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1、基因工程及其应用第1页，本讲稿共33页能发光的水母能发光的水母能否让热带鱼也能否让热带鱼也能发光能发光?设想不能发光的热带斑马鱼不能发光的热带斑马鱼第2页，本讲稿共33页能发能发荧光荧光的热的热带斑带斑马鱼马鱼普通热带斑马鱼是不发荧光的普通热带斑马鱼是不发荧光的第3页，本讲稿共33页第4页，本讲稿共33页能产生人胰岛素的大肠杆菌第5页，本讲稿共33页基因基因“嫁接嫁接”第6页，本讲稿共33页一、基因工程一、基因工程(gene engineering)(gene engineering)又叫做又叫做基因拼接技术基因拼接技术基因拼接技术基因拼接技术或或DNADNA重组技术重组技术。通俗的说，。通俗
2、的说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，细胞里，定向定向定向定向地改造生物的地改造生物的遗传性状遗传性状。原理原理操作环境操作环境操作水平操作水平结果结果基因重组基因重组生物体外生物体外DNA分子水平分子水平定向地改造生物的遗传性状，获得定向地改造生物的遗传性状，获得人类所需要的品种。人类所需要的品种。第7页，本讲稿共33页培育转基因大肠杆菌的简要过程：培育转基因大肠杆菌的简要过程：你认为上述培育转基你认为上述培育转基你认为上述培育转基你认为上述培育转基
3、因大肠杆菌的关键步因大肠杆菌的关键步因大肠杆菌的关键步因大肠杆菌的关键步骤有哪些？骤有哪些？骤有哪些？骤有哪些？普通大肠杆菌普通大肠杆菌普通大肠杆菌普通大肠杆菌(不能分泌胰岛素不能分泌胰岛素)人体组织细胞人体组织细胞提取提取提取提取胰岛素基因胰岛素基因与运载体与运载体与运载体与运载体DNADNA拼接拼接拼接拼接导入导入导入导入大肠杆菌大肠杆菌(含含胰岛素基因胰岛素基因)转基因大肠杆菌转基因大肠杆菌(能分泌胰岛素能分泌胰岛素)第8页，本讲稿共33页1.ONE1.ONE胰岛素基胰岛素基因从人体因从人体细胞内提细胞内提取出来取出来2.TWO2.TWO胰岛素基胰岛素基因与运载因与运载体体DNADNA连
4、连接接3.THREE3.THREE胰岛素基因胰岛素基因导入受体导入受体(大肠杆菌大肠杆菌)细胞细胞基因的基因的“剪刀剪刀”基因的基因的“针线针线”基因的运载体基因的运载体培育转基因大肠杆菌的关键步骤：培育转基因大肠杆菌的关键步骤：第9页，本讲稿共33页1、基因的基因的“剪刀剪刀”限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶二、基因操作的工具二、基因操作的工具特点特点:一种限制酶只能识别一种特一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切点定的核苷酸序列，并在特定的切点切割切割DNA分子。分子。如如:EcoRI只能识只能识别别GAATTC的序列的序列切割位点：切割位点：具有具有专一性（特异性）专一性（
5、特异性）这说明限制酶有什么特点？这说明限制酶有什么特点？结果结果:磷酸二酯键磷酸二酯键产生黏性末端或平末端产生黏性末端或平末端第10页，本讲稿共33页重播重播限制酶限制酶（EcoREcoR）作用过程作用过程第11页，本讲稿共33页G A A T T CC T T A A GG A A T T CC T T A A GG C T T A A A A T T C GG C T T A A A A T T C GG C T T A A A A T T C G用同种限制酶切割用同种限制酶切割把两个不同的把两个不同的DNADNA同一种限制酶切割，是否同一种限制酶切割，是否具有相同的黏性末端？具有相同的黏
6、性末端？第12页，本讲稿共33页作用：将互补配对的两个黏性末端连接起来，使之作用：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成为一个完整的DNADNA分子。分子。2.分子针线分子针线DNA连接酶连接酶限制酶限制酶：切割磷酸二酯键：切割磷酸二酯键 DNA连接酶连接酶：形成磷酸二酯键：形成磷酸二酯键 第13页，本讲稿共33页3、基因的运输工具、基因的运输工具运载体运载体 常常用用的的运运载载体体：质质粒粒、噬噬菌菌体体和和动动植物病毒等植物病毒等标记基因，标记基因，便于进行便于进行检测。检测。质粒存在于质粒存在于许多细菌和酵母许多细菌和酵母菌等生物中菌等生物中,是细是细胞染色体外能够胞染
7、色体外能够自主复制的很小自主复制的很小的环状的环状DNADNA分子分子.第14页，本讲稿共33页作为运载体必须具备哪些条件？作为运载体必须具备哪些条件？1）能够在宿主细胞中复制并稳定地保存。2）具多个限制酶切点，以便与外源基因连接。3）具有某些标记基因，便于进行筛选。如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等。1、细胞染色体（或拟核DNA分子）外能自主复制的小型环状DNA分子；2、质粒的存在对宿主细胞无影响；3、质粒的复制只能在宿主细胞内完成。质粒可作为运载体有何特点？质粒可作为运载体有何特点？第15页，本讲稿共33页注意：注意：所谓基因工程的所谓基因工程的“剪刀剪刀”、“针线针线”只是只是
8、一种比喻，答题时应书写为限制性核酸一种比喻，答题时应书写为限制性核酸内切酶（内切酶（限制酶限制酶）、）、DNA连接酶连接酶。第16页，本讲稿共33页三、基因工程的操作步骤三、基因工程的操作步骤第17页，本讲稿共33页从细胞中分离从细胞中分离出出DNA从大肠杆菌中从大肠杆菌中提取质粒提取质粒限制限制 酶酶提取目的基因提取目的基因限制酶限制酶目的基因与运目的基因与运载体结合载体结合DNA连连 接酶接酶目的基因导入目的基因导入受体细胞受体细胞目的基因的表目的基因的表达与检测达与检测基因工程操作的基本步骤基因工程操作的基本步骤第18页，本讲稿共33页12基因工程的操作工具基因工程的操作工具1.基因的剪
9、刀基因的剪刀 限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶2.基因的针线基因的针线 连接酶连接酶 3.基因的运输工具基因的运输工具 运载体运载体 基因工程的操作步骤基因工程的操作步骤1.目的基因的目的基因的提取提取2.目的基因与运载体目的基因与运载体结合结合3.目的基因目的基因导入导入受体细胞受体细胞4.目的基因的目的基因的检测检测与与表达表达基因工程基因工程(gene engineering)的原理的原理第19页，本讲稿共33页几种常见育种方法的比较几种常见育种方法的比较育种育种方法方法杂交杂交育种育种单倍体单倍体育种育种多倍体多倍体育种育种诱变诱变育种育种基因工基因工程育种程育种基本基本原理原理方法方
10、法优点优点缺点缺点实例实例作业：作业：杂交杂交自交自交选优选优基因重组基因重组不同个体的优良不同个体的优良性状可集中到同性状可集中到同一个个体上一个个体上育种时间长，育种时间长，需及时发现优需及时发现优良性状良性状杂交水稻杂交水稻中国荷斯坦牛中国荷斯坦牛花药离体培养、花药离体培养、秋水仙素诱导秋水仙素诱导加倍加倍染色体变异染色体变异明显缩短育种明显缩短育种年限，后代一年限，后代一般都为纯种般都为纯种技术复杂，技术复杂，成本高成本高普通小麦花普通小麦花药离体培养药离体培养秋水仙素处理秋水仙素处理萌发的种子、萌发的种子、幼苗幼苗染色体变异染色体变异植物茎杆粗壮，植物茎杆粗壮，果实、种子大，果实、种
11、子大，营养高营养高发育延迟，结发育延迟，结实率低实率低无籽西瓜无籽西瓜物理或化学方物理或化学方法处理动植物法处理动植物、微生物、微生物基因突变基因突变提高变异频率，大幅度提高变异频率，大幅度改良某些性状，加速育改良某些性状，加速育种进程种进程有利变异少，需有利变异少，需要处理大量实验要处理大量实验材料，具有不确材料，具有不确定性定性青霉菌高产菌青霉菌高产菌株的培育株的培育黑农五号大豆黑农五号大豆基因重组基因重组将一种生物特定将一种生物特定基因转移到另一基因转移到另一种生物体内种生物体内染色体变异染色体变异定定向地向地改造生物的改造生物的遗传性状遗传性状可能引起生态可能引起生态危机，技术难危机，
12、技术难度大度大转基因抗虫转基因抗虫棉棉第20页，本讲稿共33页1 1、基因工程与作物育种、基因工程与作物育种2 2、基因工程与药物研制、基因工程与药物研制3 3、环境保护、环境保护第21页，本讲稿共33页一、基因工程与作物育种一、基因工程与作物育种获得高产、稳产和具有优良品质的农作物以获得高产、稳产和具有优良品质的农作物以及具有抗逆性的作物新品种。及具有抗逆性的作物新品种。普通棉普通棉 抗虫棉抗虫棉第22页，本讲稿共33页转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转鱼基因的番转鱼基因的番茄茄生长快、肉质好的转基因鱼生长快、肉质好的转基因鱼(中国中国)乳汁中含有人生长激素的转乳汁中含有人生
13、长激素的转基因牛基因牛(阿根廷阿根廷)第23页，本讲稿共33页第24页，本讲稿共33页2 2、基因工程与药物研制、基因工程与药物研制我国生产的部分基因我国生产的部分基因工程疫苗和药物工程疫苗和药物有些药品的生产是从有些药品的生产是从生物组生物组织织中提取的。受材料来源中提取的。受材料来源限制产量有限，其价格往限制产量有限，其价格往往十分昂贵。往十分昂贵。用基因工程的方法能够生产各种高质量和低成本的用基因工程的方法能够生产各种高质量和低成本的药品。药品。第25页，本讲稿共33页胰岛素胰岛素从猪、牛等动物的胰从猪、牛等动物的胰腺中提取，腺中提取，100Kg100Kg胰腺只能提取胰腺只能提取4-4-
14、5g5g的胰岛素，其产量之低和价格之的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。高可想而知。将合成的胰岛素基因导将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每入大肠杆菌，每2000L2000L培养液就能产生培养液就能产生100g100g胰岛素！胰岛素！第26页，本讲稿共33页3 3、环境保护、环境保护（1 1）、）、基因工程做成的基因工程做成的“超级细菌超级细菌”能吞食和分能吞食和分解多种污染环境的物质。解多种污染环境的物质。第27页，本讲稿共33页环境监测：环境监测：基因工程做成的基因工程做成的DNADNA探针能够十分灵敏地检测环境探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。中的病毒、细菌等污染。1t1
15、t水中只有水中只有1010个病毒也能被个病毒也能被DNADNA探针检测出来探针检测出来第28页，本讲稿共33页要使目的基因与对应的载体重组，所需的两种要使目的基因与对应的载体重组，所需的两种酶是酶是()()限制酶限制酶DNADNA连接酶连接酶解旋酶解旋酶还原还原酶酶 A第29页，本讲稿共33页下列关于基因工程的叙述中下列关于基因工程的叙述中,正确的是正确的是:A.A.限制酶只用于提取目的基因限制酶只用于提取目的基因B.B.细菌体内的环状细菌体内的环状DNADNA均可作运载体均可作运载体C.DNAC.DNA连接酶可用于目的基因和运载体的连接连接酶可用于目的基因和运载体的连接D.D.重组重组DNA
16、DNA分子一旦进入受体细胞分子一旦进入受体细胞,基因工程则完成基因工程则完成.以下说法正确的是以下说法正确的是:A.A.目的基因是指重组目的基因是指重组DNA DNA B.B.一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列C.DNAC.DNA重组所用的工具酶是限制酶、连接酶和运载体重组所用的工具酶是限制酶、连接酶和运载体D.D.只要受体细胞中含有目的基因，目的基因就一定能够只要受体细胞中含有目的基因，目的基因就一定能够成功表达成功表达 CB第30页，本讲稿共33页A.A.常用相同的限制性核酸内切酶处理目的常用相同的限制性核酸内切酶处理目的 基因基因和质粒和质粒B.
17、DNAB.DNA连接酶和连接酶和RNARNA聚合酶是构建重组质粒必聚合酶是构建重组质粒必需的工具酶需的工具酶C.C.可用抗生素的培养基检测大肠杆菌中是否导可用抗生素的培养基检测大肠杆菌中是否导入了重组质粒入了重组质粒D.D.导入大肠杆菌的目的基因不一定能成功表达导入大肠杆菌的目的基因不一定能成功表达.（20062006年年.四川）用基因工程技术可使大肠杆菌四川）用基因工程技术可使大肠杆菌合成人的蛋白质。下列说法不正确的是合成人的蛋白质。下列说法不正确的是B第31页，本讲稿共33页基因工程技术在培育抗旱植物用于发展沙漠农业和基因工程技术在培育抗旱植物用于发展沙漠农业和改造沙漠方面显示了良好的前景
18、改造沙漠方面显示了良好的前景,荷兰一家公司将荷兰一家公司将大肠杆菌中的海藻糖合成酶基因导入植物大肠杆菌中的海藻糖合成酶基因导入植物(如甜菜、如甜菜、马铃薯等马铃薯等)中并获得有效表达，使中并获得有效表达，使“工程植物工程植物”增增强了耐旱性、耐寒性的基本操作步骤是：强了耐旱性、耐寒性的基本操作步骤是：（2）基因表达的含义是：）基因表达的含义是：（3）写出酶基因工程在植物体内的表达过程：）写出酶基因工程在植物体内的表达过程：（4）基因工程操作中的工具是：）基因工程操作中的工具是：海藻糖合成酶基因的获取海藻糖合成酶基因的获取目的基因与运载体结合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
19、入受体细胞目的基因的表达和检测目的基因的表达和检测基因基因通过通过转录转录、翻译翻译合成蛋白质，体现出相合成蛋白质，体现出相应的性状应的性状酶基因酶基因 mRNA mRNA 海藻糖合成酶海藻糖合成酶转录转录翻译翻译第32页，本讲稿共33页什么叫黏性末端？什么叫黏性末端？当限制酶当限制酶从识别序列的中心轴线两侧切开时，从识别序列的中心轴线两侧切开时，从识别序列的中心轴线两侧切开时，从识别序列的中心轴线两侧切开时，被限制酶切开的被限制酶切开的DNA两条单链的切口，带两条单链的切口，带有几个有几个伸出的核苷酸伸出的核苷酸，他们之间正好，他们之间正好互补配互补配对对，这样的切口叫，这样的切口叫黏性末端黏性末端。第33页，本讲稿共33页