基因工程的原理課件

第一節(jié)基因工程的原理乳汁中含有人生長激素的轉基因牛(阿根廷)基因工程的概念基因工程的別名基因拼接技術或DNA重組技術操作環(huán)境操作對象操作水平基本過程結果

基因工程是指按照人們的愿望，將一種生物的基因在體外剪切，并與特殊的運載工具進行拼接，然后導入另一種生物體內進行擴增，并使之表達產生所需蛋白質的技術。定向的改造生物的遺傳性狀。DNA重組技術或基因拼接技術生物體外基因DNA分子水平剪切→拼接→導入→表達定向的改造了生物的性狀_________________的培育成功，宣告了基因工程的誕生。雙重抗性大腸桿菌轉基因抗蟲棉抗蟲棉普通棉一、基因手術刀：限制性內切酶二、基因縫紉針：DNA連接酶三、基因運輸車：載體探究1：基因工程的基本工具是什么？（1）識別特定的脫氧核苷酸序列（回文序列）；（2）并在特異性位點把雙鏈DNA分子“切割”開。主要從原核生物中分離純化一、基因手術刀：限制性內切酶1、來源：2、功能：3、酶切結果：形成黏性末端。4、作用實質：特定部位的磷酸二酯鍵（酶切位點）斷開

EcoRⅠ黏性末端黏性末端識別特定的脫氧核苷酸序列的特點：中軸線兩側的堿基反向對稱重復排列的回文序列。切割的位點：G、A之間斷裂的化學鍵是：磷酸二酯鍵AB限制酶作用是A處還是B處？A處T1234512345A思考：某DNA分子被限制性內切酶Ⅰ切后形成1個DNA片段，有1000個堿基對，該DNA分子若被限制性內切酶Ⅱ切后形成2個DNA片段，分別有600個堿基對和400個堿基對，若該DNA分子同時被限制性內切酶Ⅰ和Ⅱ切割后形成2種DNA片段，分別有600個堿基對和200個堿基對。問：該DNA分子有何特點？限制性內切酶Ⅰ有幾個酶切位點？限制性內切酶Ⅱ有幾個酶切位點？該DNA為環(huán)狀1個2個GAATTCCTTAAGGAATTCCTTAAGGAATTCCTTAAGGAATTCCTTAAGGCTTAAAATTCG雙鏈斷開不同來源的DNA片段結合可把黏性末端之間的縫隙“縫合”起來，E·coliDNA連接酶或T4DNA連接酶即恢復被限制酶切開的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵GCTTAAAATTCGGCTTAAAATTCG二、基因縫紉針：DNA連接酶GCTTAAAATTCG二、基因縫紉針：DNA連接酶DNA連接酶與DNA聚合酶比較DNA聚合酶DNA連接酶相同不同作用對象模板形成磷酸二酯鍵單個脫氧核苷酸DNA片斷需要不需要（1）能夠在宿主細胞中復制并穩(wěn)定地保存；（2）具有多個限制酶切點，以便與外源基因連接；（3）具有某些標記基因，便于進篩選運載體是否進入受體細胞。（如熒光蛋白基因、抗四環(huán)素基因、抗氨芐青霉素基因）（4）對受體細胞無害質粒，λ噬菌體的衍生物，動植物病毒等三、基因運輸車：載體2、載體必須具備的條件：1、常用的載體有：常用的載體：質粒能復制并帶著插入的目的基因一起復制有限制性內切酶切割位點有標記基因的存在，可用含氨芐青霉素的培養(yǎng)基鑒別1、關于限制酶的說法中，正確的是（）A、限制酶是一種酶，只識別GAATTC堿基序列B、EcoRI切割的是G—A之間的氫鍵C．限制酶一般不切割自身的DNA分子，只切割外源DNAD．限制酶只存在于原核生物中課堂鞏固2、DNA連接酶催化的反應是()A．DNA復制時母鏈與子鏈之間形成氫鍵B．黏性末端堿基之間形成氫鍵C．兩個DNA片段黏性末端之間的縫隙的連接D．A、B、C都不正確3、作為基因的運輸工具——載體，必須具備的條件及理由是()A、能夠在宿主細胞中穩(wěn)定地保存下來并大量復制，以便提供大量的目的基因B、具有多個限制酶切點，以便于目的基因的表達C．具有某些標記基因，以便為目的基因的表達提供條件D、能夠在宿主細胞中復制并穩(wěn)定保存，以便于進行篩選4、質粒是基因工程最常見的載體，它的主要特點是()①能自主復制 ②不能自主復制 ③結構很小 ④是蛋白質 ⑤是環(huán)狀RNA ⑥是環(huán)狀DNA ⑦能“友好”地“借居”A、①③⑤⑦B、②④⑥C．①③⑥⑦D．②③⑥⑦（1）識別_____的脫氧核苷酸序列；（2）并在___________把雙鏈DNA分子“切割”開。切開的化學鍵為___________，形成___________。主要從_____生物中分離純化

一、基因手術刀：__________1、來源：2、功能：

二、基因縫紉針：_________1、功能：恢復被限制性內切酶切開了的__________。2、DNA連接酶與DNA聚合酶比較有何異同？三、基因運輸車：_______2、載體必須具備的條件？1、常用的載體有：________溫故知新原核特定回文特異性位點磷酸二酯鍵限制性內切酶DNA連接酶載體磷酸二酯鍵質粒黏性末端下圖為DNA分子的切割和連接過程。(1)EcoRI是一種

酶，其識別序列是

，切割位點是

與

之間的

鍵。切割結果產生的DNA片段末端形式為

。(2)不同來源DNA片段結合，在這里需要的酶應是

，此酶的作用是在

與

之間形成

鍵，而起“縫合”作用的。限制性內切GAATTC鳥嘌呤脫氧核苷酸

腺嘌呤脫氧核苷酸

磷酸二酯黏性末端DNA連接酶鳥嘌呤脫氧核苷酸

腺嘌呤脫氧核苷酸

磷酸二酯①分離程序：用限制性內切酶將完整的DNA分子切成適當長度的片段，然后通過檢測的方法挑選出所需要的基因。用限制酶切斷成許多片段a.鳥槍法(散彈射擊法）核酸探針：是用放射性同位素或其它標記物標記的核酸單鏈，具有非常特意的核苷酸序列，能與DNA互補鏈結合，可用于特定的基因檢測。②檢測方法：應用核酸探針③擴增：用PCR儀擴增b.反轉錄法c.化學合成法雙鏈DNA(即目的基因)合成單鏈DNA(cDNA)目的基因的mRNA逆轉錄酶mRNA的核苷酸序列蛋白質的氨基酸序列結構基因的核苷酸序列化學合成推測推測目的基因質粒目的基因限制酶DNA連接酶重組DNA二、重組載體的構建基因表達載體的構建——核心質粒DNA分子一個切口兩個黏性末端兩個切口獲得目的基因DNA連接酶重組DNA分子（重組質粒）同一種限制酶目的基因與運載體的結合過程，實際上是不同來源的基因重組的過程。二、重組載體的構建二、重組載體的構建基因表達載體的組成：b、目的基因a、啟動子c、終止子d、標記基因e、復制原點1、1997年，科學家將動物體內的能夠合成胰島素的基因與大腸桿菌的DNA分子重組，并且在大腸桿菌中表達成功。請據(jù)右下圖回答問題。(1)此圖表示的是采取__________合成基因的方法獲取__________基因的過程。(2)圖中①DNA是以為_________模板，形成單鏈DNA，在酶的作用下合成雙鏈DNA，從而獲得了所需要的目的基因。(3)圖中③代表

，它往往含

基因，以便對目的基因的檢測。人工目的

信使RNA

重組DNA分子

標記

受體細胞導入方法微生物細胞Ca處理法動物受精卵顯微注射法植物體細胞農桿菌轉化法、基因槍法植物受精卵花粉管通道法、基因槍法轉化——目的基因導入_________內，并且在受體細胞內維持_____和_____的過程受體細胞穩(wěn)定表達三、重組載體的導入和篩選2+

大腸桿菌細胞最常用的轉化方法是:（1）將細菌用CaCl2處理，以增大細菌細胞壁的通透性。（2）使含有目的基因的重組質粒進入受體細胞。（3）目的基因在受體細胞內，隨其繁殖而復制，由于細菌繁殖的速度非常快，在很短的時間內就能獲得大量的目的基因。

農桿菌介轉化法（導入植物體細胞）花粉管通道法（導入植物受精卵）顯微注射法（導入動物受精卵）篩選出獲得目的基因的重組細胞四環(huán)素抗性基因氨芐青霉素抗性基因通過轉化，有的細胞可能導入了重組載體，利用選擇性培養(yǎng)基就可以把它們篩選出來。1、基因表達基因表達指基因組中某基因在細胞中轉錄為mRNA和翻譯成蛋白質的過程?；虮磉_的改變預示著細胞在分子水平上的變化。它往往是細胞形態(tài)功能變化之前的變化。DNARNAProtein轉錄翻譯四、目的基因的表達和鑒定基因工程成功的標志：目的基因表達，進而產生相應的性狀——檢查是否成功四、目的基因的表達和鑒定從蘇云金芽苞桿菌中提取抗蟲基因從土壤農桿菌中提取帶有選擇性標記的質粒同一種限制酶處理抗蟲基因與質粒結合形成重組質粒將重組質粒導入土壤農桿菌(農桿菌轉化法導入)篩選將土壤農桿菌與棉花細胞混合培養(yǎng)侵染重組質粒將抗蟲基因導入棉花細胞并整合到棉花的DNA上植物組織培養(yǎng)獲得抗蟲棉抗蟲棉的培育流程圖基因工程的基本原理概念圖下圖為利用生物技術獲得動物乳腺反應器和抗蟲棉的過程，據(jù)圖回答：⑴在基因工程中，A表示

，如果直接從蘇云金桿菌中獲得抗蟲基因，①過程使用的酶區(qū)別于其他酶的特點是

，B表示

。

⑵在研究過程中，研究人員首先從相關基因組中獲取了目的基因，并采用

技術對目的基因進行了擴增，然后將目的基因與質粒等載體組合形成了重組載體。在重組載體的構建過程中需要的工具酶

。

目的基因識別特定的核苷酸序列，并且在特定的位點上切割DNA分子重組DNA

PCR

限制性內切酶、DNA連接酶

⑶基因表達載體的構建是基因工程的核心，一個完整的基因表達載體至少包括哪些部分?

。

⑷將目的基因導入受體細胞的過程中，在③過程中一般是采用

方法，在②過程中一般采用

方法，受體細胞一般是

。

⑸由于轉基因表達產物存在于山羊的乳汁中，檢測其體內是否出現(xiàn)藥用蛋白，在分子水平上的檢測方法及結果是什么?

。

⑹要確定目的的基因（抗蟲基因）導入棉花細胞后，是否能穩(wěn)定遺傳并表達，需進行檢測和鑒定工作，請寫出在個體水平上的鑒定過程：

。目的基因、啟動子、終止子、標記基因等部分

農桿菌轉化法顯微注射技術受精卵

進行抗原—抗體雜交

如果出現(xiàn)雜交帶，表明奶牛中出現(xiàn)了抗原蛋白；不出現(xiàn)雜交帶，表明奶牛中未出現(xiàn)抗原蛋白讓害蟲吞食棉花葉，觀察害蟲是否具有抗蟲性狀1.下表關于基因工程中有關基因操作的名詞及對應的內容，正確的組合是 2、下列屬于獲取目的基因的方法的是()①利用mRNA反轉錄形成②從基因組文庫中提?、蹚氖荏w細胞中提?、芾肞CR技術⑤利用DNA轉錄 ⑥人工合成A.①②③⑤B.①②⑤⑥C.①②③④D.①②④⑥3.細菌的質粒分子帶有一個抗菌素抗性基因，該抗性基因在基因工程中的主要作用是

A．提高受體細胞在自然環(huán)境中的耐藥性B．有利于對目的基因是否導入進行檢測C．增加質粒分子的分子量D．便于與外源基