基因工程及其應(yīng)用課件

1、第二節(jié) 基因工程及其應(yīng)用 基因工程又叫做基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)。通俗的說，就是按照人們的意愿，把一種生物的某種基因提取出來，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細(xì)胞里，定向地改造生物的性狀。 基因工程的概念原 理：操作水平：結(jié) 果：基因重組DNA分子水平定向地改造生物的遺傳性狀，獲得人類所需要的品種。識別雙鏈DNA 分子的某種特定的核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開。主要是從原核生物中分離純化出來的一種酶。能將外來的DNA切斷，由于這種切割作用是在DNA分子內(nèi)部進(jìn)行的，故名限制性核酸內(nèi)切酶。4000種。 1、來源： 2、種類：3、作用：4、結(jié)果：形成兩種末

2、端一、 “分子手術(shù)刀” 限制性核酸內(nèi)切酶黏性末端平末端基因操作的工具黏性末端 當(dāng)限制酶從識別序列的中心軸線兩側(cè)切開時，被限制酶切開的DNA兩條單鏈的切口，帶有幾個伸出的核苷酸，他們之間正好互補(bǔ)配對，這樣的切口叫黏性末端。平末端 當(dāng)限制酶從識別序列的中心軸線處切開時，切開的DNA兩條單鏈的切口，是平整的，這樣的切口叫平末端。2、基因的針線DNA連接酶 DNA連接酶可把黏性末端之間的縫隙“縫合”起來，即把梯子兩邊扶手的斷口連接起來，這樣一個重組的DNA分子就形成了。磷酸二酯鍵 DNA連接酶 DNA聚合酶連接DNA鏈連接部位是否需要模版雙鏈單鏈在兩DNA片段之間形成磷酸二酯鍵將單個核苷酸加到已存在的

3、核酸片段的3末端的羥基上，形成磷酸二酯鍵不需要需要限制酶：磷酸二酯鍵解旋酶：氫鍵 限制酶切割后有兩種不同的結(jié)果，一種產(chǎn)生黏性末端，一種產(chǎn)生平末端。那么恢復(fù)它們的連接時，所用DNA連接酶是否可以不加選擇？E.coliDNA連接酶：連接黏性末端T4DNA連接酶：連接黏性末端和平末端 1.能夠在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制并穩(wěn)定保存； 2.具有多個限制酶切位點以便與外源基因相連； 3.具有標(biāo)記基因，便于進(jìn)行篩選 4、對受體細(xì)胞無害常用的運載體：質(zhì)粒、噬菌體和動植物病毒作為載體的必要條件3、基因的運輸工具運載體能復(fù)制并帶著插入的目的基因一起復(fù)制有切割位點有標(biāo)記基因的存在，將來可用含青霉素的培養(yǎng)基鑒別。 質(zhì)粒是存在于

4、細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)中獨立于染色體而自主復(fù)制的環(huán)狀雙鏈DNA分子。右圖是一個已插入外源DNA片段的重組Ti質(zhì)粒載體結(jié)構(gòu)模式圖，請?zhí)畛鰳?biāo)號所示結(jié)構(gòu)的名稱： .T-DNA標(biāo)記基因復(fù)制原點T-DNA:存在位置：作用：可以從農(nóng)桿菌中轉(zhuǎn)移并穩(wěn)定整合到植物核基因組中轉(zhuǎn)移DNA 土壤農(nóng)桿菌質(zhì)粒(Ti質(zhì)粒)上的一段DNA 三、 目的基因是人們所需要轉(zhuǎn)移或改造的基因。 如蘇云金芽孢桿菌的抗蟲基因，還有植物的抗?。共《?、抗細(xì)菌）基因、種子貯藏蛋白的基因，以及人的胰島素基因、干擾素基因等。 1）從基因文庫中獲取目的基因獲得目的基因的方法2）利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因未知目的基因的核苷酸序列 已知目的基因的核苷酸序列 3）人

5、工合成且基因比較小 且基因比較大 1、 概念：PCR全稱為_，是一項 在生物_復(fù)制_的核酸合成技術(shù) 通過這項技術(shù)可在短時間內(nèi)大量擴(kuò)增目的基因 因為整個過程是在體外進(jìn)行，所以又叫做體外DNA擴(kuò)增技術(shù)。聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)體外特定DNA片段2、原理：DNA復(fù)制 利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因已知目的基因的核苷酸序列3、前提：四種脫氧核苷酸(dNTP) 一對引物：熱穩(wěn)定DNA聚合酶(Taq酶）模板DNA( 需含有目的基因 ) 4、條件：一小段單鏈DNA或RNA，一般2030個堿基，能與DNA母鏈的一段堿基序列互補(bǔ)配對。溫度控制5、方式和結(jié)果：以_方式擴(kuò)增，即_（n為擴(kuò)增循環(huán)的次數(shù)），使目的基因的片段在短時間內(nèi)

6、大量地擴(kuò)增指數(shù)2n擴(kuò)增過程a、DNA變性（90-95）：雙鏈DNA模板 在熱作用下， 斷裂，形成_ b、復(fù)性（55-60）：系統(tǒng)溫度降低，引物 與DNA模板結(jié)合，形成局部_。 c、延伸（70-75）：在Taq酶的作用下，從 引物的5端3端延伸，合成與模板互補(bǔ) 的_。 氫鍵單鏈DNA雙鏈DNA鏈利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因PCR技術(shù)DNA復(fù)制相同點原理原料條件不同點解旋方式場所酶結(jié)果堿基互補(bǔ)配對四種脫氧核苷酸 模板、能量、酶DNA在高溫下變性解旋解旋酶催化體外復(fù)制細(xì)胞核內(nèi)熱穩(wěn)定的DNA聚合酶細(xì)胞內(nèi)的DNA聚合酶大量的DNA片段形成整個DNA分子 用相同的限制酶切割質(zhì)粒和目的基因，使其產(chǎn)生相同的黏性

7、末端。 基因表達(dá)載體的組成：c 、目的基因b、啟動子d 、終止子e、標(biāo)記基因a、復(fù)制原點啟動子：位于基因的首端的一段特殊的DNA片斷，它是RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位，有了它才能驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄出mRNA，最終獲得蛋白質(zhì)。終止子：位于基因的尾端的一段特殊的DNA片斷，能終止mRNA的轉(zhuǎn)錄。方法導(dǎo)入植物細(xì)胞導(dǎo)入動物細(xì)胞導(dǎo)入微生物細(xì)胞農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法基因槍法花粉管通道法顯微注射法 感受態(tài)細(xì)胞吸收DNA分子分子檢測個體鑒定：檢測轉(zhuǎn)基因生物染色體的DNA 上是否插入了目的基因檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)抗蟲鑒定、抗病鑒定、活性鑒定等方法方法方法DNA分子雜交分子雜交抗原-抗體雜

8、交DNA附著在膜上硝化纖維素加探針報告基因（含熒光素分子）變性DNA雜交（如檢測SARS病毒等）abcd如果顯示出雜交帶，就表明待測樣品含有目的基因或目的基因已經(jīng)轉(zhuǎn)錄。四、基因工程的應(yīng)用一、基因工程與作物育種轉(zhuǎn)螢火蟲發(fā)光基因兔轉(zhuǎn)大鼠生長素基因超級小鼠生長快、肉質(zhì)好的轉(zhuǎn)基因魚(中國)乳汁中含有人生長激素的轉(zhuǎn)基因牛(阿根廷)導(dǎo)入人基因具特殊用途的豬和小鼠特殊動物 圖為2001年12月底出生的5只可愛的轉(zhuǎn)基因克隆小豬。據(jù)培育者英國PPL醫(yī)療公司稱，這些轉(zhuǎn)基因小豬將為研究和“生產(chǎn)”適用于人體移植手術(shù)使用的動物器官提供巨大的幫助。 一,日本三得利公司利用移植的基因和三色紫羅蘭中的藍(lán)色色素合成培植出了世界

9、上第一株藍(lán)色玫瑰。 三得利公司從藍(lán)色三葉草中提取制造藍(lán)色色素的基因，然后注入到玫瑰中，使玫瑰的基因重組。以新開發(fā)玫瑰為雜交母體，有望使玫瑰的花色更加絢麗多彩。轉(zhuǎn)基因龍膽花色奇異轉(zhuǎn)基因藍(lán)豬耳改變花色轉(zhuǎn)基因牽?；ǜ淖兞嘶ㄉ?、基因工程與藥物研制我國生產(chǎn)的部分基因工程疫苗和藥物許多藥品的生產(chǎn)是從生物組織中提取的。受材料來源限制產(chǎn)量有限，其價格往往十分昂貴。微生物生長迅速，容易控制，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。若將生物合成相應(yīng)藥物成分的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞內(nèi)，讓它們產(chǎn)生相應(yīng)的藥物，不但能解決產(chǎn)量問題，還能大大降低生產(chǎn)成本。胰島素從豬、牛等動物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰島素，其產(chǎn)量之低和價

10、格之高可想而知。將合成的胰島素基因?qū)氪竽c桿菌，每2000L培養(yǎng)液就能產(chǎn)生100g胰島素！使其價格降低了30%-50%!從人血中提取干擾素，300L血才提取1mg！通過基因工程的方式創(chuàng)造了能合成人干擾素的大腸桿菌，每1Kg的培養(yǎng)液可提取2040mg干擾素人造血液及其生產(chǎn)運用基因工程設(shè)計制造的“DNA探針”檢測肝炎病毒等病毒感染及遺傳缺陷，不但準(zhǔn)確而且迅速。通過基因工程給患有遺傳病的人體內(nèi)導(dǎo)入正?；蚩伞耙淮涡浴苯獬∪说募部?。3、基因工程與環(huán)境保護(hù) 環(huán)境監(jiān)測：基因工程做成的DNA探針能夠十分靈敏地檢測環(huán)境中的病毒、細(xì)菌等污染。1t水中只有10個病毒也能被DNA探針檢測出來利用基因工程培育的“指示生物”能十分靈敏地反映環(huán)境污染的情況，卻不易因環(huán)境污染而大量死亡，甚至還可以吸收和轉(zhuǎn)化污染物。 環(huán)境污染治理：基因工程做成的“超級細(xì)菌”能吞食和分解多種污染環(huán)境的物質(zhì)。通