《基因工程》教学.ppt

1 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 2 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 3 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 4 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 5 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 6 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 7 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 8 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JamesD Watson和FrancisH 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 9 3 1958年Crick又提出了遗传信息传递的 中心法则 1964年MarshallNirenberg和GobindKhorana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 10 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 11 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 12 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 13 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 14 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 15 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 16 基因的针线 DNA连接酶 17 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 18 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 19 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 20 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 21 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 22 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 23 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 24 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 25 基因探针 26 非目的基因片段 基因探针 27 目的基因片段 基因探针 28 目的基因片段 基因探针 29 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 30 花粉管通道法 31 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 32 33 基因工程的应用 34 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 35 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 36 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 37 3 抗逆转基因植物 38 4 利用转基因改良植物的品质 39 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 40 41 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 42 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 43 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 44 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 45 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 46 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 47 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