《基因工程简介》PPT课件.ppt

基因工程简介,基因工程的基本内容,一、基因工程（基因拼接技术或DNA重组技术）,2、原理：基因重组,3、研究水平：分子水平,1、概念,在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物的方法。它能定向改造生物的遗传性状。,苏云金芽孢杆菌能产生一种蛋白质，使棉花害虫-棉铃虫致死。,经过多年的努力，科学家于20世纪70年代创立了可以定向改造生物的新技术基因工程。,将苏云金芽孢杆菌抗虫基因移植到棉花的细胞中，使棉花具有抗虫害的作用。,将抗虫基因移植到棉花的细胞中，使棉花具有抗虫害的作用。假如你作为一名研究者来完成这一项工作，那么你会遇到哪些困难或需要解决哪些问题呢？,1、如何将抗虫基因从苏云金芽孢杆菌的DNA上切割下来？2、如何将抗虫基因送入棉花细胞中？,想一想,基因工程的基本内容,一、基因工程的概念,原理：基因重组,研究水平：分子水平,二、基因操作的工具,1、基因的剪刀限制性内切酶,G A A T T C,C T T A A G,例如：从大肠杆菌中发现的一种限制性内切酶,黏性末端,基因工程的基本内容,一、基因工程的概念,原理：基因重组,研究水平：分子水平,二、基因操作的工具,1、基因的剪刀限制性内切酶,各种限制酶能识别和切割不同的序列，即具有专一性,基因工程的基本内容,一、基因工程的概念,原理：基因重组,研究水平：分子水平,二、基因操作的工具,1、基因的剪刀限制性内切酶,具有专一性,2、基因的针线DNA连接酶,思考：DNA连接酶催化的是DNA结构中的哪根化学键？,基因工程的基本内容,一、基因工程的概念,原理：基因重组,研究水平：分子水平,二、基因操作的工具,1、基因的剪刀限制性内切酶,具有专一性,2、基因的针线DNA连接酶,使前一个脱氧核苷酸链的脱氧核糖和下一个脱氧核苷酸链的磷酸连接起来,基因工程的基本内容,一、基因工程的概念,原理：基因重组,研究水平：分子水平,二、基因操作的工具,1、基因的剪刀限制性内切酶,具有专一性,2、基因的针线DNA连接酶,3、基因的运输工具运载体,例：大肠杆菌的质粒,大肠杆菌的质粒，其中含有抗药基因，如四环素的标记基因。质粒的存在与否对宿主细胞生存没有决定性作用，但复制只能在宿主细胞内成。,基因工程的基本内容,一、基因工程的概念,原理：基因重组,研究水平：分子水平,二、基因操作的工具,1、基因的剪刀限制性内切酶,具有专一性,2、基因的针线DNA连接酶,3、基因的运输工具运载体,运载体必须具备的特点,能够在宿主细胞中复制并稳定地保存。具有多个限制酶切点。具有某些标记基因。,1）质粒 2）噬菌体和动植物病毒,常用的运载体主要有,思考？,1、只有原核生物才具有质粒吗？2、质粒都是环状DNA分子，对不？,基因工程的基本内容,一、基因工程的概念,二、基因操作的工具,三、基因操作的基本步骤,1、提取目的基因,（1）从供体细胞的DNA中直接分离基因,（2）人工合成基因,获取真核细胞的目的基因一般用人工合成基因的方法,直接分离基因最常用的方法鸟枪法,鸟枪法（散弹射击法）：用限制酶将供体细胞中的DNA切成许多片段，将这些片段分别载入运载体，然后通过运载体分别转入不同的受体细胞，让供体细胞提供的外源DNA的所有片段分别在各个受体细胞中大量复制（即扩增），从中找出含有目的基因的细胞，再利用一定发方法将目的基因的DNA片段分离出来。,人工合成基因,1）反转录法：以目的基因转录成的信使RNA为模板，反转录成互补的单链DNA，然后在酶的作用下合成双链DNA，从而获得所需的基因。,目的基因的mRNA,单链DNA(cDNA),双链DNA(即目的基因),反转录,合成,人工合成基因,2）根据已知的氨基酸序列合成DNA法：,蛋白质的氨基酸序列,mRNA的核苷酸序列,结构基因的核苷酸序列,推测,推测,目的基因,化学合成,上述三种目的基因提取的方法有何优缺点？,操作简便广泛使用,工作量大，盲目，分离出来的有时并非一个基因,专一性强,操作过程麻烦，mRNA很不稳定，要求的技术条件较高,专一性最强,仅限于合成核苷酸对较少的简单基因,提取目的基因的新技术,1）DNA合成仪：,基因比较小，核苷酸序列又已知，可通过DNA合成仪直接合成,使目的基因的片段在短时间内成百万倍地扩增。,2）PCR技术,基因工程的基本内容,一、基因工程的概念,二、基因操作的工具,三、基因操作的基本步骤,1、提取目的基因,2、目的基因与运载体重组,目的基因与运载体重组,1）用一定的限制酶切割质粒，使其出现一个切口，露出黏性末端。2）用同一种限制酶切断目的基因，使其产生相同的黏性末端。3）将切下的目的基因片段插入质粒的切口处，再加入适量DNA连接酶，形成了一个重组DNA分子（重组质粒）,目的基因与运载体的结合过程，实际上是不同来源的基因重组的过程。,思 考？目的基因与运载体重组这一步骤的结果可能有哪几种情况？,1、目的基因与目的基因结合；2、质粒与质粒结合；3、目的基因与质粒结合。,基因工程的基本内容,一、基因工程的概念,二、基因操作的工具,三、基因操作的基本步骤,1、提取目的基因,2、目的基因与运载体重组,3、将目的基因导入受体细胞,将目的基因导入受体细胞,导入的原理：借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径,导入过程：以受体细胞是细菌为例,受体细胞：细菌,CaCl2,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,将目的基因导入受体细胞,将受体细胞进行扩增,（三）目的基因导入受体细胞,方法：物理：基因枪、显微注射、电激等化学：氯化钙等（增大细菌细胞壁的通透性）生物：病毒感染、质粒转化等,基因工程的基本内容,一、基因工程的概念,二、基因操作的工具,三、基因操作的基本步骤,1、提取目的基因,2、目的基因与运载体重组,3、将目的基因导入受体细胞,4、目的基因的检测和表达,目的基因的检测与表达,检测：表达：,通过检测标记基因的有无来判断目的基因是否导入。,通过特定性状的产生与否来确定目的基因是否表达。,目的基因的检测和表达,细菌的检测，将每个受体细胞单独培养形成菌落，检测菌落中是否有目的基因的表达产物。淘汰无表达产物的菌落，保留有表达产物的进一步培养、研究。,多细胞生物的检测，将每个受体细胞单独培养并诱导发育成完整个体，检测这些个体是否摄入目的基因，摄入的基因是否表达（是否表现出相应的性状）。淘汰无变化的个体，保留有相应变化的个体进一步培养、研究。,例：用棉铃饲喂棉铃虫，如虫吃后不出现中毒症状，说明未摄入目的基因或摄入目的基因未表达。如虫吃后中毒死亡，则说明摄入了抗虫基因并得到表达。,基因工程的成果与发展前景,1、基因工程与医药卫生（1）生产基因工程药品,胰岛素是治疗糖尿病的特效药，长期以来只能依靠从猪、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！大规模工业化生产不但解决了这种比黄金还贵的药品产量问题，还使其价格降低了30%-50%!,干扰素治疗病毒感染简直是“万能灵药”！过去从人血中提取，300L血才提取1mg！其“珍贵”程度自不用多说。,基因工程的成果与发展前景,1、基因工程与医药卫生（1）生产基因工程药品（2）用于基因诊断与基因治疗,基因诊断,标记的“DNA探针”单链和被诊断的DNA单链混合在一起，观察是否出现杂交带。,1、基因诊断的工具,标记的DNA探针,2、基因诊断的原理,DNA分子杂交原理,3、基因诊断的过程,基因治疗 治疗遗传病的最有效手段,1990年9月，美国对一名患有严重腺苷酸脱氨酶基因的女童进行了基因治疗。研究人员将腺苷酸脱氨酶基因转入到取自患者的淋巴细胞中，使淋巴细胞能够产生腺苷酸脱氨酶，然后，再将这种淋巴细胞转入到患者体内。半年后，在血液中检测出了被改造的淋巴细胞，女童体内产生的腺苷酸脱氨酶也越来越多，免疫能力显著改善。基因治疗目前都处于初期的临床试验阶段。,基因工程的成果与发展前景,1、基因工程与医药卫生（1）生产基因工程药品（2）用于基因诊断与基因治疗,2、基因工程与农牧业、食品工业,基因工程与农牧业、食品工业,运用基因工程技术，不但可以培养优质、高产、抗性好的农作物及畜、禽新品种，还可以培养出具有特殊用途的动、植物。,生长快、耐不良环境、肉质好的转基因鱼(中国),乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷),转黄瓜抗青枯病基因的甜椒,转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯,不会引起过敏的转基因大豆,导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠,导入人基因具特殊用途的猪和小鼠,超级动物,特殊动物,基因工程的成果与发展前景,1、基因工程与医药卫生（1）生产基因工程药品（2）用于基因诊断与基因治疗,2、基因工程与农牧业、食品工业,3、基因工程与环境保护,基因工程与环境保护,环境监测：基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。,环境污染治理：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。,通常一种细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。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDT等毒害物质。,例：以下说法正确的是 A、所有的限制酶只能识别一种特定的核苷 酸序列 B、质粒是基因工程中唯一的运载体 C、运载体必须具备的条件之一是：具有多 个限制酶切点，以便与外源基因连接 D、基因控制的性状都能在后代表现出来,C,例：不属于质粒被选为基因运载体的理由是 A、能复制 B、有多个限制酶切点 C、具有标记基因 D、它是环状DNA,D,例：有关基因工程的叙述中，错误的是 A、DNA连接酶将黏性末端的碱基对连接起来 B、限制性内切酶用于目的基因的获得 C、目的基因须由运载体导入受体细胞 D、人工合成目的基因不需要限制性内切酶,A,例：有关基因工程的叙述正确的是 A、限制酶只在获得目的基因时才用 B、重组质粒的形成在细胞内完成 C、质粒都可作为运载体 D、蛋白质的结构可为合成目的基因提供 资料,D,例：基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的。在基因操作的基本步骤中，不进行碱基互补配对的步骤是 A、人工合成目的基因 B、目的基因与运载体结合 C、将目的基因导入受体细胞 D、目的基因的检测和表达,C,例（2003天津高考卷）采用基因工程的方法培育抗虫棉，下列导入目的基因的作法正确的是将毒素蛋白注射到棉花的受精卵中将编码毒素蛋白的DNA序列，注射到棉花受精卵中将编码毒素蛋白的DNA序列，与质粒重组，导入细 菌，用该细菌感染棉花的体细胞，再进行组织培养将编码毒素蛋白的DNA序列，与细菌质粒重组，注射 到棉的子房并进入受精卵A B C D,C,例：下列黏性末端属于用同一种限制酶切割而成的是 A B C D,B,例：基因工程技术中，获取的真核生物的目的基因主要来源于 A自然界现存生物体内的基因 B自然突变产生的新基因 C人工诱变产生的新基因 D科学家在实验室中人工合成的基因,D,例：基因工程是指对生物的基因进行定向改造，产生出人类所需要的基因产物的技术。下列有关基因工程的叙述中，错误的是 ADNA连接酶使黏性未端的碱基进行碱基互 补配对 B限制性内切酶可用于目的基因的获得 C蛋白质的结构可为合成目的基因提供资料 D人工合成目的基因不需要限制性内切酶,A,例 据图回答下列问题（已知细菌B细胞内不含质粒A，也不含质粒A上的基因。质粒A导入细菌B后，其上的基因能得到表达。）（1）通过如下步骤鉴别得到的细菌是否导入了质粒A或重组质粒：将得到的细菌接种在一个含有氨苄青霉素的培养基上，能够生长的就肯定导入了质粒A或重组质粒A，反之则没有。使用这种方法鉴别的原因是。（2）若把通过鉴定证明导入了普通质粒A或重组质粒A的细菌放在含有四环素的培养基上培养，会有什么现象发生？,参考答案（1）质粒上有抗氨苄青霉素基因（2）导入普通质粒A的细菌，能生长；导入重组 质粒A的细菌，不能生长,1下列关于基因工程应用的叙述，正确的是 A.基因治疗就是把缺陷基因诱变成正常基因 B.基因诊断的基本原理是DNA分子杂交 C.一种基因探针能检测水体中的各种病毒D.原核基因不能用来进行真核生物的遗传改良2在已知某小片段基因碱基序列的情况下，获得该基因的最佳方法是A.用mRNA为模板逆转录合成DNA B以4种脱氧核苷酸为原料人工合成C将供体DNA片段转入受体细胞中，再进一步筛选D由蛋白质的氨基酸序列推测mRNA,高考再现（06）,B,B,3我国科学家运用基因工程技术，将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因导入棉花细胞并成功表达，培育出了抗虫棉。下列叙述不正确的是A.基因非编码区对于抗虫基因在棉花细胞中的表达 不可缺少 B.重组DNA分子中增加一个碱基对，不一定导致毒蛋 白的毒性丧失C.抗虫棉的抗虫基因可通过花粉传递至近缘作物，从而造成基因污染D.转基因棉花是否具有抗虫特性是通过检测棉花对 抗生素抗性来确定的,高考再现（06）,D,4用基因工程技术可使大肠杆菌合成人的蛋白质。下列叙述不正确的是A 常用相同的限制性内切酶处理的基因和质粒B DNA连接酶和RNA聚合酶是构建重组质粒必需的 工具酶C 可用含抗生素的培养基检测大肠杆菌中是否导 入了重组质粒D 导入大肠杆菌的目的基因不一定能成功表达,高考再现（06）,B,5采用基因工程将人凝血因子基因导入山羊受精卵，培育出了转基因羊。但是，人凝血因子只存在于该转基因羊的乳汁中。以下有关叙述，正确的是A人体细胞中凝血因子基因编码区的碱基对数目，等于凝血因子氨基酸数目的3倍B可用显微注射技术将含有人凝血因子基因的重组 DNA分子导入羊的受精卵C在该转基因羊中，人凝血因子基因存在于乳腺细 胞，而不存在于其他体细胞中D人凝血因子基因开始转录后，DNA连接酶以DNA分 子的一条链为模板合成mRNA,高考再现,B,6农业科技工作者在烟草中找到了一抗病基因，现拟采用基因工程技术将该基因转入棉花，培育抗病棉花品系。请回答下列问题。(1)要获得该抗病基因，可采用、等方法。为了能把该抗病基因转入到棉花细胞中，常用的载体是。(2)要使载体与该抗病基因连接，首先应使用 进行切割。(3)切割完成后，采用 酶将载体与该抗病基因连接，连接后得到的DNA分子称为。,(4)再将连接得到的DNA分子导入农杆菌，然后用该农杆菌去 棉花细胞，利用植物细胞具有的 性进行组织培养，从培养出的植株中 出抗病的棉花。(5)该抗病基因在棉花细胞中表达的产物是 A淀粉B脂类C蛋白质D核酸(6)转基因棉花获得的 是由该表达产物来体现的。,高考再现(06),感染,全能,筛选(选择),C,抗病性状,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？,思考,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,3、要把这两个DNA分子片段连接成一个DNA分子，应如何处理？,