《基因工程》PPT教学

2我们主要讨论4个问题：1.什么是基因工程——基因工程的概念。2.为什么能进行基因工程——基因工程的原理和技术。3.怎样进行基因工程——4大步骤4.基因工程的应用和前景1、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：表达水平：过程：基因重组DNA分子水平1、定向改造某些性状2、克服远缘杂交意义：原核细胞的基因结构非编码区非编码区编码区编码区上游编码区下游RNA聚合酶结合位点启动子终止子终止子：位于基因的尾端的一段特殊的DNA片断，它能阻碍RNA聚合酶的移动，并使其从DNA模板链上脱离下来，使转录终止。RNA聚合酶:能够识别启动子上的结合位点并与其结合的一种蛋白质.(以模板转录然后脱落)启动子：位于基因首端一段能与RNA聚合酶结合并能起始mRNA合成的序列。没有启动子，基因就不能转录。①不能转录为信使RNA，不能编码蛋白质。：能转录相应的信使RNA，能编码蛋白质编码区非编码区原核细胞的基因结构②在遗传信息的表达过程中起着调控作用非编码区非编码区编码区编码区上游编码区下游启动子终止子编码区非编码区非编码区RNA聚合酶结合位点内含子外显子能够编码蛋白质的序列叫做外显子不能够编码蛋白质的序列叫做内含子（但能转录为mRNA，转录后剪切掉）启动子终止子编码区上游编码区下游内含子：外显子：真核细胞的基因结构真核细胞的基因结构编码区非编码区外显子：能编码蛋白质的序列内含子：不能编码蛋白质的序列：在遗传信息的表达过程中起着调控作用原核细胞真核细胞不同点相同点原核细胞与真核细胞基因结构比较：非编码区非编码区编码区都由能够编码蛋白质的编码区和具有调控作用的非编码区组成编码区是连续的编码区是间隔的，不连续的外显子内含子启动子终止子（1）20世纪40年代，Avery通过肺炎双球菌体外转化实验，确定了生物遗传物质的化学本质是DNA;（2）19世纪50年代JamesD.Watson和FrancisH.C.Crick揭示了DNA分子的双螺旋结构和半保留复制机制，解决了基因的自我复制和传递的问题。2.基因工程的三大理论基础(3)1958年Crick又提出了遗传信息传递的“中心法则”;1964年MarshallNirenberg和GobindKhorana等破译了64个遗传密码，从而阐明了遗传信息的流向和表达问题1．基因拼接(1)DNA的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸。(2)双链DNA分子的空间结构都是规则的双螺旋结构。碱基互补配对原则基因工程诞生的理论基础2．外源基因在受体内表达(1)基因是控制生物性状的独立遗传单位。(2)遗传信息的传递都遵循中心法则阐述的信息流动方向。(3)生物界共用一套遗传密码。二、基因工程操作的工具1.基因的“剪刀”──限制性核酸内切酶（限制酶）一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子。专一性如:EcoRI限制酶被同一种限制酶切断的几个DNA是否具有相同的黏性末端？思考:GAATTCCGTAGAATTCGGATT尝试写出下列序列受EcoRI限制酶作用后的黏性末端CTTCATGAATTCCCTAAGAAGTACTTAAGGGATTCTTAAGGCATCTTAAGCCTAACTTCATGAATTCCCTAAGAAGTACTTAAGGGATTGGCATCTTAAAATTCCGTAG２、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（磷酸二脂键），使之成为一个完整的DNA分子。基因的针线：DNA连接酶GAATTCCTTAAGGAATTCCTTAAGGCTTAAAATTCGGCTTAAAATTCGGCTTAAAATTCG用同种限制酶切割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。三、基因工程的基本操作程序目的基因的获取基因表达载体的构建将目的基因的导入受体细胞操作过程目的基因的检测与表达产物的测定（一）目的基因的获取1、什么是目的基因？请举出三个以上的例子2、获取目的基因的常用方法有哪些?（1）直接从供体细胞中分离基因（鸟枪法）（2）人工合成法目前被广泛提取使用的目的基因有：苏云金杆菌抗虫基因、植物抗病基因（抗病毒、抗细菌)、人胰岛素基因等。a、DNA变性（90℃-95℃）：双链DNA模板在热作用下，_____断裂，形成___________b、退火（复性55℃-60℃）：系统温度降低，引物与DNA模板结合，形成局部________。c、延伸（70℃-75℃）：在Taq酶的作用下，从引物的5′端→3′端延伸，合成与模板互补的________。氢键单链DNA双链DNA链PCR技术扩增目的基因反转录法：以目的基因转录成的信使RNA为模板，反转录成互补的单链DNA，然后在酶的作用下合成双链DNA，从而获得所需的基因。目的基因的mRNA杂交双链(单链RNA/单链DNA)单链DNA反转录酶DNA聚合酶双链DNA(目的基因)1.用一定的_________切割质粒，使其出现一个切口，露出____________。2.用_____________切断目的基因，使其产生_________________。——核心3.将切下的目的基因片段插入质粒的______处，再加入适量___________，形成了一个重组DNA分子（重组质粒）限制酶黏性末端同一种限制酶的黏性末端切口DNA连接酶相同(二)基因表达载体的构建方法将目的基因导入植物细胞将目的基因导入动物细胞将目的基因导入微生物细胞农杆菌介导的遗传转化法基因枪法花粉管通道法——显微注射法——感受态细胞吸收DNA分子(氯化钙法)（三）将目的基因导入受体细胞(四)目的基因的检测与鉴定——检查是否成功检测—①形态检测②分子检测GACATAGCTACA非目的基因片段CTGTATCGATGTGTACAGCGTA基因探针GTACAGCGTAGACATAGCTACA非目的基因片段CTGTATCGATGT基因探针GTACAGCGTATACGTCATGTCGCATGCTAG目的基因片段ATGCAGTACAGCGTACGATC基因探针TACGTCATGTCGCATGCTAG目的基因片段ATGCAGTACAGCGTACGATCGTACAGCGTA基因探针目的基因插入Ti质粒的T-DNA上农杆菌导入植物细胞整合到受体细胞的染色体上目的基因的遗传特性得以维持稳定和表达1.农杆菌特点：易感染双子叶植物和裸子植物。Ti质粒的T-DNA可转移至受体细胞的染色体上2.转化花粉管通道法2.微生物作受体细胞原因：将目的基因导入微生物细胞3.转化方法：大肠杆菌繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对少处理细胞→细胞→表达载体与感受态细胞混合→_________细胞吸收DNA分子。Ca2+感受态感受态1.常用菌：一、植物基因工程硕果累累植物基因工程主要用于提高农作物的抗性、抗逆能力,以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面,克服了远缘杂交的障碍。1、抗虫转基因植物2、抗病转基因植物3、抗逆转基因植物4、利用转基因改良植物的品质5、生产药物典型例子：转基因抗虫棉——Bt毒蛋白基因抗虫的基因来自苏云金杆菌。典型例子：抗烟草花叶病毒的转基因烟草、抗病毒的转基因小麦、甜椒转黄瓜抗青枯病基因的甜椒3.抗逆转基因植物4.利用转基因改良植物的品质富含赖氨酸的转基因玉米不会引起过敏的转基因大豆转入荧光素酶蛋白基因的发荧光烟草二、动物基因工程前景广阔1、提高生长速度2、改善畜产品的品质3、生产药物1.用于提高动物生长速度原因：外源生长激素基因的表达可以使转基因动物生长更快转基因鲤鱼超级小鼠3.用转基因动物生产药物（重点）优点：产量高、质量好、成本低、易提取乳腺生物反应器过程：1、重组药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子2、用显微注射法导入到受精卵3、将受精卵送入母体生长发育4、转基因动物进入泌乳期后，提取乳汁•在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、干扰素直接生物体的哪些结构中提取？药品直接从生物的组织、细胞或血液中提取。•传统生产方法的缺点由于受原料来源的限制，价格十分昂贵。•可利用什么方法来解决上述问题？利用基因工程方法高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。三、基因工程药物异军突起基因工程药品——胰岛素（糖尿病）基因工程药品——干扰素（抗病毒）基因工程药品——乙肝病毒疫苗（免疫预防）四、基因治疗曙光初照—初期临床阶段基因诊断：检测致病基因或疾病相关基因的改变，或患者体内病原体所特有的核苷酸序列，以此作为疾病诊断的指标。基因治疗：把正常的外源基因导入有基因缺陷的某些功能细胞中，使该基因的表达产物发挥功能，达到治疗疾病的目的。DNA探针、DNA分子杂交技术基因治疗体外基因治疗先从病人体内获得某种细胞，然后在体外完成基因转移，再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内。体内基因治疗直接向人体组织细胞中转移基因的治病方法。eg:腺苷酸脱氨酶基因的转移