基因工程及其应用前景ppt课件.ppt

1 基因工程的应用 2 基因工程 一 基因工程的含义二 操作工具及其要求三 操作过程四 应用前景 3 一 基因工程的含义 基因工程是指按照人们的意愿 进行严格的设计 并通过体外DNA重组和转基因等技术 赋予生物以新的遗传特性 从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品 由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的 因此又叫做DNA重组技术或DNA拼接技术 4 5 二 基因工程的工具 1 限制性核酸内切酶 简称限制酶 DNA分子手术刀 2 DNA连接酶 分子缝合针 3 基因进入受体的载体 分子运输车 6 1 分子手术刀 限制酶 来源 主要是从原核生物中分离纯化出来的一种酶 能将外源DNA切断 由于这种切割作用是在DNA分子内进行的 故名限制性核酸内切酶 种类 4000多种 作用 识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列 并使每条链中的特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开 结果 形成两种末端 粘性末端和平末端 7 限制性内切酶 EcoR 作用过程 GAATTC CTTAAG 作用于 磷酸二酯键 结果 产生粘性末端 8 2 分子缝合针 DNA连接酶 种类 E coliDNAl连接酶 连接粘性末端T4DNA连接酶 连接粘性末端和平末端 作用部位 相邻核苷酸之间的磷酸二酯键 作用 将互补配对的两个粘性末端连接起来 9 3 分子运输车 基因进入受体的载体 常用载体 质粒 存在于原核生物和酵母菌体内 是一种裸露的 结构简单 独立于细胞拟核DNA之外 并具有自我复制能力的很小的双链环状DNA分子 病毒 噬菌体的衍生物 动植物病毒 最常用的载体 大肠杆菌的质粒 使用载体的目的 用它作为运载工具 将目的基因转运到宿主细胞中 利用它在受体细胞内对目的基因进行大量复制 10 作为运载体的必要条件 对宿主细胞的生命活动不起决定性作用 友好的借居在宿主细胞中 有一个至多个单一的酶切位点 便于目的基因的连接 能与目的基因结合 能进入受体生物细胞 并能够自我复制表达 有遗传标记基因 便于目的基因的检测 比较容易获得 11 三 操作过程 1 目的基因的获取 2 基因表达载体的构建 3 将目的基因导入受体细胞 4 目的基因的检测与鉴定 12 1 目的基因的获取 含义 将需要的目的基因从供体生物的细胞内提取出来 目前被广泛提取使用的基因有 苏云金杆菌抗虫基因 人胰岛素基因 人干扰素基因种子贮藏蛋白基因 植物抗病基因 鱼类抗冻基因等 13 获取方法 初始目的基因的来源 从生物体中直接获取 人工合成 现代获取方法 1 从基因文库中获取目的基因 2 利用PCR技术扩增目的基因 3 化学方法人工合成 基因文库 基因组文库 cDNA文库 PCR 是一项体外DNA片段的核酸合成技术 目的 大量获得目的基因 原理 DNA复制 过程 变性 复性 延伸 重复 14 什么是基因组文库 基因文库 基因组文库 基因文库中包含了一种生物所有的基因 这种基因文库叫做基因组文库 部分基因文库 基因文库中包含了一种生物的一部分基因 这种基因文库叫做部分基因文库 另 将含有某种生物不同基因的许多DNA片段 导入受体菌的群体中储存 各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因 称为基因文库 genelibrary 15 2 目的基因表达载体的构建 基因工程的核心 目的 使重组质粒在受体细胞中稳定存在 并可以复制 并能使目的基因得以表达 基因表达载体的组成 目的基因 启动子 终止子 标记基因 16 二 基因表达载体的构建 核心 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 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 1 过程 17 基因表达载体的构建过程 质粒 目的基因 同一种 限制酶处理 一个切口 两个粘性末端 两个切口 获得目的基因 DNA连接酶 表达载体 思考 作为基因工程表达载体 只需含有目的基因就可以完成任务吗 为什么 18 不可以 因为目的基因在表达载体中得到表达并发挥作用 还需要有其他控制元件 如启动子 终止子和标记基因等 必须构建上述元件的主要理由是 1 生物之间进行基因交流 只有使用受体生物自身基因的启动子才能比较有利于基因的表达 2 通过cDNA文库获得的目的基因没有启动子 只将编码序列导入受体生物中无法转录 3 目的基因是否导入受体生物中需要有筛选标记 4 为了增强目的基因的表达水平 往往还要增加一些其他调控元件 如增强子等 5 有时需要确定目的基因表达的产物存在于细胞的什么部位 往往要加上可以标识存在部位的基因 或做成目的基因与标识基因的融合基因 如绿色荧光蛋白基因等 19 基因表达载体的组成 它们有什么作用 a 目的基因 b 启动子 c 终止子 d 标记基因 位于基因的首端 是mRNA结合位点 位于基因的末端 终止转录 检测目的基因是否导入受体细胞 20 三 目的基因的导入 常用的受体细胞 大肠杆菌 枯草杆菌 土壤农杆菌 酵母菌和动植物细胞等 导入原理 借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径 21 1 将目的基因导入植物细胞 1 农杆菌转化法 特点 能感染双子叶植物和祼子植物 对单子叶植物无感染能力 Ti质粒的T DNA可转移至受体细胞并整合到其染色体上 转化过程 Ti质粒目的基因 构建 表达载体 植物细胞 植物细胞染色DNA 新性状 农杆菌 22 2 基因枪法 基因枪法又称微弹轰击法 是利用压缩气体产生的动力 将包裹在金属颗粒表面的表达载体DNA打入受体细胞中 使目的基因与其整合并表达的方法 23 3 花粉通道法 植物花粉在柱头上萌发后 花粉管要穿过花柱直通胚囊 花粉管通道法就是在植物受粉后 花粉形成的花粉管还未愈合前 剪去柱头 然后 滴加DNA 含目的基因 使目的基因借助花粉管通道进入受体细胞 24 2 将目的基因导入动物细胞 方法 显微注射技术 操作程序 提纯含目的基因表达载体 取受精卵 显微注射 移植到子宫 受精卵发育 新性状动物 25 3 将目的基因导入微生物细胞 常用法 Ca2 处理 常用菌 大肠杆菌 微生物作受体细胞原因 繁殖快 多为单细胞 遗传物质相对少 过程 Ca2 处理大肠杆菌 感受态细胞 表达载体与感受态细胞混合 感受态细胞吸收DNA 26 检测 导入检测 目的基因是否导入受体细胞 方法 DNA分子杂交 表达检测 转录检测 分子杂交 翻译检测 抗原抗体杂交 分子检测法 鉴定 抗虫鉴定抗病鉴定活性鉴定等 个体水平的鉴定 四 目的基因的检测与测定 27 知识延伸 DNA分子杂交技术 该方法是根据碱基互补配对原则 把互补的双链DNA解开 把单股的DNA小片段用同位素 荧光分子或化学发光催化剂等进行标记 之后同被检测的DNA中的同源互补序列杂交 从