《基因工程》教学--课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,PPT课件,*,1,PPT课件,1PPT课件,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,2,PPT课件,2我们主要讨论4个问题：2PPT课件,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：,一、基因工程,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：,3,PPT课件,1、概念：又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。通俗的说，就是,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。,4,PPT课件,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,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,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,5,PPT课件,不能转录为信使RNA，不能：能转录相应的信使RNA，能,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,6,PPT课件,编码区非编码区非编码区RNA聚合酶内含子 外显子 能够编码蛋,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,7,PPT课件,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,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,8,PPT课件,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,（,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,James D.,Watson,和,Francis H.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,9,PPT课件,2.基因工程的三大理论基础9PPT课件,(3)1958,年,Crick,又提出了遗传信息传递的,“,中心法则,”,;,1964,年,Marshall Nirenberg,和,Gobind Khorana,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,10,PPT课件,(3)1958年Crick又提出了遗传信息传递的“中心法则,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,11,PPT课件,1基因拼接基因工程诞生的理论基础11PPT课件,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。,12,PPT课件,2外源基因在受体内表达12PPT课件,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,13,PPT课件,二、基因工程操作的工具1.基因的“剪刀”限制性核酸内切酶,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,:,14,PPT课件,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,GAATTCCGTAGAATTCGGATT,尝试写出下列序列受,EcoRI,限制酶作用后的黏性末端,CTTCATGAATTCCCTAA,GAAGTACTTAAGGGATT,CTTAAGGCATCTTAAGCCTAA,CTTCATG AATTCCCTAA,GAAGTACTTAA GGGATT,练一练,GGCATCTTAA,AATTCCGTAG,15,PPT课件,GAATTCCGTAGAATTCGGATT 尝试写出下列序列,、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。,16,PPT课件,、基因的针线DNA连接酶连接酶的作用是：将互补配对,基因的针线：,DNA,连接酶,G,A A,T T,C,C,T T,A A,G,G,A A,T T,C,C,T T,A A,G,G,C,T T,A A,A A,T T,C,G,G,C,T T,A A,A A,T T,C,G,G,C,T T,A A,A A,T T,C,G,用同种限制酶切割,17,PPT课件,基因的针线：DNA连接酶G A A T T CC,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。,18,PPT课件,3、基因的运输工具运载体 常用的运载体：质粒、噬,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,19,PPT课件,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,（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,。,20,PPT课件,（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,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,21,PPT课件,a、DNA变性（90-95）：双链DNA模板b、退火（复,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,),22,PPT课件,反转录法：目的基因的mRNA杂交双链单链DNA反转录酶DNA,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,23,PPT课件,1.用一定的_切割 核心3.将切下的目的,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,24,PPT课件,方法将目的基因导入将目的基因导入将目的基因导入农杆菌介导的遗,(,四,),目的基因的检测与鉴定,检查是否成功,检测,形态检测,分子检测,25,PPT课件,(四)目的基因的检测与鉴定检查是否成功检测形态检测,GACATAGCTACA,非目的基因片段,CTGTATCGATGT,GTACAGCGTA,基因探针,26,PPT课件,GACATAGCTACA非目的基因片段 CTGTATCGAT,GTACAGCGTA,GACATAGCTACA,非目的基因片段,CTGTATCGATGT,基因探针,27,PPT课件,GTACAGCGTAGACATAGCTACA非目的基因片段,GTACAGCGTA,TACGTCATGTCGCATGCTAG,目的基因片段,ATGCAGTACAGCGTACGATC,基因探针,28,PPT课件,GTACAGCGTATACGTCATGTCGCATGCTAG,TACGTCATGTCGCATGCTAG,目的基因片段,ATGCAGTACAGCGTACGATC,GTACAGCGTA,基因探针,29,PPT课件,TACGTCATGTCGCATGCTAG目的基因片段 ATG,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,30,PPT课件,目的基因插入Ti质粒的T-DNA上 农杆菌,花粉管通道法,31,PPT课件,花粉管通道法31PPT课件,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：,32,PPT课件,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,33,PPT课件,33PPT课件,基因工程的应用,34,PPT课件,基因工程的应用34PPT课件,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,35,PPT课件,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,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,。,36,PPT课件,典型例子：转基因抗虫棉Bt毒蛋白基因 抗虫的基因来自,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,37,PPT课件,典型例子：抗烟草花叶病毒的转基因烟草、转黄瓜抗青枯病基因的甜,3.,抗逆转基因植物,38,PPT课件,3.抗逆转基因植物38PPT课件,4.,利用转基因改良植物的品质,39,PPT课件,4.利用转基因改良植物的品质39PPT课件,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,蓝色妖姬,40,PPT课件,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,41,PPT课件,41PPT课件,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,42,PPT课件,二、动物基因工程前景广阔1、提高生长速度42PPT课件,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,43,PPT课件,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,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,44,PPT课件,3.用转基因动物生产药物（重点）优点：乳腺生物反应器44PP,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,45,PPT课件,过程：45PPT课件,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,46,PPT课件,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,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）,47,PPT课件,基因工程药品 胰岛素（糖尿病）基因工程药品 干扰,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,48,PPT课件,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,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,49,PPT课件,基因治疗体外基因治疗 先从病人体内获得某种细胞,