基因工程的基本內(nèi)容.ppt

1、,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 4) 基因工程的應(yīng)用,例如 1.青霉素能產(chǎn)生對人類有用的抗生素青霉素 2.豆科植物的根瘤菌能夠固定空氣中的氮氣 3.人的胰島B細胞能分泌胰島素調(diào)節(jié)血糖的濃度,各種生物間的性狀千差萬別，為什么？,生物體的不同性狀是基因特異性表達的結(jié)果，,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DNA分子進行人工“剪切”和“拼接”，對生物的基因進行改造和重新組合，然后導(dǎo)入受體細胞內(nèi)進行無性繁殖，使重組基因在受體細胞內(nèi)表達，產(chǎn)生出人類所需要的基因產(chǎn)物。,（一）基因工程的概

2、念,（一）基因工程的概念,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,剪切, 拼接, 導(dǎo)入, 表達,實質(zhì),基因重組,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,導(dǎo)入,棉花細胞(含抗蟲基因),棉花植株(有抗蟲特性),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,分布： 作用特點： 結(jié)果： 舉例：,限制酶,主要在微生物中。,特異性，即識別特定核苷酸序列，切割特定切點。,產(chǎn)生黏性未端（堿基互補配對）。,大腸桿菌的一種限制酶能識別GAATTC序列，,并在G和A之間切開,外源基因(如抗蟲

3、基因)怎樣才能導(dǎo)入受體細胞(如棉花細胞)？,（二）基因操作的工具,導(dǎo)入過程需要運輸工具運載體。,運載體的作用有哪些？,作用一：作為運載工具，將外源基因(抗蟲基因)轉(zhuǎn)移到受體細胞(棉花細胞)中去。 作用二：利用運載體在受體細胞(棉花細胞)內(nèi)，對外源基因(抗蟲基因)進行大量復(fù)制。,作為運載體必須具備哪些條件？,1）能夠在宿主細胞中復(fù)制并穩(wěn)定地保存。 2）具多個限制酶切點，以便與外源基因連接。 3）具有某些標(biāo)記基因，便于進行篩選。 如抗菌素的抗性基因、產(chǎn)物具有顏色反應(yīng)的基因等。,基因的運載工具運載體：,（二）基因操作的工具,常用的運載體主要有兩類：,1）細菌細胞質(zhì)的質(zhì)粒 2）噬菌體或某些動植物病毒,

4、質(zhì)粒的特點：,1、質(zhì)粒是基因工程最常用的運載體。,2、最常用的質(zhì)粒是大腸桿菌的質(zhì)粒,3、細胞染色體外能夠進行自主復(fù)制的小型環(huán)狀DNA分子,4、存在于許多細菌、酵母菌等生物中,5、質(zhì)粒的存在與否對宿主細胞生存沒有決定性作用，,但復(fù)制只能在宿主細胞內(nèi)成。,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，這樣一個重組的DNA分子就形成了。,連接的部位：,結(jié)果：,磷酸二酯鍵，不是氫鍵,形成重組DNA,將目的基因與用限制性內(nèi)切酶處理后的運載體混合，,處理后會出現(xiàn)幾種結(jié)果？,用DNA連接酶,（只考慮兩兩結(jié)合）,為什么？,導(dǎo)入方法

5、：,借鑒細菌或病毒侵染細胞的途徑,導(dǎo)入過程：,（運載體為質(zhì)粒，受體細胞為細菌）,受體細胞：細菌,細胞壁的通透性增大,重組質(zhì)粒進入受體細胞,目的基因隨受體細胞的繁殖而復(fù)制,檢測：,如何判斷目的基因是否導(dǎo)入受體細胞?,對細胞進行檢測和篩選,方法 原理,1基因探針檢測,堿基互補配對,2檢測是否含有抗性基因,用同位素標(biāo)記的一段DNA?？赏ㄟ^DNA分子雜交探測與目的基因序列互補的基因是否存在,同位素標(biāo)記,導(dǎo)入時用的運載體上如果有抗性基因（標(biāo)記基因），就可以通過檢測抗性基因的表達來檢測，比如運載體PBR322 就帶有抗四環(huán)素基因和抗氨卞青霉素基因要么就等目的基因在受體細胞中表達以后，然后根據(jù)特定的性狀來區(qū)

6、分。,3檢測是否有相應(yīng)的RNA出現(xiàn),堿基互補配對,因為RNA是DNA的產(chǎn)物,不能，受體細胞必須表現(xiàn)出特定的性狀或有相應(yīng)的蛋白質(zhì)出現(xiàn)，才能說明目的基因完成了表達。,受體細胞導(dǎo)入DNA分子能說明目的基因完成了表達嗎？,若不能表達，要對抗蟲基因再進行修飾。,檢測：,通過特定性狀的產(chǎn)生與否來確定目的基因是否表達,1性狀檢測直接觀察或者是放到相應(yīng)的環(huán)境培養(yǎng)進行驗證,2蛋白質(zhì)類 用抗體-抗原的方法檢測,1、提取目的基因,2、目的基因與運載體結(jié)合,3、將目的基因?qū)胧荏w細胞,4、目的基因的檢測和表達,步驟：,（三）基因操作的基本步驟,1我國科學(xué)家在利用基因工程培育抗蟲棉的過程中，經(jīng)提取目的基因、目的基因與運

7、載體結(jié)合、將目的基因?qū)胧荏w細胞這三個步驟后，在全部受體細胞中，能夠攝入抗蟲基因的受體細胞占 A全部 B大部分 C一半D很少 2質(zhì)粒是基因工程最常用的運載體，它的主要特點是： 能自主復(fù)制不能自主復(fù)制結(jié)構(gòu)很小蛋白質(zhì)環(huán)狀RNA環(huán)狀DNA能“友好”地“借居” ABCD,3下列含有內(nèi)含子的生物是 A.大腸桿菌 B.青霉 C.放線菌 D.藍藻 4基因工程的設(shè)計施工是在什么水平上進行的 A.細胞 B.細胞器 C.分子 D.原子,5細胞內(nèi)合成RNA聚合酶的場所是 A.細胞核 B.核區(qū) C.核糖體 D.內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 6下列屬于基因運載體所必須具有的條件是 具有某些標(biāo)志基因 具有環(huán)狀的DNA分子 能夠在宿主細胞內(nèi)復(fù)制

8、 具有多種限制性內(nèi)切酶 A. B. C. D. ,7細菌抗藥性基因存在于 A核DNA B質(zhì)粒 CRNA D小的直線型DNA 8（多選）目前常被使用的基因載體有 A質(zhì)粒B噬菌體 C染色體D動、植物病毒,9某科學(xué)工作者把兔子的血紅蛋白的信使RNA加入到大腸桿菌的提取液中，在這個細胞的合成系統(tǒng)中能合成兔子的血紅蛋白，這個事實說明 A蛋白質(zhì)合成是在核糖體上進行的 B各種生物共用一套遺傳密碼 C兔子和大腸桿菌的基因發(fā)生了重組 D兔子的基因發(fā)生了突變 10小麥根尖細胞基因分布在 A.染色體，核糖體 B.染色體，葉綠體 C.染色體，線粒體 D.染色體，線粒體，葉綠體,11人類基因組是指人體DNA分子所攜帶的

9、全部遺傳信息。人類基因組計劃就是分析測定人類基因組的核苷酸序列。其主要內(nèi)容包括繪制人類基因的遺傳圖、物理圖、序列圖和轉(zhuǎn)錄圖。工作艱巨可見一斑?？茖W(xué)家應(yīng)對多少染色體進行分析 A.46條 B.24條 C.23條D.22條,12基因治療是把健康的外源基因?qū)?A.有基因缺陷的細胞中 B.有基因缺陷的染色體中 C.有基因缺陷的細胞器中 D.有基因缺陷的DNA分子中 13下列不屬于獲取目的基因的方法是 A.“鳥槍法” B.轉(zhuǎn)錄法 C.反轉(zhuǎn)錄法 D.根據(jù)已知氨基酸序列合成法,什么叫目的基因？,目的基因是人們所需要轉(zhuǎn)移或改造的基因。,請舉例？,如蘇云金芽孢桿菌的抗蟲基因，還有植物的抗?。共《?、抗細菌）基因

10、、種子貯藏蛋白的基因，以及人的胰島素基因、干擾素基因等。,如何獲得目的基因：,過程,操作簡便 廣泛使用,工作量大，有盲目 性，目的基因含有 不表達的內(nèi)含子,專一性強， 目的基因中 不含內(nèi)含子,鳥槍法（散彈射擊法）： 用限制酶將供體細胞中的DNA切成許多片段，將這些片段分別載入運載體，然后通過運載體分別轉(zhuǎn)入不同的受體細胞，讓供體細胞提供的外源DNA的所有片段分別在各個受體細胞中大量復(fù)制（即擴增），從中找出含有目的基因的細胞，再利用一定發(fā)方法將目的基因的DNA片段分離出來。,供體細胞中的DNA,許多DNA片段,運載體,限制酶,載入,受體細胞,產(chǎn)生特定性狀,導(dǎo)入,外源DNA擴增,目的基因,分離,1）

11、直接分離法,2）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。,目的基因轉(zhuǎn)錄成的mRNA,單鏈DNA,雙鏈DNA (即目的基因),反轉(zhuǎn)錄,合成,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，然后按照堿基互補配對原則，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,哪些新技術(shù)能大大簡化基因工程的操作技術(shù)？,1）DNA序列自動測序儀： 2）P

12、CR技術(shù)：,對提取出來的基因進行核苷酸序列分析。,使目的基因的片段在短時間內(nèi)成百萬倍地擴增。,一、轉(zhuǎn)基因生物與目的基因的關(guān)系,（四） 基因工程的應(yīng)用 （基因工程的應(yīng)用是基因工程基本操作程序的一個必然結(jié)果）,Bt毒蛋白基因,幾丁質(zhì)酶基因和抗毒素合成基因,調(diào)節(jié)細胞滲透壓的基因,抗凍蛋白基因,抗除草劑基因,甜味基因,腸乳糖酶基因,人胰島素基因,蘇云金芽孢桿菌,魚,人,二、植物基因工程碩果累累,植物基因工程技術(shù)主要用于提高農(nóng)作物的抗逆能力，以及改良農(nóng)作物的品質(zhì)和利用植物生產(chǎn)藥物等方面。 1、抗蟲轉(zhuǎn)基因植物 方法： 目的基因包括：,從某些生物中分離出具有殺蟲活性的基因，將其導(dǎo)入作物中，使其具有抗蟲性,B

13、t毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因、植物凝集素基因等,2、抗病轉(zhuǎn)基因植物 (課外知識),尋根問底 在抗病轉(zhuǎn)基因植物中，為什么使用病毒外殼蛋白基因可以抗病毒侵染？是否存在局限性？,一種假說認為：CP基因在植物細胞內(nèi)表達積累后，當(dāng)入侵的病毒裸露核酸進入植物細胞后，會立即被這些外殼蛋白重新包裹，從而阻止病毒核酸分子的復(fù)制和翻譯。另一種假說認為：植物細胞內(nèi)積累的病毒外殼蛋白會抑制病毒脫除外殼，使病毒核酸分子不能釋放出來。然而最近的研究表明，如果將病毒的外殼蛋白的AUG起始密碼缺失，使之不能被翻譯，或者將外殼蛋白基因變成反義RNA基因，整合到植物細胞染色體上，轉(zhuǎn)基因植物則有很好的抗性。因此

14、，有人認為抗性機理不是外殼蛋白在起作用，而是CP基因轉(zhuǎn)錄出RNA后，與入侵病毒RNA之間的相互作用起到了抗性作用。,存在一些問題：轉(zhuǎn)基因植物對病毒的抗性有局限性，僅限于特定的病毒（被使用CP基因的病毒）或密切相關(guān)的病毒；轉(zhuǎn)基因植物大多數(shù)只是發(fā)病延緩，一般為兩周，并非根治；潛在著植物表達的外殼蛋白包被與另一種病毒形成新的雜合病毒的危險。,3、抗逆轉(zhuǎn)基因作物 4、利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)方法：,將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因，導(dǎo)入植物中，或者改變這些氨基酸合成途徑中某種酶的活性。,三、動物基因工程前景廣闊,1、用于提高動物生長速度目的基因： 2、用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì),生長素基因,3、用轉(zhuǎn)基因動

15、物生產(chǎn)藥物 思考討論：1、用動物乳腺作為反應(yīng)器，生產(chǎn)高價值的蛋白質(zhì)比工廠生產(chǎn)的優(yōu)越之處有哪些？ 2、用基因工程技術(shù)實現(xiàn)動物乳腺生物反應(yīng)器的操作過程是怎樣的？,獲取目的基因 （例如血清蛋白基因）,構(gòu)建基因表達載體 （在血清白蛋白基因前加特異表達的啟動子）,顯微注射導(dǎo)入哺乳動物受精卵中,形成胚胎,將胚胎送入母體動物,發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動物（只有在產(chǎn)下的雌性動物個體中，轉(zhuǎn)入的基因才能表達）,A、產(chǎn)量高；B、質(zhì)量好；C、成本低；D、易提取,4、用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植的供體 供體動物： 存在的難題： 解決方法：,豬,免疫排斥,將供體基因組導(dǎo)入某種基因調(diào)節(jié)因子，以抑制抗原決定基因的表達，或設(shè)法除去抗原決定基因，

16、再結(jié)合克隆技術(shù)，培育出沒有免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官。,5、基因工程藥品異軍突起 工程菌：用基因工程的方法，使外源基因得到高效率表達的菌類細胞株系。 我國已生產(chǎn)的產(chǎn)品：,白細胞介素-2、干擾素、乙肝疫苗等,6、基因治療曙光初照,1）、體外基因治療： 2）、體內(nèi)基因治療：,從病人體內(nèi)獲得某種細胞，進行培養(yǎng)，然后，在體外完成基因轉(zhuǎn)移，再篩選成功轉(zhuǎn)移的細胞擴增培養(yǎng)，最后重新輸入患者體內(nèi)。,直接向人體組織細胞中轉(zhuǎn)移基因的治病方法。,用于基因治療的基因種類 A.從健康人體上分離得到的功能正常的基因，用以取代病變基因，或依靠其表達產(chǎn)物。 B.反義基因。即通過產(chǎn)生的mRNA分子，與病變基因產(chǎn)生的mRNA 進行互補，來阻斷蛋白質(zhì)合成。 C.編碼可以殺死癌變細胞的蛋白酶基因，又叫做自殺基因。,1）以下說法正確的是 （ ） A、所有的限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列 B、質(zhì)粒是基因工程中唯一的運載體 C、運載體必須具備的條件之一是：具有多個限制酶切點，以便與外源基因連接 D、基因控制的性狀都能在后代表現(xiàn)出來,C,練習(xí),2）不屬于質(zhì)粒被選為基因運載體的理由是 A、能復(fù)制 （ ） B、有多個限制酶切點 C、具有標(biāo)記基因 D、它是環(huán)狀DNA,D,練習(xí),3）有關(guān)基因工程的敘述中，錯誤的是（ ） A、DNA連接酶將黏性末端的堿基對連接