高三生物一轮复习基因工程课件.ppt

第25讲 基因工程 又叫dna重组技术 是按人们愿望 进行严格设计 通过体外dna重组和转基因技术 赋予生物以新的遗传特性 创造更符合人们需要的新的生物类型与产品 二 基因工程 一 概念 一 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 实质 基因重组 限制性内切酶 dna连接酶 运载体 2 目的基因与运载体结合 4 目的基因的检测和表达 3 将目的基因导入受体细胞 1 提取目的基因 二 基因操作的工具 基因的大小以纳米计算 要对它进行剪切 拼接等操作 没有非常精细的工具是不行的 进行基因操作最少需要以下三种工具 基因的剪刀 限制性内切酶 限制酶 一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列 并在特定的切割点上将dna分子切断 指一类酶 非一种酶 1 限制性内切酶 3 举例 大肠杆菌的一种限制酶能识别gaattc序列 并在g和a之间切开 1 作用部位 磷酸二酯键 2 特点 专一性 即识别特定核苷酸序列 切割特定切点 4 来源 主要从原核生物中分离原因 限制酶是在生物体 主要是微生物 内的一种酶 能将外来的dna切断 对自己dna无害 保护细胞原有遗传信息 由于这种切割作用是在dna分子内部进行的 故名限制性内切酶 而真核生物一般有其他保护措施 5 作用结果 形成dna片段末端 平末端 平切 相同部位 黏性末端 错位切 不同部位 重播 dna被限制酶切断后有两个反向互补的 黏性末端 被同一种限制酶切断的几个dna具有相同的黏性末端 能够通过互补进行配对 什么叫黏性末端 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 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 要切两个切口 产生四个黏性末端 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 会产生相同的黏性末端 然后让两者的黏性末端黏合起来 就可以合成重组的dna分子了 重播 基因的针线 dna连接酶 1 连接的部位 dna双链片段间的磷酸二酯键 不是氢键 2 常用种类 e colidna连接酶 来源 大肠杆菌 作用 连接黏性末端 t4dna连接酶 来源 t4噬菌体 作用 连接黏性末端 平末端 3 与dna聚合酶的比较 蛋白质 蛋白质 磷酸二酯键 单个脱氧核苷酸 片段 磷酸二酯键 dna双链片段 dna双链片段 需要 dna一条链 不需要 3 基因的运输工具 运载体 3 种类 质粒 噬菌体和动植物病毒 1 作用 将外源基因送入受体细胞 2 条件 能在宿主细胞内复制并稳定地保存 具有一个至多个限制酶切点 使外源基因插入其中 具有某些标记基因 以便进行筛选 如抗菌素抗性基因 产物具有颜色反应的基因等 对受体细胞无害 不影响其正常活动 运载体 最常用的运载体 质粒 四个基本步骤 三 基因操作的基本步骤 1 提取目的基因2 目的基因与运载体结合3 将目的基因导入受体细胞4 目的基因的检测和表达 目的基因 三 基因操作的基本步骤 目的基因是人们所需要转移或改造的基因 如苏云金芽孢杆菌的抗虫基因 还有植物的抗病 抗病毒 抗细菌 基因 种子贮藏蛋白的基因 以及人的胰岛素基因 干扰素基因等 目的基因的提取方法 三 基因操作的基本步骤 直接分离基因人工合成基因 反转录法根据已知的氨基酸序列合成dna 鸟枪法 从基因文库中获取 基因文库 储存某种生物基因的菌群的总称 不是指生物基因 基因组文库 某个含有所有基因的受体菌 指某个个体 部分基因文库 cdna文库 某个含有部分基因的受体菌 基因库 一个种群所有基因的总称 指基因 三 基因操作的基本步骤 步骤一 目的基因的提取 1 鸟枪法 散弹射击法 用限制酶将供体细胞中的dna切成许多片段 将这些片段分别载入运载体 然后通过运载体分别转入不同的受体细胞 让供体细胞提供的外源dna的所有片段分别在各个受体细胞中大量复制 即扩增 从中找出含有目的基因的细胞 再利用一定方法将目的基因的dna片段分离出来 三 基因操作的基本步骤 步骤一 目的基因的提取 2 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 双链dna 即目的基因 反转录 合成 三 基因操作的基本步骤 步骤一 目的基因的提取 3 根据已知的氨基酸序列合成dna法 根据已知蛋白质的氨基酸序列 推测出相应的信使rna序列 然后按照碱基互补配对原则 推测出它的结构基因的核苷酸序列 再通过化学方法 以单核苷酸为原料合成目的基因 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 三 基因操作的基本步骤 上述三种目的基因提取的方法有何优缺点 操作简便广泛使用 工作量大 盲目 分离出来的有时并非一个基因 专一性强 操作过程麻烦 mrna很不稳定 要求的技术条件较高 专一性最强 仅限于合成核苷酸对较少的简单基因 4 目的基因的扩增 pcr技术 原理 dna复制 结果 目的基因成指数增长 步骤 变性 解旋为单链 引物 退火 延伸 dna聚合酶作用 多次重复 原料 dna模板 4种脱氧核苷酸 引物 dna聚合酶 atp 复制方向 只能从5 端向3 端延伸原因 dna聚合酶不能从头开始合成dna 而只能从3 端延伸dna链 2 目的基因与运载体结合 核心步骤 运载体和表达载体的区别 表达载体的组成 目的基因 启动子 终止子 标记基因 运载体即质粒表达载体即重组质粒 2 目的基因与运载体结合 以质粒为运载体 目的基因与运载体结合的结果可能有几种情况 三种情况 目的基因与目的基因结合质粒与质粒结合目的基因与质粒结合 39 选修模块3 现代生物科技专题 图为某种质粒表达载体简图 小箭头所指分别为限制性内切酶ecori bamhi的酶切位点 ampr为青霉素抗性基因 tctr为四环素抗性基因 p为启动子 t为终止子 ori为复制原点 已知目的基因的两端分别有包括ecori bamhi在内的多种酶的酶切位点 1 将含有目的基因的dna与质粒表达载体分别用ecori酶切 酶切产物用dna连接酶进行连接后 其中由两个dna片段之间连接形成的产物有 三种 若要从这些连接产物中分离出重组质粒 需要对这些连接产物进行 2 用上述3种连接产物与无任何抗药性的原核宿主细胞接种到含四环素的培养基中 能生长的原核宿主细胞所含有的连接产物是 若接种到含青霉素的培养基中 能生长的原核宿主细胞所含有的连接产物是 3 目的基因表达时 rna聚合酶识别和结合的位点是 其合成的产物是 4 在上述实验中 为了防止目的基因和质粒表达载体在酶切后产生的末端发生任意连接 酶切时应选用的酶是 3 将目的基因导入受体细胞 1 导入方法 借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径 唯一没有出现碱基互补配对的过程 2 受体种类不同 导入方法不同 导入植物细胞 卵细胞和体细胞都可以 农杆菌转化法 基因枪法 花粉管通道法 农杆菌转化法 双子叶植物受伤时 伤口分泌的酚类化合物 吸引农杆菌移向这些细胞并进入细胞 将目的基因整合到受体细胞染色体dna上 受体细胞 细菌 细胞壁的通透性增大 重组质粒进入受体细胞 目的基因随受体细胞的繁殖而复制 导入动物细胞 显微注射法 将目的基因注射到卵细胞中 受精后 胚胎移植 导入微生物细胞 感受态细胞法 4 目的基因的检测和表达 1 检测 通过检测标记基因的有无 来判断目的基因是否导入 dna分子杂交法 检测染色体dna分子是否插入目的基因或者目的基因是否转录出rna 免疫法 提取蛋白质用相应的抗体进行抗体 抗原杂交 4 目的基因的检测和表达 细菌的检测 将每个受体细胞单独培养形成菌落 检测菌落中是否有目的基因的表达产物 淘汰无表达产物的菌落 保留有表达产物的进一步培养 研究 2 表达 通过特定性状的产生与否来确定目的基因是否表达 多细胞生物的检测 将每个受体细胞单独培养并诱导发育成完整个体 检测这些个体是否摄入目的基因 摄入的基因是否表达 是否表现出相应的性状 淘汰无变化的个体 保留有相应变化的个体进一步培养 研究 例 用棉铃饲喂棉铃虫 如虫吃后不出现中毒症状 说明未摄入目的基因或摄入目的基因未表达 如虫吃后中毒死亡 则说明摄入了抗虫基因并得到表达 基因工程的成果与发展前景 基因工程的成果在实际生产 生活中的应用有哪些 食品工业 开发新的食品来源 单细胞蛋白 基因工程与医药卫生 我国生产的部分基因工程疫苗和药物 基因工程药品的生产 淋巴因子 干扰素 抑制病毒增殖 白细胞介素 2 增强有关免疫细胞杀伤能力 干扰素治疗病毒感染简直是 万能灵药 过去从人血中提取 300l血才提取1mg 其 珍贵 程度自不用多说 基因诊断与基因治疗 运用基因工程设计制造的 dna探针 检测肝炎病毒等病毒感染及遗传缺陷 不但准确而且迅速 直接把健康外源基因导入缺陷细胞中 基因工程与农牧业 食品工业 运用基因工程技术 不但可以培养优质 高产 抗性好的农作物及畜 禽新品种 还可以培养出具有特殊用途的动 植物 生长快 耐不良环境 肉质好的转基因鱼 中国 乳汁中含有人生长激素的转基因牛 阿根廷 转黄瓜抗青枯病基因的甜椒 转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯 不会引起过敏的转基因大豆 通过研究 基因敲除 的耗子将帮助研究人类的癌症 糖尿病和高血压等慢性疾病与遗传的关系 转基因羊具有生长快 毛质 肉质好 疾病少及耐粗饲料等优点 导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠 导入人基因具特殊用途的猪和小鼠 超级动物 特殊动物 3 基因工程与环境保护 环境监测 基因工程做成的dna探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒 细菌等污染 1t水中只有10个病毒也能被dna探针检测出来 利用基因工程培育的 指示生物 能十分灵敏地反映环境污染的情况 却不易因环境污染而大量死