基因工程及其应用修改

基因工程及其应用修改第1页，共37页，2023年，2月20日，星期四问题探讨讨论：1、把人胰岛素基因“嫁接”到大肠杆菌中去后与普通细菌有什么不同？2、为什么能把人的基因“嫁接”到细菌上？①大多数生物的遗传物质都是DNA，且不同生物的DNA分子基本结构是相同的，都遵循碱基互补配对原则。所以不同的生物DNA可以嫁接。②地球上的所有生物共用一套遗传密码，所以一种生物的基因可以在另外一种生物体内得以表达。3、怎样把人胰岛素基因“嫁接”到大肠杆菌中去？第2页，共37页，2023年，2月20日，星期四原理：操作水平：结果：基因工程基因重组DNA分子水平定向地改造生物的遗传性状，获得人类所需要的品种。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，定向地改造生物的遗传性状。第3页，共37页，2023年，2月20日，星期四DNA重组技术的基本工具准确切割DNA的工具（基因“剪刀”）——限制性核酸内切酶DNA片段的连接工具（基因“针线”）——DNA连接酶基因转移工具（基因“运载体”）——质粒、噬菌体、动植物病毒基因的大小以纳米计算，要对它进行剪切、拼接等操作，最少需要以下三种专门工具：第4页，共37页，2023年，2月20日，星期四一、基因工程的原理1、“基因剪刀”——限制性核酸内切酶(简称限制酶)CTTAAGAATTCG

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。例如:EcoRI限制酶，专一识别GAATTC序列，并在G和A之间将序列切开。第5页，共37页，2023年，2月20日，星期四限制性内切酶（EcoRⅠ）作用过程点击播放第6页，共37页，2023年，2月20日，星期四

被同一种限制酶切断的几个DNA是否具有相同的黏性末端？要想获得某个目的基因必须要用限制酶需要切几刀？可产生几个黏性末端？一个目的基因有几个黏性末端？要切两刀，产生四个黏性末端，两个。

是，会产生相同的黏性末端。

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，这样的切口叫黏性末端。第7页，共37页，2023年，2月20日，星期四尝试写出下列序列受EcoRI限制酶作用后的黏性末端DNA被限制酶切断后有两个反向互补的“黏性末端”。被同一种限制酶切断的几个DNA具有相同的黏性末端，碱基能够通过互补进行配对。CTTCATGGAAGTACTTAAGGGATTAATTCCCTAAACGTGCTTAAAATTCCCATTGGGTAAGGCATCTTAAAATTCCGTAGGGCATCTTAAAATTCCGTAG目的基因第8页，共37页，2023年，2月20日，星期四DNA连接酶的作用过程点击播放第9页，共37页，2023年，2月20日，星期四一、基因工程的原理2、“基因针线”——DNA连接酶连接酶的作用：将脱氧核糖和磷酸交替连接的DNA骨架的缺口“缝合”。CTTCATGGAAGTACTTAAGGGATTAATTCCCTAAGGCATCTTAAAATTCCGTAG连接酶连接的部位：生成磷酸二酯键第10页，共37页，2023年，2月20日，星期四AATTGCCTTAAG连接磷酸二酯键第11页，共37页，2023年，2月20日，星期四不同点：

DNA连接酶：将DNA片段间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。DNA聚合酶和DNA连接酶有何异同点？DNA聚合酶：以一条DNA为模板，将一个一个核苷酸连接起来相同点：都是通过形成磷酸二酯键连接起来思考：如何将重组DNA分子送入受体细胞呢？第12页，共37页，2023年，2月20日，星期四一、基因工程的原理3、基因的运载体科学家发现大肠杆菌、枯草杆菌、酵母菌等的质粒能同时满足以上三个要求。运载体必须同时满足三个要求：

①能在宿主细胞内复制并稳定的保存。

②具有多个限制酶切点。③具有某些标记基因，便于筛选。如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等。种类：质粒、噬菌体、动植物病毒第13页，共37页，2023年，2月20日，星期四基因的运输工具——质粒能复制并带着插入的目的基因一起复制有限制酶切割位点有标记基因的存在第14页，共37页，2023年，2月20日，星期四最常用的运载体——质粒分布：存在于许多细菌以及酵母菌等生物中。最常用的质粒是大肠杆菌的质粒。本质：细胞染色体(或拟核)外能自主复制的小型环状DNA分子。质粒的存在与否对宿主细胞生存没有决定性作用，但复制只能在宿主细胞内完成。第15页，共37页，2023年，2月20日，星期四5、基因工程的操作步骤：从细菌中取出质粒从细胞中取出DNA用同种限制酶切断两个DNA具有相同的黏性末端提取目的基因（如人的胰岛素基因）用连接酶将目的基因与质粒连接（形成重组DNA分子）目的基因与运载体结合将目的基因导入受体细胞（如大肠杆菌）利用质粒中具有某些特性的基因进行检测并判断目的基因是否表达将目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定第16页，共37页，2023年，2月20日，星期四第17页，共37页，2023年，2月20日，星期四基因工程别名操作环境操作对象操作水平基本工具基本过程结果实质基因拼接技术或DNA重组技术生物体外基因DNA分子水平人类需要的基因产物提取→拼接→导入→检测和鉴定基因重组限制酶、DNA连接酶、运载体第18页，共37页，2023年，2月20日，星期四1.下列关于基因工程的叙述中,正确的是:A.限制酶只用于提取目的基因

B.细菌体内的环状DNA均可作运载体

C.DNA连接酶可用于目的基因和运载体的连接

D.重组DNA分子一旦进入受体细胞,基因工程则完成.2.以下说法正确的是:A.目的基因是指重组DNA

B.一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列

C.DNA重组所用的工具酶是限制酶、连接酶和运载体

D.只要受体细胞中含有目的基因，目的基因就一定能够成功表达小试身手第19页，共37页，2023年，2月20日，星期四二、基因工程的应用1、基因工程与作物育种（1）获得高产、稳产和具有优良品质的农作物将富含赖氨酸的蛋白质编码基因转入玉米,获得转基因玉米。将控制番茄果实成熟的基因导入番茄,获得转基因耐贮存番茄,是世界上进入市场的第一种转基因植物。转入金鱼草基因的紫番茄富含花青素，可明显减缓结肠癌细胞生长，同时具抵抗心血管疾病的功效。第20页，共37页，2023年，2月20日，星期四（2）培育出具有各种抗逆性的作物新品种二、基因工程的应用1、基因工程与作物育种苏云金杆菌抗虫基因普通棉花抗虫棉提取导入培育抗虫棉的培育过程已问世的转基因抗虫植物主要有水稻、棉、玉米、马铃薯、番茄、大豆、蚕豆、烟草、苹果、核桃、菊花、白花三叶草等。第21页，共37页，2023年，2月20日，星期四（2）培育出具有各种抗逆性的作物新品种二、基因工程的应用1、基因工程与作物育种抗病毒转基因甜椒转基因抗除草剂玉米第22页，共37页，2023年，2月20日，星期四（1）培育出具有优良品质的动物二、基因工程的应用2、基因工程与畜牧养殖转生长激素基因鲤鱼（9个月后比对照个体重1.5kg)超级绵羊（生长速率提高30%，体型增大50%）第23页，共37页，2023年，2月20日，星期四（2）利用转基因动物生产药物乳汁中分泌人凝血因子IX的转基因山羊科学家将药用蛋白基因导入哺乳动物的受精卵，使其发育成转基因动物，转基因动物进入泌乳期后，通过分泌的乳汁来生产所需的药品。中国农业大学获得的转基因克隆奶牛二、基因工程的应用2、基因工程与畜牧养殖第24页，共37页，2023年，2月20日，星期四二、基因工程的应用3、基因工程与药物研制许多药品的生产是从生物组织、细胞或血液中提取的。受材料来源限制产量有限，价格十分昂贵。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，高效率地生产出各种高质量、低成本的药品，如胰岛素、干扰素等。用基因工程方法生产的药物还有白细胞介素、溶血栓剂、凝血因子以及某些疫苗等。第25页，共37页，2023年，2月20日，星期四基因工程方法生产蛋白质药物的优势非常明显。第26页，共37页，2023年，2月20日，星期四二、基因工程的应用4、基因工程与环境基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。如检测饮用水中病毒的含量。美国科学家用基因工程做成的“超级细菌”能同时快速分解石油中的四种烃类，用于清除被石油污染的海域。用基因工程培养出“吞噬”汞和降解土壤中DDT的细菌，以及能够净化镉污染的植物。（1）用于环境检测（2）用于净化污染的环境第27页，共37页，2023年，2月20日，星期四能发荧光的转基因鱼三、转基因生物和转基因食品的安全性转入萤火虫荧光酶基因的转基因烟草苗转基因玫瑰第28页，共37页，2023年，2月20日，星期四这些生物令我们很好奇，但是现实生活的应用更令我们关心!三、转基因生物和转基因食品的安全性未来生物第29页，共37页，2023年，2月20日，星期四转基因草莓有玫瑰花和柠檬的香味转基因西红柿安全吗？“金大米”第30页，共37页，2023年，2月20日，星期四⑴改变传统的育种方式缩短育种时间。培育出高产优质、抗病虫害、抗旱、抗盐碱，抗除草剂等特性的作物新品种。⑵克服异源、远源杂交障碍。如可以把动物的基因，甚至人的基因组合到植物里去。⑶生产有利于健康和抗病的食品。⑷培育出符合人们意愿的动物新品种。三、转基因生物和转基因食品的安全性转基因生物有利的一面:第31页，共37页，2023年，2月20日，星期四⑴有些转基因食物含的一些物质，可能会影响人体健康。⑵大量的转基因生物进入自然界后很可能会与野生物种进行杂交，产生一些超级生物，从而造成基因污染。⑶如有些作物插入抗虫基因，杀死环境中有益的生物。三、转基因生物和转基因食品的安全性基因工程的弊端：第32页，共37页，2023年，2月20日，星期四板书设计基因工程原理概念：又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。通俗地说，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“剪刀”——限制性核酸内切酶基因“针线”——DNA连接酶基因的运载体——质粒、噬菌体、动植物病毒基本工具操作步骤提取目的基因目的基因与运载体结合将目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定第33页，共37页，2023年，2月20日，星期四谢谢！！第34页，共37页，2023年，2月20日，星期四目的基因的提取方法直接分离基因人工合成基因反转录法根据已知的氨基酸序列合成DNA：鸟枪法第35页，共37页，2023年，2月20日，星期四鸟枪法：