基因工程育种

第6章从杂交育种到基因工程第2节基因工程及其应用,能发光的水母,能否能否让热带鱼也能发光?,设想,不能发光的热带斑马鱼,超级小鼠与超级鱼,能产生人胰岛素的大肠杆菌,基因“嫁接”,又称基因拼接技术,或重组DNA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，定向的改造生物的遗传性状。,基因工程(geneengineering),1.原理：,2.操作水平：,3.结果：,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。,基因工程(geneengineering),培育转基因大肠杆菌的简要过程：,你认为上述培育转基因大肠杆菌的关键步骤有哪些？,普通大肠杆菌(不能分泌胰岛素),实例展示,培育转基因大肠杆菌的关键步骤：,如:EcoRI,1、该限制酶只能识别GAATTC的序列，说明了限制酶具有的特性是。,2、EcoRI限制酶识别了GAATTC的序列后，将会发生什么样的变化？,专一性,1.基因的剪刀限制性内切酶,基因操作(geneengineering)的工具,模型构建1,练习使用EcoRI剪切目的基因,黏性末端,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。,2.分子针线DNA连接酶(DNAlinking-enzyme),DNA连接酶连接的是两个脱氧核苷酸(deoxyribonucleotide)分子的什么部位？,基因操作(geneengineering)的工具,DNA连接酶可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，是把梯子两边扶手的断口连接起来，这样一个重组的DNA分子才能形成。,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聚合酶和DNA连接酶的比较,不同点,相同点,DNA聚合酶,DNA连接酶,连接DNA片段,不需要模板,连接的是游离的脱氧核苷酸,需要模板,连接不同脱氧核苷酸之间的磷酸和脱氧核糖，形成磷酸二酯键,目的基因(如人的胰岛素基因)怎样才能导入受体细胞(如大肠杆菌细胞)？,3.基因的运输工具运载体(carrying),常用的运载体(carrying)有两类：(1)细菌细胞质的质粒(plasmid)(2)噬菌体(bacteriophages)或某些动植物病毒(virus),基因操作(geneengineering)的工具,基因操作(geneengineering)的工具,作为运载体必须具备哪些条件？,1.能够在宿主细胞中复制并稳定地保存。2.具多个限制酶切点，以便与外源基因连接。3.对宿主细胞无毒害作用。4.具有某些标记基因，便于进行筛选。如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等。,1、细胞染色体（或拟核DNA分子）外能自主复制的小型环状DNA分子；2、质粒的存在对宿主细胞无影响；3、质粒的复制只能在宿主细胞内完成。,大肠杆菌的质粒(plasmid)：,三、基因工程基本步骤,1、获取目的基因,基因工程的第一步，是取得人们所需要的特定基因，也就是目的基因如抗虫基因，抗病基因、种子的贮存蛋白基因，以及人的胰岛素基因、干扰素基因等都是目的基因。,要获得目的基因，主要有两条途径：一条是从供体细胞的DNA中直接分离基因，另一条是人工合成基因。,2、目的基因与运载体结合,用与提取目的基因相同的限制酶切割质粒使之出现一个切口，将目的基因插入切口处，让目的基因的黏性末端与切口上的黏性末端互补配对后，在连接酶的作用下连接形成重组DNA分子。,细菌,供体细胞,取出质粒,取出DNA,用同种限制酶切断DNA,用连接酶连接目的基因,3、将目的基因导入受体细胞,将重组DNA导入受体细胞,扩增,4、目的基因的表达和检测,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。,基因工程(geneengineering)的“四步曲”,提取目的基因,1,目的基因与运载体结合,2,将目的基因导入受体细胞,3,目的基因的检测和表达,4,基因工程的操作工具,1.基因的剪刀限制性内切酶,2.基因的针线连接酶,3.基因的运输工具运载体,基因工程的操作步骤,1.目的基因的提取,2.目的基因与运载体结合,3.目的基因导入受体细胞,4.目的基因的检测与表达,基因工程(geneengineering)的原理,小结,1、基因工程与作物育种,基因工程的应用,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,获得高产、稳产和具有优良品质的农作物和具有抗逆性的作物新品种。,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%!,3、环境保护基因工程做成的“超级细菌”能吞食和分解多种污染环境的物质。,通常一种细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。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDT等毒害物质。,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?,1.以下说法正确的是（）A、所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列B、质粒是基因工程中唯一的运载体C、运载体必须具备的条件之一是：具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接D、DNA连接酶使黏性末段的碱基之间形成氢键,C,练习,2.不属于质粒被选为基因运载体的理由是A、能复制（）B、有多个限制酶切点C、具有标记基因D、它是环状DNA,D,练习,3.有关基因工程的叙述中，错误的是（）A、基因工程技术能定向地改造生物的遗传性状，培育生物新品种B、重组DNA的形成在细胞内完成C、目的基因须由运载体导入受体细胞D、质粒都可作为运载体,BD,练习,练习：,4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,5、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