高中生物基因工程

關于高中生物基因工程第一頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四一基因工程的基本內容主要內容（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）基因工程的應用第二頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四基因工程的概念

基因工程又叫基因拼接技術或DNA重組技術。該技術是在生物體外，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，然后導入受體細胞內進行無性繁殖，使重組基因在受體細胞內表達，產生出人類所需要的基因產物。復習第三頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四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果基因拼接技術或DNA重組技術生物體外基因DNA分子水平人類需要的基因產物剪切→拼接→導入→表達實質基因重組復習第四頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四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拼接導入棉花細胞(含抗蟲基因)棉花植株(有抗蟲特性)復習第五頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四基因工程的關鍵步驟：關鍵步驟一：抗蟲基因從蘇云金芽孢桿菌細胞內提取出來關鍵步驟二：抗蟲基因與運載體DNA連接關鍵步驟三：抗蟲基因導入受體(棉花)細胞復習第六頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四解決基因工程關鍵步驟需要的工具關鍵步驟一的工具：關鍵步驟二的工具：關鍵步驟三的工具：限制性內切酶DNA連接酶運載體復習第七頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四第八頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四基因的剪刀——限制性內切酶（簡稱限制酶）

限制酶是在生物體(主要是微生物)內的一種酶，能將外來的DNA切斷，由于這種切割作用是在DNA分子內部進行的，故名限制性內切酶。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。復習第九頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四識別序列大多數(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種限制酶第十頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四

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。限制酶第十一頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四限制酶第十二頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四

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，他們之間正好互補配對，這樣的切口叫黏性末端。第十三頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四平末端第十四頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四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？可產生幾個黏性末端？提問要切兩個切口，產生四個黏性末端。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。第十五頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四2、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。第十六頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四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。第十七頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四為什么要用運載體？1、直接將目的基因連接到受體細胞的DNA上不能表達。2、只有利用某種能夠侵染受體細胞，并且在受體細胞中能夠復制和表達的載體來用于表達。第十八頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四作為運載體必須具備哪些條件1）能夠在宿主細胞中復制并穩(wěn)定地保存。2）具多個限制酶切點，以便與外源基因連接。3）具有某些標記基因，便于進行篩選。如抗菌素的抗性基因、產物具有顏色反應的基因等。第十九頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四常用的運載體主要有兩類：1）細菌細胞質的質粒2）噬菌體或某些動植物病毒第二十頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四質粒：

質粒是染色體外能夠進行自主復制的遺傳單位，包括真核生物的細胞器和細菌細胞中核區(qū)外的DNA分子。現(xiàn)在習慣上用來專指細菌、酵母菌和放線菌等生物中核以外的DNA分子。

質粒是基因工程最常用的運載體。絕大多數(shù)細菌質粒都是閉合環(huán)狀DNA分子。有的一個細菌中有一個，有的一個細菌中有多個。第二十一頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四大腸桿菌的質粒：

最常用的質粒是大腸桿菌的質粒，其中常含有抗藥基因，如四環(huán)素的標記基因。質粒的存在與否對宿主細胞生存沒有決定性作用，但復制只能在宿主細胞內成。第二十二頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四原核細胞的基因結構(補充內容）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聚合酶結合位點啟動子終止子①不編碼蛋白質。：編碼蛋白質,連續(xù)不間斷編碼區(qū)非編碼區(qū)原核細胞的基因結構②調控遺傳信息表達,上游有啟動子，下游有終止子第二十三頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四真核細胞的基因結構（補充內容）編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)與RNA聚合酶結合位點內含子外顯子啟動子終止子編碼區(qū)上游編碼區(qū)下游真核細胞的基因結構編碼區(qū)非編碼區(qū)外顯子：能編碼蛋白質的序列內含子：不能編碼蛋白質的序列：有調控作用,上游有啟動子，下游有終止子非編碼序列：包括非編碼區(qū)和內含子第二十四頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四原核細胞真核細胞不同點編碼區(qū)是_____的編碼區(qū)是間隔的、_____的相同點都由能夠編碼蛋白質的______和具有調控作用的______區(qū)組成的原核細胞與真核細胞的基因結構比較連續(xù)不連續(xù)編碼區(qū)非編碼第二十五頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四四個基本步驟：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合3）將目的基因導入受體細胞4）目的基因的檢測和表達第二十六頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四目的基因

目的基因是人們所需要轉移或改造的基因。

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。供體生物細胞取出DNA用限制酶剪去多余部分目的基因限制酶第二十七頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四1、目的基因的獲取1〉目的基因主要是指______________________編碼蛋白質的結構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）從基因文庫中獲取（2）利用PCR技術擴增（3）人工合成第二十八頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四概念：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)第二十九頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四基因組文庫:

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.第三十頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四基因組文庫與部分基因文庫的關系第三十一頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四cDNA文庫的構建mRNA

反轉錄cDNA(互補DNA）

DNA聚合酶雙鏈DNA②反轉錄法：基因重組反轉錄酶mRNAcDNA第三十二頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四基因組DNA文庫cDNA文庫基因組DNA文庫與cDNA文庫的比較第三十三頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四如何從基因文庫中得到所需要的基因？依據：目的基因的有關信息。如：根據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錄產物mRNA

基因翻譯產物蛋白質等特性。第三十四頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四④利用PCR技術擴增目的基因PCR——聚合酶鏈式反應是一項生物體外復制特定DNA片段的核酸合成技術。通過此技術，可獲取大量的目的基因。第三十五頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四DNA序列自動測序儀：PCR技術：

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成百萬倍地擴增。第三十六頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四⑤

人工合成——根據已知的氨基酸序列合成DNA蛋白質的氨基酸序列mRNA的核苷酸序列結構基因的核苷酸序列推測推測目的基因化學合成第三十七頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四3、基因表達載體（重組質粒）的構建（1）用一定的_________切割質粒，使其出現(xiàn)一個切口，露出____________。（2）用___________切斷目的基因，使其產生_________________。（3）將切下的目的基因片段插入質粒的______處，再加入適量___________，形成了一個重組

DNA分子（重組質粒）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:第三十八頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四2〉基因表達載體的組成：它們有什么作用？a、目的基因b、啟動子c、終止子d、標記基因位于基因的首端,是mRNA結合位點位于基因的末端,終止轉錄檢測目的基因是否導入受體細胞條件第三十九頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四步驟二：目的基因與運載體重組1）用一定的限制酶切割質粒，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，使其產生相同的黏性末端。

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

目的基因與運載體的結合過程，實際上是不同來源的基因重組的過程。第四十頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四質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連接酶表達載體同一種過程:第四十一頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四2、基因表達載體的作用a、使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在并遺傳給子代b、同時使目的基因能表達和發(fā)揮作用思考：作為基因工程表達載體，只需含有目的基因就可以完成任務嗎？為什么？第四十二頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四目的基因與運載體結合第四十三頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四常用的受體細胞：

有大腸桿菌、枯草桿菌、土壤農桿菌、酵母菌和動植物細胞等。將目的基因導入受體細胞的原理借鑒細菌或病毒侵染細胞的途徑。步驟三：目的基因導入受體細胞第四十四頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四1）將細菌用CaCl2處理，以增大細菌細胞壁的通透性。

2）使含有目的基因的重組質粒進入受體細胞。

3）目的基因在受體細胞內，隨其繁殖而復制，由于細菌繁殖的速度非?？?，在很短的時間內就能獲得大量的目的基因。第四十五頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四1、將目的基因導入植物細胞（1）農桿菌轉化法特點: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質粒的T—DNA可轉移至受體細胞并整合到其染色體上轉化過程:Ti質粒目的基因構建表達載體導入植物細胞插入植物細胞染色DNA表達新性狀轉入農桿菌第四十六頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四（2）基因槍法

基因槍法又稱微彈轟擊法，是利用壓縮氣體產生的動力，將包裹在金屬顆粒表面的表達載體DNA打入受體細胞中，使目的基因與其整合并表達的方法。第四十七頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四（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?，花粉形成的花粉管還未愈合前，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入受體細胞。第四十八頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四2、將目的基因導入動物細胞方法:顯微注射技術操作程序:提純含目的基因表達載體取受精卵顯微注射移植到子宮受精卵發(fā)育新性狀動物第四十九頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四3、將目的基因導入微生物細胞常用法：Ca2+處理常用菌：大腸桿菌微生物作受體細胞原因：繁殖快、多為單細胞、遺傳物質相對少過程：Ca2+處理大腸桿菌感受態(tài)細胞表達載體與感受態(tài)細胞混合感受態(tài)細胞吸收DNA第五十頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四步驟四：目的基因的檢測和表達四環(huán)素抗性基因氨芐青霉素抗性基因第五十一頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四(四)目的基因的檢測與鑒定檢測①導入檢測：目的基因是否導入受體細胞方法——DNA分子雜交②表達檢測轉錄檢測——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五十二頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四

不能，受體細胞必須表現(xiàn)出特定的性狀，才能說明目的基因完成了表達。受體細胞攝入DNA分子后就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。第五十三頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四知識延伸——DNA分子雜交技術

該方法是根據堿基互補配對原則，把互補的雙鏈DNA解開，把單股的DNA小片段用同位素、熒光分子或化學發(fā)光催化劑等進行標記，之后同被檢測的DNA中的同源互補序列雜交，從而檢出所要查明的DNA或基因。第五十四頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四返回第五十五頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四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第五十六頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四復習題1）將目的基因導入受體細胞有哪些方法?(試舉例說明)2）簡述農桿菌轉化法第五十七頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期四非編碼區(qū)非編碼區(qū)編碼區(qū)RNA聚合酶結合位點外顯子