生物學(xué)課件-基因工程

第五講從基因到基因工程

一、

孟德?tīng)枌W(xué)說(shuō)奠定了遺傳學(xué)基礎(chǔ)二、

基因是一段DNA序列

三、

基因工程的操作和應(yīng)用生命最重要的本質(zhì)之一是性狀特征自上代傳至下代——遺傳。

今天，從遺傳學(xué)研究衍生出來(lái)的基因工程技術(shù)，已構(gòu)成生物技術(shù)的核心，在實(shí)際應(yīng)用中顯示出極大的潛力。一、孟德?tīng)枌W(xué)說(shuō)奠定了遺傳學(xué)基礎(chǔ)

（本節(jié)見(jiàn)參考書(shū)第101-107頁(yè)）

在孟德?tīng)栆郧?，人們看到遺傳現(xiàn)象，猜想遺傳是有規(guī)律的，甚至在農(nóng)牧業(yè)育種中實(shí)際運(yùn)用了遺傳規(guī)律，但是，一直找不到研究遺傳規(guī)律的恰當(dāng)方法。

孟德?tīng)枺?822－1884）從1856年起開(kāi)始豌豆試驗(yàn)。

孟德?tīng)柕幕痉椒ㄊ请s交。他挑選了七對(duì)性狀。

經(jīng)過(guò)近10年的潛心研究，孟德?tīng)柊l(fā)表了他的研究報(bào)告。其內(nèi)容可概括兩個(gè)定律。

返回孟德?tīng)?1822-1884)返回豌豆雜交操作孟德?tīng)栄芯康钠邔?duì)性狀1、孟德?tīng)柕谝欢桑蛛x律

他用一對(duì)性狀雜交，子一代全為顯性性狀，子一代之間自交，子二代為：

顯性性狀：隱性性狀＝3：1

返回孟德?tīng)柗蛛x律2、孟德?tīng)柕诙桑杂山M合律他用兩對(duì)性狀雜交，子一代全為顯性性狀，子一代之間雜交，子二代出現(xiàn)四種性狀，其數(shù)量比例為9：3：3：1

返回孟德?tīng)栕杂山M合律黃圓綠圓黃皺綠皺3、孟德?tīng)枌W(xué)說(shuō)的要點(diǎn)

依據(jù)上面的試驗(yàn)結(jié)果，孟德?tīng)栒J(rèn)為，每株豌豆植株中的每一對(duì)性狀，都是由一對(duì)遺傳因子所控制的，遺傳因子有顯性因子和隱性因子之分。當(dāng)一株植株中控制某一對(duì)性狀的一對(duì)遺傳因子均為隱性因子時(shí)，該植株才表現(xiàn)出隱性性狀（如白花或綠色豆粒）。其他情況下，包括一對(duì)遺傳因子均為顯性，或一個(gè)顯性一個(gè)隱性，均表現(xiàn)出顯性性狀（如紫花或黃色豆粒）。這一點(diǎn)在分離律實(shí)驗(yàn)中看的很清楚。

當(dāng)兩對(duì)性狀一起加以研究時(shí),顯性和隱性的基本規(guī)律仍與上面相同,但要加上一條,控制不同性狀的遺傳因子,在傳代中各自獨(dú)立,互不干擾,出現(xiàn)自由組合現(xiàn)象。

返回孟德?tīng)栕杂山M合律黃圓綠圓黃皺綠皺4、孟德?tīng)枌W(xué)說(shuō)的重要意義

（1）孟德?tīng)柕谝淮蚊鞔_提出遺傳因子的概念,并且提出了遺傳因子控制遺傳性狀的若干規(guī)律：

?

大多數(shù)生物體通常由

一對(duì)遺傳因

子（后來(lái)稱為兩個(gè)等位基因）控

制同一性狀。這樣的生物體稱為

2n個(gè)體。

?

遺傳因子可以區(qū)分為顯性和隱性。

?

控制不同性狀的遺傳因子是各自

獨(dú)立的。

（2）孟德?tīng)柼岢隽穗s交、自交、回交等一套科學(xué)有效的遺傳研究方法，來(lái)研究遺傳因子的規(guī)律。孟德?tīng)杽?chuàng)立的這套方法一直沿用到1950s，才被分子遺傳學(xué)方法取代。

思考題已知：控制鸚鵡羽毛顏色的有四個(gè)等位基因（即兩對(duì)基因）：B、b、C、c。

B－使羽毛顏色呈黃色

C－使羽毛顏色呈藍(lán)色

b和c是隱性基因，不產(chǎn)生色素。

下圖返回問(wèn)：

（1）寫(xiě)出圖中四個(gè)鸚鵡的基因型。

（2）基因型為BbCc的鸚鵡應(yīng)為什么顏色？

（3）兩只基因型為BbCc的鸚鵡所產(chǎn)生的后代是什么情況？二、基因是一段DNA序列

（本節(jié)見(jiàn)參考書(shū)第107-113頁(yè)）

“遺傳因子/基因”的設(shè)想一經(jīng)提出，便推動(dòng)人們?nèi)ふ?，去探?/p>

基因在哪里？基因是什么？

1、基因在染色體上

顯微鏡技術(shù)與染色技術(shù)的發(fā)展，使人們注意到，細(xì)胞分裂時(shí)，尤其是減數(shù)分裂中，染色體的行為和孟德?tīng)柼岢龅牡任换虻姆蛛x規(guī)律相當(dāng)一致，所以，確定基因在細(xì)胞核中，在染色體上。返回同源染色體分別帶著控制同一性狀的兩個(gè)等位基因顯性等位基因純合子隱性等位基因純合子雜合子

摩根實(shí)驗(yàn)室用果蠅為材料的工作，確定了基因在染色體上的分布規(guī)律。圖下圖果蠅有4對(duì)染色體下圖野生果蠅沒(méi)有現(xiàn)成的成對(duì)性狀摩根在長(zhǎng)期飼養(yǎng)中找到各個(gè)性狀的突變株?？刂撇煌誀畹牡任换蛟?#染色體上的位置觸須長(zhǎng)/短身體灰/黑眼睛紅/紫翅長(zhǎng)/短下圖減數(shù)分裂時(shí)發(fā)生：染色體交叉/基因重組。返回g－身體c－

眼睛l－翅灰/黑紅/紫長(zhǎng)/短基因重組服從這樣的規(guī)則：兩個(gè)基因在染色體離得越遠(yuǎn)，重組頻率越高；兩個(gè)基因在染色體上離得越近，重組頻率越低。重組頻率

隨著生物化學(xué)的發(fā)展，蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子逐漸分離、純化出來(lái)。各方面的實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明，基因的化學(xué)本質(zhì)不是蛋白質(zhì)，而是DNA。格里菲斯的實(shí)驗(yàn)證明遺傳物質(zhì)可以轉(zhuǎn)化進(jìn)入細(xì)菌，改變細(xì)菌特性。愛(ài)弗萊的實(shí)驗(yàn)證實(shí)，進(jìn)入細(xì)菌改變特性的遺傳物質(zhì)是DNA，而不是蛋白質(zhì)。

2、遺傳物質(zhì)是DNA

圖下圖格里菲斯的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)愛(ài)弗萊證實(shí)轉(zhuǎn)化物質(zhì)是DNA下圖分別用放射性同位素標(biāo)記噬菌體35S－標(biāo)記蛋白質(zhì)32P－標(biāo)記DNA返回35S標(biāo)記外殼蛋白質(zhì),感染后放射標(biāo)記不進(jìn)入大腸桿菌細(xì)胞32P標(biāo)記DNA,感染后放射標(biāo)記進(jìn)入大腸桿菌細(xì)胞

3、華生和克里克提出DNA雙螺旋模型。

DNA雙螺旋模型說(shuō)明DNA分子能

夠充當(dāng)遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)。

按照雙螺旋模型，在細(xì)胞分裂時(shí)，DNA的合成應(yīng)是“半保留復(fù)制”的模式。DNA雙螺旋模型返回下圖半保留復(fù)制返回證實(shí)半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)細(xì)菌培養(yǎng)在含15N的培養(yǎng)基中細(xì)菌培養(yǎng)在含14N

的培養(yǎng)基中一代兩代

4、DNA作為遺傳物質(zhì)的功能

（1）貯藏遺傳信息的功能

（2）傳遞遺傳信息的功能

（3）表達(dá)遺傳信息的功能

由此，克里克提出中心法則,確定遺傳信息由DNA通過(guò)RNA流向蛋白質(zhì)的普遍規(guī)律。DNADNARNA蛋白質(zhì)中心法則遺傳信息儲(chǔ)存在核酸中遺傳信息由核酸流向蛋白質(zhì)返回

5、基因理論中的許多復(fù)雜情況

以孟德?tīng)枌W(xué)說(shuō)為開(kāi)端的遺傳理論，發(fā)展到以DNA分子結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的分子遺傳學(xué)，使我們對(duì)遺傳規(guī)律有了確切的理解。

應(yīng)該看到，實(shí)際上生命世界的遺傳現(xiàn)象遠(yuǎn)比上面談到的要復(fù)雜得多。

一個(gè)基因一個(gè)性狀？不一定。例如膚色的控制至少有三個(gè)基因參與。

基因決定性狀，環(huán)境還起不起作用？在基因型確定的基礎(chǔ)上,環(huán)境常常會(huì)影響表型。

遺傳和變異是遺傳學(xué)的重要內(nèi)容。子代總是與親代相像，又有一些不像。返回人的膚色至少由三個(gè)基因控制返回產(chǎn)生黑色素的酶在較高溫度下失活，所以毛色在端點(diǎn)位置呈黑色環(huán)境影響表型三、基因工程技術(shù)和應(yīng)用

（本節(jié)見(jiàn)參考書(shū)第138-151頁(yè)）1、基因工程技術(shù)

基因工程是生物技術(shù)的核心部分。基因工程的操作可以簡(jiǎn)述如下：基因工程的操作流程返回

將外源基因（又稱目的基因，是一段DNA片斷）組合到載體DNA分子中去，再把它轉(zhuǎn)到受體細(xì)胞（亦稱寄主細(xì)胞）中去，使外源基因在寄主細(xì)胞中增值和表達(dá)，從而得到期望的由這個(gè)外源基因所編碼的蛋白質(zhì)。

所以，基因工程的操作包含以下步驟：

獲得目的基因

構(gòu)造重組DNA分子

轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)染

表達(dá)

蛋白質(zhì)產(chǎn)物的分離純化

到哪里去找目的基因？一般來(lái)說(shuō)，人的基因，要從人體的組織細(xì)胞中去找；小鼠的基因要從小鼠的組織細(xì)胞中去找。

從組織細(xì)胞中可以分離得到人/小鼠的全套基因，稱為基因文庫(kù)。文庫(kù)中基因總數(shù)就人來(lái)說(shuō)約有3萬(wàn)個(gè)基因。如何從中把需要的基因找出來(lái)？

采取“釣”的辦法。這個(gè)辦法通常稱為印跡法。

（1）獲得目的基因

返回印跡法內(nèi)切酶切開(kāi)DNA電泳印跡轉(zhuǎn)移放射性探針雜交膠片顯影印跡法的主要步驟：

（1）基因文庫(kù)－DNA用限制性內(nèi)切

酶處理。

（2）DNA片斷混合物通過(guò)電泳分離。

（3）電泳后，通過(guò)印跡技術(shù)轉(zhuǎn)到酯酰

纖維薄膜上，以便操作。

（4）用已知小片斷DNA作為探針，

互補(bǔ)結(jié)合需要找的基因片斷。

（5）探針DNA片斷已用放射性元素

標(biāo)記，使膠片感光后可看出。

印跡法的關(guān)鍵是“分子雜交”，利用堿基配對(duì)的原則，用一段小的已知的DNA片斷去尋找（“釣”）大的未知的基因片斷。

探針DNA片斷從何而來(lái)？

根據(jù)目的蛋白的氨基酸序列，只要其中N－端15－20個(gè)氨基酸序列，按三聯(lián)密碼轉(zhuǎn)為40-60核苷酸序列，人工合成，即為探針DNA片斷。

（2）目的基因的擴(kuò)增

用上面的方法“釣”出的目的基因，數(shù)量極少，所以，接下來(lái)必須經(jīng)過(guò)擴(kuò)增，亦稱為基因克隆。獲得相當(dāng)數(shù)量的目的基因后，才能繼續(xù)下一步操作?？寺　锓肿樱?xì)胞，生物個(gè)體的無(wú)性增殖過(guò)程都稱為克隆。返回

（3）PCR——把尋找目的基因和擴(kuò)增目的基因兩步操作并成一步。

PCR法，又稱多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，是近年來(lái)開(kāi)發(fā)出來(lái)的基因工程新技術(shù)，它的最大優(yōu)點(diǎn)是把目的基因的尋找和擴(kuò)增，放在一個(gè)步驟里完成。PCR操作流程90

0C500C700C返回PCR反應(yīng)分三步完成：

第一步