基因工程简介7

基因工程简介吕中生物组（一）

基因工程的概念一、基因工程的基本内容基因工程的别名操作环境操作对象操作水平基本过程结果基因拼接技术或DNA重组技术生物体外基因DNA分子水平剪切拼接导入表达人类需要的基因产物将抗虫基因移植到棉花的细胞中，使棉花具有抗虫害的作用。假如你作为一名研究者来完成这一项工作，那么你会遇到哪些困难或需要解决哪些问题呢？1、如何将抗虫基因（目的基因）从某种生物的DNA上切割下来？2、如何使抗虫基因（目的基因）与棉花的DNA连接起来？想一想基因工程培育抗虫棉的简要过程：苏云金芽孢杆菌普通棉花（无抗虫特性）

提取

与运载体DNA拼接

抗虫基因棉花细胞（含抗虫基因）

导入棉花植株（有抗虫特性）

通过观察抗虫棉的培育过程，你认为关键的步骤是什么？关键步骤一：抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内提取。关键步骤二：抗虫基因与运载体DNA连接。关键步骤三：抗虫基因进入棉细胞。通过观察抗虫棉的培育过程，你认为关键的步骤是什么？关键步骤一的工具：基因的剪刀——限制性内切酶。关键步骤二的工具：基因的针线——DNA连接酶。关键步骤三的工具：基因的运输工具——运载体。(二)基因操作的工具

1、

基因的剪刀——限制性内切酶（1）

分布：主要在微生物中（2）

种类：200多种（3）

作用：识别特定核苷酸序列，切割特定切点（4）

结果：产生黏性末端分布作用特点结果种类举例主要在微生物中。特异性，即识别特定核苷酸序列，切割特定切点。产生黏性未端（碱基互补配对）。大肠杆菌的一种限制酶能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。1、

基因的剪刀——限制性内切酶(二)基因操作的工具

200多种要想获得某个特定性状的基因必须要用限制酶切几个切口？可产生几个黏性未端？我们知道DNA分子是双螺旋结构，其中有成百万千个碱基对，通过限制性内切酶切割以后，会得到一个什么样的结果呢？想一想被限制性内切酶切开的切口，带有几个伸出的核苷酸，如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶来切割，然后让两者的黏性末端黏合起来，这样是否形成了重组DNA分子了呢？2、

基因的针线——DNA连接酶（1）

连接部位：（2）作用结果：磷酸二酯键两个相同的黏性末端连接1)运载体的作用是什么？2)哪些物质可以作为运载体，即运载体必须具备哪些条件？3)符合上述条件，并经常使用的运载体有哪些？4)质粒有什么特点？3、基因的运输工具——运载体3、基因的运输工具——运载体（1）

作用：将外源基因送入受体细胞（2）运载体的条件①

能在宿主细胞内复制并稳定地保存②

具有多个限制性酶切点③

具有某些标记基因（3）种类：质粒、噬菌体、动植物病毒（4）质粒的有关知识①结构：细胞染色体外能自主复制的小型环状DNA分子②特性：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随堂练习：1、下列常用作运载体的是（）A、大肠杆菌的质粒B、苏云金芽孢杆菌C、土壤农杆菌环状RNA分子D、动物细胞的染色体2、限制性内切酶的特点是（）À、只能识别GAATTC序列B、识别特定的核苷酸序列和具有特定的酶切位点C、识别黏性末端D、切割质粒DNA的标记基因AB3、基因工程中对基因进行剪切和拼接的工具主要有_____________、_____________和_________。4、作为运载体必需具备的条件是_________、_____________、__________。限制性内切酶DNA连接酶运载体能在宿主细胞中复制并稳定地保存具有多个限制酶切点具有某些标记基因1、基因工程的概念是什么？2、基因操作的工具酶有哪几种？它们分别有什么生理功能？3、作为基因操作工具的运载体必须具备哪些条件？复习巩固

①结合前面的基因工程培育抗虫棉的过程理解什么是目的基因？

②从供体细胞DNA中直接分离基因的方法叫什么？简要说出该方法的过程是什么？并描述分别具有哪些优缺点？

③人工合成基因的方法有几种？其操作过程分别是什么？想来想去（三）基因操作的基本步骤1、提取目的基因

（1）目的基因：人们需要的特定基因（2）提取目的基因的途径提取目的基因的途径人工合成基因（真核细胞）反转录法根据已知氨基酸序列合成DNA从供体细胞的DNA中直接分离基因

方法：鸟枪法

途径供体细胞中的DNA中直接分离基因人工合成基因（真核细胞）方法根据已知氨基酸序列合成DNA过程供体细胞中的DNA

↓限制酶许多DNA片段

↓载入运载体

↓导入受体细胞↓外源DNA扩增,产生特定性状

↓分离

目的基因目的基因mRNA

↓反转录单链DNA↓合成双链DNA(即目的基因)

蛋白质的氨基酸序列

↓推测mRNA的核苷酸序列

↓推测结构基因的核苷酸序列

↓化学合成目的基因鸟枪法反转录法途径供体细胞中的DNA中直接分离基因人工合成基因（真核细胞）方法鸟枪法反转录法根据已知氨基酸序列合成DNA优点 操作简单专一性强专一性强，可产生自然界不存在的新基因。缺点工作量大，盲目性大，专一性差操作过程较麻烦，技术要求过高。适用范围狭小2、目的基因与运载体结合

质粒

DNA分子一种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重组DNA分子（重组质粒）DNA连接酶

思考题：目的基因与运载体结合的结果可能有几种情况？目的基因与目的基因结合，质粒与质粒结合，目的基因与质粒结合。1、基因工程中常用的受体细胞有哪些？

2、将含目的基因的重组质粒导入细菌受体细胞的过程中常用到哪种化学试剂？其作用是什么？

细细胞壁通重组质粒进入目的基因随受体细菌CaCl2透性增大受体细胞胞的繁殖而复制3、将目的基因导入受体细胞

（1）受体细胞的种类：大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞（2）导入方法：借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径4、目的基因的检测和表达（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：通过特定性状的产生与否来确定目的基因是否表达二、基因工程的成果与发展前景（一）基因工程与医药卫生1、

生产基因工程药品2、

用于基因诊断与基因治疗（1）基因诊断

用放射性同位素、荧光分子等标记的DNA分子做探针，利用DNA分子杂交原理（2）基因治疗把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞（二）基因工程与农牧业、食品工业1、

农业上的应用（1）获得高产、稳产和具有优良品质的农作物（2）培育出具有各种抗性的作物新品种2、畜牧业上的应用

（1）培育各种具有优良品质的动物（2）利用动物乳腺细胞获得人类所需要的各种物质1、在基因操作的基本步骤中第一步是（）

A、基因运载体的结合B、目的基因的提取

C、将目的基因导入受体细胞D、基因表达的检测2．有关基因工程的叙述中，错误的是（）

A．DNA连接酶将黏性未端的碱基对连接起来

B．限制性内切酶用于目的基因的获得

C、目的基因须由运载体导入受体细胞

D．人工合成目的基因不用限制性内切酶3、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BAD3、食品工业上的应用为人类开辟新的食物来源（三）基因工程与环境保护1、

用于环境监测2、用于被污染环境的净化

提取目的基因将需要的基因从供体生物的细胞内提取出来。取出DNA用限制酶切断DNA

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。基因工程过程示意图①从细胞中分离出DNA①②③④⑤⑥②限制酶截取DNA片断③分离大肠杆菌中的质粒④DNA重组⑤用重组质粒转化大肠杆菌⑥培养大肠杆菌克隆大量基因返回提取目的基因的方法（一）直接分离基因——鸟枪法

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。该法最大的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。用限制酶切成许多片断提取目的基因的方法（二）人工基因合成法逆转录法：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)。直接合成法：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。DNA合成仪PCR扩增仪目的基因与运载体结合用与提取目的基因相同的限制酶切割质粒使之出现一个切口，将目的基因插入切口处，让目的基因的黏性末端与切口上的黏性末端互补配对后，在连拉酶的作用下连接形成重组DNA分子。提取质粒并用限制酶切割用连接酶将目的基因和质粒连接返回将目的基因导入受体细胞并扩增基因工程中常用的受体细胞有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌和动植物细胞等。导入受体细胞常用的方法是借鉴细菌或者病毒侵染细胞的途径。通常还要对一些受体细胞进行增大通透性的处理。目的基因可以随着受体细胞进行快速的繁殖，在很短的时间内获得大量的基因。将目的基因导入受体细胞将受体细胞进行扩增目的基因的检测和表达（一）前三步的处理十分繁锁，为保证目的基因得到有效利用，通常用大量的受体细胞来接受不多的目的基因。这样，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。细菌的检测，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