生物遗传与基因工程

第三章遗传与基因工程,知识结构体系：,一细胞质遗传,二基因的结构,三基因工程简介,概念：由细胞质遗传物质控制的遗传现象。,特点,物质基础:线粒体或叶绿体中的DNA（细胞质基因）,实践应用：三系配套,母系遗传,杂交后代不出现一定的分离比,原核细胞基因结构,真核细胞基因结构,人类基因组研究,概念,基因工程工具,剪刀：限制酶,针线：链接酶,运载体：质粒等,步骤：提取结合导入检测和表达,基因工程的成果和发展前景,第二节基因结构,基因操作工具,1、剪刀,2、针线,3、运输工具,基因操作步骤,1,2,3,4,第三节基因工程,原核基因结构,真核基因结构,原、真基因异同,人类基因组计划,细胞质遗传概念,细胞质遗传特点,物质基础,第一节细胞质遗传,成果与发展前景,与医药卫生,与农牧业食品业,与环境保护,（一）、细胞质遗传概念：由细胞质遗传物质控制的遗传现象。,紫茉莉花质体的遗传,质体含叶绿素叶绿体含胡萝卜素有色体不含色素白色体,第一节细胞质遗传,第二节基因结构,基因操作工具,1、剪刀,2、针线,3、运输工具,基因操作步骤,1,2,3,4,第三节基因工程,原核基因结构,真核基因结构,原、真基因异同,人类基因组计划,细胞质遗传概念,细胞质遗传特点,物质基础,第一节细胞质遗传,成果与发展前景,与医药卫生,与农牧业食品业,与环境保护,1、F1总是表现为母本性状母系遗传,（二）、细胞质遗传的特点,2、细胞质遗传的后代不会出现一定的分离比,第二节基因结构,基因操作工具,1、剪刀,2、针线,3、运输工具,基因操作步骤,1,2,3,4,第三节基因工程,原核基因结构,真核基因结构,原、真基因异同,人类基因组计划,细胞质遗传概念,细胞质遗传特点,物质基础,第一节细胞质遗传,成果与发展前景,与医药卫生,与农牧业食品业,与环境保护,（三）细胞质遗传的物质基础,细胞质中线粒体、叶绿体等细胞质结构中具有DNA，含有基因。,生物体遗传是细胞质遗传和细胞核遗传共同作用的结果,核遗传和质遗传的比较,核基因,显性性状,有规律,均等,质基因,母本性状,没规律,不均等,第二节基因结构,基因操作工具,1、剪刀,2、针线,3、运输工具,基因操作步骤,1,2,3,4,第三节基因工程,原核基因结构,真核基因结构,原、真基因异同,人类基因组计划,细胞质遗传概念,细胞质遗传特点,物质基础,第一节细胞质遗传,成果与发展前景,与医药卫生,与农牧业食品业,与环境保护,第二节基因的结构,一、教材分析,原核细胞的基因结构,真核细胞的基因结构,人类基因组研究,基因的结构,第二节基因结构,基因操作工具,1、剪刀,2、针线,3、运输工具,基因操作步骤,1,2,3,4,第三节基因工程,原核基因结构,真核基因结构,原、真基因异同,人类基因组计划,细胞质遗传概念,细胞质遗传特点,物质基础,第一节细胞质遗传,成果与发展前景,与医药卫生,与农牧业食品业,与环境保护,（一）原核细胞的基因结构,RNA聚合酶能够识别调控序列中的结合位点，并与其结合。转录开始后，RNA聚合酶沿DNA分子移动，并与DNA分子的一条链为模板合成RNA。转录完毕后，RNA链释放出来，紧接着RNA聚合酶也从DNA模板链上脱落下来。,编码区：能够转录为相应的信史RNA，进而指导蛋白质的合成，能够编码蛋白质的区段。,非编码区：有调控遗传信息表达的核苷酸序列。,第二节基因结构,基因操作工具,1、剪刀,2、针线,3、运输工具,基因操作步骤,1,2,3,4,第三节基因工程,原核基因结构,真核基因结构,原、真基因异同,人类基因组计划,细胞质遗传概念,细胞质遗传特点,物质基础,第一节细胞质遗传,成果与发展前景,与医药卫生,与农牧业食品业,与环境保护,（二）真核细胞的基因结构,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，内含子能转录为信使RNA,内含子:,外显子:,不同种类的蛋白质的基因所含的外显子和内含子的数目和长度是不同的。,每个编码蛋白质的基因都含有若干个外显子和内含子,第二节基因结构,基因操作工具,1、剪刀,2、针线,3、运输工具,基因操作步骤,1,2,3,4,第三节基因工程,原核基因结构,真核基因结构,原、真基因异同,人类基因组计划,细胞质遗传概念,细胞质遗传特点,物质基础,第一节细胞质遗传,成果与发展前景,与医药卫生,与农牧业食品业,与环境保护,1、人的血红蛋白中，有一种蛋白质叫做珠蛋白，它的基因有1700个碱基对，其中有3个外显子和2个内含子，能够编码146个氨基酸，其外显子的碱基对在整个基因碱基对中所占的比例是多少,2、人的一种凝血因子的基因，在它的186000个碱基对中，有26个外显子和25个内含子，能够编码2552个氨基酸，其外显子的碱基对在整个基因碱基对中所占的比例是多少=26%,25523186000100%=4%,练习：,比较：原核细胞和真核细胞基因的异同,相同点：都是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的。,不同点：原核细胞基因的编码区是连续的，真核细胞基因的编码区是间隔的、不连续的。,第二节基因结构,基因操作工具,1、剪刀,2、针线,3、运输工具,基因操作步骤,1,2,3,4,第三节基因工程,原核基因结构,真核基因结构,原、真基因异同,人类基因组计划,细胞质遗传概念,细胞质遗传特点,物质基础,第一节细胞质遗传,成果与发展前景,与医药卫生,与农牧业食品业,与环境保护,（三）人类基因组计划,1、人类基因组：是指人体DNA分子所携带动全部的遗传信息,22常X、Y（24个DNA）约有30亿个碱基对33.5万个基因。,2、人类基因组计划：分析测定人类基因组的核苷酸序列,3、参与国家：中、美、英、法、德、日,第二节基因结构,基因操作工具,1、剪刀,2、针线,3、运输工具,基因操作步骤,1,2,3,4,第三节基因工程,原核基因结构,真核基因结构,原、真基因异同,人类基因组计划,细胞质遗传概念,细胞质遗传特点,物质基础,第一节细胞质遗传,成果与发展前景,与医药卫生,与农牧业食品业,与环境保护,第三节基因工程简介,基因工程又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。这种技术是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物。(分子水平）,第二节基因结构,基因操作工具,1、剪刀,2、针线,3、运输工具,基因操作步骤,1,2,3,4,第三节基因工程,原核基因结构,真核基因结构,原、真基因异同,人类基因组计划,细胞质遗传概念,细胞质遗传特点,物质基础,第一节细胞质遗传,成果与发展前景,与医药卫生,与农牧业食品业,与环境保护,（一）基因操作的工具,1.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(特异性），并在特定的切割点上将DNA分子切断。目前已发现的限制酶有200（数量）多种。,如大肠杆菌中的一种限制酶，识别GAATTC序列，并切割G-A序列,结果：产生黏性末端,第二节基因结构,基因操作工具,1、剪刀,2、针线,3、运输工具,基因操作步骤,1,2,3,4,第三节基因工程,原核基因结构,真核基因结构,原、真基因异同,人类基因组计划,细胞质遗传概念,细胞质遗传特点,物质基础,第一节细胞质遗传,成果与发展前景,与医药卫生,与农牧业食品业,与环境保护,、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，使之成为一个完整的DNA分子。,连接部位：磷酸二酯键,第二节基因结构,基因操作工具,1、剪刀,2、针线,3、运输工具,基因操作步骤,1,2,3,4,第三节基因工程,原核基因结构,真核基因结构,原、真基因异同,人类基因组计划,细胞质遗传概念,细胞质遗传特点,物质基础,第一节细胞质遗传,成果与发展前景,与医药卫生,与农牧业食品业,与环境保护,3、基因的运输工具运载体,作用：将外源基因导入受体细胞,种类：质粒（最常用的运载体，是染色体外能够自我复制的很小的环状DNA。）噬菌体动植物病毒,能够在宿主细胞中复制并稳定的保存。,具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接。,具有标记基因便于筛选。,第二节基因结构,基因操作工具,1、剪刀,2、针线,3、运输工具,基因操作步骤,1,2,3,4,第三节基因工程,原核基因结构,真核基因结构,原、真基因异同,人类基因组计划,细胞质遗传概念,细胞质遗传特点,物质基础,第一节细胞质遗传,成果与发展前景,与医药卫生,与农牧业食品业,与环境保护,（二）基因工程的基本步骤,第一步：提取目的基因,1、直接分离法：鸟枪法（散弹射击法）,2、人工合成法,逆转录法：以信使RNA为模板，在逆转录酶的作用下将脱氧核苷酸合成合成DNA(基因)。,化学合成：根据蛋白质的氨基酸顺序推算出信使RNA核苷酸顺序，再据此推算出基因DNA的脱氧核苷酸顺序。用游离脱氧核苷酸直接合成相应的基因。,将供体生物的DNA用限制酶切割为许多片段，再用运载体将这些片段都运载到受体生物的不同细胞中去。只要有一个细胞获得了需要的目的基因并得以表达，基因工程就算成功了。,第二节基因结构,基因操作工具,1、剪刀,2、针线,3、运输工具,基因操作步骤,1,2,3,4,第三节基因工程,原核基因结构,真核基因结构,原、真基因异同,人类基因组计划,细胞质遗传概念,细胞质遗传特点,物质基础,第一节细胞质遗传,成果与发展前景,与医药卫生,与农牧业食品业,与环境保护,优点:是操作简便，缺点:是带有很大的盲目性，工作量大，成功率低。且不能将真核生物的基因转移到原核生物中去。,第二步：目的基因与运载体结合,第二节基因结构,基因操作工具,1、剪刀,2、针线,3、运输工具,基因操作步骤,1,2,3,4,第三节基因工程,原核基因结构,真核基因结构,原、真基因异同,人类基因组计划,细胞质遗传概念,细胞质遗传特点,物质基础,第一节细胞质遗传,成果与发展前景,与医药卫生,与农牧业食品业,与环境保护,第三步：将目的基因导入受体细胞,借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径，通过运载体把目的基因带入某生物体内，并使目的基因在受体细胞内能准确地转录和翻译。,为使重组的DNA分子更容易进入受体细胞，通常要用CaCl2对受体细菌进行处理，使受体细菌具有更大的通透性。,第二节基因结构,基因操作工具,1、剪刀,2、针线,3、运输工具,基因操作步骤,1,2,3,4,第三节基因工程,原核基因结构,真核基因结构,原、真基因异同,人类基因组计划,细胞质遗传概念,细胞质遗传特点,物质基础,第一节细胞质遗传,成果与发展前景,与医药卫生,与农牧业食品业,与环境保护,第四步：目的基因的检测与表达,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、检测；判断目的基因是否导入受体细胞,2、表达：有没有产生特定的性状,第二节基因结构,基因操作工具,1、剪刀,2、针线,3、运输工具,基因操作步骤,1,2,3,4,第三节基因工程,原核基因结构,真核基因结构,原、真基因异同,人类基因组计划,细胞质遗传概念,细胞质遗传特点,物质基础,第一节细胞质遗传,成果与发展前景,与医药卫生,与农牧业食品业,与环境保护,第二节基因结构,基因操作工具,1、剪刀,2、针线,3、运输工具,基因操作步骤,1,2,3,4,第三节基因工程,原核基因结构,真核基因结构,原、真基因异同,人类基因组计划,细胞质遗传概念,细胞质遗传特点,物质基础,第一节细胞质遗传,成果与发展前景,与医药卫生,与农牧业食品业,与环境保护,三、基因工程的成果和前景,、基因工程与医药卫生,、基因工程与农牧业、食品工业,农业：获得高产稳产高品质的农作物、抗逆行新品种。,畜牧业：高产仔率，高产奶量的品种。如：超级小鼠,食品业：将鸡蛋白基因移入酵母菌来生产卵清蛋白,第二节基因结构,基因操作工具,1、剪刀,2、针线,3、运输工具,基因操作步骤,1,2,3,4,第三节基因工程,原核基因结构,真核基因结构,原、真基因异同,人类基因组计划,细胞质遗传概念,细胞质遗传特点,物质基础,第一节细胞质遗传,成果与发展前景,与医药卫生,与农牧业食品业,与环境保护,3、基因工程与环境保护,（1）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亡，甚至还可以吸收和转化污染物。,（2）环境污染治理：假单孢杆菌能分解石油的成分，把分解三种烃类的基因转移到能分解另一种烃类的假单孢杆菌内，创造出同时能分解四种烃类的超级细菌。提高分解石油的效率。,第二节基因结构,基因操作工具,1、剪刀,2、针线,3、运输工具,基因操作步骤,1,2,3,4,第三节基因工程,原核基因结构,真核基因结构,原、真基因异同,人类基因组计划,细胞质遗传概念,细胞质遗传特点,物质基础,第一节细胞质遗传,成果与发展前景,与医药卫生,与农牧业食品业,与环境保护,（四）实践中的应用,1.杂