基因工程及其应用

1、资料一：蛛丝是自资料一：蛛丝是自然界最奇特的物质然界最奇特的物质之一，它具有极强之一，它具有极强的韧度，其韧度是的韧度，其韧度是同样直径钢材的好同样直径钢材的好几倍。但与家蚕不几倍。但与家蚕不同，蜘蛛不能家养，同，蜘蛛不能家养，因为它们会互相吞因为它们会互相吞食，所以不可能建食，所以不可能建立人工饲养蜘蛛的立人工饲养蜘蛛的农场。农场。3030多年来，多年来，科学家们一直试图科学家们一直试图找到利用其他生物找到利用其他生物体来制造蛛丝的办体来制造蛛丝的办法。法。资料二：细菌是在自然资料二：细菌是在自然界分布最广、个体数量界分布最广、个体数量最多的生物。细菌具有最多的生物。细菌具有代谢旺盛，繁殖能

2、力强代谢旺盛，繁殖能力强的特点。的特点。能否让细菌能否让细菌“吐出吐出”蛛丝？蛛丝？杂交育种杂交育种诱变育种诱变育种单倍体育种单倍体育种多倍体育种多倍体育种原原理理常常用用方方法法优优点点缺缺点点基因重组基因重组基因突变基因突变染色体数目染色体数目变异变异染色体数目染色体数目变异变异亲本杂亲本杂交交 用物理或化学用物理或化学方法诱变方法诱变花药离体培养花药离体培养单倍体单倍体秋水仙秋水仙素处理单倍体幼素处理单倍体幼苗苗纯种纯种秋水仙素处秋水仙素处理萌发的种理萌发的种子或幼苗子或幼苗操作简便，将操作简便，将不同个体的优不同个体的优良性状集中于良性状集中于一个个体上一个个体上提高变异频率提高变异频

3、率缩短育种进程缩短育种进程大幅度改良性大幅度改良性状状有利变异少，有利变异少，盲目，需大量盲目，需大量处理实验材料处理实验材料明显缩短育种明显缩短育种年限年限技术复杂，需与技术复杂，需与杂交育种配合杂交育种配合各种器官大、各种器官大、营养成分高、营养成分高、结实率低，结实率低，发育延迟发育延迟育种年限长育种年限长几种育种技术比较几种育种技术比较思考：思考：要把蜘蛛的合成蛛丝蛋白的基因要把蜘蛛的合成蛛丝蛋白的基因“嫁接嫁接”到细菌上，关键步骤是什么？到细菌上，关键步骤是什么？ 关键步骤一：怎样提取蛛丝蛋白的基因？关键步骤一：怎样提取蛛丝蛋白的基因？关键步骤二：怎样将蛛丝蛋白基因导入到细菌体内？关

4、键步骤二：怎样将蛛丝蛋白基因导入到细菌体内？ 关键步骤三：怎样鉴定蛛丝蛋白基因已经导入细菌体关键步骤三：怎样鉴定蛛丝蛋白基因已经导入细菌体内并成功表达？内并成功表达？基因的剪刀基因的剪刀限制性核酸内切酶（限制酶）限制性核酸内切酶（限制酶）基因的针线基因的针线DNADNA连接酶连接酶基因的运载工具基因的运载工具运载体运载体 (DNA)(DNA)（一）基因操作的工具（一）基因操作的工具一一 、基因工程的原理、基因工程的原理1、基因的剪刀、基因的剪刀限制性核酸内切酶（简称限制酶）限制性核酸内切酶（简称限制酶）限制酶是在生物体限制酶是在生物体( (主要是微生物主要是微生物) )内的一种酶。内的一种酶。

5、作用：作用：能识别特定的核苷酸序列，能在特定的位点对能识别特定的核苷酸序列，能在特定的位点对DNADNA分子进行切割分子进行切割。特点：具有特异性。特点：具有特异性。限制性内切酶限制性内切酶识别位点识别位点EcoRXbaXhoNdeGAATTCTCTAGACTCGAGCATATG表：几种常用限制性内切酶及其酶切位点表：几种常用限制性内切酶及其酶切位点（1 1）只能识别一种特定的核苷酸序列）只能识别一种特定的核苷酸序列（2 2）只能在特定的位点上切割）只能在特定的位点上切割DNADNA分子分子 大肠杆菌大肠杆菌(E.coli)(E.coli)的一种限制酶能识别的一种限制酶能识别GAATTCGAA

6、TTC序列，并在序列，并在GG和和A A之间切开。之间切开。例如：例如：限制酶限制酶重播黏性末端黏性末端切割位置：切割位置： 磷酸与脱氧核糖间的化学键磷酸与脱氧核糖间的化学键 （磷酸二酯键）（磷酸二酯键） 练一练：使用练一练：使用EcoREcoR切割的结果切割的结果( (识别识别GAATTC)GAATTC) CGAATTCTAACCGGAATTCGAGCTC GCTTAAGATTGGCCTTAAGCTCGAG AATTCTAACCGG GATTGGCCTTAA G A A T T CC T T A A GG A A T T CC T T A A GG C T T A A A A T T C G

7、G C T T A A A A T T C GG C T T A A A A T T C G用同种限制酶切割用同种限制酶切割2、基因的针线、基因的针线DNA连接酶连接酶连接位置：连接位置： 磷酸与脱氧核糖间的化学键磷酸与脱氧核糖间的化学键（磷酸二酯键）（磷酸二酯键）黏性末端的黏合：黏性末端的黏合：互补的碱基形成氢键连接互补的碱基形成氢键连接黏性末端的连接：黏性末端的连接： DNA连接酶连接酶连接缺口连接缺口3、基因的运载工具、基因的运载工具运载体：运载体：常用的运载体主要有两类：常用的运载体主要有两类： 1 1）质粒质粒 2 2）噬菌体噬菌体或某些动植物或某些动植物病毒病毒 原理：原理：利用运

8、载体侵染宿主细胞的能力，将目的基因导入宿主细胞。利用运载体侵染宿主细胞的能力，将目的基因导入宿主细胞。 质粒：质粒： 质粒是基因工程质粒是基因工程最常用最常用的运载体。的运载体。 质粒存在于细菌、酵母菌等生物中，是细胞染色质粒存在于细菌、酵母菌等生物中，是细胞染色体外能够进行体外能够进行自主复制自主复制的很小的的很小的环状环状DNADNA分子。分子。(1)(1)能在宿主细胞中能在宿主细胞中复制复制并并稳定保存；稳定保存；(2)(2)具有具有多个限制酶的切点，多个限制酶的切点，便于与不同的目的基因连接；便于与不同的目的基因连接；(3)(3)具有某些具有某些标记基因标记基因，便于筛选成功导入的受体

9、细胞。，便于筛选成功导入的受体细胞。 运载体的特点运载体的特点基因工程四个基本步骤：基因工程四个基本步骤：目的基因的检测与鉴定：目的基因的检测与鉴定：目的基因的检测是根据运载体上的目的基因的检测是根据运载体上的标记基因所控制的生物性状是否表现来判断，如下表标记基因所控制的生物性状是否表现来判断，如下表检测目的检测目的检测依据检测依据检测方法检测方法目的目的基基因的因的导入导入目的基因是目的基因是否已经导入否已经导入受体细胞受体细胞依据受体细胞是否依据受体细胞是否具有运载体所特有具有运载体所特有的的“标记基因标记基因”所所控制的性状控制的性状如运输目的基因的运载如运输目的基因的运载体含有抗四环素基因，体含有抗四环素基因，目的基因导入成功与否，目的基因导入成功与否，主要看受体细胞能否在主要看受体细胞能否在含有四环素的培养基上含有四环素的培养基上生长生长目的目的基因基因的表的表达达目的基因是目的基因是否已完成表否已完成表达达依据受体细胞是否依据受体细胞是否表现出表现出“目的基因目的基因”所控制的性状所控制的性状出现目的基因、出现目的基因、mRNA、合成相关、合成相关蛋白质蛋白质转基因棉花常采用让棉转基因