基因工程及其应用ty15.

第2节基因工程及其应用转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯转鱼抗寒基因的番茄乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷)发绿色荧光转基因鸡你知道为什么能把人的基因“嫁接”到细菌上吗？你能推测出，这种基因的“嫁接”是怎么实现的吗？你能举出一些类似的、与你的生活关系很密切的例子吗？“嫁接”了人胰岛素基因的工程菌一、基因工程的概念：又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。通俗的说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。原理操作环境操作对象操作水平基本过程结果基因重组生物体外基因/DNA分子水平剪切→拼接→导入→表达人类需要的基因产物1、基因的“剪刀”——限制性核酸内切酶识别特定核苷酸序列，在特定的切点切DNA，具特异性。并裂解磷酸二酯键，产生两个黏性末端。二、基因操作的工具1.基因的剪刀——限制性核酸内切酶(简称限制酶)例：大肠杆菌(E.coli)的一种限制酶能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开.限制酶限制酶1.基因的剪刀——限制性核酸内切酶(简称限制酶)GAATTCCTTAAGCCCGGGGGGCCCCTTAAGAATTCG黏性末端平末端限制性核酸内切酶能识别特定的核苷酸序列：限制酶EcoRICCCGGGGGGCCC限制酶SmaI•什么叫黏性末端？被限制酶切开的DNA两条单链的切口,带有几个伸出的核苷酸，他们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。——识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子.1.来源2.功能3.作用部位4.作用结果——主要是从原核生物中分离纯化而来——磷酸二酯键——切割DNA产生黏性末端或平末端小结：限制性核酸内切酶2.基因的针线——DNA连接酶DNA连接酶可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来，这样一个重组的DNA分子就形成了。磷酸二酯键CTTCATGAATTCCCTAAGAAGTACTTAAGGGATTGGCATCTTAAAATTCCGTAG练习使用EcoRI剪切目的基因CTTCATGAATTCCCTAAGAAGTACTTAAGGGATTGGCATCTTAAAATTCCGTAG目的基因具有相同的黏性末端目的基因尝试写出下列序列受EcoRI限制酶作用后的黏性末端CTTCATGAATTCCCTAAGAAGTACTTAAGGGATTCTTCATGAATTCCCTAAGAAGTACTTAAGGGATTGAATTCCGTAGAATTCGGATTCTTAAGGCATCTTAAGCCTAAGGCATCTTAAAATTCCGTAG由于具有相同的黏性末端,不同来源的DNA片段可以拼接在一起形成重组DNA分子作用——把两条DNA末端之间的缝隙“缝合”起来。GAATTCCTTAAG即脱氧核糖、磷酸基之间的连接GPAPCTTCATGAATTCCCTAAGAAGTACTTAAGGGATTGGCATCTTAAAATTCCGTAG2.基因的针线——DNA连接酶基因的针线──DNA连接酶连接酶的作用是：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。•运载体的作用有哪些？作用一：作为运载工具，将外源基因(如:抗虫基因)转移到受体细胞(如:棉花细胞)中去。作用二：利用运载体在受体细胞(棉花细胞)内，对外源基因(抗虫基因)进行复制。质粒、噬菌体、动植物病毒等•常用的运载体主要有哪些？•质粒的化学本质是什么？小型环状DNA3.基因的(运)载体•外源基因(如抗虫基因)怎样才能导入受体细胞(如棉花细胞)？3、基因的运输工具——运载体常用的运载体：质粒、噬菌体和动植物病毒等标记基因，便于进行检测。质粒存在于许多细菌和酵母菌等生物中,是细胞染色体外能够自主复制的很小的环状DNA分子.最常用的质粒是大肠杆菌的质粒，其中常含有抗药基因,如四环素的标记基因.注意：质粒与（运）载体的关系运载体1能够在宿主细胞内复制并稳定保存；２具有多个限制酶切点以便与外源基因相连；３具有标记基因，便于进行筛选．运载体应该具有什么特点呢?基因工程(geneengineering)的“四步曲”提取目的基因1目的基因与运载体结合2将目的基因导入受体细胞3目的基因的检测和表达4人的细胞DNA基因A人胰岛素基因基因BTGCTCTGGTGAATTCGACGAATGCACACTTAAGCGCTTAAGC人的胰岛素基因怎样提取？目的基因的表达和检测大量的受体细胞接受不多的目的基因。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。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根据质粒上的特殊基因(标记基因)检测根据受体细胞中是否具有标记基因表现出的性状，来判断目的基因是否导入。（三）基因操作的基本步骤不能，受体细胞必须表现出特定的性状，才能说明目的基因完成了表达。受体细胞摄入DNA分子后就说明目的基因完成了表达吗？若不能表达，要对抗虫基因再进行修饰。二、基因工程的应用1、基因工程与作物育种3、基因工程与环境保护2、基因工程与药物研制二、基因工程的应用运用基因工程技术，不但可以培养优质、高产、抗性好的农作物及畜、禽新品种，还可以培养出具有特殊用途的动、植物。生长快、耐不良环境、肉质好的转基因鱼(中国)1、基因工程与作物育种转黄瓜抗青枯病基因的甜椒导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠导入人基因具特殊用途的猪和小鼠超级动物特殊动物图为2001年12月底出生的5只可爱的转基因克隆小猪。据培育者英国PPL医疗公司称，这些转基因小猪将为研究和“生产”适用于人体移植手术使用的动物器官提供巨大的帮助。2、与杂交育种、诱变育种相比较，基因工程育种的优点有哪些目的性强、克服远源杂交不亲和性、育种周期短。2、基因工程与药物研制我国生产的部分基因工程疫苗和药物生产基因工程药品为什么常用微生物作为目的基因的受体细胞?微生物繁殖快、代谢旺盛、代谢产物多、容易培养胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素！使其价格降低了30%-50%!产品名称菌株或细胞应用人胰岛素大肠杆菌人生长激素大肠杆菌表皮生长因子大肠杆菌白细胞介素-2大肠杆菌a—干扰素酵母菌乙型肝炎疫苗酵母菌溶血栓剂哺乳动物细胞治疗糖尿病治疗生长缺陷症治疗烫伤、胃溃疡治疗某些癌症治疗癌症或病毒感染预防病毒性肝炎治疗心血管病(心脏病)3、基因工程与环境保护⑴环境监测：基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。1t水中只有10个病毒也能被DNA探针检测出来利用基因工程培育的“指示生物”能十分灵敏地反映环境污染的情况，却不易因环境污染而大量死亡，甚至还可以吸收和转化污染物。⑵环境污染治理：基因工程做成的“超级细菌”能吞食和分解多种污染环境的物质。通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类，用基因工程培育成功的“超级细菌”却能分解石油中的多种烃类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDT等毒害物质。转基因食品到底安全吗？什么样的转基因食品才能上市？如何面对市场上的转基因食品呢？安全观点：1、转基因食品与非转基因食品的构成是一样的；2、减少农药使用、减少环境污染；3、节省生产成本，降低粮食售价；4、增加食品营养、提高食品产量等。不安全观点：1、可能产生抗除草剂的超级杂草；2、可能使疾病的散播跨越物种障碍；3、可能损害农作物的生物多样性；4、认为创造新物种，可能干扰生态系统的稳定性；5、可能产生新毒素和新过敏源。目的要求：模拟重组DNA分子的操作过程,说出其基本原理材料用具：两种有不同碱基序列颜色的硬纸板,剪刀(代表EcoliI),透明胶带方法步骤：重组DNA分子的模拟操作思考与讨论：该过程中,如果碱基不能配对,你认为是什么原因造成的?1、分别从两纸板上找出EcoliI的切割位点进行切割.2、将白色纸板的DNA片段重组到彩色纸板切口处.3、用透明胶带将切口黏结起来.12基因工程的操作工具1.基因的剪刀——限制性内切酶2.基因的针线——ＤＮＡ连接酶3.基因的运输工具——运载体基因工程的操作步骤1.目的基因的提取2.目的基因与运载体结合3.目的基因导入受体细胞4.目的基因的检测与表达基因工程的原理三个工具四个步骤创意无限几种常见育种方法的比较育种方法杂交育种单倍体育种多倍体育种诱变育种基因工程育种基本原理方法优点缺点实例作业：杂交→自交→选优基因重组不同个体的优良性状可集中到同一个个体上育种时间长，需及时发现优良性状杂交水稻中国荷斯坦牛花药离体培养、秋水仙素诱导加倍染色体变异明显缩短育种年限，后代一般都为纯种技术复杂，成本高普通小麦花药离体培养秋水仙素处理萌发的种子、幼苗染色体变异植物茎杆粗壮，果实、种子大，营养高发育延迟，结实率低无籽西瓜物理或化学方法处理动植物、微生物基因突变提高变异频率，大幅度改良某些性状，加速育种进程有利变异少，需要处理大量实验材料，具有不确定性青霉菌高产菌株的培育黑农五号大豆基因重组将一种生物特定基因转移到另一种生物体内染色体变异定向地改造生物的遗传性状可能引起生态危机，技术难度大转基因抗虫棉