(精品課件)S1-1DNA重組技術(shù)的基本工具

1、基因工程基因工程通俗的說，就是按照人們通俗的說，就是按照人們的意愿，把一種生物的某種基因提取的意愿，把一種生物的某種基因提取出來，加以修飾改造，然后放到另一出來，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細(xì)胞里，種生物的細(xì)胞里，定向定向地改造生物的地改造生物的遺傳性狀。遺傳性狀。選修選修3 概念概念 基因工程是指按照人們的愿望，進(jìn)行嚴(yán)基因工程是指按照人們的愿望，進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)，并通過格的設(shè)計(jì)，并通過體外體外DNA重組重組和轉(zhuǎn)基因等和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，賦予生物以新的遺傳特性，從而創(chuàng)造技術(shù)，賦予生物以新的遺傳特性，從而創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。由于基因

2、工程是在品。由于基因工程是在DNA分子分子水平上進(jìn)行水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工的，因此又叫做設(shè)計(jì)和施工的，因此又叫做DNA重組技術(shù)或重組技術(shù)或基因拼接技術(shù)?；蚱唇蛹夹g(shù)。2 2、概念的理解、概念的理解原理原理操作環(huán)境操作環(huán)境操作對象操作對象操作水平操作水平基本過程基本過程結(jié)果結(jié)果基因重組基因重組生物體外生物體外基因基因/DNA分子水平分子水平剪切剪切拼接拼接導(dǎo)入導(dǎo)入表達(dá)表達(dá)人類需要的基因產(chǎn)物人類需要的基因產(chǎn)物3 3、比較基因工程與基因重組、比較基因工程與基因重組基因重組（狹義）基因重組（狹義）基因工程基因工程生殖方式生殖方式重組方式重組方式（物種是否相同）（物種是否相同）變異大小變異大小特點(diǎn)特點(diǎn)有性

3、生殖有性生殖無性生殖無性生殖同一物種同一物種不同基因間不同基因間不同物種不同物種不同基因間不同基因間小小大大按照人類意愿，按照人類意愿，定向改造生物的性狀定向改造生物的性狀4 4、轉(zhuǎn)基因成功的原因、轉(zhuǎn)基因成功的原因（1 1）、）、DNADNA角度角度 、不同生物具有相同的、不同生物具有相同的DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)雙螺旋結(jié)構(gòu) 、DNADNA的基本單位都是的基本單位都是4 4種脫氧核苷酸種脫氧核苷酸 、遵循、遵循堿基互補(bǔ)配對堿基互補(bǔ)配對原則（原則（A-TA-T、G-CG-C） 、基因是控制生物性狀的、基因是控制生物性狀的結(jié)構(gòu)單位結(jié)構(gòu)單位和和功功 能單位能單位（2 2）、基因表達(dá)角度）、基因表達(dá)角度

4、 、各種生物共用、各種生物共用一套遺傳密碼一套遺傳密碼 、基因的表達(dá)都遵循：、基因的表達(dá)都遵循：中心法則中心法則 作用作用限制性核酸內(nèi)切酶限制性核酸內(nèi)切酶能識別能識別雙鏈雙鏈DNA分子的某種特定的核苷酸序列分子的某種特定的核苷酸序列，并在使每一條鏈中并在使每一條鏈中特定部位的兩個(gè)核苷特定部位的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵酸之間的磷酸二酯鍵斷開。斷開。 磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵 即脫氧核糖、磷酸即脫氧核糖、磷酸 之間的連接之間的連接 大多數(shù)限制酶的識別序列由大多數(shù)限制酶的識別序列由 6 個(gè)核苷酸組個(gè)核苷酸組成，少數(shù)由成，少數(shù)由4、5或或8個(gè)組成。個(gè)組成。作用部位：作用部位： 原核生物很容易受到自然界中

5、外源原核生物很容易受到自然界中外源DNADNA的入侵，的入侵，但是長期的進(jìn)化過程中，這些原核生物卻沒有因?yàn)榈情L期的進(jìn)化過程中，這些原核生物卻沒有因?yàn)橥庠赐庠碊NADNA的入侵而滅絕。的入侵而滅絕。 根據(jù)我們剛剛掌握的知識，你能推測這其中的根據(jù)我們剛剛掌握的知識，你能推測這其中的原因嗎？原因嗎？ 原核生物細(xì)胞中的限制酶會(huì)將外源原核生物細(xì)胞中的限制酶會(huì)將外源DNADNA切割掉，使之切割掉，使之失效，以保證自身的安全，但是不會(huì)切割自身的失效，以保證自身的安全，但是不會(huì)切割自身的DNADNA，這是原核生物在長期進(jìn)化過程中形成的一套防御機(jī)制。這是原核生物在長期進(jìn)化過程中形成的一套防御機(jī)制。G A A

6、T T C C T T A A G 中軸線中軸線C T T A A G A A T T C G C C C G G G G G G C C C C C C G G G G G G C C C 黏性末端黏性末端平末端平末端大腸桿菌的一種限制酶（大腸桿菌的一種限制酶（EcoR)能識能識別別GAATTC序列，序列，SmaI識別識別CCCGGG序列序列: 作用結(jié)果作用結(jié)果基因的針線：基因的針線：DNADNA連接酶連接酶G A A T T CC T T A A GG A A T T CC T T A A GG C T T A A A A T T C GG C T T A A A A T T C GG C

7、 T T A A A A T T C G用用同種同種限制酶切割限制酶切割1.酶的種類：酶的種類：二、二、 “分子縫合針分子縫合針” DNA連接酶連接酶（1 1）DNADNA連接酶只能將雙鏈連接酶只能將雙鏈DNADNA片片段互補(bǔ)的段互補(bǔ)的黏性末端黏性末端之間連接起來。之間連接起來。（2 2）T T4 4DNADNA連接酶（來源：噬菌體）連接酶（來源：噬菌體）兩種酶的區(qū)別：兩種酶的區(qū)別：（1 1）DNADNA連接酶（來源：大腸桿菌）連接酶（來源：大腸桿菌）（2 2）T T4 4DNADNA連接酶都能連接連接酶都能連接黏性末端黏性末端和和平末端，平末端，但連接平末端之間的效率比但連接平末端之間的效率

8、比較低。較低。 限制酶切割后有兩種不同的結(jié)果，一種產(chǎn)限制酶切割后有兩種不同的結(jié)果，一種產(chǎn)生黏性末端，一種產(chǎn)生平末端。那么恢復(fù)它們生黏性末端，一種產(chǎn)生平末端。那么恢復(fù)它們的連接時(shí)，所用的連接時(shí)，所用DNA連接酶是否一樣呢？連接酶是否一樣呢？E.coliDNAE.coliDNA連接酶：只連接黏性末端連接酶：只連接黏性末端T T4 4DNADNA連接酶：連接黏性末端和連接酶：連接黏性末端和平末端平末端DNA連接酶的分類連接酶的分類（來源：大腸桿菌）（來源：大腸桿菌）（來源：（來源：T4噬菌體）噬菌體）效率較低效率較低二、二、 “分子縫合針分子縫合針” DNA連接酶連接酶2、作用部位：、作用部位：磷酸

9、二酯鍵磷酸二酯鍵 DNADNA聚合酶只能將聚合酶只能將單個(gè)單個(gè)核苷酸核苷酸加到已有的加到已有的單鏈單鏈核苷酸片段的末端，形核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯鍵成磷酸二酯鍵, ,需要摸板。需要摸板。DNADNA連接酶是連接連接酶是連接兩個(gè)兩個(gè)雙鏈雙鏈DNADNA片段片段的末端，的末端，形成磷酸二酯鍵形成磷酸二酯鍵, ,不需要不需要摸板。摸板。DNA復(fù)制復(fù)制3 3、DNADNA連接酶與連接酶與DNADNA聚合酶的比較聚合酶的比較比較項(xiàng)目比較項(xiàng)目DNADNA連接酶連接酶DNADNA聚合酶聚合酶不不同同點(diǎn)點(diǎn)作用對象作用對象 連接連接連接連接作用條件作用條件模板模板模板模板相相同同點(diǎn)點(diǎn)作用部位作用部位連接不

10、同脫氧核苷酸之間的連接不同脫氧核苷酸之間的_和和_，即，即_鍵鍵4 4、回憶、回憶 DNA解旋酶：解旋酶： RNA聚合酶：聚合酶： DNA酶：酶： RNA復(fù)制酶：復(fù)制酶： 逆轉(zhuǎn)錄酶：逆轉(zhuǎn)錄酶：“分子運(yùn)輸車分子運(yùn)輸車” 載體載體 利用運(yùn)載體在宿主細(xì)胞內(nèi)對目的基利用運(yùn)載體在宿主細(xì)胞內(nèi)對目的基因進(jìn)行大量的復(fù)制因進(jìn)行大量的復(fù)制具具多個(gè)限制酶切點(diǎn)多個(gè)限制酶切點(diǎn)，以便與外源基因連接。切點(diǎn)位，以便與外源基因連接。切點(diǎn)位 于載體本身必需基因序列之外。于載體本身必需基因序列之外。能夠在宿主細(xì)胞中能夠在宿主細(xì)胞中自我自我復(fù)制，或整合到染色體復(fù)制，或整合到染色體DNA 上后隨染色體上后隨染色體DNA復(fù)制復(fù)制。具有某

11、些具有某些標(biāo)記基因標(biāo)記基因，便于進(jìn)行，便于進(jìn)行篩選篩選。載體是安全的，不能對受體細(xì)胞有害。載體是安全的，不能對受體細(xì)胞有害。載體載體DNA分子大小應(yīng)合適，以便提取和在體外進(jìn)行分子大小應(yīng)合適，以便提取和在體外進(jìn)行 操作。操作。噬菌體衍生物噬菌體衍生物小型環(huán)狀雙鏈小型環(huán)狀雙鏈DNADNA10、幾種常見育種方法的比較、幾種常見育種方法的比較育種育種方法方法雜交雜交育種育種單倍體單倍體育種育種多倍體多倍體育種育種誘變誘變育種育種基因工基因工程育種程育種基本基本原理原理方法方法優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)缺點(diǎn)實(shí)例實(shí)例雜交雜交自交自交選優(yōu)選優(yōu)基因重組基因重組不同個(gè)體的優(yōu)良不同個(gè)體的優(yōu)良性狀可集中到同性狀可集中到同一個(gè)個(gè)體

12、上一個(gè)個(gè)體上育種時(shí)間長，育種時(shí)間長，需及時(shí)發(fā)現(xiàn)優(yōu)需及時(shí)發(fā)現(xiàn)優(yōu)良性狀良性狀雜交水稻雜交水稻中國荷斯坦牛中國荷斯坦?；ㄋ庪x體培花藥離體培養(yǎng)、秋水仙養(yǎng)、秋水仙素誘導(dǎo)加倍素誘導(dǎo)加倍染色體變異染色體變異明顯縮短育種明顯縮短育種年限，后代一年限，后代一般都為純種般都為純種技術(shù)復(fù)雜，技術(shù)復(fù)雜，成本高成本高普通小麥花普通小麥花藥離體培養(yǎng)藥離體培養(yǎng)秋水仙素處秋水仙素處理萌發(fā)的種理萌發(fā)的種子、幼苗子、幼苗染色體變異染色體變異植物莖桿粗壯，植物莖桿粗壯，果實(shí)、種子大，果實(shí)、種子大，營養(yǎng)高營養(yǎng)高發(fā)育延遲，發(fā)育延遲，結(jié)實(shí)率低結(jié)實(shí)率低無籽西瓜無籽西瓜物理或化學(xué)方物理或化學(xué)方法處理動(dòng)植物法處理動(dòng)植物、微生物、微生物基因突變基因突變提高變異頻率，提高變異頻率，大幅度改良某些大幅度改良某些性狀，加速育種性狀，加速育種進(jìn)程進(jìn)程有利變異少，有利變