基因工程簡(jiǎn)介7

基因工程簡(jiǎn)介呂中生物組（一）

基因工程的概念一、基因工程的基本內(nèi)容基因工程的別名操作環(huán)境操作對(duì)象操作水平基本過(guò)程結(jié)果基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)生物體外基因DNA分子水平剪切拼接導(dǎo)入表達(dá)人類需要的基因產(chǎn)物將抗蟲(chóng)基因移植到棉花的細(xì)胞中，使棉花具有抗蟲(chóng)害的作用。假如你作為一名研究者來(lái)完成這一項(xiàng)工作，那么你會(huì)遇到哪些困難或需要解決哪些問(wèn)題呢？1、如何將抗蟲(chóng)基因（目的基因）從某種生物的DNA上切割下來(lái)？2、如何使抗蟲(chóng)基因（目的基因）與棉花的DNA連接起來(lái)？想一想基因工程培育抗蟲(chóng)棉的簡(jiǎn)要過(guò)程：蘇云金芽孢桿菌普通棉花（無(wú)抗蟲(chóng)特性）

提取

與運(yùn)載體DNA拼接

抗蟲(chóng)基因棉花細(xì)胞（含抗蟲(chóng)基因）

導(dǎo)入棉花植株（有抗蟲(chóng)特性）

通過(guò)觀察抗蟲(chóng)棉的培育過(guò)程，你認(rèn)為關(guān)鍵的步驟是什么？關(guān)鍵步驟一：抗蟲(chóng)基因從蘇云金芽孢桿菌細(xì)胞內(nèi)提取。關(guān)鍵步驟二：抗蟲(chóng)基因與運(yùn)載體DNA連接。關(guān)鍵步驟三：抗蟲(chóng)基因進(jìn)入棉細(xì)胞。通過(guò)觀察抗蟲(chóng)棉的培育過(guò)程，你認(rèn)為關(guān)鍵的步驟是什么？關(guān)鍵步驟一的工具：基因的剪刀——限制性內(nèi)切酶。關(guān)鍵步驟二的工具：基因的針線——DNA連接酶。關(guān)鍵步驟三的工具：基因的運(yùn)輸工具——運(yùn)載體。(二)基因操作的工具

1、

基因的剪刀——限制性內(nèi)切酶（1）

分布：主要在微生物中（2）

種類：200多種（3）

作用：識(shí)別特定核苷酸序列，切割特定切點(diǎn)（4）

結(jié)果：產(chǎn)生黏性末端分布作用特點(diǎn)結(jié)果種類舉例主要在微生物中。特異性，即識(shí)別特定核苷酸序列，切割特定切點(diǎn)。產(chǎn)生黏性未端（堿基互補(bǔ)配對(duì)）。大腸桿菌的一種限制酶能識(shí)別GAATTC序列，并在G和A之間切開(kāi)。1、

基因的剪刀——限制性內(nèi)切酶(二)基因操作的工具

200多種要想獲得某個(gè)特定性狀的基因必須要用限制酶切幾個(gè)切口？可產(chǎn)生幾個(gè)黏性未端？我們知道DNA分子是雙螺旋結(jié)構(gòu)，其中有成百萬(wàn)千個(gè)堿基對(duì)，通過(guò)限制性內(nèi)切酶切割以后，會(huì)得到一個(gè)什么樣的結(jié)果呢？想一想被限制性內(nèi)切酶切開(kāi)的切口，帶有幾個(gè)伸出的核苷酸，如果把兩種來(lái)源不同的DNA用同一種限制酶來(lái)切割，然后讓兩者的黏性末端黏合起來(lái)，這樣是否形成了重組DNA分子了呢？2、

基因的針線——DNA連接酶（1）

連接部位：（2）作用結(jié)果：磷酸二酯鍵兩個(gè)相同的黏性末端連接1)運(yùn)載體的作用是什么？2)哪些物質(zhì)可以作為運(yùn)載體，即運(yùn)載體必須具備哪些條件？3)符合上述條件，并經(jīng)常使用的運(yùn)載體有哪些？4)質(zhì)粒有什么特點(diǎn)？3、基因的運(yùn)輸工具——運(yùn)載體3、基因的運(yùn)輸工具——運(yùn)載體（1）

作用：將外源基因送入受體細(xì)胞（2）運(yùn)載體的條件①

能在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制并穩(wěn)定地保存②

具有多個(gè)限制性酶切點(diǎn)③

具有某些標(biāo)記基因（3）種類：質(zhì)粒、噬菌體、動(dòng)植物病毒（4）質(zhì)粒的有關(guān)知識(shí)①結(jié)構(gòu)：細(xì)胞染色體外能自主復(fù)制的小型環(huán)狀DNA分子②特性：質(zhì)粒的存在對(duì)宿主細(xì)胞無(wú)影響，質(zhì)粒的復(fù)制只能在宿主細(xì)胞內(nèi)完成隨堂練習(xí)：1、下列常用作運(yùn)載體的是（）A、大腸桿菌的質(zhì)粒B、蘇云金芽孢桿菌C、土壤農(nóng)桿菌環(huán)狀RNA分子D、動(dòng)物細(xì)胞的染色體2、限制性內(nèi)切酶的特點(diǎn)是（）à、只能識(shí)別GAATTC序列B、識(shí)別特定的核苷酸序列和具有特定的酶切位點(diǎn)C、識(shí)別黏性末端D、切割質(zhì)粒DNA的標(biāo)記基因AB3、基因工程中對(duì)基因進(jìn)行剪切和拼接的工具主要有_____________、_____________和_________。4、作為運(yùn)載體必需具備的條件是_________、_____________、__________。限制性內(nèi)切酶DNA連接酶運(yùn)載體能在宿主細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定地保存具有多個(gè)限制酶切點(diǎn)具有某些標(biāo)記基因1、基因工程的概念是什么？2、基因操作的工具酶有哪幾種？它們分別有什么生理功能？3、作為基因操作工具的運(yùn)載體必須具備哪些條件？復(fù)習(xí)鞏固

①結(jié)合前面的基因工程培育抗蟲(chóng)棉的過(guò)程理解什么是目的基因？

②從供體細(xì)胞DNA中直接分離基因的方法叫什么？簡(jiǎn)要說(shuō)出該方法的過(guò)程是什么？并描述分別具有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？

③人工合成基因的方法有幾種？其操作過(guò)程分別是什么？想來(lái)想去（三）基因操作的基本步驟1、提取目的基因

（1）目的基因：人們需要的特定基因（2）提取目的基因的途徑提取目的基因的途徑人工合成基因（真核細(xì)胞）反轉(zhuǎn)錄法根據(jù)已知氨基酸序列合成DNA從供體細(xì)胞的DNA中直接分離基因

方法：鳥(niǎo)槍法

途徑供體細(xì)胞中的DNA中直接分離基因人工合成基因（真核細(xì)胞）方法根據(jù)已知氨基酸序列合成DNA過(guò)程供體細(xì)胞中的DNA

↓限制酶許多DNA片段

↓載入運(yùn)載體

↓導(dǎo)入受體細(xì)胞↓外源DNA擴(kuò)增,產(chǎn)生特定性狀

↓分離

目的基因目的基因mRNA

↓反轉(zhuǎn)錄單鏈DNA↓合成雙鏈DNA(即目的基因)

蛋白質(zhì)的氨基酸序列

↓推測(cè)mRNA的核苷酸序列

↓推測(cè)結(jié)構(gòu)基因的核苷酸序列

↓化學(xué)合成目的基因鳥(niǎo)槍法反轉(zhuǎn)錄法途徑供體細(xì)胞中的DNA中直接分離基因人工合成基因（真核細(xì)胞）方法鳥(niǎo)槍法反轉(zhuǎn)錄法根據(jù)已知氨基酸序列合成DNA優(yōu)點(diǎn) 操作簡(jiǎn)單專一性強(qiáng)專一性強(qiáng)，可產(chǎn)生自然界不存在的新基因。缺點(diǎn)工作量大，盲目性大，專一性差操作過(guò)程較麻煩，技術(shù)要求過(guò)高。適用范圍狹小2、目的基因與運(yùn)載體結(jié)合

質(zhì)粒

DNA分子一種限制酶處理一個(gè)切口兩個(gè)黏性末端

兩個(gè)切口獲得目的基因重組DNA分子（重組質(zhì)粒）DNA連接酶

思考題：目的基因與運(yùn)載體結(jié)合的結(jié)果可能有幾種情況？目的基因與目的基因結(jié)合，質(zhì)粒與質(zhì)粒結(jié)合，目的基因與質(zhì)粒結(jié)合。1、基因工程中常用的受體細(xì)胞有哪些？

2、將含目的基因的重組質(zhì)粒導(dǎo)入細(xì)菌受體細(xì)胞的過(guò)程中常用到哪種化學(xué)試劑？其作用是什么？

細(xì)細(xì)胞壁通重組質(zhì)粒進(jìn)入目的基因隨受體細(xì)菌CaCl2透性增大受體細(xì)胞胞的繁殖而復(fù)制3、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞

（1）受體細(xì)胞的種類：大腸桿菌、枯草桿菌、土壤農(nóng)桿菌、酵母菌和動(dòng)植物細(xì)胞（2）導(dǎo)入方法：借鑒細(xì)菌或病毒侵染細(xì)胞的途徑4、目的基因的檢測(cè)和表達(dá)（1）檢測(cè)：通過(guò)檢測(cè)標(biāo)記基因的有無(wú)，來(lái)判斷目的基因是否導(dǎo)入（2）表達(dá)：通過(guò)特定性狀的產(chǎn)生與否來(lái)確定目的基因是否表達(dá)二、基因工程的成果與發(fā)展前景（一）基因工程與醫(yī)藥衛(wèi)生1、

生產(chǎn)基因工程藥品2、

用于基因診斷與基因治療（1）基因診斷

用放射性同位素、熒光分子等標(biāo)記的DNA分子做探針，利用DNA分子雜交原理（2）基因治療把健康的外源基因?qū)胗谢蛉毕莸募?xì)胞（二）基因工程與農(nóng)牧業(yè)、食品工業(yè)1、

農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用（1）獲得高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和具有優(yōu)良品質(zhì)的農(nóng)作物（2）培育出具有各種抗性的作物新品種2、畜牧業(yè)上的應(yīng)用

（1）培育各種具有優(yōu)良品質(zhì)的動(dòng)物（2）利用動(dòng)物乳腺細(xì)胞獲得人類所需要的各種物質(zhì)1、在基因操作的基本步驟中第一步是（）

A、基因運(yùn)載體的結(jié)合B、目的基因的提取

C、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞D、基因表達(dá)的檢測(cè)2．有關(guān)基因工程的敘述中，錯(cuò)誤的是（）

A．DNA連接酶將黏性未端的堿基對(duì)連接起來(lái)

B．限制性內(nèi)切酶用于目的基因的獲得

C、目的基因須由運(yùn)載體導(dǎo)入受體細(xì)胞

D．人工合成目的基因不用限制性內(nèi)切酶3、基因工程是在DNA分子水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)施工的，在基因操作的基本步驟中，不進(jìn)行堿基互補(bǔ)配對(duì)的步驟是（）

A．人工合成基因B．目的基因與運(yùn)載體結(jié)合

C．將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞D．目的基因的檢測(cè)和表達(dá)BAD3、食品工業(yè)上的應(yīng)用為人類開(kāi)辟新的食物來(lái)源（三）基因工程與環(huán)境保護(hù)1、

用于環(huán)境監(jiān)測(cè)2、用于被污染環(huán)境的凈化

提取目的基因?qū)⑿枰幕驈墓w生物的細(xì)胞內(nèi)提取出來(lái)。取出DNA用限制酶切斷DNA

目前被較廣泛提取使用的目的基因有：蘇云金桿菌抗蟲(chóng)基因、人胰島素基因、人干擾素基因、種子貯藏蛋白基因、植物抗病基因等?；蚬こ踢^(guò)程示意圖①?gòu)募?xì)胞中分離出DNA①②③④⑤⑥②限制酶截取DNA片斷③分離大腸桿菌中的質(zhì)粒④DNA重組⑤用重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)化大腸桿菌⑥培養(yǎng)大腸桿菌克隆大量基因返回提取目的基因的方法（一）直接分離基因——鳥(niǎo)槍法

將供體生物的DNA用限制酶切割為許多片段，再用運(yùn)載體將這些片段都運(yùn)載到受體生物的不同細(xì)胞中去。只要有一個(gè)細(xì)胞獲得了需要的目的基因并得以表達(dá)，基因工程就算成功了。該法最大的缺點(diǎn)是帶有很大的盲目性，工作量大，成功率低。且不能將真核生物的基因轉(zhuǎn)移到原核生物中去。用限制酶切成許多片斷提取目的基因的方法（二）人工基因合成法逆轉(zhuǎn)錄法：以信使RNA為模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下將脫氧核苷酸合成合成DNA(基因)。直接合成法：根據(jù)蛋白質(zhì)的氨基酸順序推算出信使RNA核苷酸順序，再據(jù)此推算出基因DNA的脫氧核苷酸順序。用游離脫氧核苷酸直接合成相應(yīng)的基因。DNA合成儀PCR擴(kuò)增儀目的基因與運(yùn)載體結(jié)合用與提取目的基因相同的限制酶切割質(zhì)粒使之出現(xiàn)一個(gè)切口，將目的基因插入切口處，讓目的基因的黏性末端與切口上的黏性末端互補(bǔ)配對(duì)后，在連拉酶的作用下連接形成重組DNA分子。提取質(zhì)粒并用限制酶切割用連接酶將目的基因和質(zhì)粒連接返回將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞并擴(kuò)增基因工程中常用的受體細(xì)胞有大腸桿菌、枯草桿菌、土壤農(nóng)桿菌和動(dòng)植物細(xì)胞等。導(dǎo)入受體細(xì)胞常用的方法是借鑒細(xì)菌或者病毒侵染細(xì)胞的途徑。通常還要對(duì)一些受體細(xì)胞進(jìn)行增大通透性的處理。目的基因可以隨著受體細(xì)胞進(jìn)行快速的繁殖，在很短的時(shí)間內(nèi)獲得大量的基因。將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞將受體細(xì)胞進(jìn)行擴(kuò)增目的基因的檢測(cè)和表達(dá)（一）前三步的處理十分繁鎖，為保證目的基因得到有效利用，通常用大量的受體細(xì)胞來(lái)接受不多的目的基因。這樣，處理的受體細(xì)胞中真正攝入了目的基因的很少，必須將它從中檢測(cè)出來(lái)。細(xì)菌的檢測(cè)，將每個(gè)受體細(xì)胞單獨(dú)培養(yǎng)形成菌落，檢測(cè)菌落中是否有目的基因的表達(dá)產(chǎn)物。淘汰無(wú)表達(dá)產(chǎn)物的菌落，保留有表達(dá)產(chǎn)物的進(jìn)一步培養(yǎng)、研究。無(wú)表達(dá)