生物選修三專題一基因工程PPT課件

（一）目的基因主要是_。,編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因,（三）獲取目的基因的常用方法有哪些?,1、從基因文庫中獲取,2、利用PCR技術(shù)擴(kuò)增,一、目的基因的獲取,（二）目的基因的來源：,1、從自然界中已有物種中分離出來,2、人工的方法合成,第5頁,直接分離法,LOGO,正文,切割,工具：限制酶優(yōu)點(diǎn)：操作簡單缺點(diǎn)：盲目性大（一般適用于原核生物）,第6頁,人工合成法,LOGO,正文,優(yōu)點(diǎn)：目的性強(qiáng)缺點(diǎn)：操作復(fù)雜，目的基因只含編碼序列。（一般適用于真核生物）,直接合成法,反轉(zhuǎn)錄法,1.基因文庫：,2.基因文庫的分類：,種類,基因組文庫：含有一種生物的全部基因,部分基因文庫：只包含了一種生物的部分基因，如：cDNA文庫,（一）從基因文庫中獲取目的基因,提取某種生物的全部DNA,限制酶切,一定大小的DNA片段,與載體連接,導(dǎo)入受體菌中儲存,基因組文庫,3.基因文庫的構(gòu)建方法,（1）基因組文庫,某種生物的單鏈mRNA,單鏈互補(bǔ)DNA,雙鏈DNA片段,導(dǎo)入受體菌中儲存,與載體連接,cDNA文庫,逆轉(zhuǎn)錄酶,DNA聚合酶,（2）部分基因文庫,1.概念：PCR全稱為_，是一項(xiàng)在生物_復(fù)制_的核酸合成技術(shù)。,多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng),體外,特定DNA片段,3.原理：,堿基互補(bǔ)配對原則,（二）利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因,2.目的：,在短時(shí)間內(nèi)大量擴(kuò)增目的基因,2.原料：四種脫氧核苷酸(dNTP),4.一對引物：,3.熱穩(wěn)定DNA聚合酶(Taq酶）,1.模板DNA(含有目的基因),4.條件：,與目的基因的起始段互補(bǔ)核苷酸序列,一段已知目的基因的核苷酸序列,5.前提：,第3頁,PCR反應(yīng)原理示意圖,LOGO,正文,利用PCR技術(shù)擴(kuò)增,6.PCR過程,1.高溫變性（9095）,2.低溫退火（復(fù)性）（5560）,3.中溫延伸（7075）,雙鏈DNA是在高溫條件下解鏈為單鏈DNA的，因此整個(gè)過程不需要解旋酶。,多次重復(fù),PCR與DNA復(fù)制比較：,1.目的：,使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳給下一代，同時(shí)使目的基因能夠表達(dá)和發(fā)揮作用。,二、基因表達(dá)載體的構(gòu)建,2.基因表達(dá)載體的組成：,啟動(dòng)子+目的基因+終止子+標(biāo)記基因,（一）轉(zhuǎn)化：,（二）方法,目的基因進(jìn)入_內(nèi)，并且在受體細(xì)胞內(nèi)維持_和_的過程。,受體細(xì)胞,穩(wěn)定,表達(dá),三、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞,1、將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞的方法：（1）農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法農(nóng)桿菌特點(diǎn)：,易感染雙子葉植物和裸子植物，對大多數(shù)單子葉植物沒有感染能力。,原理：植物體受損傷時(shí)，傷口細(xì)胞會分泌酚類化合物，吸引農(nóng)桿菌，農(nóng)桿菌的Ti質(zhì)粒上的T-DNA可以轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞，并整合到受體細(xì)胞染色體的DNA上。,過程：,優(yōu)點(diǎn)：,經(jīng)濟(jì)有效,（2）基因槍法（3）花粉管通道法,缺點(diǎn)：成本較高,受體細(xì)胞(單子葉植物),我國科學(xué)家獨(dú)創(chuàng)，轉(zhuǎn)基因抗蟲棉,2、將目的基因?qū)雱?dòng)物細(xì)胞方法：顯微注射技術(shù)程序：常用的動(dòng)物受體細(xì)胞：受精卵和卵細(xì)胞,3、將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞原核生物特點(diǎn)：繁殖快、單細(xì)胞、遺傳物質(zhì)少方法：,用Ca2+處理細(xì)胞感受態(tài)細(xì)胞(吸收環(huán)境中DNA生理狀態(tài))表達(dá)載體(緩沖液)與感受態(tài)細(xì)胞混合(溫度)感受態(tài)細(xì)胞吸收DNA分子,（二）方法,將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞,將目的基因?qū)雱?dòng)物細(xì)胞,將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞,農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法,基因槍法,花粉管通道法,顯微注射法,Ca2+處理法,三、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞,四、目的基因的檢測與鑒定,（一）檢測（分子水平）,1、檢測轉(zhuǎn)基因生物的DNA上是否插入了目的基因,提取轉(zhuǎn)基因生物的基因組DNA用含目的基因的DNA片段用放射性同位素等作標(biāo)記，以此做探針使探針和轉(zhuǎn)基因生物的基因組雜交,若顯示出雜交帶，表明染色體已插入染色體DNA中,（1）方法:,DNA分子雜交,（2）過程:,2、檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA,3、檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì),（1）方法:,分子雜交,方法:,抗原-抗體雜交,（2）過程:用上述探針和轉(zhuǎn)基因生物的mRNA雜交，若出現(xiàn)雜交帶,表明目的基因轉(zhuǎn)錄出了mRNA,（二）鑒定（個(gè)體生物學(xué)水平）,抗蟲、抗病接種實(shí)驗(yàn)，活性比較等,人體細(xì)胞,質(zhì)粒,大腸桿菌,目的基因(人胰島素基因),用同一種限制酶進(jìn)行酶切,DNA連接酶連接目的基因和質(zhì)粒,重組質(zhì)粒(重組DNA),重組質(zhì)粒導(dǎo)入大腸桿菌細(xì)胞,繁殖,人胰島素,復(fù)制目的基因,獲取目的基因從基因文庫中獲取目的基因利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因構(gòu)建基因表達(dá)載體目的基因、啟動(dòng)子、終止子、標(biāo)記基因?qū)⒛康幕驅(qū)胧荏w細(xì)胞植物、動(dòng)物、微生物目的基因的檢測與鑒定檢測：分子水平是否插入、轉(zhuǎn)錄、翻譯鑒定：個(gè)體水平,小節(jié):基因工程的基本操作程序,基因工程的基本工具？限制酶的特點(diǎn)？DNA連接酶和載體的種類？基因工程的基本操作程序？獲取目的基因的方法？基因工程的核心步驟是？基因表達(dá)載體的組成？將目的基因?qū)胫参?、?dòng)物、微生物細(xì)胞的方法？目的基因能否在受體細(xì)胞中穩(wěn)定遺傳的關(guān)鍵？目的基因的檢測與鑒定的方法？,復(fù)習(xí),一、植物基因工程碩果累累,轉(zhuǎn)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。,(一)抗蟲轉(zhuǎn)基因植物,殺蟲基因：,Bt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,Bt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,產(chǎn)生的抑制劑可與害蟲消化道的蛋白酶結(jié)合,淀粉酶抑制劑抑制昆蟲消化道中的淀粉酶活性,合成的糖蛋白可與昆蟲腸道粘膜上的某種物質(zhì)結(jié)合,編碼的蛋白質(zhì)在害蟲腸道降解成有毒的多肽,轉(zhuǎn)基因抗蟲棉,(二)抗病轉(zhuǎn)基因植物,病原微生物：,主要有病毒、真菌和細(xì)菌等。,抗病轉(zhuǎn)基因植物采用的基因：,抗真菌轉(zhuǎn)基因植物采用的基因：,病毒外殼蛋白基因（CP基因）病毒復(fù)制酶基因,幾丁質(zhì)酶基因抗毒素合成基因,(三)抗逆轉(zhuǎn)基因植物,可以調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓的基因抗凍蛋白基因抗除草劑基因,(四)利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì),將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胫参铮桓淖冞@些氨基酸合成途徑中某種關(guān)鍵酶的活性。,例如：將富含賴氨酸的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胗衩祝嚢彼岷刻岣?0%。,將控制番茄果實(shí)成熟的基因?qū)敕?，獲得轉(zhuǎn)基因延熟番茄；,將植物花青素代謝有關(guān)的基因?qū)牖ɑ苤参锇珷颗Ｖ?，出現(xiàn)顏色變異。,二、動(dòng)物基因工程前景廣闊,1.用于提高動(dòng)物生長速度,2.用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì),外源生長素基因,將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M,普通鼠和生長速度加快的轉(zhuǎn)基因鼠（右）,3.用轉(zhuǎn)基因的動(dòng)物生產(chǎn)藥物,乳腺生物反應(yīng)器乳房生物反應(yīng)器,將藥用蛋白基因與乳腺蛋白基因的啟動(dòng)子等調(diào)控組件重組在一起。,獲取目的基因（例如血清蛋白基因）,構(gòu)建基因表達(dá)載體（在血清白蛋白基因前加特異表達(dá)的啟動(dòng)子）,顯微注射導(dǎo)入哺乳動(dòng)物受精卵中,形成胚胎,將胚胎送入母體動(dòng)物,發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動(dòng)物（只有在產(chǎn)下的雌性動(dòng)物個(gè)體中，轉(zhuǎn)入的基因才能表達(dá)）,4.用轉(zhuǎn)基因的動(dòng)物作器官移植的供體,1、供體動(dòng)物：2、存在的難題：3、解決方法：,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(dá)；或設(shè)法除去抗原決定基因，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。,豬,免疫排斥,三.基因工程藥品異軍突起,利用基因工程方法制造“工程菌”，可高效率地生產(chǎn)出各種高質(zhì)量、低成本的藥品。,我國已生產(chǎn)的產(chǎn)品：白細(xì)胞介素-2、干擾素、乙肝疫苗等。,近20種，年產(chǎn)值達(dá)30億。,工程菌：用基因工程的方法，使外源基因得到高效率表達(dá)的菌類細(xì)胞株系。,作用：胰島素是治療糖尿病的特效藥。傳統(tǒng)生產(chǎn)方法：主要從豬、牛等家畜的胰腺中提取，每100kg胰腺只能提取45g胰島素。產(chǎn)量低，價(jià)格昂貴。基因工程方法：1979年，科學(xué)家將動(dòng)物體內(nèi)的胰島素基因與大腸桿菌DNA分子重組，并在大腸桿菌內(nèi)實(shí)現(xiàn)了表達(dá)。1982年，美國一家基因公司用基因工程方法生產(chǎn)的胰島素投入市場，售價(jià)降低了30%50%。,基因工程藥品胰島素,基因工程藥品干擾素,化學(xué)本質(zhì)：是病毒侵入動(dòng)物或人體細(xì)胞后產(chǎn)生的一種糖蛋白。作用：抗病毒的特效藥。,干擾素產(chǎn)品,基因工程藥品生長激素,治療侏儒癥的唯一方法：是向人體注射生長激素。傳統(tǒng)生產(chǎn)方法：需解剖尸體，從大腦的底部摘取垂體，并從中提取生長激素?；蚬こ谭椒?，將人的生長激素基因?qū)氪竽c桿菌中，使其生產(chǎn)生長激素。人們從450L大腸桿菌培養(yǎng)液中提取的生長激素，相當(dāng)于6萬具尸體的全部產(chǎn)量。,四、基因治療曙光初照,1）原理：,把正?；?qū)氩∪梭w內(nèi)，使該基因的表達(dá)產(chǎn)物發(fā)揮功能，達(dá)到治療疾病的目的。,2）實(shí)例：,復(fù)合型免疫缺陷癥,3）基因治療的方法,體外基因治療：,體內(nèi)基因治療：,先從病人體內(nèi)獲得某種細(xì)胞(T細(xì)胞)，進(jìn)行培養(yǎng)，體外進(jìn)行基因轉(zhuǎn)移，篩選成功細(xì)胞擴(kuò)增培養(yǎng)，最后重新輸入患者體內(nèi)。,直接向人體組織細(xì)胞中轉(zhuǎn)移基因的治療方法。,4）用于基因治療的基因種類,1.正常基因取代病變基因；彌補(bǔ)病變基因；,2.反義基因產(chǎn)生mRNA與病變mRNA互補(bǔ)；,3.編碼可以殺死癌細(xì)胞的蛋白酶基因；,多聚半乳糖醛酸酶(PG)能降解果膠使細(xì)胞壁破損。成熟的番茄果實(shí)中，PG合成顯著增加，能使果實(shí)變紅變軟，但不利于保鮮。利用基因工程減少PG基因的表達(dá)，可延長果實(shí)保質(zhì)期?？茖W(xué)家將PG基因反向接到Ti質(zhì)粒上，導(dǎo)入番茄細(xì)胞中，得到轉(zhuǎn)基因番茄，具體操作流程如圖。據(jù)圖回答下列問題：(原生質(zhì)體是去掉細(xì)胞壁的植物細(xì)胞),(1)若已獲取PG的mRNA，可通過_獲取PG基因。重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)移到大腸桿菌中的目的是_。,(2)用含目的基因的農(nóng)桿菌感染番茄原生質(zhì)體后，可用含有_的培養(yǎng)基進(jìn)行篩選，理由是_。之后，還需將其置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的蔗糖溶液中，觀察細(xì)胞_現(xiàn)象來鑒別細(xì)胞壁是否再生。,(3)由于導(dǎo)入的目的基因能轉(zhuǎn)錄出反義RNA，且能與_互補(bǔ)結(jié)合，因此可抑制PG基因表達(dá)的翻譯過程。若_，則可確定轉(zhuǎn)基因番茄培育成功。,知識回顧,基因工程的實(shí)質(zhì)是什么？,將一種生物的基因轉(zhuǎn)移到另一種生物體內(nèi)，后者可以產(chǎn)生它本來不能產(chǎn)生的蛋白質(zhì)，進(jìn)而表現(xiàn)出新的性狀。,思考：,基因工程有沒有局限？基因工程產(chǎn)生的蛋白質(zhì)有沒有不足？,一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由,例如：,玉米中賴氨酸含量比較低,天冬氨酸激酶（352位的蘇氨酸）,二氫吡啶二羧酸合成酶（104位的天冬酰胺）,天冬氨酸激酶（異亮氨酸）,二氫吡啶二羧酸合成酶（異亮氨酸）,玉米中賴氨酸含量可提高數(shù)倍,二、蛋白質(zhì)工程的基本原理,與基因工程的關(guān)系：,蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上，延伸出來的第二代基因工程。,蛋白質(zhì)工程流程圖：,蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu),氨基酸序列多肽鏈,基因DNA,mR