基因工程的原理課件

第一節(jié)基因工程的原理乳汁中含有人生長(zhǎng)激素的轉(zhuǎn)基因牛(阿根廷)基因工程的概念基因工程的別名基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)操作環(huán)境操作對(duì)象操作水平基本過程結(jié)果

基因工程是指按照人們的愿望，將一種生物的基因在體外剪切，并與特殊的運(yùn)載工具進(jìn)行拼接，然后導(dǎo)入另一種生物體內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)增，并使之表達(dá)產(chǎn)生所需蛋白質(zhì)的技術(shù)。定向的改造生物的遺傳性狀。DNA重組技術(shù)或基因拼接技術(shù)生物體外基因DNA分子水平剪切→拼接→導(dǎo)入→表達(dá)定向的改造了生物的性狀_________________的培育成功，宣告了基因工程的誕生。雙重抗性大腸桿菌轉(zhuǎn)基因抗蟲棉抗蟲棉普通棉一、基因手術(shù)刀：限制性內(nèi)切酶二、基因縫紉針：DNA連接酶三、基因運(yùn)輸車：載體探究1：基因工程的基本工具是什么？（1）識(shí)別特定的脫氧核苷酸序列（回文序列）；（2）并在特異性位點(diǎn)把雙鏈DNA分子“切割”開。主要從原核生物中分離純化一、基因手術(shù)刀：限制性內(nèi)切酶1、來源：2、功能：3、酶切結(jié)果：形成黏性末端。4、作用實(shí)質(zhì)：特定部位的磷酸二酯鍵（酶切位點(diǎn)）斷開

EcoRⅠ黏性末端黏性末端識(shí)別特定的脫氧核苷酸序列的特點(diǎn)：中軸線兩側(cè)的堿基反向?qū)ΨQ重復(fù)排列的回文序列。切割的位點(diǎn)：G、A之間斷裂的化學(xué)鍵是：磷酸二酯鍵AB限制酶作用是A處還是B處？A處T1234512345A思考：某DNA分子被限制性內(nèi)切酶Ⅰ切后形成1個(gè)DNA片段，有1000個(gè)堿基對(duì)，該DNA分子若被限制性內(nèi)切酶Ⅱ切后形成2個(gè)DNA片段，分別有600個(gè)堿基對(duì)和400個(gè)堿基對(duì)，若該DNA分子同時(shí)被限制性內(nèi)切酶Ⅰ和Ⅱ切割后形成2種DNA片段，分別有600個(gè)堿基對(duì)和200個(gè)堿基對(duì)。問：該DNA分子有何特點(diǎn)？限制性內(nèi)切酶Ⅰ有幾個(gè)酶切位點(diǎn)？限制性內(nèi)切酶Ⅱ有幾個(gè)酶切位點(diǎn)？該DNA為環(huán)狀1個(gè)2個(gè)GAATTCCTTAAGGAATTCCTTAAGGAATTCCTTAAGGAATTCCTTAAGGCTTAAAATTCG雙鏈斷開不同來源的DNA片段結(jié)合可把黏性末端之間的縫隙“縫合”起來，E·coliDNA連接酶或T4DNA連接酶即恢復(fù)被限制酶切開的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵GCTTAAAATTCGGCTTAAAATTCG二、基因縫紉針：DNA連接酶GCTTAAAATTCG二、基因縫紉針：DNA連接酶DNA連接酶與DNA聚合酶比較DNA聚合酶DNA連接酶相同不同作用對(duì)象模板形成磷酸二酯鍵單個(gè)脫氧核苷酸DNA片斷需要不需要（1）能夠在宿主細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定地保存；（2）具有多個(gè)限制酶切點(diǎn)，以便與外源基因連接；（3）具有某些標(biāo)記基因，便于進(jìn)篩選運(yùn)載體是否進(jìn)入受體細(xì)胞。（如熒光蛋白基因、抗四環(huán)素基因、抗氨芐青霉素基因）（4）對(duì)受體細(xì)胞無害質(zhì)粒，λ噬菌體的衍生物，動(dòng)植物病毒等三、基因運(yùn)輸車：載體2、載體必須具備的條件：1、常用的載體有：常用的載體：質(zhì)粒能復(fù)制并帶著插入的目的基因一起復(fù)制有限制性內(nèi)切酶切割位點(diǎn)有標(biāo)記基因的存在，可用含氨芐青霉素的培養(yǎng)基鑒別1、關(guān)于限制酶的說法中，正確的是（）A、限制酶是一種酶，只識(shí)別GAATTC堿基序列B、EcoRI切割的是G—A之間的氫鍵C．限制酶一般不切割自身的DNA分子，只切割外源DNAD．限制酶只存在于原核生物中課堂鞏固2、DNA連接酶催化的反應(yīng)是()A．DNA復(fù)制時(shí)母鏈與子鏈之間形成氫鍵B．黏性末端堿基之間形成氫鍵C．兩個(gè)DNA片段黏性末端之間的縫隙的連接D．A、B、C都不正確3、作為基因的運(yùn)輸工具——載體，必須具備的條件及理由是()A、能夠在宿主細(xì)胞中穩(wěn)定地保存下來并大量復(fù)制，以便提供大量的目的基因B、具有多個(gè)限制酶切點(diǎn)，以便于目的基因的表達(dá)C．具有某些標(biāo)記基因，以便為目的基因的表達(dá)提供條件D、能夠在宿主細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定保存，以便于進(jìn)行篩選4、質(zhì)粒是基因工程最常見的載體，它的主要特點(diǎn)是()①能自主復(fù)制 ②不能自主復(fù)制 ③結(jié)構(gòu)很小 ④是蛋白質(zhì) ⑤是環(huán)狀RNA ⑥是環(huán)狀DNA ⑦能“友好”地“借居”A、①③⑤⑦B、②④⑥C．①③⑥⑦D．②③⑥⑦（1）識(shí)別_____的脫氧核苷酸序列；（2）并在___________把雙鏈DNA分子“切割”開。切開的化學(xué)鍵為___________，形成___________。主要從_____生物中分離純化

一、基因手術(shù)刀：__________1、來源：2、功能：

二、基因縫紉針：_________1、功能：恢復(fù)被限制性內(nèi)切酶切開了的__________。2、DNA連接酶與DNA聚合酶比較有何異同？三、基因運(yùn)輸車：_______2、載體必須具備的條件？1、常用的載體有：________溫故知新原核特定回文特異性位點(diǎn)磷酸二酯鍵限制性內(nèi)切酶DNA連接酶載體磷酸二酯鍵質(zhì)粒黏性末端下圖為DNA分子的切割和連接過程。(1)EcoRI是一種

酶，其識(shí)別序列是

，切割位點(diǎn)是

與

之間的

鍵。切割結(jié)果產(chǎn)生的DNA片段末端形式為

。(2)不同來源DNA片段結(jié)合，在這里需要的酶應(yīng)是

，此酶的作用是在

與

之間形成

鍵，而起“縫合”作用的。限制性內(nèi)切GAATTC鳥嘌呤脫氧核苷酸

腺嘌呤脫氧核苷酸

磷酸二酯黏性末端DNA連接酶鳥嘌呤脫氧核苷酸

腺嘌呤脫氧核苷酸

磷酸二酯①分離程序：用限制性內(nèi)切酶將完整的DNA分子切成適當(dāng)長(zhǎng)度的片段，然后通過檢測(cè)的方法挑選出所需要的基因。用限制酶切斷成許多片段a.鳥槍法(散彈射擊法）核酸探針：是用放射性同位素或其它標(biāo)記物標(biāo)記的核酸單鏈，具有非常特意的核苷酸序列，能與DNA互補(bǔ)鏈結(jié)合，可用于特定的基因檢測(cè)。②檢測(cè)方法：應(yīng)用核酸探針③擴(kuò)增：用PCR儀擴(kuò)增b.反轉(zhuǎn)錄法c.化學(xué)合成法雙鏈DNA(即目的基因)合成單鏈DNA(cDNA)目的基因的mRNA逆轉(zhuǎn)錄酶mRNA的核苷酸序列蛋白質(zhì)的氨基酸序列結(jié)構(gòu)基因的核苷酸序列化學(xué)合成推測(cè)推測(cè)目的基因質(zhì)粒目的基因限制酶DNA連接酶重組DNA二、重組載體的構(gòu)建基因表達(dá)載體的構(gòu)建——核心質(zhì)粒DNA分子一個(gè)切口兩個(gè)黏性末端兩個(gè)切口獲得目的基因DNA連接酶重組DNA分子（重組質(zhì)粒）同一種限制酶目的基因與運(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。二、重組載體的構(gòu)建二、重組載體的構(gòu)建基因表達(dá)載體的組成：b、目的基因a、啟動(dòng)子c、終止子d、標(biāo)記基因e、復(fù)制原點(diǎn)1、1997年，科學(xué)家將動(dòng)物體內(nèi)的能夠合成胰島素的基因與大腸桿菌的DNA分子重組，并且在大腸桿菌中表達(dá)成功。請(qǐng)據(jù)右下圖回答問題。(1)此圖表示的是采取__________合成基因的方法獲取__________基因的過程。(2)圖中①DNA是以為_________模板，形成單鏈DNA，在酶的作用下合成雙鏈DNA，從而獲得了所需要的目的基因。(3)圖中③代表

，它往往含

基因，以便對(duì)目的基因的檢測(cè)。人工目的

信使RNA

重組DNA分子

標(biāo)記

受體細(xì)胞導(dǎo)入方法微生物細(xì)胞Ca處理法動(dòng)物受精卵顯微注射法植物體細(xì)胞農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、基因槍法植物受精卵花粉管通道法、基因槍法轉(zhuǎn)化——目的基因?qū)隷________內(nèi)，并且在受體細(xì)胞內(nèi)維持_____和_____的過程受體細(xì)胞穩(wěn)定表達(dá)三、重組載體的導(dǎo)入和篩選2+

大腸桿菌細(xì)胞最常用的轉(zhuǎn)化方法是:（1）將細(xì)菌用CaCl2處理，以增大細(xì)菌細(xì)胞壁的通透性。（2）使含有目的基因的重組質(zhì)粒進(jìn)入受體細(xì)胞。（3）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。

農(nóng)桿菌介轉(zhuǎn)化法（導(dǎo)入植物體細(xì)胞）花粉管通道法（導(dǎo)入植物受精卵）顯微注射法（導(dǎo)入動(dòng)物受精卵）篩選出獲得目的基因的重組細(xì)胞四環(huán)素抗性基因氨芐青霉素抗性基因通過轉(zhuǎn)化，有的細(xì)胞可能導(dǎo)入了重組載體，利用選擇性培養(yǎng)基就可以把它們篩選出來。1、基因表達(dá)基因表達(dá)指基因組中某基因在細(xì)胞中轉(zhuǎn)錄為mRNA和翻譯成蛋白質(zhì)的過程?；虮磉_(dá)的改變預(yù)示著細(xì)胞在分子水平上的變化。它往往是細(xì)胞形態(tài)功能變化之前的變化。DNARNAProtein轉(zhuǎn)錄翻譯四、目的基因的表達(dá)和鑒定基因工程成功的標(biāo)志：目的基因表達(dá)，進(jìn)而產(chǎn)生相應(yīng)的性狀——檢查是否成功四、目的基因的表達(dá)和鑒定從蘇云金芽苞桿菌中提取抗蟲基因從土壤農(nóng)桿菌中提取帶有選擇性標(biāo)記的質(zhì)粒同一種限制酶處理抗蟲基因與質(zhì)粒結(jié)合形成重組質(zhì)粒將重組質(zhì)粒導(dǎo)入土壤農(nóng)桿菌(農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法導(dǎo)入)篩選將土壤農(nóng)桿菌與棉花細(xì)胞混合培養(yǎng)侵染重組質(zhì)粒將抗蟲基因?qū)朊藁?xì)胞并整合到棉花的DNA上植物組織培養(yǎng)獲得抗蟲棉抗蟲棉的培育流程圖基因工程的基本原理概念圖下圖為利用生物技術(shù)獲得動(dòng)物乳腺反應(yīng)器和抗蟲棉的過程，據(jù)圖回答：⑴在基因工程中，A表示

，如果直接從蘇云金桿菌中獲得抗蟲基因，①過程使用的酶區(qū)別于其他酶的特點(diǎn)是

，B表示

。

⑵在研究過程中，研究人員首先從相關(guān)基因組中獲取了目的基因，并采用

技術(shù)對(duì)目的基因進(jìn)行了擴(kuò)增，然后將目的基因與質(zhì)粒等載體組合形成了重組載體。在重組載體的構(gòu)建過程中需要的工具酶

。

目的基因識(shí)別特定的核苷酸序列，并且在特定的位點(diǎn)上切割DNA分子重組DNA

PCR

限制性內(nèi)切酶、DNA連接酶

⑶基因表達(dá)載體的構(gòu)建是基因工程的核心，一個(gè)完整的基因表達(dá)載體至少包括哪些部分?

。

⑷將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的過程中，在③過程中一般是采用

方法，在②過程中一般采用

方法，受體細(xì)胞一般是

。

⑸由于轉(zhuǎn)基因表達(dá)產(chǎn)物存在于山羊的乳汁中，檢測(cè)其體內(nèi)是否出現(xiàn)藥用蛋白，在分子水平上的檢測(cè)方法及結(jié)果是什么?

。

⑹要確定目的的基因（抗蟲基因）導(dǎo)入棉花細(xì)胞后，是否能穩(wěn)定遺傳并表達(dá)，需進(jìn)行檢測(cè)和鑒定工作，請(qǐng)寫出在個(gè)體水平上的鑒定過程：

。目的基因、啟動(dòng)子、終止子、標(biāo)記基因等部分

農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法顯微注射技術(shù)受精卵

進(jìn)行抗原—抗體雜交

如果出現(xiàn)雜交帶，表明奶牛中出現(xiàn)了抗原蛋白；不出現(xiàn)雜交帶，表明奶牛中未出現(xiàn)抗原蛋白讓害蟲吞食棉花葉，觀察害蟲是否具有抗蟲性狀1.下表關(guān)于基因工程中有關(guān)基因操作的名詞及對(duì)應(yīng)的內(nèi)容，正確的組合是 2、下列屬于獲取目的基因的方法的是()①利用mRNA反轉(zhuǎn)錄形成②從基因組文庫(kù)中提取③從受體細(xì)胞中提?、芾肞CR技術(shù)⑤利用DNA轉(zhuǎn)錄 ⑥人工合成A.①②③⑤B.①②⑤⑥C.①②③④D.①②④⑥3.細(xì)菌的質(zhì)粒分子帶有一個(gè)抗菌素抗性基因，該抗性基因在基因工程中的主要作用是

A．提高受體細(xì)胞在自然環(huán)境中的耐藥性B．有利于對(duì)目的基因是否導(dǎo)入進(jìn)行檢測(cè)C．增加質(zhì)粒分子的分子量D．便于與外源基