人教版教学课件[名校联盟]福建省三明市泰宁一中生物选修三11《DNA重组技术的基本工具》课件

1、专题一 基因工程,基因工程的概念,基因工程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。,基因拼接技术或DNA重组技术,生物体外,基因,DNA分子水平,定向地改造生物的遗传性状。,剪切, 拼接, 导入, 表达,基因重组,基因工程的含义,蓝色妖姬,蓝色妖姬的产生,三色紫罗兰,玫瑰,目的基因,受体细胞,提供的材料 1、一段含有三色紫罗兰蓝色素基因的DNA片段 2、受体细胞-玫瑰体细胞,要实现三色紫罗兰的蓝色素基因在玫瑰体细胞内表达从而获得相应性状，我们该怎么做呢？,结合资料，大胆尝

2、试,基因工程培育蓝色妖姬的关键步骤：,关键步骤一：,在体外对含有三色紫罗兰蓝色素基因的DNA分子进行切割,关键步骤二：,三色紫罗兰蓝色素基因与运载体连接,关键步骤三：,三色紫罗兰蓝色素基因导入受体(玫瑰）细胞,转基因抗虫棉,抗虫棉,普通棉,基因工程培育抗虫棉的简要过程：,普通棉花(无抗虫特性),苏云金芽孢杆菌,提取,抗虫基因,与运载体DNA拼接 导入,棉花细胞(含抗虫基因),棉花植株(有抗虫特性),上述培育抗虫棉的关键步骤是什么？,基因工程培育抗虫棉的关键步骤：,关键步骤一：,抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内提取出来,关键步骤二：,抗虫基因与运载体DNA连接,关键步骤三：,抗虫基因导入受体(棉花

3、)细胞,解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？,关键步骤一的工具： 关键步骤二的工具： 关键步骤三的工具：,基因的剪刀限制酶 基因的针线DNA连接酶 基因的运载工具运载体,DNA 重组技术的基本工具,1.1 DNA重组技术的基本工具,专题一 基因工程,“分子手术刀” 限制酶,“分子缝合针” DNA连接酶,“分子运输车” 基因进入受体细胞的载体,识别双链DNA 分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。,主要是从原核生物中分离纯化出来的一种酶。能将外来的DNA切断，由于这种切割作用是在DNA分子内部进行的，故名限制性核酸内切酶。,4000种。,形成两种

4、末端,一、 “分子手术刀” 限制性核酸内切酶,大肠杆菌(E.coli)的一种限制酶能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。,限制酶,什么叫黏性末端？,限制酶,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。,什么叫平末端？,当限制酶从识别序列的中心轴线处切开时，切开的DNA两条单链的切口，是平整的，这样的切口叫平末端。,限制酶所识别的序列有什么特点？ 限制酶所识别的序列，无论是6个碱基还是4个碱基，都可以找到一条中心轴线,中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列的。 图1-1 限制酶识别序列的中心轴线,限制酶在

5、原核生物中的作用,原核生物容易受到自然界外源DNA的入侵，但是，生物在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机制，以防止外来病原物的侵害。限制酶就是细菌的一种防御性工具，当外源DNA侵入时，会利用限制酶将外源DNA切割掉，以保证自身的安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切割外源DNA、使之失效，从而达到保护自身的目的。 含有某种限制酶的细胞，其DNA分子中或者不具备这种限制酶的识别切割序列，或者通过甲基化酶将甲基转移到所识别序列的碱基上，使限制酶不能将其切开。,二、 “分子缝合针” DNA连接酶,1、种类： 2、作用部位：,两类,磷酸二酯键,DNA连接酶可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，即把

6、梯子两边扶手的断口连接起来，这样一个重组的DNA分子就形成了。,3.特点,这两种连接酶催化反应基本相同，都是连接双链DNA的缺口，而不能连接单链DNA。 Ecoli连接酶只能连接黏性末端； T4连接酶既可“缝合”黏性末端，又可“缝合”平末端。,常用的载体有： 质粒， 噬菌体的衍生物， 动植物病毒等,三、 “分子运输车” 基因进入受体细胞的载体：,能复制并带着插入的目的基因一起复制,有切割位点,有标记基因的存在，将来可用含青霉素的培养基鉴别。,三、 “分子运输车” 基因进入受体细胞的载体：,基因的载体“分子运输车”,载体必须具备的条件： 1、能够在宿主细胞中复制并稳定地保存； 2、具有多个限制酶

7、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。（如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等 ） 4、对受体细胞无害,载体的作用： 1、将外源基因转移到受体细胞中去。 2、利用运载体在受体细胞内，对外源基因进行大量复制。,再见,2和7能连接形成ACGT TGCA； 4和8能连接形成GAATTC CTTAAG； 3和6能连接形成GCGC CGCG； 1和5能连接形成CTGCAG GACGTC。,迄今为止，基因工程中使用的限制酶绝大部分都是从细菌或霉菌中提取出来的，它们各自可以识别和切断DNA上特定的碱基序列。细菌中限制酶之所以不切断自身DNA，是因为微生物在长期的进化过程中形成

8、了一套完善的防御机制，对于外源入侵的DNA可以降解掉。生物在长期演化过程中，含有某种限制酶的细胞，其DNA分子中或者不具备这种限制酶的识别切割序列，或者通过甲基化酶将甲基转移到所识别序列的碱基上，使限制酶不能将其切开。这样，尽管细菌中含有某种限制酶也不会使自身的DNA被切断，并且可以防止外源DNA的入侵,基因工程中作为载体使用的DNA分子很多都是质粒（plasmid），即独立于细菌拟核处染色体DNA之外的一种可以自我复制、双链闭环的裸露的DNA分子。是否任何质粒都可以作为基因工程载体使用呢？其实不然，作为基因工程使用的载体必需满足以下条件。 （1） 载体DNA必需有一个或多个限制酶的切割位点，

9、以便目的基因可以插入到载体上去。这些供目的基因插入的限制酶的切点所处的位置，还必须是在质粒本身需要的基因片段之外，这样才不至于因目的基因的插入而失活。 （2） 载体DNA必需具备自我复制的能力，或整合到受体染色体DNA上随染色体DNA的复制而同步复制。 （3） 载体DNA必需带有标记基因，以便重组后进行重组子的筛选。 （4） 载体DNA必需是安全的，不会对受体细胞有害，或不能进入到除受体细胞外的其他生物细胞中去。 （5） 载体DNA分子大小应适合，以便提取和在体外进行操作，太大就不便操作。 实际上自然存在的质粒DNA分子并不完全具备上述条件，都要进行人工改造后才能用于基因工程操作。,课本知识回

10、顾,基因工程又叫做 或 。通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种 提取出来，加 以 ，然后放到另一种生物的细胞里， 改造生物的遗传性状。,基因拼接技术,DNA重组技术,基因,修饰改造,定向地,DNA 重组技术的基本工具,“分子手术刀” ,“分子缝合针” ,“分子运输车” ,限制酶,DNA连接酶,基因进入受体细胞的载体,限制性核酸内切酶,主要是从 的一种酶。 识别双链DNA 分子的某种 ，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的 断开。 形成两种末端,原核生物中分离纯化出来,特定的核苷酸序列,磷酸二酯键,粘性末端,平末端,二、 “分子缝合针” DNA连接酶,1、种类： 2、作用部位：,

11、两类,Ecoli DNA连接酶,T4 DNA连接酶,磷酸二酯键,基因进入受体细胞的载体,通常有三种: 在进行基因工程操作中,真正被用作载体的质粒都是在 基础上进行过 的,质粒,噬菌体衍生物,动植物病毒,天然质粒,人工改造,T,磷酸二酯键,A,DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？为什么？ 答：不是一回事。基因工程中所用的连接酶有两种：一种是从大肠杆菌中分离得到的，称之为Ecoli连接酶。另一种是从T4噬菌体中分离得到，称为T4连接酶。这两种连接酶催化反应基本相同，都是连接双链DNA的缺口（nick），而不能连接单链DNA。DNA连接酶和DNA聚合酶都是形成磷酸二酯键（在相邻核苷酸的3位碳原子上的羟基与5位碳原子上所连磷酸基团的羟基之间形成），那么，二者的差别主要表现在什么地方呢？,（1）DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核酸片段的末端上，形成磷酸