基因工程及其应用(浙科版自用整理)ppt课件

能发光的水母,能否能否让热带鱼也发光?,设想,不能发光的热带斑马鱼,1,转基因生物：能发光的动物,2,超级小鼠与超级鱼,能让普通动物长得更大吗？,植入了人生长激素基因的动物,3,转黄瓜抗青枯病基因的甜椒,4,能产生人胰岛素的大肠杆菌,5,胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰腺（2000头猪）只能提取4-5g的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。,将合成胰岛素的基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素！使其价格降低了95%!,6,你知道什么是真正的硕果累累吗?,7,1.生物的性状是如何决定的?2.以上种种假想有可能实现吗？,思考,通过基因转录和翻译表达遗传信息，并最终形成蛋白质。蛋白质的形态结构功能决定生物的性状。,8,通过基因工程，以上有些想象有可能实现，让我们一起来认识神奇的“生物工程”-21世纪的核心工程。,9,好奇心：基因工程是怎样创造出来的？（预习P2第一段思考）,基因工程诞生于20世纪70年代,其理论基础:1、是生物遗传物质的发现；2、的确立；3、的认定。基因工程的技术保障：、和的发现和应用，则为基因工程的创建提供了技术保障。,DNA双螺旋结构,DNA,遗传信息传递方式,限制性核酸内切酶,DNA连接酶,质粒载体,10,基因工程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，定向地改造生物的性状。,原理：基因重组,操作水平：DNA分子水平,操作环境：生物体外,结果：定向地改造生物的性状，获得人类所需要的品种。,一、基因工程的含义,11,二、基因操作的工具,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),、基因的剪刀限制性内切酶（限制酶）,12,限制酶,粘性末端,粘性末端,例如：大肠杆菌(EcoRl)的一种限制酶能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。,13,限制性核酸内切酶的作用部位？,水解磷酸二酯键,14,什么叫黏性末端？,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，这样的切口叫粘性末端。,不同的限制酶切出的粘性末端一般是不同的专一性,15,练习：试写出下面三种限制酶切割后所产生的粘性末端,16,17,黏性末端和平末端,18,2.基因的针线DNA连接酶,DNA连接酶可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，即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。,19,DNA连接酶的作用部位？,合成磷酸二酯键,20,AATTCG,GCTTAA,AATTCG,GCTTAA,5,5,5,5,(1)(2),AATTCG,GCTTAA,AATTCG,GCTTAA,5,5,5,5,(1)(2),AT,G,C,T,A,TA,G,C,T,A,DAN连接酶,DNA连接酶,连接后的结果,思考：什么样的DNA片段才能连接？,粘性末端相同,21,练习：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,22,要让一个从甲生物细胞内取出来的基因(如抗虫基因),送入受体细胞(如棉细胞),还需要有运输工具,这就是运载体。,3、基因的运输工具（运）载体,常用的载体：质粒、噬菌体和动植物病毒,23,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(即目的基因)连接。3.具有某些标记基因，便于进行筛选。标记基因:如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等。,24,大肠杆菌的质粒：,最常用的质粒是大肠杆菌的质粒，其中常含有抗药基因，如四环素抗性基因。,25,质粒的特点,1、原核细胞拟核DNA分子以外能自主复制的小型环状DNA分子，通常大小只有拟核的1%；2、质粒的存在对宿主细胞无影响；3、质粒的复制能在宿主细胞内完成。,26,载体与目的基因形成的重组DNA分子,27,1.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,28,2.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,29,3.有关基因工程的叙述中，错误的是(多选)（）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,30,工欲善其事，必先利其器。基因工程的工具,1、DNA分子手术刀限制性核酸内切酶,2、DNA分子针线DNA连接酶,3、DNA分子运输车质粒,31,三、基因工程基本步骤,第一步：获得目的基因,基因工程的第一步，是取得人们所需要的特定基因，即目的基因，也称外源基因，如基因工程中用到的抗虫基因，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。,32,获取目的基因,利用PCR技术扩增,聚合酶链式反应(PolymeraseChainReaction),获取更多的目的基因,33,化学合成目的基因的方法,问题1：如果我们没得到目的基因，但是我们获得了目的基因转录的mRNA，那怎样才能得到目的基因呢？,提示：结合“中心法则”思考,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)。,34,问题2：如果我们没得到目的基因，但是我们获得了目的基因控制合成的蛋白质，那怎样才能得到目的基因呢？,提示：结合“中心法则”思考,根据蛋白质的氨基酸顺序推测出信使RNA核苷酸顺序，再据此推测出基因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。,DNA合成仪,35,使目的基因的片段在短时间内成百万倍地扩增,利用PCR技术扩增目的基因：,PCR扩增仪,36,IMN,过程：,高温解旋、低温连引、中温延伸三步曲,解旋,连引,延伸,37,质粒,DNA分子（含目的基因）,限制酶处理,一个切口两个黏性末端,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,过程:,第二步：形成重组DNA分子-核心,38,39,细菌,供体细胞,取出质粒,取出DNA,用同一种限制酶切断DNA,用DNA连接酶连接目的基因,重组质粒,40,基因表达载体的组成：,思考：在重组DNA分子的时候，产物一定是质粒与目的基因相连吗？,目的基因+目的基因自连载体+载体自连目的基因+载体连接,41,第三步：将重组DNA分子导入受体细胞,将重组DNA导入受体细胞,扩增,42,植物细胞,动物细胞,微生物细胞,农杆菌转化法,基因枪法,植物病毒侵染法,显微注射法,用CaCI2处理,受体细胞不同，导入的方法也不同,受体细胞,43,基因枪,44,第四步：筛选含有目的基因的受体细胞,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，必须将它从中筛选出来。(方法?),第五步：目的基因的表达,标记基因,目的基因,将每个受体细胞单独培养形成菌落，检测菌落中是否有的表达产物。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。,45,常用方法：1、利用DNA分子杂交技术检测,46,已知某质粒中存在两个抗性基因，如图所示。目的基因不插入到氨苄青霉素抗性基因中，而大肠杆菌不带有任何抗性基因。如何筛选含有目的基因的大肠杆菌？,2、利用标记基因(抗性基因)进行筛选,47,48,含氨苄青霉素的完全培养基,筛选含有目的基因的受体细胞,49,1、分子水平的鉴定：,检测目的基因是否表达蛋白质,抗原抗体杂交,2、个体生物学水平的鉴定,病虫直接侵染个体,目的基因是否表达的鉴定方法：,50,51,四、基因工程的应用,、基因工程与遗传育种,1993年，中国农业科学院的科学家成功地培育出了抗棉铃虫的转基因抗虫棉，抗虫的基因来自苏云金杆菌。苏云金杆菌形成的伴胞晶体是一种毒性很强的蛋白质晶体，能使棉铃虫等鳞翅目害虫瘫痪致死。科学家将编码这个蛋白质的基因导入作物，使作物自身具有抵御虫害的能力。,52,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),53,转黄瓜抗青枯病基因的甜椒,54,2、基因工程与疾病治疗,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。,55,胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰腺（1000头猪）只能提取4-5g的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。,将合成胰岛素的基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素！使其价格降低了30%-50%!,56,3、基因工程与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。,57,阅读课本讨论：转基因食品安全吗？,58,练习：,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,59,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,60,基因工程的正确操作步骤是（）使目的基因与运载体结合将目的基因导入受体细胞检测目的基因的表达是否符合特定性状要求提取目的基因,61,采用基因工程的方法培育抗虫棉，下列导入目的基因的作法正确的是（）（2006年理综第4题）将毒素蛋白注射到棉受精卵中将编码毒素蛋白的序列，注射到棉受精卵中将编码毒素蛋白的序列，与质粒重组，导入细菌，用该细菌感染棉的体细胞，在进行组织培养将编码毒素蛋白的序列，与细菌质粒重组，注射到棉的子房并进入受精卵中.,62,5下表关于基因工程中有关基因操作的名词及对应的内容，正确的组合是（）,C,63,五、基因工程的发展前景,一、最新尝试：1、基因工程与光合作用2、基因工程与生物固氮3、生物反应器4、蛋白质工程-第二代基因工程,二、基因工程的未来,64,1.利用大肠杆菌可以生产出人的胰岛素，联系前面有关细胞器功能的知识，结合基因工程操作程序的基本思路，思考一下，若要生产人的糖蛋白，可以用大肠杆菌吗？,有些蛋白质肽链上有共价结合的糖链，这些糖链是在内质网和高尔基复合体上加工完成的，内质网和高尔基复合体存在于真核细胞中，大肠杆菌不存在这两种细胞器，因此，在大肠杆菌中生产这种糖蛋白是不可能的。,2.-珠蛋白是动物血红蛋白的重要组成成分。当它的成分异常时，动物有可能患某种疾病，如镰刀形细胞贫血症。假如让你用基因工程的方法，使大肠杆菌生产出鼠的-珠蛋白，想一想，应如何进行设计？,寻根问底：,65,（1）从小鼠中克隆出-珠蛋白基因的编码序列（cDNA）。（2）将cDNA前接上在大肠杆菌中可以适用的启动子，另外加上抗四环素的基因，构建成一个表达载体。（3）将表达载体导入无四环素抗性的大肠杆菌中，然后在含有四环素的培养基上培养大肠杆菌。如果表达载体未进入大肠杆菌中，大肠杆菌会因不含有抗四环素基因而死掉；如果培养基上长出大肠杆菌菌落，则表明-珠蛋白基因已进入其中。（4）培养进入了-珠蛋白基因的大肠杆菌，收集菌体，破碎后从中提取-珠蛋白。,66,寻根问底（1）为什么要构建基因文库？直接从含有目的基因的生物体内提取不行吗？,提示：构建基因文库是获取目的基因的方法之一，并不是惟一的方式。如果所需要的目的基因序列已知，就可以通过PCR方式从含有该基因的生物的DNA中，直接获得，也可以通过反转录，用PCR方式从mRNA中获得，不一定要构建基因文库。但如果所需要的目的基因的序列完全不知，或只知道目的基因序列的一段，或想从一种生物