基因突变以及基因工程

1、关于基因突变和基因工程第1页，共47页，2022年，5月20日，8点19分，星期四镰刀型细胞贫血症（一）实例 资料：1910年，一个黑人青年到医院看病，检查发现他患的是当时人们尚未认识的一种特殊的贫血症，他的红细胞不是正常的圆饼状，而是弯曲的镰刀状，人们称这种病为镰刀型细胞贫血症。这种病患者一旦缺氧，红细胞变成长镰刀型。病重时，红细胞受机械损伤而破裂的现象，引起严重贫血而造成死亡。第2页，共47页，2022年，5月20日，8点19分，星期四C T TG A A谷氨酸缬氨酸DNAmRNA氨基酸蛋白质正常异常GUAC A TG T A突变GAA根本原因 即镰刀型细胞贫血症是由 引起的一种遗传病。D

2、NA分子中碱基对替换血红蛋白第6位上的谷氨酸被替换成缬氨酸ATTA替换直接原因决定控制血红蛋白的基因发生了基因突变第3页，共47页，2022年，5月20日，8点19分，星期四（二）基因突变的概念替换增添缺失A T C C G CT A G G C G C C G C G G C G AT TA C C G C G G C G AT TA AT A C C G C T G G C G DNA片段A T C C G CT A G G C G C C G C G G C G 思考：哪一种基因突变对生物性状的影响最小？第4页，共47页，2022年，5月20日，8点19分，星期四A、有丝分裂间期（体细胞

3、）B、减数第一次分裂间期（生殖细胞）一般不能传给后代可以通过受精作用直接传给后代(二)基因突变发生的时间、原因 如有些植物体细胞发生基因突变，可以通过无性繁殖传递。人体某些体细胞的基因（原癌基因和抑癌基因）突变，有可能发展成癌细胞。第5页，共47页，2022年，5月20日，8点19分，星期四2、基因突变的原因外因(自然或人为的诱发突变) 1.物理因素:紫外线,X射线及其他辐射 2.化学因素:亚硝酸,碱基类似物等 3.生物因素:某些病毒内因(自发突变) 1.DNA复制时偶尔发生错误 2.DNA的碱基组成发生改变第6页，共47页，2022年，5月20日，8点19分，星期四AAAaAaaaaA一个基

4、因突变后产生的是它的等位基因，改变了基因的结构，不改变基因的数量，位置。（三）基因突变的结果第7页，共47页，2022年，5月20日，8点19分，星期四棉花 正常枝短果枝 果蝇 红眼白眼 长翅残翅家鸽 羽毛白色灰红色人 正常色觉色盲 正常肤色白化病你认为突变都有哪些特点？常见突变性状：短腿安康羊（中）玉米白化苗人类多指第8页，共47页，2022年，5月20日，8点19分，星期四(四)基因突变的特点 自然界的物种中广泛存在可发生在生物个体发育的任何时期、任何部位自然界突变率很低：105- 10-8(打破对环境的适应性)多数有害,少数有利 普遍性:随机性:低频性:多害少利性：不定向性：Aa1或Aa

5、2a=A1或a=A2第9页，共47页，2022年，5月20日，8点19分，星期四花芽在分化时发生基因突变第10页，共47页，2022年，5月20日，8点19分，星期四自然状态下，基因突变的频率是很低的。第11页，共47页，2022年，5月20日，8点19分，星期四白化苗大多数突变是有害的多害性白化病第12页，共47页，2022年，5月20日，8点19分，星期四有害的基因突变畸形的雏鸭人类的多指人类的并指镰刀形红细胞第13页，共47页，2022年，5月20日，8点19分，星期四高产大豆 高产青霉菌株有利的基因突变第14页，共47页，2022年，5月20日，8点19分，星期四有利的基因突变第15页

6、，共47页，2022年，5月20日，8点19分，星期四基因突变是不定向的多向性如老鼠灰毛基因A+突变AY (黄毛)a (黑毛) 灰老鼠黑老鼠黄老鼠第16页，共47页，2022年，5月20日，8点19分，星期四1、根据突变的方向，可分为(1)显性突变：aaAa(2)隐性突变：AAAa(五)基因突变的类型2、按突变后对生物个体的影响分为 有利突变、有害突变和对生物既无利也无害(及中性突变)。自然选择淘汰有害变异，保留有利和中性变异。对生物体而言，多数为有害突变。3、根据突变原因，可分为自然突变：在自然状态下发生的基因突变（内因）诱发突变：在人工条件下诱发的突变（外因）第17页，共47页，2022年

7、，5月20日，8点19分，星期四（六） 基因突变的意义产生新的“等位基因”的途径生物变异的根本来源生物进化的原始材料第18页，共47页，2022年，5月20日，8点19分，星期四成功率低,有利变异少需大量处理材料，有很大盲目性（七）、人工诱变在育种上的应用诱变意义:是创造动、植物新品种和微生物新类型的重要方法（2）优点：提高突变率，缩短育种周期大幅度改良某些性状（3）缺点: 物理因素：X射线、射线、紫外线、激光等 化学因素：亚硝酸、硫酸二乙酯等 （1）常用的方法：第19页，共47页，2022年，5月20日，8点19分，星期四2.下列有关基因突变的说法，不正确的是( )A. 自然条件下，一种生物

8、的突变率是很低的B. 生物所发生的基因突变一般都是有利的C. 基因突变在自然界的中广泛存在D. 基因突变可产生新的基因，是生物变异的 根本来源BC1. 一种植物在正常情况下只开红花，但偶然会出现一朵白花，如果将白花种子种下去，它的后代全部开白花，出现这种现象的原因是( ） A. 自然杂交 B. 自然选择 C. 基因突变 D. 基因重组练习第20页，共47页，2022年，5月20日，8点19分，星期四3.诱发突变与自然突变相比，正确的是 A都是有利的 B都是定向的 C都是隐性突变 D诱发突变率高D4、基因突变的根本原因是：A染色体上的DNA变成了蛋白质B染色体上的DNA变成了RNAC染色体上的D

9、NA减少了或增多了D染色体上的DNA结构发生了改变 D第21页，共47页，2022年，5月20日，8点19分，星期四5. 下图中，基因A与a1a2a3之间的 关系，不能表现的是 ( )A. 基因突变是不定向的 B. 等位基因的出现是基因突变的结果C. 正常基因与致病基因可以转化D. 图中基因的遗传遵循自由组合定律Aa1a2a3D第22页，共47页，2022年，5月20日，8点19分，星期四可遗传的变异：不遗传的变异：基因突变染色体变异基因重组仅仅由环境不同引起，遗传物质没有改变，不能遗传给后代。遗传物质发生了改变，能遗传给后代。二、生物变异的类型生物体遗传性状的改变就是生物的变异.第23页，共

10、47页，2022年，5月20日，8点19分，星期四裹脚柳叶眉24第24页，共47页，2022年，5月20日，8点19分，星期四“一母生九仔，连母十个样”，这种个体的差异，主要是什么原因产生的?基因重组第25页，共47页，2022年，5月20日，8点19分，星期四三、基因重组1、概念:在生物进行有性生殖过程中,控制不同性状的基因的自由组合.2、类型:基因的自由组合:基因的交叉互换:非同源染色体上的非等位基因的自由组合同源染色体上的非姐妹染色体之间发生局部互换.减数第一次分裂后期减数第一次分裂前期第26页，共47页，2022年，5月20日，8点19分，星期四3）、两个亲本的遗传物质差距越大，基因重

11、组的类型就越多。3. 基因重组的特点1）、变异概率高，几乎100%2）、只有通过有性生殖过程才能实现的。 第27页，共47页，2022年，5月20日，8点19分，星期四5、意义:基因重组能否产生新的基因？新的性状？不能6.适用的范围：有性生殖过程（杂交育种）基因工程(重组DNA技术)可以产生新的基因组合即：产生新的基因型 是生物变异的重要来源，对生物的进化具有重要意义4、结果:不能第28页，共47页，2022年，5月20日，8点19分，星期四基因突变基因重组产生新的基因（基因分子结构改变），而产生新的基因型不产生新的基因（基因分子结构不变），但基因重组产生新的基因型区别第29页，共47页，20

12、22年，5月20日，8点19分，星期四基因结构改变基因结构不变，不同基因重新组合。细胞分裂间期由于外界理化因素或自身生理因素引起的碱基对的替换、缺失或增添减数第一次分裂前期的四分体时期的交叉互换；减数第一次分裂后期，非同源染色体上的非等位基因自由组合。外界环境条件的变化和内部因素的相互作用。有性生殖过程中进行减数分裂形成生殖细胞。新基因产生的途径，是生物变异的根本来源,是生物进化的原始材料。是生物变异的重要来源，是形成生物多样性的重要原因，对生物的进化也具有重要的意义突变频率低，但普遍存在有性生殖中非常普遍产生了新基因，出现了新性状。不产生新基因，而是产生重组的基因型，使不同性状重新组合。第3

13、0页，共47页，2022年，5月20日，8点19分，星期四四、基因工程（一）概念：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，定向地改造生物的遗传性状。基因重组生物体外定向地改造生物的遗传性状，打破物种界限，能克服远缘杂交不亲和的障碍第31页，共47页，2022年，5月20日，8点19分，星期四1、基因“剪刀”-限制性内切酶（限制酶）（1）功能：一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，切割特定DNA切点，具特异性，并裂解磷酸二酯键。EcoRGAATTCCTTAAG53535GCTTAAAATTCG335

14、粘性末端（二）、基因工程操作工具SmaCCCGGGGGGCCC53355CCCGGGGGGCCC335平口末端第32页，共47页，2022年，5月20日，8点19分，星期四（2）结果：产生两个带有相同黏性末端或平口末端的DNA片段（3）要想从DNA上切下某个基因,应切2个切口,产生4个黏性末端（4）限制酶不是一种酶，而是一类酶，目前已发现的限制酶有4000多种。第33页，共47页，2022年，5月20日，8点19分，星期四2、基因的“针线” DNA连接酶连接酶的作用： 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。连接的部位： 相邻的两个脱氧核苷酸的切口， 即： 生成磷酸二酯

15、键DNA连接酶的作用过程：第34页，共47页，2022年，5月20日，8点19分，星期四基因的针线：DNA连接酶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 GG C T T A A A A T T C GG C T T A A A A T T C G用同种限制酶切割第35页，共47页，2022年，5月20日，8点19分，星期四小结：与DNA有关酶的作用DNA酶：即DNA水解酶，可以将DNA水解成脱氧核苷酸。DNA聚合酶：在DNA复制的过程中，连接单个游离的脱氧核苷酸到DNA片段上，需要模板，引物。DNA连接

16、酶：连接两个DNA片段，形成磷酸二酯键，不需要模板。解旋酶：在DNA复制时，破坏氢键，使DNA双链打开。限制性核酸内切酶：破坏脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键。第36页，共47页，2022年，5月20日，8点19分，星期四3、基因的运输工具运载体(1)化学本质：DNA标记基因：运载体上且用于鉴定筛选的基因。标记基因一般都是抗生素抗性基因，只要在相应的抗生素培养基上培养筛选就可以，能活下来的就是目的基因已经进入受体细胞。(2)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）具有某些标记基因，便于进行筛选。第37页，共47页，2022年，5

17、月20日，8点19分，星期四第一步：（三）、基因工程基本步骤：第二步：获取目的基因目的基因与运载体结合（体外进行）方法：1、直接分离2、人工合成注意：要用同一种限制酶切取目的基因和运载体，并用DNA连接酶连接。作用：将目的基因送入受体细胞第38页，共47页，2022年，5月20日，8点19分，星期四第三步：第四步:将目的基因导入受体细胞目的基因的检测和表达1、常用微生物作受体细胞的原因：微生物增殖快、代谢快、目的产物多1、检测：通过检测标记基因的有无，来判断目的基因是否导入。2、表达：通过特定性状或蛋白质的产生与否来确定目的基因是否表达。如棉花抗虫性状的表现主要借鉴细菌或病毒侵染细胞的方法第3

18、9页，共47页，2022年，5月20日，8点19分，星期四 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。无表达产物无表达产物有表达产物无表达产物第40页，共47页，2022年，5月20日，8点19分，星期四思考：受体细胞摄入DNA分子后就说明目的基因完成了表达吗？方法：用棉铃饲喂棉铃虫，如虫吃后不出现中毒症状，说明未摄入目的基因或摄入目的基因未表达。如虫吃后中毒死亡，则说明摄入了抗虫基因并得到表达。第41页，共47页，2022年，5月20日，8点19分，星期四（四）、基因工程的应用一、基因工程与作物育种第42页，共47页，2022年，5月20日，8点19分，星期四生长快、肉质好的转基因鱼(中国)转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转鱼抗寒基因的番茄第43页，共47页，2022年，5月20日，8点19分，星期四能发荧光的热带斑马鱼普通热带斑马鱼是不发荧光的第44页，共47页，2022年，5月20日，8点19分，星期四胰岛素从猪、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