基因工程的原理和技術演示文稿

基因工程的原理和技術演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有59頁\編輯于星期五基因工程的原理和技術現(xiàn)在是2頁\一共有59頁\編輯于星期五補充：基因的結構基因的定義

遺傳效應是指能轉錄為mRNA，繼而翻譯為蛋白質，或轉錄為核糖體RNA、轉運RNA的功能。什么是遺傳效應？基因是有遺傳效應的DNA片段。是決定生物性狀的基本單位?，F(xiàn)在是3頁\一共有59頁\編輯于星期五染色體蛋白質DNA基因線性排列脫氧核苷酸磷酸基＋脫氧核糖＋含氮堿基遺傳物質的主要載體具有遺傳效應的DNA片段（DNA的基本單位）基因、DNA、染色體、脫氧核苷酸的關系現(xiàn)在是4頁\一共有59頁\編輯于星期五原核生物的基因結構編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)RNA聚合酶結合位點編碼區(qū)：能轉錄為相應的mRNA進而指導蛋白質的

合成。

非編碼區(qū)：不能轉錄為相應的mRNA但有調(diào)控遺傳

信息表達的核苷酸序列，位于編碼區(qū)的

上游和下游?，F(xiàn)在是5頁\一共有59頁\編輯于星期五區(qū)分：啟動子與起始密碼終止子與終止密碼起始密碼終止密碼啟動子終止子ATC基因轉錄區(qū)TAA轉錄ATC轉錄起始點翻譯起始點轉錄終止點RNA起點RNA終點現(xiàn)在是6頁\一共有59頁\編輯于星期五真核生物的基因結構編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)RNA聚合酶結合位點外顯子內(nèi)含子信使RNA成熟的信使RNA現(xiàn)在是7頁\一共有59頁\編輯于星期五1.簡述基因工程原理及基本操作程序。2.嘗試設計某一轉基因生物的研制過程。學習目標現(xiàn)在是8頁\一共有59頁\編輯于星期五基因操作的基本步驟提取目的基因目的基因與運載體結合(基因表達載體的構建)3.將目的基因導入受體細胞4.目的基因的檢測與鑒定現(xiàn)在是9頁\一共有59頁\編輯于星期五基因工程的操作步驟①目的基因的獲??；②表達載體的構建；③將目的基因導入受體細胞；④目的基因的檢測與鑒定。

基因工程的原理：“按照人們的愿望，進行嚴格的設計，通過體外DNA重組和轉基因等技術，賦予生物以新的遺傳特性，創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。如：抗蟲基因、抗病基因、人胰島素基因、人干擾素基因等溫故知新為什么要有這一步現(xiàn)在是10頁\一共有59頁\編輯于星期五基因工程的操作步驟第一步：獲取目的基因（1）目的基因：

主要是指編碼蛋白質的基因，例如，與生物抗逆性相關的基因、與優(yōu)良品質、生物藥物和保健品、毒物降解以及工業(yè)用酶相關的基因等，也可以是一些具有調(diào)控作用的因子。現(xiàn)在是11頁\一共有59頁\編輯于星期五基因工程的操作步驟第一步：獲取目的基因（2）現(xiàn)代獲取方法：①從基因文庫中獲取目的基因（目的基因的序列未知）②利用聚合酶鏈式反應(PCR)技術擴增目的基因

（目的基因的序列部分已知）③人工合成目的基因（目的基因的序列已知，基因較?。┏跏寄康幕虻膩碓磸纳镏兄苯荧@取人工合成現(xiàn)在是12頁\一共有59頁\編輯于星期五獲取目的基因方法①：從基因文庫中獲取目的基因基因文庫：將含有某種生物不同基因的許多DNA片段，導入受體菌的群體中儲存，各個受體菌分別含有這種生物的不同的基因，稱為基因文庫。基因文庫

基因組文庫cDNA文庫現(xiàn)在是13頁\一共有59頁\編輯于星期五某生物體內(nèi)全部DNA許多DNA片段受體菌群體限制酶與載體連接導入基因組文庫某種生物某個時期的mRNAcDNA反轉錄受體菌群體與載體連接導入部分基因文庫（cDNA文庫）現(xiàn)在是14頁\一共有59頁\編輯于星期五基因組文庫與cDNA文庫的比較文庫類型cDNA文庫基因組文庫文庫大小基因中有無啟動子基因中有無內(nèi)含子基因多少物種間的基因交流小大無無有有可以部分基因可以某種生物的部分基因某種生物的全部基因現(xiàn)在是15頁\一共有59頁\編輯于星期五如何從基因文庫中獲取目的基因？就像從圖書館借一本書，要知道書名、作者、出版社或人物情節(jié)等信息一樣獲取目的基因前，要對這個基因的背景有一定程度的了解，（如核苷酸序列、基因的功能、位置以及基因的表達產(chǎn)物的特性等）然后通過恰當?shù)募夹g手段將目的基因從基因文庫中調(diào)取出來。現(xiàn)在是16頁\一共有59頁\編輯于星期五獲取目的基因方法②：

利用PCR技術擴增目的基因全稱是：多聚酶鏈式反應，在生物體外復制特定DNA片段的核酸合成技術?？梢栽诙虝r間內(nèi)大量擴增的目的基因?，F(xiàn)在是17頁\一共有59頁\編輯于星期五DNA復制的過程涉及DNA雙鏈的方向。通常將DNA的羥基（-OH）末端稱為3’端，而磷酸基團的末端稱為5’端。5’端3’端3’端5’端現(xiàn)在是18頁\一共有59頁\編輯于星期五DNA復制的方向3’端5’端5’端3’端現(xiàn)在是19頁\一共有59頁\編輯于星期五 DNA聚合酶不能從頭開始合成DNA，只能從3’端延伸DNA鏈。因此，DNA復制需要引物。當引物與DNA母鏈通過堿基互補配對結合后，DNA聚合酶就能從引物的3’端開始延伸DNA鏈。DNA的合成方向總是從子鏈的5’端端向3’端端延伸3’5’3’5’3’5’3’5’3’5’3’5’3’5’3’5’現(xiàn)在是20頁\一共有59頁\編輯于星期五復習：DNA復制DNA復制的過程1.解旋:利用細胞提供的能量邊解旋、邊復制2.配對:分別以每條單鏈為模板,以四種游離的脫氧核苷酸為原料,利用堿基互補配對原則合成兩條新的子鏈3.螺旋：兩條子鏈分別與對應的模板鏈繞成螺旋型，構成兩個新的DNA分子DNA復制方式：半保留復制現(xiàn)在是21頁\一共有59頁\編輯于星期五思考：DNA復制需要哪些成分和反應條件？如何在體外設置一個類似的DNA復制環(huán)境？參與的組分在DNA復制中的作用解旋酶打開DNA雙鏈DNA母鏈（模板鏈）提供DNA復制的模板4種脫氧核糖核苷酸合成子鏈的原料DNA聚合酶催化合成DNA子鏈引物使DNA聚合酶能夠從3’端開始連接脫氧核苷酸現(xiàn)在是22頁\一共有59頁\編輯于星期五

DNA雙鏈復制的原理（遵循堿基互補配對原則）含待擴增目的基因片段的DNA模板；根據(jù)目的基因雙鏈各一端序列片段合成

與兩條模板鏈相結合的兩種引物；要有耐熱的DNA聚合酶（Taq酶）；四種單核苷酸（dCTP、dGTP、dATP、dTTP）?；緱l件：PCR技術依據(jù)的原理：DNA熱變性的原理前提條件：有一段已知目的基因的核苷酸序列現(xiàn)在是23頁\一共有59頁\編輯于星期五變性復性延伸55-60℃1.DNA變性：加熱至90-95℃，

DNA片段受熱后氫鍵斷裂，形成單鏈；2.復性：冷卻至55-60℃，引物結合到互補DNA鏈；3.延伸：加熱至70-75℃，耐熱的DNA聚合酶從引物起始引導互補鏈的合成。PCR第一輪過程：結果：使目的基因在短時間內(nèi)成百萬倍的擴增目的基因以指數(shù)方式擴增，即2n現(xiàn)在是24頁\一共有59頁\編輯于星期五獲取目的基因方法③DNA合成儀用化學方法直接人工合成根據(jù)已知的氨基酸序列推知DNA序列蛋白質的氨基酸序列mRNA的核苷酸序列結構基因的核苷酸序列目的基因前提條件：基因比較小，核苷酸序列已知設備：DNA合成儀現(xiàn)在是25頁\一共有59頁\編輯于星期五①目的基因的獲取；②表達載體的構建；③將目的基因導入受體細胞；④目的基因的檢測與鑒定。單獨的目的基因（DNA片段）是不能穩(wěn)定遺傳的。為了使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳給下一代，同時使目的基因能正常表達和發(fā)揮作用，必須構建表達載體。溫故知新為什么要有這一步基因工程操作步驟的必要性現(xiàn)在是26頁\一共有59頁\編輯于星期五第二步：基因表達載體的構建——基因工程的核心構建目的：使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在，并且可以以傳給下一代?；虮磉_載體的組成：

目的基因、啟動子、終止子、標記基因等現(xiàn)在是27頁\一共有59頁\編輯于星期五基因表達載體啟動子：位于基因的首端，是RNA聚合酶識別和結合的部位，有了它才能驅動基因轉錄出mRNA，最終獲得所需蛋白質。終止子：位于基因的尾端，使轉錄在所需要的地方停止下來。標記基因：為了鑒別受體細胞中是否含目的基因，從而篩選出來。

如：抗生素抗性基因目的基因標記基因現(xiàn)在是28頁\一共有59頁\編輯于星期五質粒DNA分子限制酶處理兩個切口獲得目的基因DNA連接酶重組DNA分子（重組質粒）同種一個切口兩個黏性末端為什么不能將目的基因直接導入受體細胞？通過cDNA文庫獲得的目的基因有啟動子和終止子嗎？在構建表達載體（重組DNA分子）過程中需要什么分子工具？只考慮兩兩結合，可產(chǎn)生幾種重組DNA分子？三種不能穩(wěn)定存在并表達。cDNA文庫的目的基因中沒有啟動子和終止子.現(xiàn)在是29頁\一共有59頁\編輯于星期五①目的基因的獲取；②表達載體的構建；③將目的基因導入受體細胞；④目的基因的檢測與鑒定。含有目的基因的表達載體只有進入受體細胞，并且維持穩(wěn)定和表達，才能實現(xiàn)一種生物的基因在另一種生物中的轉化。溫故知新為什么要有這一步基因工程操作步驟的必要性現(xiàn)在是30頁\一共有59頁\編輯于星期五第三步：將目的基因導入受體細胞轉化：目的基因進入受體細胞內(nèi)，并在受體細胞中維持穩(wěn)定和表達的過程，稱為轉化常用的受體細胞：動植物細胞和大腸桿菌、枯草桿菌、酵母菌等微生物。將目的基因導入受體細胞的原理借鑒細菌或病毒侵染細胞的途徑?！D化現(xiàn)在是31頁\一共有59頁\編輯于星期五農(nóng)桿菌特點：生活在土壤中，能夠在自然條件下感染

雙子葉植物和裸子植物，受植物體傷口處的細胞分泌的大量酚類化合物的吸引，農(nóng)桿菌中的Ti質粒上的T-DNA可轉移至受體細胞，并整合到受體細胞染色體的DNA上。1）將目的基因導入植物細胞a.農(nóng)桿菌轉化法（采用最多的方法）原理：將目的基因插入到Ti質粒的T-DNA上，通過農(nóng)桿菌轉化，使目的基因進入植物細胞，并將其插入到植物細胞染色體的DNA上。使目的基因的遺傳特性得以穩(wěn)定的維持和表達。優(yōu)點及應用：此法比較經(jīng)濟和有效，約80%的轉基因植物都是通過這種方法獲得。現(xiàn)在是32頁\一共有59頁\編輯于星期五我國科學家獨創(chuàng)的一種方法實例：我國的轉基因抗蟲棉（1）常用于單子葉植物

的基因轉化

（2）缺點：成本較高基因槍法花粉管通道法現(xiàn)在是33頁\一共有59頁\編輯于星期五2）將目的基因導入動物細胞提純基因表達載體體外顯微注射入受精卵經(jīng)胚胎早期培養(yǎng)后移植到雌性體內(nèi)受體細胞：顯微注射技術基本操作程序：原因是：受精卵全能性較高，可使外源基因在相應的組織細胞內(nèi)表達。受精卵最常用的方法:現(xiàn)在是34頁\一共有59頁\編輯于星期五1）早期基因工程為什么選用原核生物作為受體細胞？

原核生物繁殖快、多為單細胞、遺傳物質相對較少2）應用最為廣泛的受體細胞是大腸桿菌3）方法：

3）將目的基因導入微生物細胞a.用Ca2+處理細胞（以增加細菌細胞壁的通透性），使細胞處于一種能吸收周圍環(huán)境中DNA分子的生理狀態(tài)，這種細胞稱為感受態(tài)細胞；b.是將重組表達載體DNA分子溶于緩沖液中與感受態(tài)細胞混合，在一定的溫度下促進感受態(tài)細胞吸收DNA分子，完成轉化過程?，F(xiàn)在是35頁\一共有59頁\編輯于星期五思考4:利用大腸桿菌能生產(chǎn)人的糖蛋白嗎?有些蛋白質肽鏈上有共價結合的糖鏈,這些糖鏈是在內(nèi)質網(wǎng)和高爾基體上加工完成.大腸桿菌是原核生物,不存在這兩種細胞器,因此在大腸桿菌生產(chǎn)這種糖蛋白是不可能的.現(xiàn)在是36頁\一共有59頁\編輯于星期五1.將目的基因導入植物細胞農(nóng)桿菌轉化法基因槍法2.將目的基因導入動物細胞顯微注射技術（最多、最有效）3.將目的基因導入微生物細胞Ca2+處理花粉管通道法小結現(xiàn)在是37頁\一共有59頁\編輯于星期五基因工程操作步驟的必要性①目的基因的獲取；②表達載體的構建；③將目的基因導入受體細胞；④目的基因的檢測與鑒定。因為并不是所有受體細胞的DNA都接納了目的基因、也并不是所有插入的目的基因都能正確表達，因此需要篩選。只有通過檢測和鑒定，才能得知目的基因是否

能夠在受體細胞中穩(wěn)定存在和正確表達。溫故知新為什么要有這一步現(xiàn)在是38頁\一共有59頁\編輯于星期五現(xiàn)在是39頁\一共有59頁\編輯于星期五第四步：目的基因的檢測和鑒定①檢測轉基因生物的染色體DNA上是否插入了目的基因——DNA分子雜交現(xiàn)在是40頁\一共有59頁\編輯于星期五DNA分子雜交技術【小組交流】閱讀教材14頁，討論什么是DNA分子探針？

檢測時探針通過什么原理來檢測目的基因？現(xiàn)在是41頁\一共有59頁\編輯于星期五

探針是一小段單鏈DNA或者RNA片段（約20到500bp），用于檢測與其互補的核酸序列。

根據(jù)重組質粒上目的基因的部分DNA序列，人工合成（或PCR技術合成）與之互補的一小段單鏈DNA（或RNA),利用帶有32P-磷酸的dATP使其標記上放射性同位素，這一小段與目的基因的部分序列互補的核酸分子稱為DNA探針。

什么是DNA分子探針？DNA分子雜交技術

互補堿基序列的DNA分子，可以通過堿基對之間形成氫鍵等，形成穩(wěn)定的雙鏈區(qū)。DNA分子雜交的雙方是所使用的探針和要檢測的核酸DNA分子雜交的理論基礎是：現(xiàn)在是42頁\一共有59頁\編輯于星期五基因探針與目的基因雜交，觀察標記有無雜交帶現(xiàn)在是43頁\一共有59頁\編輯于星期五

將標記的核酸探針與細胞或組織中的核酸進行雜交現(xiàn)在是44頁\一共有59頁\編輯于星期五

不能，受體細胞必須合成相應的蛋白質或表現(xiàn)出特定的性狀，才能說明目的基因完成了表達。受體細胞攝入DNA分子后就說明目的基因完成了表達嗎？若不能表達，要對抗蟲基因再進行修飾。現(xiàn)在是45頁\一共有59頁\編輯于星期五第四步：目的基因的檢測和鑒定①檢測轉基因生物的染色體DNA上是否插入了目的基因②檢測目的基因是否轉錄出了mRNA③檢測目的基因是否翻譯成蛋白質——DNA分子雜交——分子雜交——抗原—抗體雜交分子水平檢測現(xiàn)在是46頁\一共有59頁\編輯于星期五抗原—抗體雜交從轉基因生物中提取蛋白質，用相應的抗體進行抗原——抗體雜交，若有雜交帶出現(xiàn)，表明目的基因已形成蛋白質產(chǎn)品?，F(xiàn)在是47頁\一共有59頁\編輯于星期五以上檢測是分子水平，有時還需進行個體生物學水平的鑒定，如對植物的抗蟲抗病特性的鑒定等?，F(xiàn)在是48頁\一共有59頁\編輯于星期五第四步：目的基因的檢測和鑒定①檢測轉基因生物的染色體DNA上是否插入了目的基因②檢測目的基因是否轉錄出了mRNA③檢測目的基因是否翻譯成蛋白質④是否賦予個體新的遺傳特性——DNA分子雜交——分子雜交——抗原—抗體雜交分子水平檢測個體水平鑒定現(xiàn)在是49頁\一共有59頁\編輯于星期五基因工程的基本操作程序1、目的基因的獲取2、形成重組DNA分子；3、將目的基因導入受體細胞4、篩選含有目的基因的受體細胞、

目的基因表達1、從基因文庫中獲取目的基因2、利用PCR技術擴增目的基因3、化學方法人工合成農(nóng)桿菌轉化法、基因槍法、顯微注射法、Ca2+處理法DNA分子雜交技術、抗原—抗體雜交技術分子檢測外的個體水平鑒定小結現(xiàn)在是50頁\一共有59頁\編輯于星期五現(xiàn)在是51頁\一共有59頁\編輯于星期五將目的基因插人土壤農(nóng)桿菌的質粒，構建表達載體，通過農(nóng)桿菌的轉化導人香蕉受體細胞，成功轉化的香蕉細胞通過組織培養(yǎng)形成植株。生態(tài)安全問題包括：①外源基因擴散到其他物種（外源基因漂移）；②轉基因植株擴散影響生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能；③轉基因植株擴散對生物多樣性的影響；④轉基因植物殘體或分泌物對環(huán)境的影響。如何利用目的基因，通過轉基因技術獲得抗寒能力提高的香蕉植株？在運用轉基因香蕉的過程中，在生態(tài)安全方面可能會出現(xiàn)什么問題？（列舉兩點）現(xiàn)在是52頁\一共有59頁\編輯于星期五cDNA成熟的編碼蛋白的mRNA分子加入逆轉錄酶，反轉錄mRNA，合成一條與其互補的DNA單鏈分子在DNA聚合酶的作用下，以第一條DNA單鏈為模板合成第二條單鏈現(xiàn)在是53頁\一共有59頁\編輯于星期五知識擴展——基因的結構真核生物基因結構原核生物基因結構現(xiàn)在是54頁