基因工程及其应用（hhui1）

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,*,上节回顾,1,、请简述杂交育种的优缺点。,2,、请简述诱变育种的优缺点。,第,2,节,基因工程及应用,基因工程及其应用,胰岛素,的早期提取方法：,每100kg 猪或牛的胰腺中提取 45g胰岛素,1979年,，利用,大肠杆菌,的DNA分子重组，2000L培养液 提取100g，相当于2吨猪胰腺中提取的量,（,1,）你知道为什么能把人的基因“嫁接”到细菌上吗？,（,2,）你能推测出，这种基因的“嫁接”是怎么实现的？,（,3,）这种“嫁接”对品种的改良有什么意义？,问题探讨,“,嫁接”了人胰岛素基因的工程菌,不同生物,DNA,在结构上具有统一性；密码子的通用性,“剪出”目的基因,“,拼接”,转运到转基因生物体内,定向地改变生物的遗传性状,基因工程：,即,。,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，,地改造生物的,。,2、原理：,1、操作水平,：,基因重组,DNA分子水平,基因拼接技术或DNA重组技术,定向,遗传性状,3、基因工程育种与杂交育种、诱变育种相比，主要优点是什么？,目的性强、育种周期短、克服远源杂交不亲和的障碍,一、基因工程,二、基因操作的工具,（二）基因操作的工具,基因的,“,剪刀,”,限制性核酸内切酶,基因的,“,针线,”,DNA连接酶,基因的运输工具,运载体,A,G,C,T,A,G,C,T,P,脱氧,核糖,P,P,P,脱氧,核糖,脱氧,核糖,脱氧,核糖,脱氧核苷酸链,脱氧核苷酸链,脱氧,核糖,P,脱氧,核糖,P,脱氧,核糖,P,脱氧,核糖,P,脱氧核苷酸,磷酸二酯键,1、基因工程的,重播,EcoRI,限制酶识别了,GAATTC,的序列后的变化。,CTTCATG AATTCCCTAA,GAAGTACTTAA GGGATT,GGCATCTTAA,AATTCCGTAG,EcoRI 剪切目的基因,CTTCATG AATTCCCTAA,GAAGTACTTAA GGGATT,GGCATCTTAA,AATTCCGTAG,目的基因,黏性末端,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,。,1、基因工程的,“,限制性核酸内切酶,”,一种限切酶,只能识别,一种特定的核苷酸序列,并在,特定切点,切割DNA分子,特点:,“,磷酸二酯键,作用对象：,指：,1,、,被同一种限制酶切断的两个,DNA,是否具有相同的黏性末端？,思考,:,形成的黏性末端不同,2,、不同的限制酶呢？,具有相同的黏性末端,CTTCATG AATTCCCTAA,GAAGTACTTAA GGGATT,GGCATCTTAA,AATTCCGTAG,TGGC,CTTAA,G,CTCG,ACCG,G,AATTC,GAGC,P106,练习,一、基础题,2.,假如用限制性内切酶EcoRI处理以下的,DNA,序列，会产生几个片段？请先写出下面的,DNA,序列的互补链，然后标出酶切位点。,2,、基因工程的,针线,DNA,连接酶,作用：,将互补配对的两个粘性末端连接起来，使之成为一个完整的,DNA,分子,针线：,积极思考,DNA,连接酶连接的是两个脱氧核苷酸分子的什么部位？,2,、基因工程的针线,甲片段,CTTCATG AATTCCCTAA,GAAGTACTTAA GGGATT,乙片段,GGCATCTTAA,AATTCCGTAG,GGCATCTTAA,AATTCCGTAG,DNA,连接酶的作用位点,是：相邻的两个脱氧核苷酸的切口。即生成：,磷酸二酯键。,2,、基因工程的针线,3、基因的运载体,常用的运载体,(carrying),有两类：,1,）细菌细胞质的,质粒,(plasmid),2,）,噬菌体,(,bacteriophages),或某些,动植物病毒,(,virus),大肠杆菌的,质粒,：,运载体,(,carrying),应该具有什么特点呢,?,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,.,标记基因，便于进行检测。,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；质粒的复制只能在宿主细胞内完成。,3,、携带标记基因，便于进行检测。,质粒的特点：,运载体有何特点？,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。,基因工程的基本操作步骤：,四步曲：,1,、提取目的基因,2,、目的基因与运载体结合,3,、将目的基因导入受体细胞,4,、目的基因的检测和表达,第一步：,三、基因工程基本步骤：,第二步：,获取目的基因,目的基因与运载体结合,方法：,1、直接分离：鸟枪法,2、人工合成:,注意：要保持基因的完整性,注意：要用同一种限制酶切取目的基因和运载体，并用DNA连接酶连接。,1.,为什么,切割运载体和目的基因用同一种限制酶,呢？,2.,限制酶和,DNA,连接酶作用的位点相同吗？,3.,若用,DNA,连接酶将目的基因与运载体两两结合时，可能有哪些产物？,因为只有用同一种限制酶才能切割出相同的黏性末端，利于目的基因与运载体结合。,相同，均作用于磷酸二酯键。,产物可能有三种：目的基因与目的基因结合、运载体与运载体结合、目的基因与运载体结合。,想一想：,第三步：,第四步,:,将目的基因导入受体细胞,目的基因的检测和表达,1、常用的受体细胞：,大肠杆菌、枯草杆菌、酵母菌、动植物细胞等,2、常用微生物作受体细胞的原因：,微生物增殖快、代谢快、目的产物多,一般检测：,标记基因是否表达,从细胞中分离出DNA,从大肠杆菌中提取质粒,限制 酶,提取目的基因,限制酶,目的基因与运载体结合,DNA连 接酶,目的基因导入受体细胞,目的基因的表达与检测,三、基因工程操作的基本步骤,1,2,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,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,(gene engineering),的原理,小结,四、基因工程的应用,1、基因工程与作物育种,抗虫转基因植物,转黄瓜抗青枯病基因的甜椒,转鱼抗寒基因的番茄,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,许多药品的生产是从生物组织中提取的。受材料来源限制产量有限，其价格往往十分昂贵。,微生物生长迅速，容易控制，适于大规模工业化生产。若将生物合成相应药物成分的基因导入微生物细胞内，让它们产生相应的药物，不但能解决产量问题，还能大大降低生产成本。,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%!,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。,通常一种假单孢杆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。,科学家还培育出能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDT等毒害物质的细菌。,3、环境污染治理,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,。,？,细菌和人是差异非常大的两种生物,通过基因重组后,细菌能够合成人体的胰岛素，这说明了什么？,这是因为在基因水平上，人和细菌的遗传机制是一致的。细菌和人的遗传物质都是,DNA,，都使用同一套遗传密码子，都遵循中心法则。因此，通过基因重组，细菌能够合成人体的某些蛋白质。,P106,拓展题,转基因食品,安全吗?!,转基因植物的安全性争论,支持派认为：如果转基因农业生物技术得不到社会支持，这一研究将被扼杀，并且强调，迄今为止并,没有发现,转基因食品危害人体健康和环境的确切,证据,。,反对派的观点,一英国科学家声称，转基因马铃薯会减弱老鼠免疫系统功能；,美国康乃尔大学也发现，转基因玉米会危害蝴蝶幼虫及其相关生态环境。,基因工程的操作工具,1.基因的剪刀,限制酶,2.基因的针线,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,小结,一、基因工程的原理,二、基因工程的应用,三、转基因和转基因食品的安全性,要使目的基因与对应的载体重组，所需的两种酶是（）,限制酶连接酶解旋酶还原酶,实施基因工程的第一步的一种方法是把所需的基因从供体细胞内分离出来，这要利用限制性内切酶。一种限制性内切酶能识别分子的顺序，切点在和之间，这是利用了酶的（）,高效性专一性,多样性催化活性易受外界影响,随,练习,堂,