第六章第2节基因工程及其应用

第2节基因工程及其应用两则新闻2、《参考消息》“开眼界”栏目中刊登一则新闻：美国科学家已将人的血红蛋白基因导入猪的体内，并成功的进行了表达。1、2004年9月中央电视台《焦点访谈》播出了一期节目，反映目前我国血库中血液短缺，很多病人排队等候输血，有的因为不能及时输血而造成病情恶化，甚至死亡。节目呼吁人们要关爱生命，义务献血……。人的血红蛋白基因怎样才能导入猪的体内呢？这就需要借助一门新兴的技术——基因工程。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。原理：操作水平：结果：目的基因供体细胞受体细胞基因重组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。操作环境：生物体外一、基因工程的概念二、基因工程操作的工具问题1:

基因操作是在DNA分子水平上进行的,用普通的操作工具能够操作吗?那么需要用什么工具呢?例如：大肠杆菌的一种限制酶EcoRⅠ能专一识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。１、基因的“剪刀”——限制性核酸内切酶（限制酶）专一性GAATTCCTTAAGCTTAAGAATTCG黏性末端黏性末端什么叫黏性末端？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。被同一种限制酶切断的几个DNA是否具有相同的黏性末端？思考:不同的限制酶识别的核苷酸序列、切点以及形成的黏性末端又是否相同呢？有些限制酶在它识别序列的中心轴线处切开，切割产生的DNA末端称为平末端CCCGGGGGGCCCCCCGGGGGGCCC注意：如:SmaI限制酶DNA目的基因GCATTGCAACGTCGTAGCATTGCA如何把目的基因从DNA分子上切下来呢?动画演示1、基因工程的“”限制性核酸内切酶

微生物一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定切点切割（专一性、特异性）（3）分布：（1）特点：（2）结果：产生黏性末端或平末端2、基因工程的“”CTTAAGAATTCGDNA连接酶AATTCG问题2：如果把两种来源不同的DNA用同一种酶切割，会怎样呢？观察与思考指“DNA连接酶”“”（1）连接的部位：磷酸二酯键2、基因的“”（2）结果：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。基因的针线：DNA连接酶

G

AA

TT

CC

TT

AA

GG

AA

TT

CC

TT

AA

GGC

TT

AA

AA

TT

C

GG

C

TT

AA

AA

TT

C

GGC

TT

AA

AA

TT

C

G用同种限制酶切割问题3：

如何将目的基因送入受体细胞呢？目的基因运载体问题与探索阅读教材并思考两个问题1、作为运载体必须具备什么条件？2、为什么质粒常作为运载体？3、基因的“”

（3

）作用：（1）具备条件：（2）种类：将外源基因导入受体细胞质粒、噬菌体和动植物病毒a、能够在宿主细胞中复制并稳定地保存b、具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接c、具有标记基因，便于筛选质粒的特点1、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；2、质粒的存在对宿主细胞无影响；3、质粒的复制只能在宿主细胞内完成。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DNAD练习3.有关基因工程的叙述中，错误的是（）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练习基因工程操作的基本步骤示意图三、基因工程基本步骤1、提取目的基因基因工程的第一步，是取得人们所需要的特定基因，也就是目的基因如抗虫基因，抗病基因、种子的贮存蛋白基因，以及人的胰岛素基因、干扰素基因等都是目的基因。要获得目的基因，主要有两条途径：一条是从供体细胞的DNA中直接分离基因，另一条是人工合成基因。2、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，在连接酶的作用下连接形成重组DNA分子。细菌供体细胞取出质粒取出DNA用限制酶切断DNA用连接酶连接目的基因将目的基因与用限制性内切酶处理后的运载体混合，用DNA连接酶处理会出现几种结果？（只考虑两两结合）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思考：3、将目的基因导入受体细胞将重组DNA导入受体细胞扩增常用的受体细胞：细菌、酵母菌等微生物或动植物细胞运载体为质粒，受体细胞为细菌的导入过程：受体细胞：细菌重组质粒导入受体细胞细胞壁通透性增强目的基因随受体细胞的繁殖而复制氯化钙处理4、目的基因的检测和鉴定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

1、为什么常用细菌等微生物作为受体细胞？2、重组DNA分子进入受体细胞后，是否意味着转基因的成功？细菌等微生物的繁殖速度非常快，在短时间内就能获得大量目的基因和基因产物。不是，重组DNA分子进入受体细胞后受体细胞必须表现出特定的性状，才能说明目的基因完成了表达过程。思考与讨论：三、基因工程操作的基本步骤1、为什么常用细菌等微生物作为受体细胞？2、当用细菌作为受体细胞时，在导入重组DNA之前对其应作何处理？3、重组DNA分子进入受体细胞后，是否意味着转基因的成功？答：细菌等微生物的繁殖速度非常快，在短时间内就能获得大量目的基因和基因产物。答：用氯化钙溶液处理细菌，以增大细菌细胞壁的通透性，使含有目的基因的重组质粒进入受体细胞。答：不是，重组DNA分子进入受体细胞后受体细胞必须表现出特定的性状，才能说明目的基因完成了表达过程。巩固练习填空题：1、中国科学陈炬把人的抗病毒干扰素（一种蛋白质）基因植入烟草的细胞中并“嫁接”到其DNA分子上，使烟草获得了抗病毒的能力。试分析回答：（1）、人的基因这所以能“嫁接”到植物的DNA分子上去，是因为：_________________________。（2）、烟草有了抗病毒的能力，这表明烟草体内产生了___________。这个事实说明，人和植物共同用一套__________，蛋白质的合成方式______。（3）、这个事实也可证明，现代地球上的生物是由工人的原始祖先经过漫长的地质年代逐渐进化而来的，它们之间有着或近或远的________关系。人与植物的DNA分子结构相同抗病毒干扰素遗传密码相同亲缘二、填空题

番茄在运输和储存过程中，由于过早成熟而易腐烂。应用基因工程技术，通过抑制某种促进果实成熟激素的合成能力，可使番茄储藏时间延长，培育成耐贮藏的番茄新品种。这种转基因番茄已于1993年在美国上市。请回答：

（1）促进果实成熟的重要激素是_____

（2）在培育转基因番茄的基因操作中。所用的

基因“剪刀”是_____________

基因“针线”是__________，基因“运

输工具”是________。

（3）与杂交育种、诱变育种相比，通过基因工

程来培育新品种的主要优点是：

________，__________和

___________________。

乙烯限制性核酸内切酶DNA连接酶运载体目的性强育种周期短克服了远缘杂交的障碍课后讨论有人提出要将大象的有关体型基因导入猪的体内，将鸡体内有关肌肉合成的基因也导入猪体内，使猪长得像大象一样大，满身都是鸡肉，你认为能实现吗？（若认为能，请设计实验方案；若认为不能，请说明理由）。四、基因工程的应用1、基因工程与作物育种转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转鱼抗寒基因的番茄获得高产、稳