计引物，利用PCR技术扩增Rag2基因片段。用Hind和Pst限制酶分别在片段两侧进行酶切获得Rag2基因片段。为将该片段直接连接到表达载体，所选择的表达载体上应具有 酶的酶切位点。 （4）为检测Rag2基因的表达情况，可提取治疗后小鼠骨髓细胞的 ，用抗Rag2蛋白的抗体进行杂交实验。,核苷酸序列,Hind和Pst,蛋白质,嗜热土壤芽胞杆菌产生的-葡萄糖苷酶（BglB）是一种耐热纤维素酶，为使其在工业生产中更好地应用，开展了以下试验： .利用大肠杆菌表达BglB酶 （1）PCR扩增bglB基因时，选用 基因组DNA作模板。 （2）右图为质粒限制酶酶切图谱。bglB基因不含图中限制酶识别序列。为使PCR扩增的bglB基因重组进该质粒，扩增的bglB基因两端需分别引入 和 不同限制酶的识别序列。 （3）大肠杆菌不能降解纤维素，但转入上述建构好的表达载体后则获得了降解纤维素的能力，这是因为,Nde,BamH,转基因的大肠杆菌分泌出有活性的BglB酶,蛋白质工程的概念、基本途径,蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。（基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质）,蛋白质工程的实质：根据蛋白质的结构与功能之间的关系，通过改造基因，以定向改造天然蛋白质，甚至创造自然界不存在的、具有优良特性的蛋白质。,2蛋白质工程的基本原理 预期蛋白质功能测定蛋白质三维空间结构推测应有的氨基酸序列找到对应的脱氧核苷酸序列（基因）具有预期功能的蛋白质 3.蛋白质工程的应用 （1）通过改造酶的结构，有目的地提高蛋白质的热稳定性。 （2）合成嵌合抗体。 （3）改变蛋白质的活性。,蛋白质工程与基因工程区别,1、从某海洋生物中获得一基因，其表达产物为一种抗菌性和溶血性均较强的多肽P1。目前在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先要做的是（ ） A.合成编码目的肽的DNA片段 B.构建含目的肽DNA片段的表达载体 C.依据P1氨基酸序列设计多条模拟肽 D.筛选出具有优良活性的模拟肽作为目的肽,C,2、关于现代生物技术应用的叙述，错误的是（ ） A.蛋白质工程可合成自然界中不存在的蛋白质 B.体细胞杂交技术可用于克隆动物和制备单克隆抗体 C.植物组织培养技术可用于植物茎尖脱毒 D.动物细胞培养技术可用于转基因动物的培育,B,6番茄在运输和贮藏过程中，由于过早成熟而易腐烂。应用基因工程技术，通过抑制某种促进果实成熟激素的合成，可使番茄贮藏时间延长，培育成耐贮藏的番茄新品种。这种转基因番茄已于1993年在美国上市，请回答： (1)促进果实成熟的重要激素是 。 (2)在培育转基因番茄的操作中，所用的基因的“剪刀”是 ，基因的“针线”是 ，基因的“运输工具”是 。 (3)进行基因操作一般要经过的四个步骤是 、,运载体,乙稀,提取目的基因 目的基因与运载体结合 将目的基因导入受体细胞 目的基因的检测和表达,DNA连接酶,限制性内切酶,7(高考试题：2007山东理综) 继哺乳动物乳腺发生器研发成功后，膀胱生物发生器的研究也取得了一定进展。最近，科学家培养出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。请回答： （1）将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用方法是_。 （2）进行基因转移是，通常要将外源基因转入_中，原因是_。 （3）通常采用_ _ 技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组,显微注射,受精卵,受精卵具有全能性，可使外源基因在相应组织细胞表达,DNA分子杂交,8、豇豆对多种害虫具有抗虫能力，根本原因是豇豆体内具有胰蛋白酶抑制剂基因(CpTI基因)。科学家将其转移到水稻体内后，却发现效果不理想，主要原因是CpTI蛋白质的积累量不足。经过在体外对CpTI基因进行了修饰后，CPTI蛋白质在水稻中的积累量就得到了提高。修饰和表达过程如下图所示：请根据以上材料，回答下列问题：,(1)CpTI基因是该基因工程中的 基因，“信号肽，序列及“内质网滞留信号”序列的基本组成单位是 。,四种脱氧核苷酸,目的,在过程中，首先要 用 酶切开，暴露出 ，再用 酶连接。 (2)在该基因工程中，供体细胞是 ，受体细胞是 。 (3)过程称为 。 (4)检测修饰后的CpTI基因是否表达的最好方法是 。,黏性末端,限制性内切,水稻细胞,豇豆细胞,转录,让多种害虫吞食水稻叶片,（5）与杂交育种、诱变育种相比，通过基因工程来培育新品种的主要优点是 和 。 （6）当前，转基因大豆，转基因棉花等已经进入了我们的生活。请你谈谈转基因农作物可能带来的利与弊。（各一条）,目的明确，培育周期短,利：可以让人类获得具有优良品质的作物，如蛋白质含量更高、抗逆性更强；打破传统育种界限