第一節(jié)基因工程的基本內(nèi)容

第一節(jié)基因工程的基本內(nèi)容第一頁，共二十八頁，2022年，8月28日定向基因改造設(shè)想

設(shè)想一能否讓禾本科的植物也能夠固定空氣中的氮？能否讓細(xì)菌“吐出”蠶絲？設(shè)想二能否讓微生物產(chǎn)生出人的胰島素、干擾素等珍貴的藥物？設(shè)想三經(jīng)過多年的努力，科學(xué)家于20世紀(jì)70年代創(chuàng)立了可以定向改造生物的新技術(shù)——基因工程第二頁，共二十八頁，2022年，8月28日一基因工程的基本內(nèi)容主要內(nèi)容1）基因工程的概念2）基因操作的工具3）基因操作的基本步驟第三頁，共二十八頁，2022年，8月28日什么叫基因工程？

基因工程又叫基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)。該技術(shù)是在生物體外，通過對(duì)DNA分子進(jìn)行人工“剪切”和“拼接”，對(duì)生物的基因進(jìn)行改造和重新組合，然后導(dǎo)入受體細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行無性繁殖，使重組基因在受體細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，產(chǎn)生出人類所需要的基因產(chǎn)物。（一）基因工程的概念第四頁，共二十八頁，2022年，8月28日（一）基因工程的概念基因工程的別名操作環(huán)境操作對(duì)象操作水平基本過程結(jié)果實(shí)質(zhì)基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)生物體外基因DNA分子水平人類需要的基因產(chǎn)物提取→拼接→導(dǎo)入→表達(dá)基因重組第五頁，共二十八頁，2022年，8月28日基因工程培育抗蟲棉的簡要過程：（一）基因工程的概念普通棉花(無抗蟲特性)蘇云金芽孢桿菌提取抗蟲基因與運(yùn)載體DNA拼接導(dǎo)入棉花細(xì)胞(含抗蟲基因)棉花植株(有抗蟲特性)上述培育抗蟲棉的關(guān)鍵步驟是什么？第六頁，共二十八頁，2022年，8月28日基因工程培育抗蟲棉的關(guān)鍵步驟：關(guān)鍵步驟一：抗蟲基因從蘇云金芽孢桿菌細(xì)胞內(nèi)提取出來關(guān)鍵步驟二：抗蟲基因與運(yùn)載體DNA連接關(guān)鍵步驟三：抗蟲基因?qū)胧荏w(棉花)細(xì)胞第七頁，共二十八頁，2022年，8月28日解決培育抗蟲棉的關(guān)鍵步驟需要哪些工具？（二）基因操作的工具關(guān)鍵步驟一的工具：關(guān)鍵步驟二的工具：關(guān)鍵步驟三的工具：基因的剪刀——限制性內(nèi)切酶基因的針線——DNA連接酶基因的運(yùn)載工具——運(yùn)載體第八頁，共二十八頁，2022年，8月28日基因的剪刀——限制性內(nèi)切酶（簡稱限制酶）（二）基因操作的工具限制性內(nèi)切酶是在生物體(主要是微生物)內(nèi)的一種酶，能將外來的DNA切斷，由于這種切割作用是在DNA分子內(nèi)部進(jìn)行的，故名限制性內(nèi)切酶。

特點(diǎn)：特異性。

即一種限制性內(nèi)切酶只能識(shí)別一種特定的脫氧核苷酸序列，并且能在特定的切點(diǎn)上切割DNA分子。第九頁，共二十八頁，2022年，8月28日基因的剪刀——限制性內(nèi)切酶（簡稱限制酶）（二）基因操作的工具

大腸桿菌(E.coli)的一種限制酶能識(shí)別GAATTC序列，并在G和A之間切開。限制酶第十頁，共二十八頁，2022年，8月28日基因的剪刀——限制性內(nèi)切酶（簡稱限制酶）（二）基因操作的工具限制酶第十一頁，共二十八頁，2022年，8月28日什么叫黏性末端？（二）基因操作的工具

被限制酶切開的DNA兩條單鏈的切口，帶有幾個(gè)伸出的核苷酸，他們之間正好互補(bǔ)配對(duì)，這樣的切口叫黏性末端。第十二頁，共二十八頁，2022年，8月28日要想獲得某個(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)黏性末端？（二）基因操作的工具要切兩個(gè)切口，產(chǎn)生四個(gè)黏性末端。如果把兩種來源不同的DNA用同一種限制酶來切割，會(huì)怎樣呢？

會(huì)產(chǎn)生相同的黏性末端，然后讓兩者的黏性末端黏合起來，就似乎可以合成重組的DNA分子了。第十三頁，共二十八頁，2022年，8月28日基因的針線——DNA連接酶（二）基因操作的工具

DNA連接酶可把黏性末端之間的縫隙“縫合”起來，即把梯子兩邊扶手的斷口連接起來，這樣一個(gè)重組的DNA分子就形成了。第十四頁，共二十八頁，2022年，8月28日外源基因(如抗蟲基因)怎樣才能導(dǎo)入受體細(xì)胞(如棉花細(xì)胞)？（二）基因操作的工具導(dǎo)入過程需要運(yùn)輸工具——運(yùn)載體。第十五頁，共二十八頁，2022年，8月28日基因的運(yùn)載工具——運(yùn)載體：（二）基因操作的工具常用的運(yùn)載體主要有兩類：1）細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)的質(zhì)粒2）噬菌體或某些動(dòng)植物病毒第十六頁，共二十八頁，2022年，8月28日基因工程過程示意圖①從細(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第十七頁，共二十八頁，2022年，8月28日四個(gè)基本步驟：（三）基因操作的基本步驟1）提取目的基因2）目的基因與運(yùn)載體結(jié)合3）將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞4）目的基因的檢測和表達(dá)第十八頁，共二十八頁，2022年，8月28日目的基因（三）基因操作的基本步驟

目的基因是人們所需要轉(zhuǎn)移或改造的基因。如蘇云金芽孢桿菌的抗蟲基因，還有植物的抗?。共《?、抗細(xì)菌）基因、種子貯藏蛋白的基因，以及人的胰島素基因、干擾素基因等。第十九頁，共二十八頁，2022年，8月28日目的基因的提取方法（三）基因操作的基本步驟直接分離基因人工合成基因反轉(zhuǎn)錄法根據(jù)已知的氨基酸序列合成DNA：限制性內(nèi)切酶第二十頁，共二十八頁，2022年，8月28日1）反轉(zhuǎn)錄法：

以目的基因轉(zhuǎn)錄成的信使RNA為模板，反轉(zhuǎn)錄成互補(bǔ)的單鏈DNA，然后在酶的作用下合成雙鏈DNA，從而獲得所需的基因。目的基因的mRNA單鏈DNA(cDNA)雙鏈DNA(即目的基因)反轉(zhuǎn)錄合成第二十一頁，共二十八頁，2022年，8月28日3）根據(jù)已知的氨基酸序列合成DNA法：

根據(jù)已知蛋白質(zhì)的氨基酸序列，推測出相應(yīng)的信使RNA序列，然后按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，推測出它的結(jié)構(gòu)基因的核苷酸序列，再通過化學(xué)方法，以單核苷酸為原料合成目的基因。蛋白質(zhì)的氨基酸序列mRNA的核苷酸序列結(jié)構(gòu)基因的核苷酸序列推測推測目的基因化學(xué)合成第二十二頁，共二十八頁，2022年，8月28日步驟二：目的基因與運(yùn)載體重組

1）用一定的限制酶切割質(zhì)粒，使其出現(xiàn)

一個(gè)切口，露出黏性末端。

2）用同一種限制酶切斷目的基因，使其產(chǎn)生相同的黏性末端。3）將切下的目的基因片段插入質(zhì)粒的切口處，再加入適量DNA連接酶，形成了一個(gè)重組DNA分子（重組質(zhì)粒）

目的基因與運(yùn)載體的結(jié)合過程，實(shí)際上是不同來源的基因重組的過程。第二十三頁，共二十八頁，2022年，8月28日步驟二：目的基因與運(yùn)載體結(jié)合第二十四頁，共二十八頁，2022年，8月28日常用的受體細(xì)胞：有大腸桿菌、枯草桿菌、土壤農(nóng)桿菌、酵母菌和動(dòng)植物細(xì)胞等。步驟三：目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞第二十五頁，共二十八頁，2022年，8月28日1）微生物：將細(xì)菌用CaCl2處理，以增大細(xì)菌細(xì)胞壁的通透性。使含有目的基因的重組質(zhì)粒進(jìn)入受體細(xì)胞。目的基因在受體細(xì)胞內(nèi)，隨其繁殖而復(fù)制，由于細(xì)菌繁殖的速度非?？欤诤芏痰臅r(shí)間內(nèi)就能獲得大量的目的基因。2）植物細(xì)胞：農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、基因槍法、花粉管通道法3）動(dòng)物細(xì)胞：顯微注射技術(shù)步驟三：目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞