基因工程的工具课件(1)

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,*,基因工程,操作环境,操作对象,操作水平,基本过程,结果,生物体外,基因,分子水平,剪切,拼接,导入,表达,人类需要的基因产物,基因拼接技术或,DNA,重组技术,实质：,基因重组,（二）基因操作的工具,、基因的剪刀限制性内切酶（限制酶）,一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切割点上将,DNA,分子切断。,指一类酶，非一种酶。,1,、限制性内切酶,（,3,）,.,举例,：,大肠杆菌的一种限制酶能识别,GAATTC,序列，并在,G,和,A,之间切开。,（,1,）作用部位：磷酸二酯键,（,2,）特点：,专一性，即识别特定核苷酸序列，切割特定切点。,（,4,）来源：主要从原核生物中分离,原因：,限制酶是在生物体,(,主要是,微生物,),内的一种酶，能将外来的,DNA,切断,，对自己,DNA,无害，保护细胞原有遗传信息，由于这种切割作用是在,DNA,分子内部进行的，故名限制性内切酶。,而真核生物一般有其他保护措施。,（,5,）作用结果：形成,DNA,片段末端,平末端：平切（相同部位）,黏性末端：错位切（不同部位）,解析：,（,1,）对象：供体细胞的,DNA,和质粒都要用限制酶处理。,（,2,）限制酶作用的位点是磷酸二酯，而不是碱基之间的氢键,。,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,。,比较,1,限制酶与解旋酶有什么区别？,【,分析,】,限制酶主要作用于两个核苷酸之间的,磷酸二酯键,，而解旋酶主要作用于碱基对之间的,氢键,（如图所示）。,a,处为限制酶作用位点，,b,处则为解旋酶作用位点。,重播,1.,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？,要切两个切口，产生四个黏性末端。,2.,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？,会产生,相同的黏性末端,，然后让两者的黏性末端,黏合,起来，就可以合成重组的,DNA,分子了。,拓展深化,:,重播,、基因的针线,DNA,连接酶,（,1,）,连接的部位,：,DNA,双链片段间的,磷酸二酯键，不是氢键。,比较,2,：,DNA,连接酶与,DNA,聚合酶的比较,DNA,聚合酶,DNA,连接酶,化学本质,作用部位,模板,蛋白质,蛋白质,磷酸二酯键,（单个脱氧核苷酸,+,片段）,磷酸二酯键,（,DNA,双链片段,+,DNA,双链片段）,需要（,DNA,一条链）,不需要,思考：,1.,细菌的基因之所以能“嫁接”到棉花细胞内，原因是,。,组成细菌和棉花的,DNA,分子的,空间结构,和,化学组成,相同,2.,利用基因工程培育抗虫棉，与诱变育种和杂交育种相比，有什么优点？是属于哪种变异？,3,.,抗虫棉能抗病吗？,知识小结,几种酶的比较,限制酶,DNA,连接酶,DNA,聚合酶,解旋酶,作用底物,DNA,分子,DNA,分子片段,脱氧核苷酸,DNA,分子,作用部位,磷酸二酯键,磷酸二酯键,磷酸二酯键,碱基对间的氢键,作用结果,形成粘性末端或平末端,形成重组,DNA,分子链,形成新的,DNA,分子,形成单链,DNA,分子,作用特点,切割目的基因及载体，专一性识别特定的核苷酸序列，使特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开,将双链,DNA,片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键,只能将单个脱氧核苷酸添加到脱氧核苷酸链上,将,DNA,两条链之间的氢键打开,3,、基因的运输工具,运载体,3.,种类：,质粒,、噬菌体和动植物病毒。,1.,作用：,将外源基因送入受体细胞。,2.,条件：,能在宿主细胞内复制并稳定地保存。,具有一个至多个限制酶切点，使外源基因插入其中。,具有某些标记基因，以便进行筛选。,如抗菌素抗性基因、产物具有颜色反应的基因等。,对受体细胞无害，不影响其正常活动。,运载体,最常用的运载体,-,质粒,三、基因操作的基本步骤,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,1,、提取目的基因,取出,DNA,用限制酶切断,DNA,目前被较广泛提取使用的目的基因有：,苏云金杆菌抗虫基因、,人胰岛素基因、,人干扰素基因、,种子贮藏蛋白基因、,植物抗病基因等。,(1),目的基因的概念：,人们需要的特定基因。,基因文库：储存某种生物基因的菌群的总 称，不是指生物基因。,基因组文库：某个含有所有基因的受体菌。指某个个体。,部分基因文库（,cDNA,文库）：某个含有部分基因的受体菌。,基因库：一个种群所有基因的总称，指基因。,途径,供体细胞中的,DNA,中直接分离基因,人工合成基因（真核细胞）,方法,根据已知氨基酸序列合成,DNA,过程,供体细胞中的,DNA,限制酶,许多,DNA,片段,载入,运载体,导入,受体细胞,外源,DNA,扩增,产生特定性状,分离,目的基因,目的基因,mRNA,反转录,单链,DNA,合成,双链,DNA(,即目的基因,),蛋白质的氨基酸序列,推测,mRNA,的核苷酸序列,推测,结构基因的核苷酸序列,化学合成,目的基因,鸟枪法,反转录法,4,）目的基因的扩增：,PCR,技术,原理：,DNA,复制,结果：目的基因成指数增长,步骤：变性（解旋为单链）,+,引物，退火，延伸（,DNA,聚合酶作用），多次重复,原料：,DNA,模板、,4,种脱氧核苷酸、引物、,DNA,聚合酶、,ATP,复制方向：只能从,5,端向,3,端延伸,原因：,DNA,聚合酶不能从头开始合成,DNA,，而只能从,3,端延伸,DNA,链。,2,、目的基因与运载体结合,-,核心步骤,运载体和表达载体的区别：,表达载体的组成：,目的基因,+,启动子,+,终止子,+,标记基因,运载体即质粒,表达载体即重组质粒,（,2,）受体种类不同，导入方法不同,导入植物细胞：,（卵细胞和体细胞,都可以）,农杆菌转化法,基因枪法、花粉管通道法,农杆菌转化法：,双子叶植物受伤时，伤口分泌的酚类化合物，,吸引农杆菌移向这些细胞并进入细胞，将,目的基因整合到受体细胞染色体,DNA,上。,受体细胞：细菌,细胞壁的通透性增大,重组质粒进入受体细胞,目的基因随受体细胞的繁殖而复制,氯化钙,导入动物细胞,-,显微注射法，将目的基因,注射到卵细胞中，受精后，胚胎移植。,导入微生物细胞,-,感受态细胞法,4,、目的基因的检测和表达,（,1,）检测：,通过检测标记基因的有无，来判断目的基因是否导入,DNA,分子杂交法：,检测染色体,DNA,分子是否插入目的基因,或者目的基因是否转录出,RNA,免疫法：,提取蛋白质用相应的抗体进行,抗体,抗原杂交,从苏云金芽苞杆菌中提取抗虫基因,从土壤农杆菌中提取带有选择性标记的质粒,同一种限制酶处理,抗虫基因与质粒结合形成重组质粒,将重组质粒导入土壤农杆菌,筛选,将土壤农杆菌与棉花细胞混合培养,侵染,重组质粒将抗虫基因导入棉花细胞并整合到棉花的DNA上,植物组织培养,获得抗虫棉,总结抗,虫棉的培育流程图：,异想天开,二,、动物基因工程前景广阔,（一）用于提高动物生长速度,动物品种改良、建立生物反应器、器官移植等,导入外源生长激素基因,DNA,分子杂交,是基因诊断最基本的方法之一。当用一段已知基因的核苷酸序列作为,探针,，与被测基因进行接触，若两者的碱基完全配对成双链，则表明被测基因中含有已知的基因序列。,知识回顾：基因诊断,五、基因芯片,从正常人的基因组中分离出,DNA,与,DNA,芯片杂交就可以得出标准图谱；从病人的基因组中分离出,DNA,与,DNA,芯片杂交就可以得出病变图谱。,通过比较、分析这两种图谱，就可以得出病变的,DNA,信息。,基因芯片诊断技术以其快速、高效、敏感、经济、平行化、自动化等特点，将成为一项现代化诊断新技术。,1,、,基因治疗概念：,四,、基因治疗曙光初照,把,正常基因,导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到,治疗疾病,的目的，是治疗,遗传病,的最有效的手段。,（把特定的,外源基因导入有基因缺陷的细胞,中，从而达到治疗疾病的目的）,2,、实例：,将,腺苷酸脱氨酶基因,转入取自患者的淋巴细胞中，再将这种淋巴细胞转入患者体内。,(1),对严重复合型免疫缺陷症的治疗,3,、基因治疗的类型,体外基因治疗,：先从病人体内获得某种细胞，进行培养，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的治病方法。（如将治疗囊性纤维病的正常基因转入患者肺组织）,4,、基因治疗的发展现状：,处于初期的临床试验阶段,5,、用于基因治疗的基因种类：正常基因、反义基因和自杀基因,总结：基因工程在农业上的应用,（,1,）,改良农作物的,品质,（培育高产、稳产和具优良品质的品种）,（,2,）培育抗逆性品种,将细菌的抗虫、抗病毒、抗除草剂、抗盐碱、抗干旱、抗高温等抗性基因转移到作物体内，将从根本上改变作物的特性。如转基因抗虫棉。,（三）用转基因的动物生产药物,设问,:,就基因药物而言，最理想的表达场所是哪里？,转基因动物的,乳腺,。,（,1,）乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入体内循环，不会影响转基因动物本身的生理代谢反应。,（,2,）从乳汁中获取目的基因产物，产量高，易提纯，表达的蛋白质已经过充分的修饰加工，具有稳定的生物活性。,（,3,）从乳汁中源源不断获得目的基因的产物的同时，转基因动物又可无限繁殖。,设问,:,为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场所呢？,获取目的基因（例如血清白蛋白基因）,构建基因表达载体（在血清白蛋白基因前加特异表达的启动子）,显微注射导入哺乳动物受精卵中,形成胚胎,将胚胎送入母体动物,发育成转基因动物（只有在产下的雌性个体中，转入的基因才能表达）。,思考,:,用基因工程技术实现动物,乳腺生物反应器,的操作过程是怎样的？,将,基因与,等调控组件重组在一起，通过,等方法，导入哺乳动物的,中，将 其 送入母体，使其发育成转基因动物。转基因动物进入泌乳期后，可以通过分泌乳汁生产所需要的药品，称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。,乳腺生物反应器,乳腺生物反应器的优点：产量高；质量好；成本低；易提取。,药物蛋白,乳腺蛋白基因的启动子,显微注射,受精卵,利用微生物生产药物的优越性何在,?,利用微生物生产蛋白质类药物，是指将人们需要的某种蛋白质的编码基因，构建成表达载体后导入微生物，然后利用微生物发酵来生产蛋白质类药物。有以下优越性：,（,1,）利用活细胞作为表达系统，,表达效率,高，无需大型装置和大面积厂房就可以生产出大量药品。（,2,）,可以解决传统制药中原料来源的不足,。利用基因工程菌发酵生产就不需要从动物或人体上获取原料。（,3,）,降低生产成本,，减少生产人员和管理人员。,（四）用转基因动物作器官移植的供体,利用基因工程对猪的器官进行改造,方法：,将器官供体基因组导入,，,以抑制的,表达或设法除去,，再结合克隆技术，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官,某种调节因子,抗原决定基因,抗原决定基因,转基因生物有利的一面,改变传统的育种方式缩短育种时间。培育出高产优质、抗病虫害、抗旱、抗盐碱，抗除草剂等特性的作物新品种。,克服异源、远源杂交障碍。如可以把动物的基因，甚至人的基因组合到植物里去。,生产有利于健康和抗病的食品。,培育出符合人们意愿的动物新品种。,高考总复习,生物,有些转基因食物含的一些物质，可能会影响人体健康。,大量的转基因生物进入自然界后很可能会与野生物种进行杂交，产生一些超级生物，从而造成基因污染。,如有些作物插入抗虫基因，杀死环境中有益的生物。,基因工程的弊端,高考总复习,生物,小 结,基因工程的基本内容,基因操作,的基本步骤,基因操作,的工具,限制性内切酶,DNA,连接酶,运载体,目的基因与运载体结合,目的基因的检测和表达,将目的基因导入受体细胞,目的基因的提取,例题：为扩大可耕地面积，增加粮食产量，黄河