基因工程的原理和技术完整.ppt

第一章基因工程 第二节基因工程的原理和技术 一 教学目标 1 了解基因工程的基本原理 2 描述重组DNA技术的基本步骤 二 教学重点 难点 基因工程的基本原理和基本操作步骤 一 基因工程的原理和操作步骤 原理 让人们感兴趣的基因 目的基因 在宿主细胞中稳定和高效表达 目的基因的获取 形成重组DNA分子 重组DNA导入受体细胞 筛选含有目的基因的受体细胞 目的基因表达 二 基因工程操作步骤 1 第一步 目的基因的获取 1 方法 从基因文库中获取目的基因 利用聚合酶链式反应 PCR 技术扩增目的基因 目的基因的序列已知 化学方法合成目的基因 目的基因的序列已知 从基因文库中获取目的基因 用限制酶切成许多片断 将含有某种生物不同基因的许多DNA片断 导入受体菌的群体储存 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 利用PCR技术扩增目的基因 聚合酶链式反应 在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术 可以获得大量的目的基因 循环 目的基因的扩增呈指数形式扩增 2n 人工合成基因的方法 反转录法根据已知的氨基酸序列合成DNA 化学方法合成目的基因 化学方法合成目的基因 通过化学合成的目的基因是否含有粘性末端 2 形成重组DNA分子 核心 质粒 DNA分子 限制酶处理 两个切口获得目的基因 DNA连接酶 重组DNA分子 重组质粒 同一种 一个切口两个粘性末端 3 将重组DNA导入受体细胞 常用的受体细胞 有大肠杆菌 枯草杆菌 土壤农杆菌 酵母菌和动植物细胞等 将目的基因导入受体细胞的原理 借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径 1 将重组DNA导入植物细胞 农杆菌转化法 基因枪法 2 将重组DNA导入动物细胞 显微注射技术 提纯基因表达载体 1 将重组DNA导入植物细胞 农杆菌转化法 基因枪法 2 将重组DNA导入动物细胞 显微注射技术 最多 最有效 3 将重组DNA导入微生物细胞 Ca2 处理 以增加细菌细胞壁的通透性 目前把重组质粒导入细菌细胞时 效率还不高 导入完成后得到的细菌 实际上有的根本没有导入质粒 有的导入的是普通质粒A 只有少数导入的是重组质粒 四环素抗性基因 怎样筛选出已经导入质粒的细胞 4 筛选含有目的基因的受体细胞 四环素抗性基因 在此基础上 怎样鉴别已导入重组质粒的细胞 四环素抗性基因 图a示基因工程中经常选用的载体 pBR322质粒 Ampr表示氨苄青霉素抗性基因 Tetr表示四环素抗性基因 目的基因如果插入四环素抗性基因中 将使该基因失活 而不再具有相应的抗性 a b Ampr Tetr c 再将灭菌绒布按到图b的培养基上 使绒布面沾上菌落 然后将绒布平移按到含四环素的培养基上培养 得到如图c的结果 空圈表示与b对照无菌落的位置 为了检查载体是否导入原本没有Ampr和Tetr的大肠杆菌 将大肠杆菌培养在含氨苄青霉素的培养基上 得到如图b的结果 黑点表示菌落 4 筛选含有目的基因的受体细胞 目的基因是否导入受体生物中需要有筛选标记 如以质粒做为载体可进行抗性的检测 原理 质粒上有抗生素的抗性基因方法 利用选择培养基筛选 检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因 关键 检测目的基因是否转录出了mRNA 检测目的基因是否翻译成蛋白质 表达 2 常用的技术 DNA分子杂交技术 蛋白质分子 抗原 抗体 间的杂交 5 目的基因的表达 1 内容 2 基因工程的的原理及技术 分子水平 DNA分子杂交技术 核心 DNA探针 目的基因的脱氧核苷酸 单链 序列片段 用荧光分子或放射性同位素标记 看能否形成杂合的双链区 检测 鉴定 检测转基因生物染色体的DNA上是否插入了目的基因 检测目的基因是否转录出了mRNA 检测目的基因是否翻译成蛋白质 抗虫鉴定 抗病鉴定等 过程 A 首先取出转基因生物的基因组DNAB 用含目的基因的DNA片段 单链 用放射性同位素等作标记 以此做探针C 使探针和转基因生物的基因组杂交 若显示出杂交带 表明目的基因已插入染色体DNA中 过程 用上述探针和转基因生物的mRNA杂交 若出现杂交带 表明目的基因转录出了mRNA 基因工程的基本操作程序 目的基因的获取 形成重组DNA分子 将目的基因导入受体细胞 筛选含有目的基因的受体细胞和目的基因表达 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 农杆菌转化法 显微注射法 Ca2 处理法 DNA分子杂交技术 抗原 抗体杂交技术 分子检测外的个体水平鉴定 本节小结 1 用基因工程技术可使大肠杆菌合成人的蛋白质 下列叙述不正确的是A 常用相同的限制性内切酶处理目的基因和质粒B DNA连接酶和RNA聚合酶是构建重组质粒必需的工具酶C 可用含抗生素的培养基检测大肠杆菌中是否导入了重组质粒D 导入大肠杆菌的目的基因不一定能成功表达 B 巩固练习 2下列属于获取目的基因的方法的是 利用mRNA反转录形成 从基因文库中提取 从受体细胞中提取 利用PCR技术 利用DNA转录 人工合成A B C D D 3 基因工程又叫基因拼接技术 1 在该技术中 用人工合成方法获得目的基因的途径之一是 以目的基因转录的为模板 成互补的单链DNA 然后在酶的作用下合成 2 基因工程中常用的受体细胞有细菌 真菌 3 假设以大肠杆菌质粒作为载体 并以同一种限制性内切酶切割载体与目的基因 将切割后的载体与目的基因片段混合 并加入DNA连接酶 连接产物至少有种环状DNA分子 它们分别是 信使RNA 逆转录 双链DNA 目的基因 动植物细胞 3 载体自连的 目的基因片段自连的 载体与目的基因片段相连的环状DNA分子 目的基因与质粒的连接 基因DNA文库的构建将总DNA经过酶解 分离不同长短的DNA片段 包含的基因片段分别克隆在质粒或噬菌体载体上 感染细菌或体外包装到噬菌体颗粒上便构成了该生物的基因文库 基因探针 基因探针就是一段与目的基因或DNA互补的特异核苷酸序列 它包括整个基因 或基因的一部分 可以是DNA本身 也可以是由之转录而来的RNA DNA分子杂交示意图 采用一定的技术手段 将两种生物的DNA分子的单链放在一起 如果这两个单链具有互补的碱基序列 那么 互补的碱基序列就会结合在一起 形成杂合双链区 在没有互补碱基序列的部位 仍然是两条游离的单链 基因探针 DNA探针 与目的基因杂交 有无杂交带 传统的遗传育种方法有哪些 传统的遗传育种方法能否解决不同种生物优良性状的重组问题 基因工程技术如何解决不同种生物优良性状的重组问题 第一章第三节基因工程的应用 基因工程的应用 一 基因工程与作物育种 二 基因工程与疾病治疗 基因工程药物 2 基因诊断 3 基因治疗 三 基因工程与环境保护 基因工程的应用 一 基因工程与作物育种 1 抗虫转基因植物 2 抗病转基因植物 3 其他抗逆转基因植物 如抗盐 抗旱 抗除草剂植物等 4 利用转基因改良植物的品质 基因工程在农业上的应用 1 高产 稳产和具优良品质的品种2 抗逆性品种 基因工程在畜牧养殖业上的应用 基因工程与疾病治疗 基因工程药品的生产 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 利用基因工程方法制造 工程菌 可高效率地生产出各种高质量 低成本的药品 基因工程胰岛素 胰岛素是治疗糖尿病的特效药 长期以来只能依靠从猪 牛等动物的胰腺中提取 100Kg胰腺只能提取4 5g的胰岛素 其产量之低和价格之高可想而知 胰岛素分子结构 基因工程胰岛素 将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌 每2000L培养液就能产生100g胰岛素 大规模工业化生产不但解决了这种比黄金还贵的药品产量问题 还使其价格降低了30 50 胰岛素生产车间 基因工程干扰素 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 干扰素生产车间 干扰素分子结构 SCID的基因工程治疗 重症联合免疫缺陷 SCID 患者缺乏正常的人体免疫功能 只要稍被细菌或者病毒感染 就会发病死亡 这个病的机理是细胞的一个常染色体上编码腺苷酸脱氨酶 简称ADA 的基因 ada 发生了突变 可以通过基因工程的方法治疗 SCID患者