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1、第1课时 基因工程的工具新课导入能否让禾本科的植物也能够固定空气中的氮？能否让禾本科的植物也能够固定空气中的氮？能否让细菌能否让细菌“吐出吐出”蚕丝？蚕丝？能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素等能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素等珍贵的药物？珍贵的药物？经过多年的努力，科学家于经过多年的努力，科学家于20世纪世纪70年代创立年代创立了可以定向改造生物的新技术了可以定向改造生物的新技术基因工程。基因工程。学习目标1.通过观察图像、查阅资料，了解基因工程的通过观察图像、查阅资料，了解基因工程的诞生历程，说出基因工程的概念；诞生历程，说出基因工程的概念；2.通过阅读文本、观察图片、师生交流，说出通
2、过阅读文本、观察图片、师生交流，说出DNA重组技术所需的三种基因工具的作用。重组技术所需的三种基因工具的作用。新知探究一、基因工程的概念一、基因工程的概念 基因工程又叫基因工程又叫DNA重组技术重组技术。该技术是在生物体外，。该技术是在生物体外，通过对通过对DNA分子进行人工分子进行人工“剪切剪切”和和“拼接拼接”，对生，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的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。基因产物。操作原理操作原理操作环境操作环境操作对象操作对象操作水平操作水平基本
3、过程基本过程结果结果基因重组基因重组生物体外生物体外基因基因DNA分子水平分子水平按照人类需要按照人类需要定向定向改造生物遗传特性改造生物遗传特性剪切剪切 拼接拼接 导入导入表达表达深化探究请列举基因重组的类型。提示(1)真核生物有性生殖过程中，减数分裂时发生的基因重组：交叉互换型、自由组合型。(2)肺炎双球菌转化实验中发生的基因重组：S型细菌的DNA进入R型细菌并使R型细菌转化为S型细菌。(3)基因工程是人工操作导致的基因重组。1理论与技术基础的发展：1953年：沃森和克里克建立DNA分子双螺旋结构模型。1957年：科恩伯格等首次发现 。1958年：梅塞尔森和斯塔尔发现 的机理。克里克提出中
4、心法则。1961-1966年：尼伦伯格和霍拉纳等破译遗传密码。1967年：罗思和赫林思基等发现运转工具 和 。1970年：特明和巴尔的摩各自在RNA病毒中发现逆转录酶。史密斯等人分离到 酶。1977年：桑格首次完整基因组的测序工作。二、基因工程的发展历程二、基因工程的发展历程DNA聚合酶聚合酶DNA半保留复制半保留复制质粒质粒DNA连接酶连接酶逆转录逆转录2重组DNA技术的发展：1972年科学家伯格等实验：世界上首次DNA分子体外重组1973年科学家科恩等实验科恩和博耶合作：实现了不同物种间DNA重组实验。意义：打破了传统的种间遗传物质不能交换的重重壁垒，开创了基因工程二、基因工程的发展历程二
5、、基因工程的发展历程提取提取抗虫基因抗虫基因棉花细胞棉花细胞苏云金芽孢杆菌苏云金芽孢杆菌(有抗虫特征有抗虫特征) 普通棉花普通棉花 (无抗虫特征无抗虫特征)与运载体与运载体DNA拼接，导入拼接，导入(含抗虫基因含抗虫基因) 棉花植株棉花植株(有抗虫特征有抗虫特征)基因工程培育抗虫棉的简要过程基因工程培育抗虫棉的简要过程如何将苏云金芽孢杆菌细胞内的抗虫基因从它的如何将苏云金芽孢杆菌细胞内的抗虫基因从它的DNA分子中切割下来？分子中切割下来？ 如何将切下来的抗虫基因与运载体如何将切下来的抗虫基因与运载体DNA连接起来？连接起来？ 如何将重组的如何将重组的DNA运送到棉花细胞？运送到棉花细胞？ 需要
6、切割需要切割DNA的工具（分子手术刀）的工具（分子手术刀）需要连接需要连接DNA片断的工具片断的工具 （分子针线）（分子针线）需要基因转移的工具（分子搬运工）需要基因转移的工具（分子搬运工） 限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶DNA连接酶连接酶基因载体基因载体工工具具酶酶思思 考考1、限制性核酸内切酶（简称限制酶）、限制性核酸内切酶（简称限制酶） 能够能够识别识别和和切割切割DNA分子内一小段特殊核苷分子内一小段特殊核苷酸序列的酶。酸序列的酶。 含义：含义：主要从主要从原核生物原核生物中分离得到中分离得到 来源：来源：磷酸与脱氧核糖之间的磷酸与脱氧核糖之间的磷酸二酯键磷酸二酯键 作用部位：作用部
7、位：有有专一性专一性。即一种限制酶只能识别一种特定核。即一种限制酶只能识别一种特定核苷酸序列，并在特定的切点上切割苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子。分子。作用特点：作用特点：产生产生黏性末端黏性末端或或平末端平末端 作用结果：作用结果：三、基因工程的基本工具三、基因工程的基本工具EcoRIA AGTTCCTTA A GCTTA AGGAATTC识别识别GAATTC序列，并在序列，并在G和和A之间切开之间切开限制酶在切断限制酶在切断DNA时，可在切口处带有几个伸出的时，可在切口处带有几个伸出的核苷酸，他们之间碱基正好互补配对，因此称这些核苷酸，他们之间碱基正好互补配对，因此称这些片断为片
8、断为黏性末端黏性末端。AATTGCCTTAAG35335553AATTGCCTTAAG某限制酶某限制酶的识别序列和切点是的识别序列和切点是GATC。在目。在目的基因的两侧各有一个酶的基因的两侧各有一个酶的切点。用该限制酶切的切点。用该限制酶切割含有目的基因的割含有目的基因的DNA。请画出目的基因两侧被限制酶切割后所形成的黏性请画出目的基因两侧被限制酶切割后所形成的黏性末端。末端。 要想获得某个特定性状的基因必须用限制性核酸内切要想获得某个特定性状的基因必须用限制性核酸内切酶切几个切口？可产生几个黏性末端？酶切几个切口？可产生几个黏性末端？切断几个磷酸切断几个磷酸二酯键？二酯键？切两个切口，产生
9、四个黏性末端。切两个切口，产生四个黏性末端。4个个 如果把两种来源不同的如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶用同一种限制酶来切割，会怎样呢？来切割，会怎样呢？会产生相同的黏性末端。会产生相同的黏性末端。思思 考考SmaC CCG G GG G G C C C识别识别CCCGGG序列，并在序列，并在C和和G之间切之间切开开限制酶从识别序列的中心轴线处切开时，切开限制酶从识别序列的中心轴线处切开时，切开的的DNA两条单链的切口，是平整的，这样的切两条单链的切口，是平整的，这样的切口叫口叫平末端平末端。C CCG G GG G GC C CAATTGCCTTAAG35335553CCGGCGGG
10、GCCC随堂测试例：限制酶是一种核酸切割酶，可辨识并切割DNA分子上特定的脱氧核苷酸序列。如图所示为四种限制酶BamH、EcoR、Hind以及Bgl的识别序列，箭头表示每一种限制酶的特定切割位点，切割出来的DNA片段末端可以互补黏合的是(限制酶)，其正确的末端互补序列应该为A.BamH和EcoR；末端互补序列为AATTB.BamH和Hind；末端互补序列为GATCC.EcoR和Hind；末端互补序列为AATTD.BamH和Bgl；末端互补序列为GATCCGGCCGTATAATATGCGCGCTAATCGTATAATATGCTATAEcoRIEcoRICGGCCGT T A AA A T TGC
11、GCGCTAATCGT T A AA A T TGCTATACGGCCGTTAAAATTGCTATA2、DNA连接酶连接酶两条链的骨架部分，形成两条链的骨架部分，形成磷酸二酯键磷酸二酯键 连接部位：连接部位：具有相同黏性末端的两个具有相同黏性末端的两个DNA片段连接起来，片段连接起来，形成形成重组重组DNA分子分子。 结果：结果：CGGCCGTTAAAATTGCTATA三、基因工程的基本工具三、基因工程的基本工具 可把黏性末端之间的可把黏性末端之间的缝隙缝隙“缝合缝合”起来，起来，即恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的即恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键磷酸二酯键T T4 4 DNA
12、DNA连接酶连接酶还可把还可把平末端之间的缝隙平末端之间的缝隙“缝合缝合”起来，但效率较低起来，但效率较低 用用DNA连接酶连接两个相同的黏性未端要形成几连接酶连接两个相同的黏性未端要形成几 个磷酸二酯键？个磷酸二酯键？ 2个个 DNA连接酶和连接酶和DNA聚合酶有什么不同？聚合酶有什么不同？ DNA连接酶是连接酶是 连接两个连接两个DNA片段；将单个脱氧片段；将单个脱氧核糖核苷酸依次连接到单链末端核糖核苷酸依次连接到单链末端 外源基因（如抗虫基因）怎样才能运送到受体细胞外源基因（如抗虫基因）怎样才能运送到受体细胞（如棉花细胞）？（如棉花细胞）？需要需要“分子搬运工分子搬运工”基因进入受体细胞
13、的载体基因进入受体细胞的载体思思 考考解旋酶和解旋酶和DNADNA聚合聚合酶的作用酶的作用3、基因载体（载体）、基因载体（载体） 作为运载工具，将外源基因送入受体细胞。作为运载工具，将外源基因送入受体细胞。 作用：作用：质粒质粒（最常用）、（最常用）、噬菌体的衍生物和某些动噬菌体的衍生物和某些动植物病毒植物病毒种类：种类：三、基因工程的基本工具三、基因工程的基本工具本质：本质：质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，并具有自我复制能力的很小的双链环状DNA分子。质粒作为载体所具备的条件和原因：质粒作为载体所具备的条件和原因：常用载体常用载体质粒质粒条件条件原因原因稳定并稳定并能能
14、能使目的基因稳定存在且数量可扩增能使目的基因稳定存在且数量可扩增有一个至多有一个至多个个 位点位点可携带多个或多种外源基因可携带多个或多种外源基因具有特殊具有特殊的的_便于重组便于重组DNA的的_无毒害作用无毒害作用对受体细胞无毒害作用，避免受体细胞对受体细胞无毒害作用，避免受体细胞受到损伤受到损伤自我复制或整合到染色体DNA上限制酶切割标记基因鉴定和选择基因工程培育抗虫棉的简要过程基因工程培育抗虫棉的简要过程:苏云金芽孢杆菌苏云金芽孢杆菌提取提取 抗虫基因抗虫基因与载体与载体DNA拼接拼接导入导入普通棉花（无抗虫特性）普通棉花（无抗虫特性）棉花细胞（含抗虫基因）棉花细胞（含抗虫基因）棉花植株（有抗虫特性）棉花植株（有抗虫特性）深化探究1.为什么不同生物的DNA可拼接在一起？提示几乎所有生物的DNA分子都是由4种脱氧核苷酸形成的规则的双螺旋结构。2.一种生物的基因可在不同生物体内表达的原因是什么？ 提示所有生物都共用一套遗传密码。3.目的基因为什么可在受体细胞内独立表达？提示基因是控制生物性状的结构和功能单位，具有相对独立性。