《基因操作工具》PPT课件

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。我国是世界上最大的棉花生产国和消费国，棉花种植面积约占世界的15％。据统计，1992年至1996年，因防治棉铃虫等虫害造成农药中毒的有24万余人。其中仅1992年棉农中毒人数就高达7万多人，直接经济损失达100多亿元。于是我国的棉农一气之下改种了抗虫棉。能杀死棉铃虫的基因来自一种叫做“苏云金芽孢杆菌”的细菌。这种细菌产生的蛋白质叫做晶体蛋白，蛋白本身没有毒性，但由于棉铃虫的胃呈碱性，一旦棉铃虫吃了它，就会在胃中分成两个蛋白，其中一个与胃肠膜特定结合在一起形成穿孔，把棉铃虫毒死。而人和动物的胃则呈酸性，吃后分解成氨基酸，变成了营养物质。基因工程的产物基因工程又叫基因拼接技术或DNA重组技术。该技术是在生物体外，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，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物。一、基因工程的概念原理：优点：基因重组⑴定向改造生物性状⑵克服远缘杂交不亲和的障碍⑶育种周期短基因工程的概念基因工程的别名操作环境操作对象操作水平基本过程结果基因拼接技术或DNA重组技术生物体外基因DNA分子水平人类需要的基因产物剪切→拼接→导入→表达二、基因工程的基本工具请同学们看书，思考以下问题：1、基因工程中三种基本工具的作用分别是什么？2、工具酶的作用部位分别在哪？3、具备什么条件才能充当“分子运输车”？•基因工程培育抗虫棉的简要过程：（一）基因工程示例普通棉花(无抗虫特性)苏云金芽孢杆菌剪切抗虫基因棉花细胞(含抗虫基因)棉花植株(有抗虫特性)•上述培育抗虫棉的关键步骤是什么？重组DNA导入拼接表达（二）基因工程的过程•基因工程培育抗虫棉的关键步骤：关键步骤一：关键步骤二：关键步骤三：抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内提取出来抗虫基因与棉花DNA“缝合”抗虫基因进入棉花细胞•解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？（二）DNA重组技术的基本工具关键步骤一的工具：关键步骤二的工具：关键步骤三的工具：分子手术刀—限制性内切酶分子缝合针—DNA连接酶分子运输车—运载体“分子手术刀”——限制性核酸内切酶（简称限制酶）（三）基因操作的工具大肠杆菌(E.coli)的一种限制酶能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。SmaⅠ平末端平末端在对称中心的中心轴线处切开EcoRⅠ黏性末端黏性末端在对称中心的中心轴线两侧切开•什么叫黏性末端？（二）基因操作的工具被限制酶切开的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。限制性内切酶1.特点：专一性，即识别特定核苷酸序列，在特定的切点切割。2.来源：主要来自原核生物。3.结果：产生黏性末端（碱基互补配对）、平末端。4.举例：大肠杆菌的一种限制酶（EcoRⅠ)能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开形成黏性末端，SmaⅠ能识别CCCGGG序列，并在C和G之间切割形成平末端。下页限制酶所识别的序列，无论是6个碱基还是4个碱基，都可以找到一条中心轴线（如图），中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向、对称、重复排列的。•想一想限制酶所识别的序列有什么特点？•问：要想获得某个特定性状的基因必须要用限制酶切几个切口？可产生几个黏性末端？（二）基因操作的工具答：要切两个切口，产生四个黏性末端。•问：如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶来切割，会怎样呢？答：会产生相同的黏性末端，然后让两者的黏性末端黏合起来，就似乎可以合成重组的DNA分子了。•“分子缝合针”——DNA连接酶（二）基因操作的工具③类型：类型E·coliDNA连接酶T4DNA连接酶来源功能大肠杆菌T4噬菌体恢复磷酸二酯键只能连接黏性末端能连接黏性末端和平末端(效率较低)相同点差别（二）“分子缝合针”——DNA连接酶根据酶的来源分为两类：DNA聚合酶DNA连接酶区别1区别2相同点寻根问底•DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗?为什么?1)只能将单个核苷酸连接到已有的核酸片段上，形成磷酸二酯键形成磷酸二酯键1)在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键2)以一条DNA链为模板，将单个核苷酸通过磷酸二酯键连接成一条互补的DNA链2)将DNA双链上的两个缺口同时连接起来，不需要模板可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，E·coliDNA连接酶或T4DNA连接酶即恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？T4DNA连接酶还可把平末端之间的缝隙“缝合”起来，但效率较低AATTGCCTTAAG•外源基因(如抗虫基因)怎样才能导入受体细胞(如棉花细胞)？（二）基因操作的工具基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”。载体1.作用：2.种类：质粒、λ噬菌体衍生物和动植物病毒3.质粒的特点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载体。将外源基因送入受体细胞。•作为运载体必须具备哪些条件？（二）基因操作的工具1.能够在宿主细胞中复制并稳定地保存。2.具多个限制酶切点，以便与外源基因连接。3.具有某些标记基因，便于进行筛选。如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等。•大肠杆菌的质粒：（二）基因操作的工具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。复制只能在宿主细胞内成。质粒的特点1.细胞染色体（或拟核DNA分子）外能自主复制的小型环状DNA分子；2.质粒的存在对宿主细胞无影响；3.质粒的复制只能在宿主细胞内完成。1.以下说法正确的是（）A、所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列B、质粒是基因工程中唯一的运载体C、运载体必须具备的条件之一是：具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接D、DNA连接酶使黏性末段的碱基之间形成氢键C练习2.不属于质粒被选为基因运载体的理由是A、能复制（）B、有多个限制酶切点C、具有标记基因D、它是环状DNAD练习3.有关基因工程的叙述中，错误的是（）A、基因工程技术能定向地改造生物的遗传性状，培育生物新品种B、重组DNA的形成在细胞内完成C、目的基因须由运载体导入受体细胞D、质粒都可作为运载体BD练习4、关于限制酶说法中，正确的是（）A．限制酶是一种酶，只识别GAATTC碱基序列B．EcoRI切割的是G—A之间的氢键C．限制酶一般不切割自身的DNA分子，只切割外源DNAD．限制酶只存在于原核生物中C5有关基因工程的叙述中，错误的是（）A、DNA连接酶将黏性末端的碱基对连接起来B、限制性内切酶用于目的基因的获得C、目的基因须由运载体导入受体细胞D、人工合成目的基因不用限制性内切酶A练习6.有关基因工程的叙述正确的是（）A、限制酶只在获得目的基因时才用B、重组质粒的形成在细胞内完成C、质粒都可作为运载体D、蛋白质的结构可为合成目的基因提供资料D练习练习6）下列哪项叙述不是运载体必须具备的条件（）A.具有某些标记基因B.决定宿主细胞的生存C.能够在宿主细胞中复制D.有多个限制酶切点B练习7）以下有关基因工程的叙述，正确的是A.基因工程是细胞水平上的生物工程B.基因工程的产物对人类都是有益的C.基因工程产生的变异属于人工诱变D.基因工程育种的优点之一是目的性强D练习11）在基因拼接技术中，直接分离目的基因最常用的方法是“鸟枪法”，又叫“散弹射击法”。这里“散弹”和“鸟”分别指的是A.限制酶和供体细胞的目的基因B.连接酶和供体细胞的目的基因C.限制酶和供体细胞的标记基因D.连接酶和供体细胞的目的基因A寻根问底•你能推测限制酶存在于原核生物中的作用是是什么吗？原核生物易受自然界外源DNA的入侵，但生物在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机制，以防止外来病原物的侵害。限制酶就是细菌的一种防御性工具，当外源DNA侵入时，会利用限制酶将外源DNA切割掉，以保证自身的安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切割外源DNA、使之失效，从而达到保护自身的目的。