《基因工程》全部人教版ppt课件

.,回忆：（1）生物的主要遗传物质是什么？（2）DNA的空间结构和基本组成单位是什么？（3）你还能画出四种脱氧核苷酸的结构简式吗？（4）一条链上的脱氧核苷酸相互连接是通过什么来完成的？（5）基因控制蛋白质的合成过程。（6）中心法则的图解。,.,.,Thecamelecow,.,定向基因改造设想,设想一,能否让禾本科的植物也能够固定空气中的氮？,能否让细菌“吐出”蚕丝？,设想二,能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素等珍贵的药物？,设想三,经过多年的努力，科学家于20世纪70年代创立了可以定向改造生物的新技术基因工程。,.,专题1基因工程简介,金湖二中生物教研组,.,请大家阅读P1内容，你认为基因工程的理论基础和技术基础有哪些？基因工程基础：（1）DNA的规则双螺旋结构是基因工程的物质基础；（2）不同生物共用一套密码子是理论基础；（3）转移载体和工具酶的发现为基因工程的提供了技术基础。,.,几点说明：（1）最早的基因工程艾弗里的肺炎双球菌的转化实验，证明了DNA可以从一种生物个体转移到另一个生物个体；（2）不同生物的DNA分子完成重组的理论基础：不同生物的DNA分子的结构和组成成分一样；（3）最早的转基因动物1980年的转基因老鼠。,.,一DNA重组技术的基本工具,.,1、基因工程的概念基因工程又叫基因拼接技术或DNA重组技术。概念一：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。概念二：按照人们的意愿，把一种生物的个别基因复制出来，加以修饰，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。,.,从基因工程概念上看，你认为基因工程可分为几步？基因工程是在分子水平对DNA分子进行的“剪切”和“拼接”，这需要专门的工具。,.,二、基因操作的工具1、限制性核酸内切酶“分子手术刀”思考：限制性内切酶剪切的是DNA中的什么化学键？限制性内切酶的特性？DNA分子经限制性内切酶处理后形成的结构叫什么名称？,.,（1）限制性内切酶剪切的结构,.,注意：限制性内切酶破坏的是DNA骨架上的磷酸与脱氧核糖形成的化学键（磷酸二酯键），而不是碱基对之间的氢键。（2）限制性内切酶的特性一种限制性内切酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列，并且能在特定的切点是切割DNA分子。（3）分布：主要在微生物中。,.,你认为微生物中的限制性内切酶有什么作用？（4）结果：产生黏性末端（碱基互补配对）、平末端。（5）举例：大肠杆菌的一种限制酶（EcoR)能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开形成黏性末端；Sma能识别CCCGGG序列，并在C和G之间切割形成平末端。,.,练习：请大家看第4页下面的DNA片段，如果此DNA片段被EcoR限制酶处理，请你标出切点，并写出切割后的末端。要从一个DNA分子中获得一个所需要的基因，要有几个切口？产生几个末端？,.,2、DNA连接酶“分子缝合针”看图思考：,DNA连接酶连接的是什么结构？请你说出DNA连接酶和DNA聚合酶的差异。,.,根据酶的来源不同，可以将DNA连接酶分为两类：从大肠杆菌中分离得到：E.coliDNA连接酶，只能将双链DNA片段互补的粘性末端之间连接。从T4噬菌体中分离到：T4连接酶，既可以“缝合”双链DNA片段互补的粘性末端，又可以“缝合”双链DNA片段的平末端，但连接平末端之间的效率比较低。,.,3、基因进入受体细胞的载体“分子运输车”阅读课本相关内容，回答问题：（1）运载体的化学本质是什么？（2）运载体要具备哪些条件？（3）常使用的运载体有哪些？（4）最常用的运载体是什么？它存在于哪些细胞中？,.,（1）运载体具备的条件能够在宿主细胞中复制并保持稳定；具有多个限制酶的切点，以便与外源基因连接；具有某些标记基因，便于筛选：对受体细胞无害、易分离。,.,（2）常使用的运载体质粒、噬菌体、动植物病毒等；其中，质粒是最常用的运载体。（3）质粒本质：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；质粒的存在对宿主细胞无影响；质粒的复制只能在宿主细胞内完成。,.,.,判断：质粒只存在于原核细胞中。思考：基因工程用到的工具酶有哪些？,.,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,.,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,.,4、在基因工程中，切割运载体和含有目的基因的DNA片段，需使用（）A.同种限制酶B.两种限制酶C.同种连接酶D.两种连接酶,A,.,二基因工程的基本操作程序,.,你认为基因工程可分为哪几步？1、目的基因的获取2、基因表达载体的构建3、将目的基因导入受体细胞4、目的基因的检测与鉴定,.,一、提取目的基因目的基因主要是指编码蛋白质的结构基因。例如，与生物抗逆性相关的基因、与优良品质相关的基因、与生物药物和保健品相关的基因、与毒物降解相关的基因，以及与工业所需用酶相关的基因等，也可以是具有一些具有调控作用的因子。,.,（一）将需要的基因直接从供体生物的细胞内提取出来。,目前被较广泛提取使用的目的基因有：苏云金杆菌抗虫基因、人胰岛素基因、人干扰素基因、种子贮藏蛋白基因、植物抗病基因等。,.,（二）从基因文库中获取目的基因,什么是基因文库？什么是部分基因文库？基因文库是怎样建立的？怎样从基因文库中得到我们所需的目的基因？目的基因的有关信息与什么相联系？,.,（三）人工合成基因法PCR扩增技术,PCR(polymerasechainreaction)聚合酶链式反应是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。通过此技术，可获取大量的目的基因。,.,PCR技术,原理：前提：过程：,PCR扩增仪,DNA双链复制的基本原理,一段已知目的基因的核苷酸序列,目的基因DNA受热变性，解链；引物与单链互补结合；合成链在DNA聚合酶作用下进行延伸。,.,（四）化学合成法适用范围：已知核苷酸序列，基因的核苷酸数量较少。过程：根据已知的蛋白质的氨基酸序列，推测出相应的核苷酸序列，然后按碱基互补配对的原则，推测出它的结构基因的核苷酸序列，在通过化学方法，以单核苷酸为原料合成目的基因。,.,二、基因表达载体的构建,基因表达载体的构建是实施基因工程的第二步，也是基因工程的核心。,（一）目的使目的基因在受体细胞内稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用。,.,1、基因表达载体的组成：目的基因、启动子、终止子、标记基因。,.,编码区,非编码区,非编码区,与RNA聚合酶结合位点,2、启动子：一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的首端，是RNA聚合酶识别和结合的部位。,.,3、终止子：位于基因的尾端，也是一段有特殊结构的DNA片段，使转录在所需要的地方停止下来。,4、标记基因：为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。,.,思考：你认为目的基因与运载体的结合操作过程的怎样进行的？用同一种限制性内切酶处理运载体和质粒，得到相同的黏性末端；再将目的基因和运载体，在DNA连接酶在作用下进行连接，形成了一个重组的DNA分子。思考：不同生物的DNA分子连接成功的基础是什么？,.,思考：如果用同一种限制性内切酶，处理质粒和目的基因，并将产物放在一起用连接酶连接它们，最后可以产生多少种环状的DNA分子？你认为它们是怎么组成的？,.,三、将目的基因导入受体细胞常用的受体细胞有哪些？什么叫转化？怎样才能将目的基因导到受体细胞中呢？（一）常用的受体细胞有：动物、植物、微生物。,.,（二）转化：目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。,.,（三）目的基因导入植物细胞,1、常用方法：-农杆菌转化法适用范围：双子叶植物和裸子植物；具体做法：将目的基因插入到农杆菌的Ti质粒上的T-DNA中，利用农杆菌的转化作用（当植物体受损时，伤口处的细胞会分泌大量的酚类化合物，吸引农杆菌移向这些细胞，这时农杆菌的Ti质粒上的T-DNA可转移至受体细胞），就可以使目的基因进入植物细胞，并将其插入植物细胞中的染色体DNA上，使目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达。,.,2、其他方法：基因枪法；花粉管通道法；说出三种方法的优缺点。,.,（二）将目的基因导入动物细胞,显微注射技术：具体做法：,.,（三）将目的基因导入微生物细胞,早期的基因工程，常用大肠杆菌做受体细胞的原因：繁殖快，多为单细胞，遗传物质相对较少。为什么原核生物的繁殖比较快呢？,.,大肠杆菌的转化方法：首先用Ca2+（常用氯化钙）处理细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，这种细胞称为感受态细胞。第二步是将重组表达载体DNA分子溶于缓冲液中与感受态细胞混合，在一定的温度下促进感受态细胞吸收DNA分子，完成转化过程。,.,四、目的基因的检测和鉴定,目的基因导入受体细胞后，是否可以稳定维持和表达其遗传性状，只有通过检测与鉴定才能知道。这是检查基因工程是否成功的一步。请大家看书，看看需要检测哪几方面的内容？怎么做？,.,首先，要检测转基因生物染色体的DNA上是否插入了目的基因，这是目的基因能否在真核生物中稳定遗传的关键。检测方法是采用DNA分子杂交技术。,其次，还需要检测目的基因是否转录出了mRNA，这是检测目的基因是否发挥功能作用的第一步。检测方法是采用DNA分子杂交技术。,最后，检测目的基因是否翻译成蛋白质。检测方法是进行抗原-抗体杂交。,.,第四，个体生物学水平的鉴定：一个抗虫或抗病的目的基因导入植物细胞后，是否赋予了植物抗虫或抗病特性，需要做抗虫或抗病的接种实验，以确定是否具有抗性以及抗性的程度。,有的基因工程产品需要与天然产品的功能进行活性比较，以确定转基因产品的功能活性是否与天然产品相同。,.,思考：请你写出目的基因在受体细胞中，遗传信息的传递过程。基因在不同生物的体内控制合成的蛋白质是一样的，这说明了什么？,.,1、基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的。在基因操作的基本步骤中，不进行碱基互补配对的步骤是（）A、人工合成目的基因B、目的基因与运载体结合C、将目的基因导入受体细胞D、目的基因的检测和表达,C,.,2、水母发光蛋白由236个氨基酸构成，其中有三种氨基酸构成发光环，现已将这种蛋白质的基因作为生物转基因的标记。在转基因技术中，这种蛋白质的作用是（）A.促使目的基因导入宿主细胞中B.促使目的基因在宿主细胞中复制C.使目的基因容易被检测出来D.使目的基因容易成功表达,.,3、农业上大量使用化肥存在许多负面影响，“生物固氮”已成为一项重要研究课题，实验证明，生物固氮是某些微生物（如根瘤菌、蓝藻等）将空气中的N2固定为NH3的过程。（1）与人工合成NH3所需的高温、高压条件相比，生物固氮的顺利进行是因为根瘤菌、蓝藻体内含有特定的，这类物质的化学本质是。（2）人们正在着力研究转基因固氮植物（如固氮水稻、固氮小麦等），某科学家将根瘤菌、细胞中的固氮基因，通过基因工程方法转移到水稻植株细胞中，经检测，转基因水稻具备了固氮功能。据上述材料分析：固氮基因已经整合到水稻细胞的中。写出水稻细胞中固氮基因得到表达的反应式。,酶,蛋白质,DNA,转录翻译DNA（固氮基因）RNA蛋白质,.,4、干扰素是治疗癌症的重要物质，人血液中每升只能提取0.05g干扰素，因而其价格昂贵，平民百姓用不起。但美国有一家公司用遗传工程方法合成了价格低廉、药性一样的干扰素，其具体做法是：（1）从人的淋巴细胞中提取能指导干扰素合成的，并使之与一种叫做质粒的DNA结合，然后移植到酵母菌内，从而用酵母菌来。（2）酵母菌能用方式繁殖，速度很快，所以，能在较短的时间内大量生产。利用这种方法不仅产量高，并且成本也较低。,基因,产生干扰素,出芽,干扰素,.,三基因工程的应用,.,一、植物基因工程硕果累累,植物基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力，以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面。1、抗虫转基因植物方法：目的基因包括：,从某些生物中分离出具有杀虫活性的基因，将其导入作物中，使其具有抗虫性。,Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等,.,例：1993年，我国农业科学院的科学家成功地将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因转入棉植株，培育成了抗棉铃虫的转基因抗虫棉。思考：抗虫棉要治虫吗？为什么？,.,2、抗病转基因植物,抗病基因有哪些？病毒外壳蛋白基因、病毒的复制酶基因、几丁质酶基因、抗毒素合成基因（抗真菌转基因植物）。寻根问底在抗病转基因植物中，为什么使用病毒外壳蛋白基因可以抗病毒侵染？是否存在局限性？,.,一种假说认为：CP基因在植物细胞内表达积累后，当入侵的病毒裸露核酸进入植物细胞后，会立即被这些外壳蛋白重新包裹，从而阻止病毒核酸分子的复制和翻译。另一种假说认为：植物细胞内积累的病毒外壳蛋白会抑制病毒脱除外壳，使病毒核酸分子不能释放出来。然而最近的研究表明，如果将病毒的外壳蛋白的AUG起始密码缺失，使之不能被翻译，或者将外壳蛋白基因变成反义RNA基因，整合到植物细胞染色体上，转基因植物则有很好的抗性。因此，有人认为抗性机理不是外壳蛋白在起作用，而是CP基因转录出RNA后，与入侵病毒RNA之间的相互作用起到了抗性作用。,.,存在一些问题：转基因植物对病毒的抗性有局限性，仅限于特定的病毒（被使用CP基因的病毒）或密切相关的病毒；转基因植物大多数只是发病延缓，一般为两周，并非根治；潜在着植物表达的外壳蛋白包被与另一种病毒形成新的杂合病毒的危险。,.,3、抗逆转基因作物4、利用转基因改良植物的品质方法：,将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因，导入植物中，或者改变这些氨基酸合成途径中某种酶的活性。,.,二、动物基因工程前景广阔,1、用于提高动物生长速度目的基因：,生长素基因。,实例：“超级小鼠”的培育将大鼠生长激素的基因分别注射到小白鼠的受精卵中，得到了体型巨大的“超级小鼠”。,.,2、用于改善畜产品的品质3、用转基因动物生产药物思考讨论：（1）用动物乳腺作为反应器，生产高价值的蛋白质比工厂生产的优越之处有哪些？,A、产量高；B、质量好；C、成本低；D、易提取。,.,获取目的基因（例如血清蛋白基因）,构建基因表达载体（在血清白蛋白基因前加特异表达的启动子）,显微注射导入哺乳动物受精卵中,形成胚胎,将胚胎送入母体动物,发育成转基因动物（只有在产下的雌性动物个体中，转入的基因才能表达）,（2）用基因工程技术实现动物乳腺生物反应器的操作过程是怎样的？,.,为了保证产下的动物是雌性个体，一般对受体细胞（受精卵）进行选择，选择XX型的受精卵。但“乳房反应器”仍有缺点，只有当个体成年后才能产生乳汁。科学家从尿液中提取相关的基因产物，你认为此种方法与“乳房反应器”相比有什么优点？,.,、用转基因动物作器官移植的供体供体动物：存在的难题：解决方法：,猪,免疫排斥,将供体基因组导入某种基因调节因子，以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因，再结合克隆技术，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。,.,、基因工程药品异军突起（）工程菌：用基因工程的方法，使外源基因得到高效率表达的菌类细胞株系。（）我国已生产的产品：,白细胞介素-2、干扰素、乙肝疫苗等,.,三、基因治疗曙光初照,、基因治疗的概念：将健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，使该基因的表达的产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的。思考：如果要对色盲进行基因治疗，应该把什么基因导入到什么细胞？那么，个体的相关基因型