高中生物基因工程

關(guān)于高中生物基因工程第1頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日一基因工程的基本內(nèi)容主要內(nèi)容（一）基因工程的概念（二）基因工程的基本工具（三）基因工程的基本操作程序（四）基因工程的應(yīng)用第2頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日基因工程的概念

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(jìn)行人工“剪切”和“拼接”，對生物的基因進(jìn)行改造和重新組合，然后導(dǎo)入受體細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行無性繁殖，使重組基因在受體細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，產(chǎn)生出人類所需要的基因產(chǎn)物。復(fù)習(xí)第3頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日基因工程的別名操作環(huán)境操作對象操作水平基本過程結(jié)果基因拼接技術(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(dá)實質(zhì)基因重組復(fù)習(xí)第4頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日基因工程培育抗蟲棉的簡要過程：普通棉花(無抗蟲特性)蘇云金芽孢桿菌提取抗蟲基因與運載體DNA拼接導(dǎo)入棉花細(xì)胞(含抗蟲基因)棉花植株(有抗蟲特性)復(fù)習(xí)第5頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日基因工程的關(guān)鍵步驟：關(guān)鍵步驟一：抗蟲基因從蘇云金芽孢桿菌細(xì)胞內(nèi)提取出來關(guān)鍵步驟二：抗蟲基因與運載體DNA連接關(guān)鍵步驟三：抗蟲基因?qū)胧荏w(棉花)細(xì)胞復(fù)習(xí)第6頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日解決基因工程關(guān)鍵步驟需要的工具關(guān)鍵步驟一的工具：關(guān)鍵步驟二的工具：關(guān)鍵步驟三的工具：限制性內(nèi)切酶DNA連接酶運載體復(fù)習(xí)第7頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日第8頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日基因的剪刀——限制性內(nèi)切酶（簡稱限制酶）

限制酶是在生物體(主要是微生物)內(nèi)的一種酶，能將外來的DNA切斷，由于這種切割作用是在DNA分子內(nèi)部進(jìn)行的，故名限制性內(nèi)切酶。特點：特異性。即一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列，并且能在特定的切點上切割DNA分子。復(fù)習(xí)第9頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日識別序列大多數(shù)限制酶的識別序列由6個核苷酸組成。也有少數(shù)限制酶識別序列由4、5、或8個核苷酸組成。迄今為止，有300多種微生物中分離出4000種限制酶第10頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日

大腸桿菌(E.coli)的一種限制酶能識別GAATTC序列，并在G和A之間切開。限制酶第11頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日限制酶第12頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日

被限制酶切開的DNA兩條單鏈的切口，帶有幾個伸出的核苷酸，他們之間正好互補(bǔ)配對，這樣的切口叫黏性末端。第13頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日平末端第14頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日要想獲得某個特定性狀的基因必須要用限制酶切幾個切口？可產(chǎn)生幾個黏性末端？提問要切兩個切口，產(chǎn)生四個黏性末端。如果把兩種來源不同的DNA用同一種限制酶來切割，會怎樣呢？

會產(chǎn)生相同的黏性末端，然后讓兩者的黏性末端黏合起來，就似乎可以合成重組的DNA分子了。第15頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日2、基因的針線——DNA連接酶

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。第16頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日E.coliDNA連接酶從大腸桿菌中分離得到的。只能用于粘性末端的連接T4DNA連接酶從T4噬菌體中分離得到的。既能用于粘性末端的連接，又能用于平末端的連接，但是平末端的連接效率低。第17頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日為什么要用運載體？1、直接將目的基因連接到受體細(xì)胞的DNA上不能表達(dá)。2、只有利用某種能夠侵染受體細(xì)胞，并且在受體細(xì)胞中能夠復(fù)制和表達(dá)的載體來用于表達(dá)。第18頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日作為運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(jìn)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。第19頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日常用的運載體主要有兩類：1）細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)的質(zhì)粒2）噬菌體或某些動植物病毒第20頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日質(zhì)粒：

質(zhì)粒是染色體外能夠進(jìn)行自主復(fù)制的遺傳單位，包括真核生物的細(xì)胞器和細(xì)菌細(xì)胞中核區(qū)外的DNA分子?，F(xiàn)在習(xí)慣上用來專指細(xì)菌、酵母菌和放線菌等生物中核以外的DNA分子。

質(zhì)粒是基因工程最常用的運載體。絕大多數(shù)細(xì)菌質(zhì)粒都是閉合環(huán)狀DNA分子。有的一個細(xì)菌中有一個，有的一個細(xì)菌中有多個。第21頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日大腸桿菌的質(zhì)粒：

最常用的質(zhì)粒是大腸桿菌的質(zhì)粒，其中常含有抗藥基因，如四環(huán)素的標(biāo)記基因。質(zhì)粒的存在與否對宿主細(xì)胞生存沒有決定性作用，但復(fù)制只能在宿主細(xì)胞內(nèi)成。第22頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日原核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)(補(bǔ)充內(nèi)容）非編碼區(qū)非編碼區(qū)編碼區(qū)編碼區(qū)上游編碼區(qū)下游與RNA聚合酶結(jié)合位點啟動子終止子①不編碼蛋白質(zhì)。：編碼蛋白質(zhì),連續(xù)不間斷編碼區(qū)非編碼區(qū)原核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)②調(diào)控遺傳信息表達(dá),上游有啟動子，下游有終止子第23頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日真核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)（補(bǔ)充內(nèi)容）編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)與RNA聚合酶結(jié)合位點內(nèi)含子外顯子啟動子終止子編碼區(qū)上游編碼區(qū)下游真核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)編碼區(qū)非編碼區(qū)外顯子：能編碼蛋白質(zhì)的序列內(nèi)含子：不能編碼蛋白質(zhì)的序列：有調(diào)控作用,上游有啟動子，下游有終止子非編碼序列：包括非編碼區(qū)和內(nèi)含子第24頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日原核細(xì)胞真核細(xì)胞不同點編碼區(qū)是_____的編碼區(qū)是間隔的、_____的相同點都由能夠編碼蛋白質(zhì)的______和具有調(diào)控作用的______區(qū)組成的原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)比較連續(xù)不連續(xù)編碼區(qū)非編碼第25頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日四個基本步驟：三、基因工程的基本操作程序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(xì)胞4）目的基因的檢測和表達(dá)第26頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日目的基因

目的基因是人們所需要轉(zhuǎn)移或改造的基因。

如蘇云金芽孢桿菌的抗蟲基因，還有植物的抗病（抗病毒、抗細(xì)菌）基因、種子貯藏蛋白的基因，以及人的胰島素基因、干擾素基因等。供體生物細(xì)胞取出DNA用限制酶剪去多余部分目的基因限制酶第27頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日1、目的基因的獲取1〉目的基因主要是指______________________編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因請舉出三個以上的例子2〉獲取目的基因的常用方法（1）從基因文庫中獲?。?）利用PCR技術(shù)擴(kuò)增（3）人工合成第28頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日概念：基因文庫（genelibrary）基因組文庫部分基因文庫（如cDNA文庫）

將含有某種生物不同基因的許多DNA片段,導(dǎo)入受體菌的群體中儲存,各個受體菌分別含有這種生物的不同的基因,稱為基因文庫(genelibrary)第29頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日基因組文庫:

基因文庫中包含了一種生物所有的基因,這種基因文庫叫做基因組文庫.部分基因文庫:

基因文庫中包含了一種生物的一部分基因,這種基因文庫叫做部分基因文庫.第30頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日基因組文庫與部分基因文庫的關(guān)系第31頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日cDNA文庫的構(gòu)建mRNA

反轉(zhuǎn)錄cDNA(互補(bǔ)DNA）

DNA聚合酶雙鏈DNA②反轉(zhuǎn)錄法：基因重組反轉(zhuǎn)錄酶mRNAcDNA第32頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日基因組DNA文庫cDNA文庫基因組DNA文庫與cDNA文庫的比較第33頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日如何從基因文庫中得到所需要的基因？依據(jù)：目的基因的有關(guān)信息。如：根據(jù)基因的核苷酸序列基因的功能基因在染色體上的位置基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物mRNA

基因翻譯產(chǎn)物蛋白質(zhì)等特性。第34頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日④利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因PCR——聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是一項生物體外復(fù)制特定DNA片段的核酸合成技術(shù)。通過此技術(shù)，可獲取大量的目的基因。第35頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日DNA序列自動測序儀：PCR技術(shù)：

對提取出來的基因進(jìn)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(kuò)增。第36頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日⑤

人工合成——根據(jù)已知的氨基酸序列合成DNA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)合成第37頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日3、基因表達(dá)載體（重組質(zhì)粒）的構(gòu)建（1）用一定的_________切割質(zhì)粒，使其出現(xiàn)一個切口，露出____________。（2）用___________切斷目的基因，使其產(chǎn)生_________________。（3）將切下的目的基因片段插入質(zhì)粒的______處，再加入適量___________，形成了一個重組

DNA分子（重組質(zhì)粒）限制酶黏性末端同一種限制酶的黏性末端切口DNA連接酶相同1〉過程:第38頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日2〉基因表達(dá)載體的組成：它們有什么作用？a、目的基因b、啟動子c、終止子d、標(biāo)記基因位于基因的首端,是mRNA結(jié)合位點位于基因的末端,終止轉(zhuǎn)錄檢測目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞條件第39頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日步驟二：目的基因與運載體重組1）用一定的限制酶切割質(zhì)粒，使其出現(xiàn)一個切口，露出黏性末端。

2）用同一種限制酶切斷目的基因，使其產(chǎn)生相同的黏性末端。

3）將切下的目的基因片段插入質(zhì)粒的切口處，再加入適量DNA連接酶，形成了一個重組DNA分子（重組質(zhì)粒）

目的基因與運載體的結(jié)合過程，實際上是不同來源的基因重組的過程。第40頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日質(zhì)粒目的基因限制酶處理一個切口兩個黏性末端兩個切口獲得目的基因DNA連接酶表達(dá)載體同一種過程:第41頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日2、基因表達(dá)載體的作用a、使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在并遺傳給子代b、同時使目的基因能表達(dá)和發(fā)揮作用思考：作為基因工程表達(dá)載體，只需含有目的基因就可以完成任務(wù)嗎？為什么？第42頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日目的基因與運載體結(jié)合第43頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日常用的受體細(xì)胞：

有大腸桿菌、枯草桿菌、土壤農(nóng)桿菌、酵母菌和動植物細(xì)胞等。將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的原理借鑒細(xì)菌或病毒侵染細(xì)胞的途徑。步驟三：目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞第44頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日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間內(nèi)就能獲得大量的目的基因。第45頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日1、將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞（1）農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法特點:能感染雙子葉植物和祼子植物,對單子葉植物無感染能力Ti質(zhì)粒的T—DNA可轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞并整合到其染色體上轉(zhuǎn)化過程:Ti質(zhì)粒目的基因構(gòu)建表達(dá)載體導(dǎo)入植物細(xì)胞插入植物細(xì)胞染色DNA表達(dá)新性狀轉(zhuǎn)入農(nóng)桿菌第46頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日（2）基因槍法

基因槍法又稱微彈轟擊法，是利用壓縮氣體產(chǎn)生的動力，將包裹在金屬顆粒表面的表達(dá)載體DNA打入受體細(xì)胞中，使目的基因與其整合并表達(dá)的方法。第47頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日（3）花粉通道法

植物花粉在柱頭上萌發(fā)后，花粉管要穿過花柱直通胚囊?；ǚ酃芡ǖ婪ň褪窃谥参锸芊酆螅ǚ坌纬傻幕ǚ酃苓€未愈合前，剪去柱頭，然后，滴加DNA（含目的基因），使目的基因借助花粉管通道進(jìn)入受體細(xì)胞。第48頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日2、將目的基因?qū)雱游锛?xì)胞方法:顯微注射技術(shù)操作程序:提純含目的基因表達(dá)載體取受精卵顯微注射移植到子宮受精卵發(fā)育新性狀動物第49頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日3、將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞常用法：Ca2+處理常用菌：大腸桿菌微生物作受體細(xì)胞原因：繁殖快、多為單細(xì)胞、遺傳物質(zhì)相對少過程：Ca2+處理大腸桿菌感受態(tài)細(xì)胞表達(dá)載體與感受態(tài)細(xì)胞混合感受態(tài)細(xì)胞吸收DNA第50頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日步驟四：目的基因的檢測和表達(dá)四環(huán)素抗性基因氨芐青霉素抗性基因第51頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日(四)目的基因的檢測與鑒定檢測①導(dǎo)入檢測：目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞方法——DNA分子雜交②表達(dá)檢測轉(zhuǎn)錄檢測——分子雜交翻譯檢測——抗原抗體雜交分子檢測法鑒定抗蟲鑒定抗病鑒定活性鑒定等個體水平的鑒定第52頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日

不能，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)。受體細(xì)胞攝入DNA分子后就說明目的基因完成了表達(dá)嗎？若不能表達(dá)，要對抗蟲基因再進(jìn)行修飾。第53頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日知識延伸——DNA分子雜交技術(shù)

該方法是根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則，把互補(bǔ)的雙鏈DNA解開，把單股的DNA小片段用同位素、熒光分子或化學(xué)發(fā)光催化劑等進(jìn)行標(biāo)記，之后同被檢測的DNA中的同源互補(bǔ)序列雜交，從而檢出所要查明的DNA或基因。第54頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日返回第55頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日DNA附著在膜上硝化纖維素加探針報告基因（含熒光素分子）變性DNA雜交（如檢測SARS病毒等）abcd第56頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日復(fù)習(xí)題1）將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞有哪些方法?(試舉例說明)2）簡述農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法第57頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日非編碼區(qū)非編碼區(qū)編碼區(qū)RNA聚合酶結(jié)合位點外顯