基因突變和基因工程

關(guān)于基因突變和基因工程鐮刀型細(xì)胞貧血癥（一）實(shí)例

資料：1910年，一個(gè)黑人青年到醫(yī)院看病，檢查發(fā)現(xiàn)他患的是當(dāng)時(shí)人們尚未認(rèn)識(shí)的一種特殊的貧血癥，他的紅細(xì)胞不是正常的圓餅狀，而是彎曲的鐮刀狀，人們稱這種病為鐮刀型細(xì)胞貧血癥。這種病患者一旦缺氧，紅細(xì)胞變成長(zhǎng)鐮刀型。病重時(shí)，紅細(xì)胞受機(jī)械損傷而破裂的現(xiàn)象，引起嚴(yán)重貧血而造成死亡。第2頁,共47頁，2024年2月25日，星期天CTTGAA谷氨酸纈氨酸DNAmRNA氨基酸蛋白質(zhì)正常異常GUACATGTA突變GAA根本原因

即鐮刀型細(xì)胞貧血癥是由

引起的一種遺傳病。DNA分子中堿基對(duì)替換血紅蛋白第6位上的谷氨酸被替換成纈氨酸ATTA替換直接原因決定控制血紅蛋白的基因發(fā)生了基因突變第3頁,共47頁，2024年2月25日，星期天（二）基因突變的概念替換增添缺失ATCCGCTAGGCG

CCGC

GGCG

ATTA

CCGC

GGCG

ATTA

AT

A

CCGC

T

GGCG

DNA片段A

T

CCGCT

A

GGCG

CCGC

G

GCG

思考：哪一種基因突變對(duì)生物性狀的影響最??？第4頁,共47頁，2024年2月25日，星期天A、有絲分裂間期（體細(xì)胞）B、減數(shù)第一次分裂間期（生殖細(xì)胞）一般不能傳給后代可以通過受精作用直接傳給后代(二)基因突變發(fā)生的時(shí)間、原因如有些植物體細(xì)胞發(fā)生基因突變，可以通過無性繁殖傳遞。人體某些體細(xì)胞的基因（原癌基因和抑癌基因）突變，有可能發(fā)展成癌細(xì)胞。第5頁,共47頁，2024年2月25日，星期天2、基因突變的原因外因(自然或人為的誘發(fā)突變)1.物理因素:紫外線,X射線及其他輻射

2.化學(xué)因素:亞硝酸,堿基類似物等

3.生物因素:某些病毒內(nèi)因(自發(fā)突變)1.DNA復(fù)制時(shí)偶爾發(fā)生錯(cuò)誤

2.DNA的堿基組成發(fā)生改變第6頁,共47頁，2024年2月25日，星期天AAAaAaaaaA一個(gè)基因突變后產(chǎn)生的是它的等位基因，改變了基因的結(jié)構(gòu)，不改變基因的數(shù)量，位置。（三）基因突變的結(jié)果第7頁,共47頁，2024年2月25日，星期天棉花正常枝——短果枝果蠅紅眼——白眼長(zhǎng)翅——?dú)埑峒银澯鹈咨壹t色人正常色覺——色盲正常膚色——白化病你認(rèn)為突變都有哪些特點(diǎn)？常見突變性狀：短腿安康羊（中）玉米白化苗人類多指第8頁,共47頁，2024年2月25日，星期天(四)基因突變的特點(diǎn)自然界的物種中廣泛存在可發(fā)生在生物個(gè)體發(fā)育的任何時(shí)期、任何部位自然界突變率很低：10－5-

10-8(打破對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性)多數(shù)有害,少數(shù)有利①普遍性:②隨機(jī)性:③低頻性:④多害少利性：⑤不定向性：A＝a1或A＝a2a=A1或a=A2第9頁,共47頁，2024年2月25日，星期天花芽在分化時(shí)發(fā)生基因突變第10頁,共47頁，2024年2月25日，星期天自然狀態(tài)下，基因突變的頻率是很低的。第11頁,共47頁，2024年2月25日，星期天白化苗大多數(shù)突變是有害的—多害性白化病第12頁,共47頁，2024年2月25日，星期天有害的基因突變畸形的雛鴨人類的多指人類的并指鐮刀形紅細(xì)胞第13頁,共47頁，2024年2月25日，星期天高產(chǎn)大豆高產(chǎn)青霉菌株有利的基因突變第14頁,共47頁，2024年2月25日，星期天有利的基因突變第15頁,共47頁，2024年2月25日，星期天基因突變是不定向的—多向性如老鼠灰毛基因A+突變AY(黃毛)a(黑毛)灰老鼠黑老鼠黃老鼠第16頁,共47頁，2024年2月25日，星期天1、根據(jù)突變的方向，可分為(1)顯性突變：aa→Aa(2)隱性突變：AA→Aa(五)基因突變的類型2、按突變后對(duì)生物個(gè)體的影響分為

有利突變、有害突變和對(duì)生物既無利也無害(及中性突變)。自然選擇淘汰有害變異，保留有利和中性變異。對(duì)生物體而言，多數(shù)為有害突變。3、根據(jù)突變?cè)?，可分為①自然突變：在自然狀態(tài)下發(fā)生的基因突變（內(nèi)因）②誘發(fā)突變：在人工條件下誘發(fā)的突變（外因）第17頁,共47頁，2024年2月25日，星期天（六）基因突變的意義產(chǎn)生新的“等位基因”的途徑生物變異的根本來源生物進(jìn)化的原始材料第18頁,共47頁，2024年2月25日，星期天①成功率低,有利變異少②需大量處理材料，有很大盲目性（七）、人工誘變?cè)谟N上的應(yīng)用誘變意義:是創(chuàng)造動(dòng)、植物新品種和微生物新類型的重要方法（2）優(yōu)點(diǎn)：①提高突變率，縮短育種周期②大幅度改良某些性狀（3）缺點(diǎn):

物理因素：X射線、γ射線、紫外線、激光等

化學(xué)因素：亞硝酸、硫酸二乙酯等

（1）常用的方法：第19頁,共47頁，2024年2月25日，星期天2.下列有關(guān)基因突變的說法，不正確的是()

A.自然條件下，一種生物的突變率是很低的

B.生物所發(fā)生的基因突變一般都是有利的

C.基因突變?cè)谧匀唤绲闹袕V泛存在

D.基因突變可產(chǎn)生新的基因，是生物變異的根本來源BC1.一種植物在正常情況下只開紅花，但偶然會(huì)出現(xiàn)一朵白花，如果將白花種子種下去，它的后代全部開白花，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是(）

A.自然雜交B.自然選擇

C.基因突變D.基因重組練習(xí)第20頁,共47頁，2024年2月25日，星期天3.誘發(fā)突變與自然突變相比，正確的是

A．都是有利的B．都是定向的

C．都是隱性突變D．誘發(fā)突變率高D4、基因突變的根本原因是：

A·染色體上的DNA變成了蛋白質(zhì)

B·染色體上的DNA變成了RNA

C·染色體上的DNA減少了或增多了

D·染色體上的DNA結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變

D第21頁,共47頁，2024年2月25日，星期天5.下圖中，基因A與a1a2a3之間的關(guān)系，不能表現(xiàn)的是()A.基因突變是不定向的B.等位基因的出現(xiàn)是基因突變的結(jié)果C.正?；蚺c致病基因可以轉(zhuǎn)化D.圖中基因的遺傳遵循自由組合定律Aa1a2a3D第22頁,共47頁，2024年2月25日，星期天可遺傳的變異：不遺傳的變異：基因突變?nèi)旧w變異基因重組僅僅由環(huán)境不同引起，遺傳物質(zhì)沒有改變，不能遺傳給后代。遺傳物質(zhì)發(fā)生了改變，能遺傳給后代。二、生物變異的類型生物體遺傳性狀的改變就是生物的變異.第23頁,共47頁，2024年2月25日，星期天裹腳柳葉眉24第24頁,共47頁，2024年2月25日，星期天“一母生九仔，連母十個(gè)樣”，這種個(gè)體的差異，主要是什么原因產(chǎn)生的?基因重組第25頁,共47頁，2024年2月25日，星期天三、基因重組1、概念:在生物進(jìn)行有性生殖過程中,控制不同性狀的基因的自由組合.2、類型:①基因的自由組合:②基因的交叉互換:非同源染色體上的非等位基因的自由組合同源染色體上的非姐妹染色體之間發(fā)生局部互換.減數(shù)第一次分裂后期減數(shù)第一次分裂前期第26頁,共47頁，2024年2月25日，星期天3）、兩個(gè)親本的遺傳物質(zhì)差距越大，基因重組的類型就越多。3.基因重組的特點(diǎn)1）、變異概率高，幾乎100%2）、只有通過有性生殖過程才能實(shí)現(xiàn)的。

第27頁,共47頁，2024年2月25日，星期天5、意義:基因重組能否產(chǎn)生新的基因？新的性狀？不能6.適用的范圍：有性生殖過程（雜交育種）基因工程(重組DNA技術(shù))①②可以產(chǎn)生新的基因組合即：產(chǎn)生新的基因型

是生物變異的重要來源，對(duì)生物的進(jìn)化具有重要意義4、結(jié)果:不能第28頁,共47頁，2024年2月25日，星期天基因突變基因重組產(chǎn)生新的基因（基因分子結(jié)構(gòu)改變），而產(chǎn)生新的基因型不產(chǎn)生新的基因（基因分子結(jié)構(gòu)不變），但基因重組產(chǎn)生新的基因型區(qū)別第29頁,共47頁，2024年2月25日，星期天基因結(jié)構(gòu)改變基因結(jié)構(gòu)不變，不同基因重新組合。細(xì)胞分裂間期由于外界理化因素或自身生理因素引起的堿基對(duì)的替換、缺失或增添減數(shù)第一次分裂前期的四分體時(shí)期的交叉互換；減數(shù)第一次分裂后期，非同源染色體上的非等位基因自由組合。外界環(huán)境條件的變化和內(nèi)部因素的相互作用。有性生殖過程中進(jìn)行減數(shù)分裂形成生殖細(xì)胞。新基因產(chǎn)生的途徑，是生物變異的根本來源,是生物進(jìn)化的原始材料。是生物變異的重要來源，是形成生物多樣性的重要原因，對(duì)生物的進(jìn)化也具有重要的意義突變頻率低，但普遍存在有性生殖中非常普遍產(chǎn)生了新基因，出現(xiàn)了新性狀。不產(chǎn)生新基因，而是產(chǎn)生重組的基因型，使不同性狀重新組合。第30頁,共47頁，2024年2月25日，星期天四、基因工程（一）概念：又叫做基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)通俗的說，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?；蛑亟M生物體外定向地改造生物的遺傳性狀，打破物種界限，能克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙第31頁,共47頁，2024年2月25日，星期天1、基因“剪刀”----限制性內(nèi)切酶（限制酶）（1）功能：一種限制酶只能識(shí)別一種特定的核苷酸序列，切割特定DNA切點(diǎn)，具特異性，并裂解磷酸二酯鍵。EcoRⅠGAATTCCTTAAG5′3′5′3′5′GCTTAAAATTCG3′3′5′粘性末端（二）、基因工程操作工具SmaⅠCCCGGGGGGCCC5′3′3′5′5′CCCGGGGGGCCC3′3′5′平口末端第32頁,共47頁，2024年2月25日，星期天（2）結(jié)果：產(chǎn)生兩個(gè)帶有相同黏性末端或平口末端的DNA片段（3）要想從DNA上切下某個(gè)基因,應(yīng)切2個(gè)切口,產(chǎn)生4個(gè)黏性末端（4）限制酶不是一種酶，而是一類酶，目前已發(fā)現(xiàn)的限制酶有4000多種。第33頁,共47頁，2024年2月25日，星期天2、基因的“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。連接的部位：相鄰的兩個(gè)脫氧核苷酸的切口，

即：

生成磷酸二酯鍵DNA連接酶的作用過程：第34頁,共47頁，2024年2月25日，星期天基因的針線：DNA連接酶

G

AA

TT

CC

TT

AA

GG

AA

TT

CC

TT

AA

GGC

TT

AA

AA

TT

C

GG

C

TT

AA

AA

TT

C

GGC

TT

AA

AA

TT

C

G用同種限制酶切割第35頁,共47頁，2024年2月25日，星期天小結(jié)：與DNA有關(guān)酶的作用DNA酶：即DNA水解酶，可以將DNA水解成脫氧核苷酸。DNA聚合酶：在DNA復(fù)制的過程中，連接單個(gè)游離的脫氧核苷酸到DNA片段上，需要模板，引物。DNA連接酶：連接兩個(gè)DNA片段，形成磷酸二酯鍵，不需要模板。解旋酶：在DNA復(fù)制時(shí)，破壞氫鍵，使DNA雙鏈打開。限制性核酸內(nèi)切酶：破壞脫氧核苷酸之間的磷酸二酯鍵。第36頁,共47頁，2024年2月25日，星期天3、基因的運(yùn)輸工具——運(yùn)載體(1)化學(xué)本質(zhì)：DNA標(biāo)記基因：運(yùn)載體上且用于鑒定篩選的基因。標(biāo)記基因一般都是抗生素抗性基因，只要在相應(yīng)的抗生素培養(yǎng)基上培養(yǎng)篩選就可以，能活下來的就是目的基因已經(jīng)進(jìn)入受體細(xì)胞。(2)作為運(yùn)載體必須具備哪些條件？1）能夠在宿主細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定地保存。2）具多個(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)行篩選。第37頁,共47頁，2024年2月25日，星期天第一步：（三）、基因工程基本步驟：第二步：獲取目的基因目的基因與運(yùn)載體結(jié)合（體外進(jìn)行）方法：1、直接分離2、人工合成注意：要用同一種限制酶切取目的基因和運(yùn)載體，并用DNA連接酶連接。作用：將目的基因送入受體細(xì)胞第38頁,共47頁，2024年2月25日，星期天第三步：第四步:將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞目的基因的檢測(cè)和表達(dá)1、常用微生物作受體細(xì)胞的原因：微生物增殖快、代謝快、目的產(chǎn)物多1、檢測(cè)：通過檢測(cè)標(biāo)記基因的有無，來判斷目的基因是否導(dǎo)入。2、表達(dá)：通過特定性狀或蛋白質(zhì)的產(chǎn)生與否來確定目的基因是否表達(dá)。如棉花抗蟲性狀的表現(xiàn)主要借鑒細(xì)菌或病毒侵染細(xì)胞的方法第39頁,共47頁，2024年2月25日，星期天大量的受體細(xì)胞接受不多的目的基因。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。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

第40頁,共47頁，2024年2月25日，星期