基因工程及其应用

基因工程的基本内容中央电教馆资源中心1基因决定性状（一）青霉菌能产生对人类有用的抗生素——青霉素基因工程的基本内容中央电教馆资源中心2基因决定性状（二）豆科植物的根瘤能够固定空气中的氮基因工程的基本内容中央电教馆资源中心3基因决定性状（三）家蚕能够吐出蚕丝为人类利用基因工程的基本内容中央电教馆资源中心4基因决定性状（四）基因工程的基本内容中央电教馆资源中心5基因工程的基本内容中央电教馆资源中心6定向基因改造设想设想一能否让禾本科的植物也能够固定空气中的氮？能否让细菌“吐出”蚕丝？设想二能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素等珍贵的药物？设想三经过多年的努力，科学家于20世纪70年代创立了可以定向改造生物的新技术——基因工程。基因工程的基本内容中央电教馆资源中心7基因工程的基本内容中央电教馆资源中心8基因工程的基本内容中央电教馆资源中心9基因工程的基本内容中央电教馆资源中心10基因工程的基本内容中央电教馆资源中心11基因工程的基本内容中央电教馆资源中心12基因工程的基本内容中央电教馆资源中心13基因工程的基本内容中央电教馆资源中心14基因工程的基本内容中央电教馆资源中心15基因工程的基本内容中央电教馆资源中心16基因工程概念基因工程：在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出所需要的基因产物。基因工程的别名基因拼接技术或DNA重组技术操作环境生物体外操作对象基因操作水平DNA分子水平基本过程剪切→拼接→导入→表达结果人类需要的基因产物基因工程的基本内容中央电教馆资源中心17基因工程过程示意图①从细胞中分离出DNA①②③④⑤⑥②限制酶截取DNA片断③分离大肠杆菌中的质粒④DNA重组⑤用重组质粒转化大肠杆菌⑥培养大肠杆菌克隆大量基因基因工程的基本内容中央电教馆资源中心18基因工程的基本内容中央电教馆资源中心19基因工程的基本内容中央电教馆资源中心20基因工程操作的工具1.将目的基因片断从人体细胞内提取，需要基因的剪刀——限制性内切酶。2.将目的基因与运载体DNA连接，需要基因的针线——DNA连接酶。3.将目的基因运入大肠杆菌，需要基因的运输工具——运载体。基因工程的基本内容中央电教馆资源中心21限制性内切酶1.分布：主要在微生物中。2.特点：特异性，即识别特定核苷酸序列，切割特定切点。3.结果：产生黏性未端（碱基互补配对）。4.举例：大肠杆菌的一种限制酶能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切割点上将DNA分子切断。目前已发现的限制酶有200多种。基因工程的基本内容中央电教馆资源中心22限制性内切酶作用过程点击播放基因工程的基本内容中央电教馆资源中心23DNA连接酶•连接酶的作用：将互补配对的两个黏性末端连接起来，使之成为一个完整的DNA分子。•连接的部位：磷酸二酯键，不是氢键。问题用DNA连接酶连接两个相同的黏性未端要连接几个磷酸二酯键？基因工程的基本内容中央电教馆资源中心24DNA连接酶的作用过程点击播放基因工程的基本内容中央电教馆资源中心25运载体1.作用：将外源基因送入受体细胞。2.条件：1)能在宿主细胞内复制并稳定地保存。2)具有多个限制酶切点。3)具有某些标记基因3.种类：质粒、噬菌体和动植物病毒。要让一个从甲生物细胞内取出来的基因在乙生物体内进行表达，首先得将这个基因送到乙生物的细胞内去。能将外源基因送入细胞的工具就是运载体。基因工程的基本内容中央电教馆资源中心26质粒的特点细胞染色体外能自主复制的小型环状DNA分子；质粒是基因工程中最常用的运载体；最常用的质粒是大肠杆菌的质粒；存在于许多细菌及酵母菌等生物中；质粒的存在对宿主细胞无影响；质粒的复制只能在宿主细胞内完成。问题要想将某个特定基因与质粒相连，需要几种限制性内切酶和几种DNA连接酶处理？基因工程的基本内容中央电教馆资源中心27基因操作的基本步骤1.提取目的基因2.目的基因与运载体结合3.将目的基因导入受体细胞4.目的基因的检测和表达基因工程的基本内容中央电教馆资源中心28提取目的基因将需要的基因从供体生物的细胞内提取出来。取出DNA用限制酶切断DNA目前被较广泛提取使用的目的基因有：苏云金杆菌抗虫基因、人胰岛素基因、人干扰素基因、种子贮藏蛋白基因、植物抗病基因等。基因工程的基本内容中央电教馆资源中心29提取目的基因的方法（一）直接分离基因——鸟枪法将供体生物的DNA用限制酶切割为许多片段，再用运载体将这些片段都运载到受体生物的不同细胞中去。只要有一个细胞获得了需要的目的基因并得以表达，基因工程就算成功了。该法最大的缺点是带有很大的盲目性，工作量大，成功率低。且不能将真核生物的基因转移到原核生物中去。用限制酶切成许多片断基因工程的基本内容中央电教馆资源中心30提取目的基因的方法（二）人工基因合成法1.逆转录法：以信使RNA为模板，在逆转录酶的作用下将脱氧核苷酸合成合成DNA(基因)。2.直接合成法：根据蛋白质的氨基酸顺序推算出信使RNA核苷酸顺序，再据此推算出基因DNA的脱氧核苷酸顺序。用游离脱氧核苷酸直接合成相应的基因。DNA合成仪PCR扩增仪基因工程的基本内容中央电教馆资源中心31目的基因与运载体结合•用与提取目的基因相同的限制酶切割质粒使之出现一个切口，将目的基因插入切口处，让目的基因的黏性末端与切口上的黏性末端互补配对后，在连拉酶的作用下连接形成重组DNA分子。提取质粒并用限制酶切割用连接酶将目的基因和质粒连接基因工程的基本内容中央电教馆资源中心32将目的基因导入受体细胞并扩增基因工程中常用的受体细胞有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌和动植物细胞等。导入受体细胞常用的方法是借鉴细菌或者病毒侵染细胞的途径。通常还要对一些受体细胞进行增大通透性的处理。目的基因可以随着受体细胞进行快速的繁殖，在很短的时间内获得大量的基因。将目的基因导入受体细胞将受体细胞进行扩增基因工程的基本内容中央电教馆资源中心33目的基因的检测和表达（一）前三步的处理十分繁锁，为保证目的基因得到有效利用，通常用大量的受体细胞来接受不多的目的基因。这样，处理的受体细胞中真正摄入了目的基因的很少，必须将它从中检测出来。细菌的检测，将每个受体细胞单独培养形成菌落，检测菌落中是否有目的基因的表达产物。淘汰无表达产物的菌落，保留有表达产物的进一步培养、研究。无表达产物无表达产物有表达产物无表达产物基因工程的基本内容中央电教馆资源中心34目的基因的检测和表达（二）多细胞生物的检测，将每个受体细胞单独培养并诱导发育成完整个体，检测这些个体是否摄入目的基因，摄入的基因是否表达（是否表现出相应的性状）。淘汰无变化的个体，保留有相应变化的个体进一步培养、研究。例：用棉铃饲喂棉铃虫，如虫吃后不出现中毒症状，说明未摄入目的基因或摄入目的基因未表达。如虫吃后中毒死亡，则说明摄入了抗虫基因并得到表达。基因工程的基本内容中央电教馆资源中心35结束语退出基因工程的基本内容中央电教馆资源中心36几种限制性内切酶返回基因工程的基本内容中央电教馆资源中心37DNA连接酶的作用过程返回基因工程的基本内容中央电教馆资源中心38DNA连接酶的作用原理返回基因工程的基本内容中央电教馆资源中心39质粒返回基因工程的基本内容中央电教馆资源中心40目的基因与质粒的连接返回