基因工程及其应用

.,最新款的摩托车,你想过吗?,.,谁能告诉我这是？,.,谁能告诉我这是？,.,基因工程及其应用,第2节,基因工程：即。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，地改造生物的。,原理：,操作水平：,结果：,一、基因工程,基因重组,DNA分子水平,定向地改造生物的遗传性状，获得人类所需要的品种。,基因拼接技术或DNA重组技术,定向,遗传性状,二、基因操作的工具,1、基因工程的,指“限制性核酸内切酶”,主要存在于微生物,一种限切酶只能识别一种特定的核苷酸序列,并在特定切点切割DNA分子,已发现的有200多种,作用于：,磷酸二酯键,识别特定序列在特定部位切割,.,限制性内切酶（EcoR）作用过程,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:,形成的黏性末端不同,不同的限制酶呢？,具有,.,模型构建1,练习使用EcoRI剪切目的基因,黏性末端,.,（2006.台州质检）下列是由限制酶切割形成的DNA片段，能用相应DNA连接酶将它们恢复连接的组合是,CTGCAG,G,CTTAA,G,ACGTC,AATTC,G,A.；B.；C.；D.以上都不对,A,2、基因工程的,指“DNA连接酶”,将互补配对的两个粘性末端连接起来，使之成为一个完整的DNA分子,种类,E.coliDNA连接酶T4DNA连接酶,.,DNA连接酶的作用过程,DNA连接酶的作用位点是：相邻的两个脱氧核苷酸的切口。即生成：磷酸二酯键。,.,模型构建2,使用DNA连接酶制作重组DNA分子,甲片段,重组DNA分子RecombinantDNA,.,DNA连接酶的作用是：,A.子链和母链之间形成氢键B.黏性末端之间形成氢键C.两个DNA末端间的缝隙连接D.A、B、C都对,C,.,核心要点突破,1限制酶与DNA连接酶的区别,.,2DNA连接酶与DNA聚合酶的比较,.,下列关于限制酶的说法正确的是()A限制酶广泛存在于各种生物中，但微生物中很少B一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列C不同的限制酶切割DNA后都会形成黏性末端D限制酶的作用部位是特定核苷酸形成的氢键【思路点拨】从限制酶的来源、作用部位及特性入手分析。【尝试解答】B,3、基因的运载体,（2）条件,能够在宿主细胞中复制并稳定地保存,具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接,具有标记基因，便于进行筛选,（3）常用的运载体：,质粒、噬菌体和动、植物病毒等,（1）运载体的概念,运载外源DNA进入受体细胞的运输工具,标记基因，便于进行检测。,其中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.,（4）它们的共同特点是,都有侵染或进入宿主细胞的能力,.,思考感悟1运载体和载体相同吗？【提示】不同。运载体是将外源基因导入受体细胞的运输工具。载体是位于细胞膜上的载体蛋白质，与物质进出细胞有关。,第一步：,第二步：,获取目的基因,目的基因与运载体结合,注意：要用同一种限制酶切取目的基因和运载体，并用DNA连接酶连接。,三、基因工程基本步骤,1.目的基因:主要指编码蛋白质的结构基因,2.方法(1)从自然界已有物种中分离,(2)人工合成法:,基因文库中分离PCR技术,逆转录法化学合成法,第三步：,第四步:,将目的基因导入受体细胞,目的基因的检测和鉴定,1、常用的受体细胞：,大肠杆菌、枯草杆菌、酵母菌、动植物细胞等,2、常用微生物作受体细胞的原因：,微生物增殖快、代谢快、目的产物多,一般检测：,标记基因是否表达,鉴定:,(1)用DNA分子杂交法检测转基因生物的染色体是否插入了目的基因,(2)用分子杂交法检测目的基因是否转录出mRNA,(3)用抗原-抗体杂交法检测目的基因是否翻译出蛋白质,.,大量的受体细胞接受不多的目的基因。处理的受体细胞中真正摄入了目的基因的很少，必须将它从中检测出来。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。,.,.,1基因工程步骤中的几个问题(1)四个步骤中只有第三步将目的基因导入受体细胞不涉及到碱基互补配对。(2)目的基因必须与运载体结合后才能导入受体细胞，才能稳定地保存，并进行复制。(3)受体细胞常用微生物的原因：繁殖快、代谢快、目的产物多。(4)培育转基因动物，受体细胞一般选用受精卵。(5)目的基因的检测利用质粒中的标记基因。,.,2基因工程成功的理论基础(1)运载体与目的基因结合成功的基础基本单位相同：不同生物的DNA分子都是由脱氧核苷酸构成的。空间结构相同：不同生物的DNA分子都是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链形成的规则的双螺旋结构。碱基配对方式相同：不同生物的DNA分子中两条链之间的碱基配对方式都是A与T配对，G与C配对。(2)表现出相同性状的基础是密码子相同，即不同生物的相同密码子所对应的氨基酸是相同的。,.,基因工程基本操作流程如图，请据图分析回答：,.,(1)图中A是_；在基因工程中，需要在_酶的作用下才能完成剪接过程。(2)图中遵循碱基互补配对原则的步骤有_。(用图中序号表示)(3)从分子水平分析不同种生物之间的基因移植能够成功的主要原因是_，也说明了不同生物共用一套_。,.,【尝试解答】(1)运载体限制酶和DNA连接(2)()(3)不同生物的DNA分子基本结构是相同的遗传密码【解析】图中A与目的基因结合形成重组DNA分子，所以A应为运载体；基因工程中的“剪”需要限制酶，“接”需要DNA连接酶；图中的“拼接”和“扩增”过程需进行碱基互补配对，如果目的基因的获取方法是人工合成法，也需进行碱基互补配对；不同种生物之间基因移植成功的原因，也就是基因工程的理论基础即生物界共用一套遗传密码和所有生物的DNA分子的结构基本相同。,.,【互动探究】如果目的基因是人的胰岛素基因，选择的工程菌为大肠杆菌，则能表达出有活性的胰岛素吗？【提示】不能。由于大肠杆菌没有内质网和高尔基体，不能对核糖体合成的胰岛素前体进行加工，所以大肠杆菌是无法产生有活性的胰岛素的，还需进行体外加工，才具活性。,.,四、基因工程的应用,1、基因工程与作物育种,.,抗虫转基因植物,.,生长快、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,.,2、基因工程与药物研制,我国生产的部分基因工程疫苗和药物,许多药品的生产是从生物组织中提取的。受材料来源限制产量有限，其价格往往十分昂贵。,微生物生长迅速，容易控制，适于大规模工业化生产。若将生物合成相应药物成分的基因导入微生物细胞内，让它们产生相应的药物，不但能解决产量问题，还能大大降低生产成本。,.,胰岛素从猪、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。,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！使其价格降低了30%-50%!,.,基因工程做成的“超级细菌”能吞食和分解多种污染环境的物质。,通常一种假单孢杆菌只能分解石油中的一种烃类用基因工程培育成功的“超级细菌”却能分解石油中的多种烃类化合物。,科学家还培育出能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDT等毒害物质的细菌。,3、环境污染治理,.,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亡，甚至还可以吸收和转化污染物。,.,转基因食品,安全吗?!,.,.,转基因抗乙肝西红柿(中国)，虽然不能治愈乙肝，但一年只吃几个抗乙肝西红柿，就完全能代替注射乙肝疫苗。抗乙肝西红柿属于转基因食品，就是将乙肝疫苗植入西红柿内，经过多代繁殖，使转入的基因稳定化。,用转基因的植物生产药物,.,转基因植物的安全性争论,支持派认为：如果转基因农业生物技术得不到社会支持，这一研究将被扼杀，并且强调，迄今为止并没有发现转基因食品危害人体健康和环境的确切证据。,.,美国人食用转基因食品已多年，超级市场上有4000多种商品是含有转基因植物成分的，还没有事例证明人吃了以后会得病，甚至会引起死亡。加拿大、澳大利亚也是转基因食品的生产大国，均有几千万人在吃，到现在为止也没有个案例说明它有问题。,.,反对派的观点,一英国科学家声称，转基因马铃薯会减弱老鼠免疫系统功能；美国康乃尔大学也发现，转基因玉米会危害蝴蝶幼虫及其相关生态环境。,.,环保团体认为这种违反自然的转基因作物及产品，未经长期安全测试，长期食用可能对人类及生态环境造成负面影响。尤其是注重环境和生态保护的欧盟国家，对转基因作物更加排斥，因而抵制美国GMO产品的进口。,.,要使目的基因与对应的载体重组，所需的两种酶是（）限制酶连接酶解旋酶还原酶实施基因工程的第一步的一种方法是把所需的基因从供体细胞内分离出来，这要利用限制性内切酶。一种限制性内切酶能识别分子的顺序，切点在和之间，这是利用了酶的（）高效性专一性多样性催化活性易受外界影响,.,科学家将携带抗虫基因的运载体导入二倍体棉花细胞中,经培养、筛选获得一株有抗虫特性基因的植株。经分析，该植株含有一个携带目的基因的DNA片段，因此可以把它看作杂合子。得