第2节 基因工程及其应用 蔡书学

第2节基因工程及其应用杂交育种和诱变育种，但杂交育种具有一定的局限性，只能利用已有基因，并在相近的品种之间进行重组，遇到跨物种之间的基因就无法重组到一起了。那能否想办法让禾本科植物也能象豆科植物一样利用根瘤菌固定空气中的氮气呢？能否让路边绿化树种也能象萤火虫那样发光呢？让细菌也能合成人的胰岛素治疗糖尿病呢？问题探究随着现代生物技术的发展，这些设想有的已变成现实，有的将变为现实，即一种能定向改造生物的新技术——基因工程。一、基因工程的原理1.基因工程的概念：改造，基因工程又叫基因拚接技术或DNA重组技术，就是按人们的意愿把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰然后放到另一种生物的细胞里，定向改造生物的遗传性状。2.基因工程的工具：(1)基因的剪刀：限制性内切酶(简称限制酶)。①作用特点：具有特异性。即识别特定核苷酸序列，切割特定切点。它能在特定位置上切割DNA分子。如EcoRⅠ能专门识别DNA分子中含有的“GAATTC”这样的序列，且从G和A之间剪断。②作用结果：产生两个黏性末端；③切割一个特定基因需要切口：2个。④分布：主要在微生物中。限制酶识别位点限制酶识别位点EcoRⅠG↓AATTCApaⅠGGGCC↓CXbaⅠT↓CTAGABcgⅡA↓GATCTXhoⅠC↓TCGAGClaⅠAT↓CGATNdeⅠCA↓TATGSmaⅠCCC↓GGG几种常用限制性内切酶及其酶切位点(2)基因的针线：DNA连接酶①连接的部位：磷酸和脱氧核糖交替连接而构成的磷酸二酯键，不是氢键；②作用结果：把两个来源不同却有相同黏性末端的DNA片段连接起来。(3)基因的运载体：特殊的运载工具①作用：将外源基因送入受体细胞。②运载体必须具备的条件：a有多个限制酶的切点;b能在宿主细胞中复制并稳定地保存。c带有标记基因,如抗性基因或其产物具有颜色反应的基因或其他基因(如固氮基因))。③常用运载体：质粒、病毒；质粒是基因工程中最常用的运载体。如大肠杆菌的质粒。土壤农杆菌的质粒可作为高等植物基因工程的运载体；结核杆菌和麻风杆菌的质粒可作为人基因工程的运载体。④质粒的结构及特点：a小型环状DNA；b借宿于细菌、霉菌、酵母菌等细胞里，不影响细胞正常生活；c质粒能够自主复制(有复制原点)，只能在宿主细胞内完成；d有控制质粒DNA转移的基因，可以从细胞中取出或放入；e有多种抗性基因，如大肠杆菌的pBR322质粒携带氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性基因，就可以作为筛选的标记基因。这些特点使它能胜任运载体的工作，携带目的基因进入细胞。3.基因工程的操作步骤(1)提取目的基因目的基因的提取途径：一条是从供体细胞DNA中直接分离基因的方法——鸟枪法；第二条是人工合成基因(逆转录法和化学合成法)。(2)重组目的基因又叫重组质粒目的基因与运载体结合的结果可能有三种情况：目的基因与目的基因结合，质粒与质粒结合，目的基因与质粒结合。(3)导入目的基因导入方法：借细菌或病毒侵染细胞途径；导入过程：运载体为质粒，受体细胞为细菌。(4)目的基因的检测和表达检测：通过检测标记基因的有无，来判断目的基因是否导入。表达：通过特定性状的产生与否来确定目的基因是否表达。磷酸二酯键磷酸二酯键CTTCATGAATTCCCTAAGAAGTACTTAAGGGATTGGCATCTTAAAATTCCGTAGCTTCATGAATTCCCTAAGAAGTACTTAAGGGATTGGCATCTTAAAATTCCGTAG目的基因黏性末端练习使用EcoRI剪切目的基因甲片段CTTCATGAATTCCCTAAGAAGTACTTAAGGGATT乙片段GGCATCTTAAAATTCCGTAG重组DNA分子GGCATCTTAAAATTCCGTAG