《基因工程(根据汉水丑生老师思路)教学文稿.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基因工程(根据汉水丑生老师思路)教学文稿.ppt（70页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、基因工程(根据汉水丑生老师思路)基因工程基因工程：又叫做又叫做基因拼接技术基因拼接技术或或DNA重组技术重组技术。通。通俗的说，就是按照人们的意愿，把一种生物俗的说，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细胞里，放到另一种生物的细胞里，定向定向地改造生物地改造生物的的遗传性状遗传性状。1、限制酶、限制酶 识别识别一种一种特定特定的核苷酸的核苷酸序列序列，并且能在，并且能在特定特定的的切点切点上切割上切割DNA分子。分子。EcoR黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端限制酶切割的是什么？限制酶切割的是什么？两个脱氧核两
2、个脱氧核苷酸之间的苷酸之间的磷酸二酯键磷酸二酯键.磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序（1）目的基因的获取）目的基因的获取（2）基因基因表达载体表达载体的构建的构建（3）将目的基因导入受体细胞）将目的基因导入受体细胞（4）目的基因的检测与鉴定）目的基因的检测与鉴定一、目的基因的获取一、目的基因的获取1、目的基因：、目的基因：主要指的是编码蛋白质的主要指的是编码蛋白质的结构基因结构基因，也可以，也可以是一些具有调控作用的因子。是一些具有调控作用的因子。2、获取方法：、获取方法：（1）从）从基因文库基因文库中获取目的基因；中获取目的基因；（2）利用）
3、利用PCR技术扩增目的基因；技术扩增目的基因；（3）通过）通过DNA合成仪用化学方法直接合成合成仪用化学方法直接合成（一）从基因文库中获取目的基因（一）从基因文库中获取目的基因1.什么叫基因文库？什么叫基因文库？将含有某种生物不同基因的许多将含有某种生物不同基因的许多DNA片断，导入到片断，导入到受体菌的群体受体菌的群体中，中，每个受体菌分别含有这种生物的不同每个受体菌分别含有这种生物的不同基因，称为基因文库。基因，称为基因文库。基因文库基因文库 基因组文库基因组文库部分基因文库部分基因文库（cDNA文库）文库）基因组文库和部分基因文库的比较基因组文库和部分基因文库的比较基因组文库和部分基因文
4、库的比较基因组文库和部分基因文库的比较文库类型文库类型文库类型文库类型cDNAcDNA文库文库文库文库基因组文库基因组文库基因组文库基因组文库文库大小文库大小文库大小文库大小基因中启动子基因中启动子基因中启动子基因中启动子基因中内含子基因中内含子基因中内含子基因中内含子基因多少基因多少基因多少基因多少物种间基因交流物种间基因交流物种间基因交流物种间基因交流小小大大某种生物的部分基因某种生物的部分基因 某种生物的全部基因某种生物的全部基因真核细胞的基因结构真核细胞的基因结构编码区编码区非编码区非编码区非编码区非编码区与与RNARNA聚合酶聚合酶结合位点结合位点内含子内含子 外显子外显子 能够编码
5、蛋白质的序列叫做外显子能够编码蛋白质的序列叫做外显子 不能够编码蛋白质的序列叫做内含子不能够编码蛋白质的序列叫做内含子启动子启动子终止子终止子内含子：内含子：外显子：外显子：基因组文库和部分基因文库的比较基因组文库和部分基因文库的比较基因组文库和部分基因文库的比较基因组文库和部分基因文库的比较文库类型文库类型文库类型文库类型cDNAcDNA文库文库文库文库基因组文库基因组文库基因组文库基因组文库文库大小文库大小文库大小文库大小基因中启动子基因中启动子基因中启动子基因中启动子基因中内含子基因中内含子基因中内含子基因中内含子基因多少基因多少基因多少基因多少物种间基因交流物种间基因交流物种间基因交流
6、物种间基因交流小小大大无无有有无无有有某种生物的部分基因某种生物的部分基因 某种生物的全部基因某种生物的全部基因可以可以部分基因可以部分基因可以（二）利用（二）利用PCR技术扩增目的基因技术扩增目的基因PCR多聚酶链式反应多聚酶链式反应 是一项生物是一项生物体外复制体外复制特定特定DNA片片段的核酸合成段的核酸合成技术技术。通过此技术，可。通过此技术，可获取大量的目的基因。获取大量的目的基因。模板DNA95PCR的基本原理PCR反应条件PCR过程PCR的特点50引物1引物2DNA引物PCR的基本原理PCR反应条件PCR过程PCR的特点引物1引物2DNA引物72Taq酶Taq酶PCR的基本原理P
7、CR反应条件PCR过程PCR的特点72第1轮结束第2轮开始PCR的基本原理PCR反应条件PCR过程PCR的特点955072TaqTaqTaqTaqPCR的基本原理PCR反应条件PCR过程PCR的特点72第2轮结束a a、DNADNA变性（变性（90-9590-95）：双链）：双链DNADNA模板模板 在热作用下，在热作用下，_断裂，形成断裂，形成_b b、退火（、退火（复性复性55-6555-65）：系统温度降低，引）：系统温度降低，引 物与物与DNADNA模板结合，形成局部模板结合，形成局部_。c c、延伸（、延伸（70-7570-75）：在）：在TaqTaq酶的作用下，从酶的作用下，从 引
8、物的引物的55端端33端延伸，合成与模板互补端延伸，合成与模板互补 的的_。氢键氢键单链单链DNADNA双链双链DNADNA链链n 过程：过程：高温变性、低温退火、适温延伸三步曲高温变性、低温退火、适温延伸三步曲1 1个个DNADNA分子进行分子进行PCRPCR扩增扩增,循环循环4 4次，理论上至次，理论上至少需要几个引物？少需要几个引物？（24-1）2=30PCR技术扩增与技术扩增与DNA复制的比较复制的比较PCRPCR技术技术DNADNA复制复制相相同同点点原理原理原料原料条件条件不不同同点点解旋解旋方式方式场所场所酶酶结果结果碱基互补配对碱基互补配对四种脱氧核苷酸四种脱氧核苷酸模板、能量
9、、酶模板、能量、酶DNADNA在高温下在高温下变性解旋变性解旋解旋酶催化解旋酶催化体外复制体外复制主要主要在细胞核内在细胞核内热稳定的热稳定的DNADNA聚合酶聚合酶细胞内的细胞内的DNADNA聚合酶聚合酶大量的大量的DNADNA片段片段形成整个形成整个DNADNA分子分子基因较小，核苷酸序列已知，可以基因较小，核苷酸序列已知，可以利用利用DNA合成仪人工合成合成仪人工合成（三）人工合成法（三）人工合成法-不需要模板二、基因二、基因表达载体表达载体的构建的构建 目的：目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用。基因工程的核心基因工程的核心a、目
10、的基因、目的基因b、启动子、启动子c、终止子、终止子d、标记基因、标记基因e、复制原点、复制原点表达载体启动子：启动子：位于基因的首端的一段位于基因的首端的一段特殊的特殊的DNADNA片断，它是片断，它是RNARNA聚合酶聚合酶识别和结合的部位识别和结合的部位，有了它才能，有了它才能驱动基因转录出驱动基因转录出mRNAmRNA，最终获得最终获得蛋白质蛋白质终止子：终止子：位于基因的尾端的一段位于基因的尾端的一段特殊的特殊的DNADNA片断，片断，能终止能终止mRNAmRNA的的转录转录标记基因标记基因的作用是的作用是为了为了鉴别鉴别受体受体细胞中是否含有目的基因，从而细胞中是否含有目的基因，从
11、而将有目的基因的细胞筛选出来将有目的基因的细胞筛选出来 用一定的用一定的_切割切割 质粒，使其出现一个切质粒，使其出现一个切 口，露出口，露出_。用用_切断目切断目 的基因，使其产生的基因，使其产生_ _ _。将切下的目的基因片段插入质粒的将切下的目的基因片段插入质粒的_处，处，再加入适量再加入适量_，形成了一个重组，形成了一个重组 DNA DNA分子（重组质粒）分子（重组质粒）限制酶限制酶黏性末端黏性末端同一种限制酶同一种限制酶相同的黏性末端相同的黏性末端切口切口DNADNA连接酶连接酶过程过程:注意：载体注意：载体与与表达载体表达载体的区别的区别二者都有标记基因和复制原点两部分二者都有标记
12、基因和复制原点两部分DNADNA片段。表达片段。表达载体在载体基础上增加了载体在载体基础上增加了目的基因、启动子、终止子目的基因、启动子、终止子三部分结构三部分结构使用同种限制酶分别切割目的基因和质粒，使其露出相同的黏性末端，再加入DNA连接酶。三、将目的基因导入受体细胞三、将目的基因导入受体细胞转化转化 目的基因进入目的基因进入_内，并且在内，并且在 受体细胞内维持受体细胞内维持_和和_的过程的过程受体细胞受体细胞稳定稳定表达表达将目的基因导入将目的基因导入植物细胞植物细胞将目的基因导入将目的基因导入动物细胞动物细胞将目的基因导入将目的基因导入微生物细胞微生物细胞农杆菌转化法农杆菌转化法基因
13、枪法基因枪法花粉管通道法花粉管通道法显微注射法显微注射法CaCa2+2+处理法处理法农杆菌转化法农杆菌转化法 农杆菌特点：易感染农杆菌特点：易感染双子叶植物双子叶植物和和裸子植物裸子植物，对大多数单子叶植物没有感染能力。对大多数单子叶植物没有感染能力。原理：原理：TiTi质粒上的质粒上的T-DNAT-DNA可以转移到受体细胞，可以转移到受体细胞，并整合到受体细胞染色体的并整合到受体细胞染色体的DNADNA上。上。基因枪法：基因枪法：目的基因导入目的基因导入单子叶植物单子叶植物细胞细胞花粉管通道法：花粉管通道法：将目的基因导入植物细胞将目的基因导入植物细胞2、将目的基因导入动物细胞方法：显微注射
14、法方法：显微注射法目的基因表达载体提纯目的基因表达载体提纯 取卵（取卵（受精卵受精卵）显微注射显微注射 转基因受精卵转基因受精卵 转基因转基因动物动物3、将目的基因导入微生物细胞微生物作受体细胞原因：微生物作受体细胞原因：繁殖快繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对少、多为单细胞、遗传物质相对少常用菌：大肠杆菌常用菌：大肠杆菌常用法：常用法：CaCa2+2+处理获得感受态细胞处理获得感受态细胞过程：过程：CaCaCaCa2+2+2+2+处理处理处理处理大肠杆菌大肠杆菌大肠杆菌大肠杆菌感受态感受态感受态感受态 细胞细胞细胞细胞感受态细胞感受态细胞感受态细胞感受态细胞 吸收吸收吸收吸收DNADNA表达载
15、体表达载体表达载体表达载体与感受态与感受态与感受态与感受态细胞混合细胞混合细胞混合细胞混合用用CaCa2 2处理，增加细菌细胞壁的通透性处理，增加细菌细胞壁的通透性 四、目的基因的检测与鉴定导入过程完成后，全部受体细胞都能摄导入过程完成后，全部受体细胞都能摄 入重组入重组DNADNA分子吗？分子吗？1真正能摄入重组真正能摄入重组真正能摄入重组真正能摄入重组DNADNADNADNA分子的受体细胞很少。分子的受体细胞很少。分子的受体细胞很少。分子的受体细胞很少。2目的基因进入受体细胞后，是否都能稳定目的基因进入受体细胞后，是否都能稳定维持和表达？维持和表达？不一定，需要检测不一定，需要检测不一定，
16、需要检测不一定，需要检测 四、目的基因的检测与鉴定青霉素抗性基因青霉素抗性基因四环素抗性基因四环素抗性基因大肠杆菌大肠杆菌1、鉴定分子水平的鉴定（1 1）检测转基因生物染色体的）检测转基因生物染色体的DNADNA上是否插入了上是否插入了目的基因目的基因方法方法DNA分子杂交技术分子杂交技术DNA分子杂交技术分子杂交技术DNA分子杂交技术分子杂交技术1、鉴定分子水平的鉴定方法方法 分子杂交技术分子杂交技术（2）检测目的基因是否转录出了）检测目的基因是否转录出了mRNA1、鉴定分子水平的鉴定提提取取（3）检测目的基因是否翻译成蛋白质）检测目的基因是否翻译成蛋白质方法方法抗原抗原-抗体杂交抗体杂交苏
17、云金杆菌苏云金杆菌Bt毒素蛋白毒素蛋白将将Bt毒蛋白注毒蛋白注射小鼠体内射小鼠体内从小鼠血管抽出从小鼠血管抽出血液分离出抗血液分离出抗Bt毒素的抗体毒素的抗体抗体抗体蛋白质蛋白质 出现出现杂交带杂交带脱脱分分化化组组织织培培养养2、鉴定个体水平的鉴定抗虫、抗病接种实验，活性比较实验抗虫、抗病接种实验，活性比较实验例：用棉铃饲喂棉例：用棉铃饲喂棉铃虫，如虫吃后不出现铃虫，如虫吃后不出现中毒症状，说明未摄入中毒症状，说明未摄入目的基因或摄入目的基目的基因或摄入目的基因未表达。如虫吃后中因未表达。如虫吃后中毒死亡，则说明摄入了毒死亡，则说明摄入了抗虫基因并得到表达。抗虫基因并得到表达。（一）植物基因
18、工程技术的应用（一）植物基因工程技术的应用1 1、提高农作物的抗逆能力、提高农作物的抗逆能力 （1 1）抗虫抗虫转基因植物转基因植物 三、基因工程的应用三、基因工程的应用（2 2）抗病抗病转基因植物转基因植物抗病转基因植物所用的基因：抗病转基因植物所用的基因：抗病转基因植物所用的基因：抗病转基因植物所用的基因：常用：常用：常用：常用：病毒外壳蛋白基因病毒外壳蛋白基因和和和和病毒的复制酶基因病毒的复制酶基因抗真菌转基因植物中有：几丁质酶基因和抗毒素抗真菌转基因植物中有：几丁质酶基因和抗毒素抗真菌转基因植物中有：几丁质酶基因和抗毒素抗真菌转基因植物中有：几丁质酶基因和抗毒素合成基因合成基因合成基因
19、合成基因（3 3）其它抗逆其它抗逆转基因植物转基因植物抗盐碱、干旱的基因：抗盐碱、干旱的基因：抗盐碱、干旱的基因：抗盐碱、干旱的基因：调节细胞渗透压的基因调节细胞渗透压的基因抗冻蛋白基因抗冻蛋白基因抗冻蛋白基因抗冻蛋白基因抗除草剂基因抗除草剂基因抗除草剂基因抗除草剂基因2 2、改良农作物的品质、改良农作物的品质富含赖氨酸的转基因富含赖氨酸的转基因富含赖氨酸的转基因富含赖氨酸的转基因玉米玉米玉米玉米导入与植物花青素代谢有关的基因的矮牵牛导入与植物花青素代谢有关的基因的矮牵牛导入与植物花青素代谢有关的基因的矮牵牛导入与植物花青素代谢有关的基因的矮牵牛3 3、利用植物生产药物、利用植物生产药物二二、
20、动物基因工程前景广阔、动物基因工程前景广阔（一）用于提高动物生长速度（一）用于提高动物生长速度动物品种改良、建立生物反应器、器官移植等动物品种改良、建立生物反应器、器官移植等导入导入外源生长激素基因外源生长激素基因（二）用于改善畜产品的品质（二）用于改善畜产品的品质举例说明举例说明将将肠乳糖酶基因肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，转基因牛导入奶牛基因组，转基因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大减低。分泌的乳汁中乳糖的含量大大减低。（三）用转基因的动物生产药物（三）用转基因的动物生产药物设问设问设问设问:就基因药物而言，最理想的表达场所是哪里？就基因药物而言，最理想的表达场所是哪里？就基因药物而言，最理想的
21、表达场所是哪里？就基因药物而言，最理想的表达场所是哪里？将将药物蛋白基因药物蛋白基因与与乳腺蛋白基因的启动子乳腺蛋白基因的启动子等等调控组件调控组件重组重组在一起，通过显微注射等方法，在一起，通过显微注射等方法，导入哺乳动物的导入哺乳动物的受精卵受精卵中，将受精卵送入母中，将受精卵送入母体，使其发育成转体，使其发育成转基因动物基因动物。转基因动物进。转基因动物进入泌乳期后，可以通过入泌乳期后，可以通过分泌乳汁生产所需要分泌乳汁生产所需要的药品的药品，称为乳腺生物反应器或乳房生物反，称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。应器。乳腺生物反应器乳腺生物反应器获取目的基因（例如血清白蛋白基因）获取目的基
22、因（例如血清白蛋白基因）构建基因表达载体（在血清白蛋白基因前加构建基因表达载体（在血清白蛋白基因前加特异表达的启动子特异表达的启动子）显微注射导入哺乳动物受精卵中显微注射导入哺乳动物受精卵中形成胚胎形成胚胎将胚胎移植入母体动物将胚胎移植入母体动物发育成转基因动物（只有在产下的发育成转基因动物（只有在产下的雌性个体雌性个体的乳腺细胞中，转入的基因才能特异表达的乳腺细胞中，转入的基因才能特异表达）。）。思考思考:用基因工程技术实现动物用基因工程技术实现动物乳腺生物反应器乳腺生物反应器的操作过程是怎样的？的操作过程是怎样的？膀胱生物反应器膀胱生物反应器目的基因在膀胱上皮细胞中特异性表达目的基因在膀胱
23、上皮细胞中特异性表达（四）用转基因动物作器官移植的供体（四）用转基因动物作器官移植的供体利用基因工程对猪的器官进行改造利用基因工程对猪的器官进行改造方法：将器官供体基因组导入方法：将器官供体基因组导入某种调某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达节因子，以抑制抗原决定基因的表达或设法或设法除去抗原决定基因除去抗原决定基因，再结合克，再结合克隆技术，培育出没有免疫排斥反应的隆技术，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官转基因克隆猪器官三、基因工程药品异军突起三、基因工程药品异军突起工程菌工程菌:用用基因工程基因工程方法，使外源基因得到方法，使外源基因得到高效率表达的高效率表达的菌类细胞株系菌类细
24、胞株系。四四、基因治疗曙光初照、基因治疗曙光初照 把把正常基因正常基因导入病人体内，使该基因的表达导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到产物发挥功能，从而达到治疗疾病治疗疾病的目的，是治的目的，是治疗疗遗传病遗传病的最有效的手段。的最有效的手段。（把特定的（把特定的（把特定的（把特定的外源基因导入有基因缺陷的细胞外源基因导入有基因缺陷的细胞外源基因导入有基因缺陷的细胞外源基因导入有基因缺陷的细胞中，中，中，中，从而达到治疗疾病的目的）从而达到治疗疾病的目的）从而达到治疗疾病的目的）从而达到治疗疾病的目的）体外基因治疗体外基因治疗：先从病人体内获得某种细胞，进行培养，然后在：先从病人
25、体内获得某种细胞，进行培养，然后在体外完成基因转移体外完成基因转移，再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重新，再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内。输入患者体内。体内基因治疗：直接向人体组织细胞中转移体内基因治疗：直接向人体组织细胞中转移的治病方法。（如将的治病方法。（如将治疗囊性纤维病的正常基因转入患者肺组织）治疗囊性纤维病的正常基因转入患者肺组织）DNADNA分子杂交分子杂交是基因诊断最基本的方法之一。是基因诊断最基本的方法之一。当用一段已知基因的核苷酸序列作为当用一段已知基因的核苷酸序列作为探针探针，与被测基因进行接触，若两者的碱基完全配与被测基因进行接触，若两者的碱基完全配
26、对成双链，则表明被测基因中含有已知的基对成双链，则表明被测基因中含有已知的基因序列。因序列。基因诊断基因诊断五、基因芯片五、基因芯片 从正常人的基因组中分离出从正常人的基因组中分离出DNADNA与与DNADNA芯片杂交就芯片杂交就可以得出标准图谱；从病人的基因组中分离出可以得出标准图谱；从病人的基因组中分离出DNADNA与与DNADNA芯片杂交就可以得出病变图谱。芯片杂交就可以得出病变图谱。通过比较、分析这两种图谱，就可以得出病变的通过比较、分析这两种图谱，就可以得出病变的DNADNA信息。信息。基因芯片诊断技术以其快速、高效、敏感、经济、基因芯片诊断技术以其快速、高效、敏感、经济、平行化、自
27、动化等特点，将成为一项现代化诊断新平行化、自动化等特点，将成为一项现代化诊断新技术。技术。-DNA探针阵列预期预期功能功能DNADNA合成合成分子分子设计设计生物生物功能功能转录转录翻译翻译折叠折叠蛋白质工程流程图蛋白质工程流程图蛋白质工程流程图蛋白质工程流程图蛋白质工程目标：目标：根据人们对根据人们对蛋白质功能蛋白质功能的特定需求，的特定需求，对蛋白质的对蛋白质的结构结构进行分子设计。进行分子设计。蛋白质工程的概念蛋白质工程的概念蛋白质工程是指蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其生物以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础功能的关系作为基础，通过，通过基因修饰基因修饰或或基因合成
28、基因合成，对对现有现有蛋白质进行蛋白质进行改造改造，或制造一种，或制造一种新的蛋白质新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。以满足人类的生产和生活的需求。即：通过修改基因来改变蛋白质分子中的氨基酸，从而制造出具有新特征的蛋白质。蛋白质工程以基因工程为基础，是基因工程的应用和延伸比较项目比较项目蛋白质工程蛋白质工程基因工程基因工程蛋白质蛋白质实质实质应用现状应用现状相同点相同点合成合成自然界不自然界不存在的存在的蛋白质蛋白质天然存在天然存在的的蛋白质蛋白质改造基因改造基因基因重组基因重组对现有蛋白质进行对现有蛋白质进行改造，对创造新的改造，对创造新的蛋白质还未成功蛋白质还未成功已被广泛应用已被广泛应用蛋白质工程与基因工程的异同蛋白质工程与基因工程的异同都要改造基因，都属于分子水平都要改造基因，都属于分子水平