第六章第二節(jié)基因工程及其應(yīng)用

第二節(jié)基因工程及其應(yīng)用第六章從雜交育種到基因工程一、基因工程的原理又叫做基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)。通俗地說，就是按照人們的意愿，把一種生物的某種基因提取出來，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細(xì)胞里，定向地改造生物的遺傳性狀,培育出新品種。

1、基因工程的概念：基因工程基本工具：基因“剪刀”——限制性核酸內(nèi)切酶基因“針線”——DNA連接酶基因的運(yùn)載體——質(zhì)粒、噬菌體、動(dòng)植物病毒一、基因工程的原理2、“基因剪刀”——限制性核酸內(nèi)切酶(簡(jiǎn)稱限制酶)CTTAAGAATTCG

一種限制酶只能識(shí)別一種特定的核苷酸序列，并在特定的切點(diǎn)上切割DNA分子。例如:EcoRI限制酶，專一識(shí)別GAATTC序列，并在G和A之間將序列切開。被同一種限制酶切斷的幾個(gè)DNA是否具有相同的黏性末端？黏性末端黏性末端嘗試寫出下列序列受EcoRI限制酶作用后的黏性末端

DNA被限制酶切斷后有兩個(gè)反向互補(bǔ)的“黏性末端”。被同一種限制酶切斷的幾個(gè)DNA具有相同的黏性末端，堿基能夠通過互補(bǔ)進(jìn)行配對(duì)。CTTCATGGAAGTACTTAAGGGATTAATTCCCTAAACGTGCTTAAAATTCCCATTGGGTAAGGCATCTTAAAATTCCGTAGGGCATCTTAAAATTCCGTAG一、基因工程的原理3、“基因針線”——DNA連接酶連接酶的作用：將互補(bǔ)配對(duì)的兩個(gè)黏性末端連接起來，使之成為一個(gè)完整的DNA分子。即將脫氧核糖和磷酸連接起來。CTTCATGGAAGTACTTAAGGGATTAATTCCCTAAGGCATCTTAAAATTCCGTAG連接酶連接的部位：生成3′-5′磷酸二酯鍵思考：如何將重組DNA分子送入受體細(xì)胞呢？基因的運(yùn)載工具——運(yùn)載體：常用的運(yùn)載體主要有兩類：

1）細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)的質(zhì)粒質(zhì)粒是基因工程最常用的運(yùn)載體。存在：許多細(xì)菌以及酵母菌等生物的細(xì)胞中，是擬核或細(xì)胞核外能自主復(fù)制的環(huán)狀的DNA分子。本質(zhì)：閉合環(huán)狀DNA分子。有的一個(gè)細(xì)菌中有一個(gè)，有的一個(gè)細(xì)菌中有多個(gè)。

2）噬菌體或某些動(dòng)植物病毒DNAlinking-enzymerestrictionendonucleaseDNAlinking-enzyme胰島素基因1.自我復(fù)制；3.具有多個(gè)限制酶切點(diǎn)；4.具有標(biāo)記基因，便于進(jìn)行篩選．質(zhì)粒的特點(diǎn)：2、結(jié)構(gòu)、分子量比較小5、基因工程的操作步驟：從細(xì)菌中取出質(zhì)粒從細(xì)胞中取出DNA用同種限制酶切斷兩個(gè)DNA具有相同的黏性末端提取目的基因（如人的胰島素基因）用連接酶將目的基因與質(zhì)粒連接（形成重組DNA分子）目的基因與運(yùn)載體結(jié)合（拼接)將目的基因通過運(yùn)載體導(dǎo)入受體細(xì)胞（如大腸桿菌）利用質(zhì)粒中具有某些特性的基因進(jìn)行檢測(cè)并判斷目的基因是否表達(dá)將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞（導(dǎo)入）目的基因的檢測(cè)與鑒定提取目的基因的方法用限制酶切斷成許多片段⑴直接分離基因——鳥槍法又叫“散彈射擊法”，猶如用獵槍發(fā)射的散彈打鳥，無論哪一顆子彈擊中目標(biāo),都能把鳥打下來

具體做法是：用限制酶將供體細(xì)胞中的DNA切成許多片段，將這些片段分別載入運(yùn)載體，然后通過運(yùn)載體分別轉(zhuǎn)入不同的受體細(xì)胞，讓供體細(xì)胞所提供的DNA的所有片段分別在各個(gè)受體細(xì)胞中大量復(fù)制，從中找出含有目的基因的細(xì)胞，再用一定的方法把帶有目的基因的DNA片段分離出來。

該法優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)便，但是最大的缺點(diǎn)是具有很大的盲目性，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。⑵人工合成基因法DNA合成儀有兩種方法：

①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基因。

②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。目的基因的檢測(cè)和鑒定

受體細(xì)胞攝入DNA分子后并不是說明目的基因完成了表達(dá)，受體細(xì)胞必須表現(xiàn)出特定的性狀，才能說明目的基因完成了表達(dá)。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。無表達(dá)產(chǎn)物無表達(dá)產(chǎn)物有表達(dá)產(chǎn)物無表達(dá)產(chǎn)物基因工程別名操作環(huán)境操作對(duì)象操作水平基本工具基本過程結(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→檢測(cè)和鑒定基因重組限制酶、DNA連接酶、運(yùn)載體二、基因工程的應(yīng)用1、基因工程與作物育種（1）獲得高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和具有優(yōu)良品質(zhì)的農(nóng)作物將富含賴氨酸的蛋白質(zhì)編碼基因轉(zhuǎn)入玉米,獲得轉(zhuǎn)基因玉米。將控制番茄果實(shí)成熟的基因?qū)敕?獲得轉(zhuǎn)基因耐貯存番茄,是世界上進(jìn)入市場(chǎng)的第一種轉(zhuǎn)基因植物。轉(zhuǎn)入金魚草基因的紫番茄富含花青素，可明顯減緩結(jié)腸癌細(xì)胞生長(zhǎng)，同時(shí)具抵抗心血管疾病的功效。（2）培育出具有各種抗逆性的作物新品種二、基因工程的應(yīng)用1、基因工程與作物育種蘇云金桿菌抗蟲基因普通棉花抗蟲棉提取導(dǎo)入培育抗蟲棉的培育過程（1）培育出具有優(yōu)良品質(zhì)的動(dòng)物二、基因工程的應(yīng)用2、基因工程與畜牧養(yǎng)殖轉(zhuǎn)生長(zhǎng)激素基因鯉魚（9個(gè)月后比對(duì)照個(gè)體重1.5kg)超級(jí)綿羊（生長(zhǎng)速率提高30%，體型增大50%）2、基因工程與藥物研制我國(guó)生產(chǎn)的部分基因

工程疫苗和藥物許多藥品的生產(chǎn)是從生物組織中提取的。受材料來源限制產(chǎn)量有限，其價(jià)格往往十分昂貴。微生物生長(zhǎng)迅速，容易控制，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。若將生物合成相應(yīng)藥物成分的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞內(nèi)，讓它們產(chǎn)生相應(yīng)的藥物，不但能解決產(chǎn)量問題，還能大大降低生產(chǎn)成本。胰島素從豬、牛等動(dòng)物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰島素，其產(chǎn)量之低和價(jià)格之高可想而知。將合成的胰島素基因?qū)氪竽c桿菌，每2000L培養(yǎng)液就能產(chǎn)生100g胰島素！使其價(jià)格降低了30%-50%!3、環(huán)境保護(hù)

基因工程做成的“超級(jí)細(xì)菌”能吞食和分解多種污染環(huán)境的物質(zhì)。通常一種細(xì)菌只能分解石油中的一種烴類，用基因工程培育成功的“超級(jí)細(xì)菌”卻能分解石油中的多種烴類化合物。有的還能吞食轉(zhuǎn)化汞、鎘等重金屬，分解DDT等毒害物質(zhì)。這些生物令我們很好奇，但是現(xiàn)實(shí)生活的應(yīng)用更令我們關(guān)心!三、轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性未來生物怪物2轉(zhuǎn)基因草莓有玫瑰花和檸檬的香味轉(zhuǎn)基因西紅柿安全嗎？“金大米”⑴改變傳統(tǒng)的育種方式縮短育種時(shí)間。培育出高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、抗病蟲害、抗旱、抗鹽堿，抗除草劑等特性的作物新品種。⑵克服異源、遠(yuǎn)源雜交障礙。如可以把動(dòng)物的基因，甚至人的基因組合到植物里去。⑶生產(chǎn)有利于健康和抗病的食品。⑷培育出符合人們意愿的動(dòng)物新品種。三、轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性轉(zhuǎn)基因生物有利的一面:⑴有些轉(zhuǎn)基因食物含的一些物質(zhì)，可能會(huì)影響人體健康。⑵大量的轉(zhuǎn)基因生物進(jìn)入自然界后很可能會(huì)與野生物種進(jìn)行雜交，產(chǎn)生一些超級(jí)生物，從而造成基因污染。⑶如有些作物插入抗蟲基因，殺死環(huán)境中有益的生物。三、轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性基因工程的弊端：（1）要將目的基因與運(yùn)載體連接起來，在基因操作中應(yīng)選用A、只需DNA連接酶B、同一種限制酶和DNA連接酶C、只需限制酶D、不同的限制酶和DNA連接酶練習(xí)（2）下列各項(xiàng)中，說明目的基因完成了表達(dá)的是A、棉珠中含有殺蟲蛋白基因B、大腸桿菌中具有胰島素基因C、酵母菌中產(chǎn)生了干擾素D、抗病毒基因?qū)胪炼辜?xì)胞中（4）轉(zhuǎn)基因動(dòng)物是指A、