高二生物 第2节 基因工程及其应用

1、基因工程,培育抗虫棉的简要过程：,（一）基因工程的概念,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),什么叫基因工程？,基因工程又叫基因拼接技术或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，定向地改造生物的性状。,（一）基因工程的概念,（一）基因工程的概念,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)细胞,解决培育抗虫

2、棉的关键步骤需要哪些工具？,（二）基因操作的工具,基因的“剪刀”限制性内切酶 基因的“针线”DNA连接酶 基因的运载工具运载体,基因的“剪刀”限制性内切酶（限制酶）,（二）基因操作的工具,存在：主要是微生物体内,特点：特异性,即一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割DNA分子。,（二）基因操作的工具,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,基因的“剪刀”限制性内切酶（限制酶）,（二）基因操作的工具,限制酶,基因的“剪刀”限制性内切酶（限制酶）,什么叫黏性末端？,（二）基因操作的工具,被限制酶切开的DNA两条单链的切口，

3、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。,（二）基因操作的工具,如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶来切割，会怎样呢？,会产生相同的黏性末端，如果让两者的黏性末端黏合起来，就可以合成重组的DNA分子。,外源基因(如抗虫基因)怎样才能导入受体细胞(如棉花细胞)？,（二）基因操作的工具,导入过程需要运输工具基因的运载体。,运载体的作用有哪些？,作用：作为运载工具，将外源基因转移到受体细胞中去。,作为运载体必须具备哪些条件？,（二）基因操作的工具,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。 如

4、抗生素抗性基因、产物具有颜色反应的基因等。,基因的运载工具运载体：,（二）基因操作的工具,常用的运载体主要有两类： 1）质粒 2）噬菌体或某些动、植物病毒,（二）基因操作的工具,质粒是基因工程最常用的运载体。 质粒是染色体外能够进行自主复制的遗传单位，习惯上用来专指细菌、酵母菌和放线菌等生物中核区以外的DNA分子。 绝大多数细菌质粒都是很小的环状DNA分子。,大肠杆菌的质粒：,（二）基因操作的工具,最常用的质粒是大肠杆菌的质粒，常含有抗药基因。,基因的针线：DNA连接酶,目的基因片段,质粒DNA片段,重组DNA分子,基因的针线DNA连接酶,（二）基因操作的工具,DNA连接酶可把脱氧核糖和磷酸交

5、替连接而成的DNA骨架上的缺口“缝合”起来，这样一个重组的DNA分子就形成了。,四个基本步骤：,（三）基因操作的基本步骤,1）提取目的基因 2）目的基因与运载体结合 3）将目的基因导入受体细胞 4）目的基因的检测和表达,（三）基因操作的基本步骤,目的基因是人们所需要转移或改造的基因。,如苏云金芽孢杆菌的抗虫基因，还有植物的抗病（抗病毒、抗细菌）基因，以及人的胰岛素基因、干扰素基因等。,步骤一：目的基因的提取,方法：1、直接分离法 2、人工合成法,（三）基因操作的基本步骤,步骤二：目的基因与运载体重组,1）用一定的限制酶切割质粒，使其出现一个切口，露出黏性末端。 2）用同一种限制酶切断目的基因，

6、使其产生相同的黏性末端。 3）将切下的目的基因片段插入质粒的切口处，再加入适量DNA连接酶，形成了一个重组DNA分子（重组质粒）,目的基因与运载体的结合过程，实际上是不同来源的基因重组的过程。,（三）基因操作的基本步骤,步骤二：目的基因与运载体结合,（三）基因操作的基本步骤,常用的受体细胞：,有大肠杆菌、酵母菌和动植物细胞等。,将目的基因导入受体细胞的原理：,借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。,步骤三：目的基因导入受体细胞,目的基因在受体细胞内，随其繁殖而复制，由于细菌繁殖的速度非常快，在很短的时间内就能获得大量的目的基因。,（三）基因操作的基本步骤,步骤四：目的基因的检测和表达,检测：根据受体细

7、胞是否具有某些标记基因判断目的基因是否导入,表达：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。,基因工程的基本原理,总结：,1）基因工程的概念 2）基因工程操作的工具 3）基因工程操作的基本步骤,四、基因工程的应用,一、基因工程与作物育种,生长快、肉质好的转基因鱼(中国),乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷),转黄瓜抗青枯病基因的甜椒,2、基因工程与药物研制,我国生产的部分基因工程疫苗和药物,许多药品的生产是从生物组织中提取的。受材料来源限制产量有限，其价格往往十分昂贵。,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，不但能解决产量问题，还能大大降低生产成本。,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。,将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素！使其价格降低了30%-50%!,3、环境保护基因工程做成的“超级细菌”能吞食和分解多种污染环境的物质。,通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类，用基因工程培育成功的“超级细菌”却能分解石油中的多种烃类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDT等毒害物质。,利用基因工程培育的“指示生物”能十分灵敏地反映环境污染的情况，却