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1、关于可用基因工程及其应用现在学习的是第1页，共44页三、人类基因组研究三、人类基因组研究1 1、什么是、什么是“人类基因组人类基因组”？人类基因组计划中，共测定多少人类基因组计划中，共测定多少条染色体条染色体?人类基因组人类基因组：是指人体：是指人体DNADNA分子所携带的全部遗分子所携带的全部遗传信息。传信息。人的单倍体基因组：人的单倍体基因组：有有2424条双链的条双链的DNADNA分子组成分子组成（包括（包括1 12222号染色体和号染色体和X X、Y Y染色体染色体DNADNA），上），上面有面有3030亿个碱基对，估亿个碱基对，估计有计有3 35 5万个基因。万个基因。2424242
2、4条（条（条（条（2222条常染色体条常染色体+X+X、Y Y 染色体）染色体）现在学习的是第2页，共44页3 3、参与国家有哪些？进展如何？、参与国家有哪些？进展如何？参与国：美、英、法、德、日、中（参与国：美、英、法、德、日、中（参与国：美、英、法、德、日、中（参与国：美、英、法、德、日、中（1%1%）20002000年年年年6 6月月2626日日日日 绘制人类基因组草图绘制人类基因组草图绘制人类基因组草图绘制人类基因组草图 20032003年年年年 绘制人类基因组精图绘制人类基因组精图绘制人类基因组精图绘制人类基因组精图2 2、什么是、什么是“人类基因组计划人类基因组计划”？主要内容是什
3、么？主要内容是什么？分析测定人类基因组的核苷酸序列分析测定人类基因组的核苷酸序列分析测定人类基因组的核苷酸序列分析测定人类基因组的核苷酸序列;绘制遗传图、物理图、序列图和转录图绘制遗传图、物理图、序列图和转录图现在学习的是第3页，共44页2.2.在一个真核细胞基因的编码区中，有在一个真核细胞基因的编码区中，有2 2个外显子和个外显子和1 1个个内含子，测得一个外显子有内含子，测得一个外显子有126126个碱基，另一个外显个碱基，另一个外显子有子有180180个碱基，内含子有个碱基，内含子有3636个碱基，那么这个编码个碱基，那么这个编码区的碱基序列最多能编码的氨基酸个数？区的碱基序列最多能编码
4、的氨基酸个数？3.3.人和红螺菌的细胞中都有由人和红螺菌的细胞中都有由104104个氨基酸组成的细胞个氨基酸组成的细胞色素色素C C，这两种生物控制合成细胞色素，这两种生物控制合成细胞色素C C的基因中编码的基因中编码区的脱氧核苷酸数目的大小关系是什么？为什么？区的脱氧核苷酸数目的大小关系是什么？为什么？5151人远多于红螺菌人远多于红螺菌人的基因结构中的编码区中含有内含子人的基因结构中的编码区中含有内含子现在学习的是第4页，共44页5.5.已知某物种的细胞中含有已知某物种的细胞中含有2626个个DNADNA分子，其中有分子，其中有2 2个个DNA分子各含有分子各含有2400024000个碱基
5、，由这两个个碱基，由这两个DNADNA分分子所控制合成的多肽链中，最多含有多少种氨基酸：子所控制合成的多肽链中，最多含有多少种氨基酸：A.8000 B.4000 C.16000 D.20A.8000 B.4000 C.16000 D.204.4.某基因中含有某基因中含有12001200个碱基对，则由它控制合个碱基对，则由它控制合成的含有两条肽链的蛋白质分子中最多含有成的含有两条肽链的蛋白质分子中最多含有肽健的个数是肽健的个数是 :A A198198个个 B B398398个个 C C400400个个 D D798798个个现在学习的是第5页，共44页第三章第三章 遗传与基因工程遗传与基因工程第
6、三节第三节 基因工程简介基因工程简介现在学习的是第6页，共44页基因决定性状（一）基因决定性状（一）青霉菌能产生对人类有用的抗生素青霉菌能产生对人类有用的抗生素青霉素青霉素现在学习的是第7页，共44页基因决定性状（二）基因决定性状（二）v家蚕能够吐出蚕丝为人类利用家蚕能够吐出蚕丝为人类利用现在学习的是第8页，共44页基因决定性状（三）基因决定性状（三）v与豆科植物互利共生的根瘤菌能够固定空气中与豆科植物互利共生的根瘤菌能够固定空气中的氮的氮现在学习的是第9页，共44页定向基因改造设想定向基因改造设想 设想一设想一设想一设想一:能否让禾本科的植物也能够固定空气中的能否让禾本科的植物也能够固定空气
7、中的氮？氮？能否让细菌能否让细菌“吐出吐出”蚕蚕丝？丝？设想二：设想二：能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素等珍贵的药物？等珍贵的药物？设想三：设想三：设想三：设想三：经过多年的努力，科学家于经过多年的努力，科学家于2020世纪世纪7070年代创立了可年代创立了可以定向改造生物的新技术以定向改造生物的新技术基因工程。基因工程。现在学习的是第10页，共44页标准概念标准概念：在：在生物体外生物体外，通过对，通过对DNADNA分子分子进行人工进行人工“切割切割”和和“拼接拼接”，对生物的，对生物的基因基因进行改造和重新进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无
8、性繁殖，使重组基组合，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，产生出因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产人类所需要的基因产物物。一、基因工程的概念一、基因工程的概念 通俗概念：通俗概念：按照人们的意愿，把一种生物的个别基因按照人们的意愿，把一种生物的个别基因复制出来加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞复制出来加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，里，定向地改造定向地改造生物的遗传性状。生物的遗传性状。现在学习的是第11页，共44页基因工程的别名基因工程的别名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过程基本过程实质实质结果结果基因拼接技术或基因拼接技
9、术或DNADNA重组技术重组技术生物体外生物体外基因基因DNADNA分子水平分子水平人类需要的基因产物人类需要的基因产物剪切剪切 拼接拼接 导入导入 表达表达基因重组基因重组基因工程的概念基因工程的概念最大的优点是：最大的优点是：定向改造生物性状定向改造生物性状现在学习的是第12页，共44页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：普通棉花普通棉花(无抗虫特性无抗虫特性)苏云金芽孢杆菌苏云金芽孢杆菌提取提取提取提取抗虫基因抗虫基因与运载体与运载体与运载体与运载体DNADNADNADNA拼接拼接导入导入导入导入棉花细胞棉花细胞(含含抗虫基因抗虫基因)棉花植株棉花植株(有有抗虫特
10、性抗虫特性)上述培育抗虫棉的关键步骤是什么？上述培育抗虫棉的关键步骤是什么？现在学习的是第13页，共44页基因工程培育抗虫棉的关键步骤：基因工程培育抗虫棉的关键步骤：关键步骤一：关键步骤一：抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内提提提提取出来取出来取出来取出来关键步骤二：关键步骤二：关键步骤二：关键步骤二：抗虫基因抗虫基因与运载体与运载体DNADNADNADNA连接连接连接连接关键步骤三：关键步骤三：关键步骤三：关键步骤三：抗虫基因抗虫基因抗虫基因抗虫基因导入受体导入受体导入受体导入受体(棉花棉花)细胞细胞细胞细胞关键步骤一的工具：关键步骤一的工具：关键步骤二的工具：关键
11、步骤二的工具：关键步骤三的工具：关键步骤三的工具：关键步骤三的工具：关键步骤三的工具：基因的基因的剪刀剪刀限制性内切酶限制性内切酶基因的基因的针线针线针线针线DNADNA连接酶连接酶连接酶连接酶基因的基因的运载工具运载工具运载工具运载工具运载体运载体解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？现在学习的是第14页，共44页二、基因操作的工具二、基因操作的工具1.1.基因的基因的“剪刀剪刀”DNADNA限制性内切酶（限制酶）限制性内切酶（限制酶）（1 1）分布：主要存在微生物中（目前发现）分布：主要存在微生物中（目前发现200200多种）多种）（2 2）特点：一种
12、限制酶只能识别一种）特点：一种限制酶只能识别一种特定特定的的核苷酸序列核苷酸序列，并，并在在特定的切点特定的切点上切割上切割DNADNA分子。（专一性）分子。（专一性）EcoRI GAATTC CTTAAGBamHI GGATCC CCTAGG识别反向重复序列，切割后形成识别反向重复序列，切割后形成黏性末端黏性末端。现在学习的是第15页，共44页限制性内切酶限制性内切酶EcoRI现在学习的是第16页，共44页黏性末端：黏性末端：被限制酶切开的被限制酶切开的DNADNA两条单链的切口，带有几两条单链的切口，带有几个个伸出的核苷酸伸出的核苷酸，他们之间，他们之间正好互补配对正好互补配对，这样的切口
13、叫这样的切口叫黏性末端黏性末端。现在学习的是第17页，共44页（3 3）作用结果：产生黏性末端）作用结果：产生黏性末端(也有可能是平末端也有可能是平末端也有可能是平末端也有可能是平末端)切割切割DNADNA分子时产生的两种不同末端分子时产生的两种不同末端现在学习的是第18页，共44页（4 4）作用部位：磷酸二酯键，不是氢键）作用部位：磷酸二酯键，不是氢键 T1234512345 A什么叫磷酸二酯键？什么叫磷酸二酯键？现在学习的是第19页，共44页GAATTCCGTAGAATTCGGATT 尝试写出下列序列受尝试写出下列序列受EcoRIEcoRI限制酶作限制酶作用后的黏性末端用后的黏性末端CTT
14、CATGAATTCCCTAA GAAGTACTTAAGGGATT CTTAAGGCATCTTAAGCCTAA CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT GGCATCTTAAAATTCCGTAG 现在学习的是第20页，共44页DNADNA连接酶与连接酶与DNADNA聚合酶有什么区别呢？聚合酶有什么区别呢？（2 2 2 2）作用部位：）作用部位：）作用部位：）作用部位：磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键，不是氢键，不是氢键，不是氢键，不是氢键GC T T A AA A T T CG磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键（1 1 1 1）作用对象：）作用对象
15、：）作用对象：）作用对象：将互补配对的两个黏性末端连接起来，使将互补配对的两个黏性末端连接起来，使之成为一个完整的之成为一个完整的DNADNADNADNA分子分子分子分子、基因的针线、基因的针线DNADNA连接酶连接酶现在学习的是第21页，共44页 DNADNA连接酶连接酶与与DNADNA聚合酶聚合酶是一回事吗？是一回事吗？相同点：相同点：两者都是形成磷酸二酯键。两者都是形成磷酸二酯键。不同点：不同点：DNADNA连接酶连接酶:是将是将DNADNA片段上的两个粘性末端片段上的两个粘性末端连接起来，连接起来，不需要模板。不需要模板。DNADNA聚合酶聚合酶:在在DNADNA复制中，复制中，以以D
16、NADNA一条链为模一条链为模板，将板，将单个脱氧核苷酸单个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键连接起通过磷酸二酯键连接起来，形成一条与模板链互补的来，形成一条与模板链互补的DNADNA链；链；现在学习的是第22页，共44页3 3、基因的运输工具、基因的运输工具运载体运载体具备条件：具备条件：种类：种类：能自我复制、稳定保存。能自我复制、稳定保存。具有多个限制酶切点。具有多个限制酶切点。具有某些标记基因。具有某些标记基因。质粒、噬菌体和动植物病毒。质粒、噬菌体和动植物病毒。作用：作用：将外源基因送入受体细胞。将外源基因送入受体细胞。现在学习的是第23页，共44页什么是质粒？什么是质粒？细胞拟核外或染色体外
17、能细胞拟核外或染色体外能自主复制自主复制的的双链环状双链环状DNADNA分子分子存在于细菌以及酵母菌等生物中存在于细菌以及酵母菌等生物中细菌的质粒比细菌的拟核细菌的质粒比细菌的拟核DNADNA小得多小得多带有少量基因带有少量基因常有抗生素抗性基因常有抗生素抗性基因,使细菌有抗药性使细菌有抗药性质粒与宿主细胞的关系质粒与宿主细胞的关系质粒的存在对宿主细胞无影响，质粒的存在对宿主细胞无影响，质粒的复制只能在宿主细胞内完成质粒的复制只能在宿主细胞内完成质粒（最常用的运载体）质粒（最常用的运载体）现在学习的是第24页，共44页常用的运载体常用的运载体质粒质粒（标记基因）（标记基因）（环状（环状DNAD
18、NA分子）分子）现在学习的是第25页，共44页pBR322多个酶切位点多个酶切位点抗四环素基因（抗四环素基因（tcrtcr）抗安苄青霉素基因抗安苄青霉素基因（ampamp）现在学习的是第26页，共44页现在学习的是第27页，共44页二基因操作的基本步骤二基因操作的基本步骤、提取目的基因、提取目的基因将将需要的基因从供体生物需要的基因从供体生物的细胞内提取出来。的细胞内提取出来。供体生物细胞供体生物细胞取出取出DNADNA用限制酶剪用限制酶剪去多余部分去多余部分目的基因目的基因限制酶限制酶广泛使用目的基因有：广泛使用目的基因有：苏云金杆菌抗虫基因、苏云金杆菌抗虫基因、人胰岛素基因、干扰素基因、人
19、胰岛素基因、干扰素基因、植物抗病基因、种子贮藏蛋白基植物抗病基因、种子贮藏蛋白基因等。因等。现在学习的是第28页，共44页用限制酶切用限制酶切断成许多片段断成许多片段直接分离基因法直接分离基因法鸟枪法（散弹射击法）鸟枪法（散弹射击法）把带有目的基因的把带有目的基因的DNADNA片段分离出来片段分离出来供体细胞中的供体细胞中的DNADNA限制酶限制酶切成许多片段切成许多片段运载体运载体重组重组DNADNA受体细胞受体细胞基因扩增（大量复制）基因扩增（大量复制）分离含有目的基因的细胞分离含有目的基因的细胞最大的优点：操作简单最大的优点：操作简单最大的缺点：盲目性大，工作量大，成功率最大的缺点：盲目
20、性大，工作量大，成功率低。且不能将真核生物的基因转移到原核生低。且不能将真核生物的基因转移到原核生物中去。物中去。现在学习的是第29页，共44页人工合成基因人工合成基因 (真核细胞真核细胞)DNADNA合成仪合成仪有两种方法：有两种方法：反转录法：反转录法：直接合成法：直接合成法：目的基因的目的基因的mRNAmRNA单链单链DNADNA逆转录逆转录双链双链DNADNA（目的基因）（目的基因）合成合成氨基酸序列氨基酸序列推测推测mRNAmRNA核苷酸序列核苷酸序列推测推测基因的核苷酸序列基因的核苷酸序列化学合成化学合成目的基因目的基因优点：针对性强，目的基因不含优点：针对性强，目的基因不含内含子
21、内含子现在学习的是第30页，共44页2 2、目的基因与运载体结合、目的基因与运载体结合（1 1）实质：）实质：将不同来源的将不同来源的DNADNA重新组合的过程重新组合的过程现在学习的是第31页，共44页（2 2）过程）过程用用同一种限制酶同一种限制酶切割切割质粒和目的基因质粒和目的基因 产生产生相同相同的黏性末端的黏性末端重组重组DNADNA分子（重组质粒）分子（重组质粒）思考：目的基因与运载体结合的结果可能有几种情况？思考：目的基因与运载体结合的结果可能有几种情况？将目的基因插入质粒切口处将目的基因插入质粒切口处DNADNA连接酶连接酶三种情况：目的基因与目的基因结合三种情况：目的基因与目
22、的基因结合 质粒与质粒结合质粒与质粒结合 目的基因与质粒结合目的基因与质粒结合现在学习的是第32页，共44页目的基因与运载体结目的基因与运载体结合合质粒质粒目的基因目的基因限制酶限制酶DNA连接酶连接酶重组重组DNADNA现在学习的是第33页，共44页3 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导入扩增扩增（1 1）常用受体细胞：大肠杆菌、枯草杆菌、酵母）常用受体细胞：大肠杆菌、枯草杆菌、酵母菌、土壤农杆菌、动植物细胞菌、土壤农杆菌、动植物细胞（2 2）导入方法：借鉴细菌或病毒侵染细胞途径）导入方法：借鉴细菌或病毒侵染细胞途径如受体细胞：细菌如受体细胞：细菌细胞壁的通透性增大细胞
23、壁的通透性增大重组质粒进入受体细胞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目的基因随受体细胞的繁殖而复制氯化钙氯化钙（CaclCacl2 2）现在学习的是第34页，共44页4 4、目的基因的检测和表达、目的基因的检测和表达无表达产物无表达产物无表达产物无表达产物有表达产物有表达产物无表达产物无表达产物（1 1）受体细胞是受体细胞是细菌的检测：将每个受体细胞单独培细菌的检测：将每个受体细胞单独培养形成菌落，检测菌落中是否有标记基因的表达产物。养形成菌落，检测菌落中是否有标记基因的表达产物。检测：通过检测受体细胞是否检测：通过检测受体细胞是否表现出标记基因所控制的性状，表现出标记基因所控
24、制的性状，来判断目的基因是否导入来判断目的基因是否导入表达：通过受体细胞是否表达：通过受体细胞是否表现出目的基因所控制的表现出目的基因所控制的特定性状，来确定目的基特定性状，来确定目的基因是否表达因是否表达现在学习的是第35页，共44页（2 2）受体细胞是多细胞生物的检测）受体细胞是多细胞生物的检测:将每个受体细胞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，目的基因是否表达（是否表现出相应的性入目的基因，目的基因是否表达（是否表现出相应的性状）。状）。例：用棉铃饲喂棉铃虫，例：用棉铃饲喂棉铃虫，如虫吃后不出现中毒症如
25、虫吃后不出现中毒症状，说明未摄入目的基状，说明未摄入目的基因或摄入目的基因未表因或摄入目的基因未表达。如虫吃后中毒死亡，达。如虫吃后中毒死亡，则说明摄入了抗虫基因则说明摄入了抗虫基因并得到表达。并得到表达。现在学习的是第36页，共44页基因工程的成功能说明哪些问题基因工程的成功能说明哪些问题1.1.不同的基因能拼接在一起，说明了基因都具有双不同的基因能拼接在一起，说明了基因都具有双螺旋结构，都是由四种脱氧核苷酸构成。螺旋结构，都是由四种脱氧核苷酸构成。2.2.一种生物的基因在另一种生物体内能够表达，一种生物的基因在另一种生物体内能够表达，而不影响其他基因的表达，这说明而不影响其他基因的表达，这
26、说明基因是有遗传效应的基因是有遗传效应的DNADNA片段，具有一定的独片段，具有一定的独立性立性同时可以说明各种生物共用一套遗传密码。同时可以说明各种生物共用一套遗传密码。现在学习的是第37页，共44页小小 结结基基因因工工程程的的基基本本内内容容 基因操作基因操作基本步骤基本步骤 基因操作基因操作的工具的工具限制性内切酶限制性内切酶DNADNA连接酶连接酶连接酶连接酶运载体运载体2.2.2.2.目的基因与运载体结合目的基因与运载体结合4.4.4.4.目的基因的检测和表达目的基因的检测和表达3.3.将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞1.1.
27、1.1.提取目的基因提取目的基因现在学习的是第38页，共44页1 1、作为基因的运输工具、作为基因的运输工具运载体，必须具备的条件运载体，必须具备的条件之一及理由是（之一及理由是（）A A、具有多个限制酶切点，以便于目的基因的表达、具有多个限制酶切点，以便于目的基因的表达B B、能够在宿主细胞中稳定地保存下来并大量复制，以、能够在宿主细胞中稳定地保存下来并大量复制，以便提供大量的目的基因便提供大量的目的基因C C、具有某些标记基因，以便为目的基因的表达提供条、具有某些标记基因，以便为目的基因的表达提供条件件D D、能够在宿主细胞中复制并稳定保存，以便于进行筛选、能够在宿主细胞中复制并稳定保存，
28、以便于进行筛选B习题巩固习题巩固现在学习的是第39页，共44页2.2.要使目的基因与对应的载体重组，所需的两种酶要使目的基因与对应的载体重组，所需的两种酶是是()()限制酶限制酶DNADNA连接酶连接酶解旋酶解旋酶还原酶还原酶 3.3.基因工程的正确操作步骤是（基因工程的正确操作步骤是（）使目的基因与运载体结合使目的基因与运载体结合将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞检测目的基因的表达是否符合特定性状要求检测目的基因的表达是否符合特定性状要求提取目的基因提取目的基因 现在学习的是第40页，共44页5 5、在基因工程中所先用的质粒，错误的是（、在基因工程中所先用的质粒，错误的是（）A A
29、、不能没有标记基因、不能没有标记基因 B B、是小型链状、是小型链状DNADNA分子分子C C、能够自我复制、能够自我复制 D D、可与目的基因重组、可与目的基因重组4 4、DNADNA连接酶的功能是（连接酶的功能是（）A A、子链与母链间形成氢键、子链与母链间形成氢键 B B、粘性末端之间形成氢键、粘性末端之间形成氢键C C、两个、两个DNADNA分子末端间的缝隙连接分子末端间的缝隙连接 D D、A A、B B、C C都对都对CB现在学习的是第41页，共44页 6.6.采用基因工程的方法培育抗虫棉，下列导入目的基因的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（作法正确的是（
30、）将毒素蛋白注射到棉受精卵中将毒素蛋白注射到棉受精卵中将编码毒素蛋白的将编码毒素蛋白的DNADNA序列，注射到棉受精卵中序列，注射到棉受精卵中将编码毒素蛋白的将编码毒素蛋白的DNADNA序列，与质粒重组，导入细菌，用序列，与质粒重组，导入细菌，用该细菌感染棉的体细胞，再进行组织培养该细菌感染棉的体细胞，再进行组织培养 将编码毒素蛋白的将编码毒素蛋白的DNADNA序列，与细菌质粒重组，注射到序列，与细菌质粒重组，注射到棉的子房并进入受精卵棉的子房并进入受精卵 A AB BC CD D答案：答案：C C现在学习的是第42页，共44页7.7.科学家通过基因工程的方法，能使马铃薯块茎含有科学家通过基因
31、工程的方法，能使马铃薯块茎含有人奶主要蛋白。以下有关该基因工程的叙述，错误的人奶主要蛋白。以下有关该基因工程的叙述，错误的是（是（）A A采用反转录的方法得到的目的基因有内含子采用反转录的方法得到的目的基因有内含子B B基因非编码区对于目的基因在块茎中的表达是不基因非编码区对于目的基因在块茎中的表达是不可缺少的可缺少的C C马铃薯的叶肉细胞可作为受体细胞马铃薯的叶肉细胞可作为受体细胞D D用同一种限制酶，分别处理质粒和含目的基因的用同一种限制酶，分别处理质粒和含目的基因的DNADNA，可产生黏性末端而形成重组，可产生黏性末端而形成重组DNADNA答案：答案：A A现在学习的是第43页，共44页2022/9/27感谢大家观看现在学习的是第44页，共44页