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1、第一节基因工程的基本内容现在学习的是第1页，共28页定向基因改造设想定向基因改造设想 设想一设想一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能否让细菌能否让细菌“吐出吐出吐出吐出”蚕丝？蚕丝？蚕丝？蚕丝？设想二设想二能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素等珍能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素等珍能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素等珍能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素等珍贵的药物？贵的药物？贵的药物？贵的药物？设想三设想三经过多年的努力，科学家于经过多年的
2、努力，科学家于20世纪世纪70年代创年代创立了可以定向改造生物的新技术立了可以定向改造生物的新技术基因工基因工程程现在学习的是第2页，共28页一一 基因工程的基本内容基因工程的基本内容主要内容主要内容1）基因工程的概念）基因工程的概念2）基因操作的工具）基因操作的工具3）基因操作的基本步骤）基因操作的基本步骤现在学习的是第3页，共28页什么叫基因工程？什么叫基因工程？基因工程又叫基因工程又叫基因拼接技术基因拼接技术或或DNA重组技重组技术。术。该技术是在该技术是在生物体外，生物体外，通过对通过对DNA分子分子进行人工进行人工“剪切剪切”和和“拼接拼接”，对生物的基对生物的基因进行因进行改造改造
3、和和重新组合，重新组合，然后然后导入受体细胞导入受体细胞内内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，表达，产生出人类所需要的产生出人类所需要的基因产物。基因产物。（一）基因工程的概念（一）基因工程的概念现在学习的是第4页，共28页（一）基因工程的概念（一）基因工程的概念基因工程的别名操作环境操作对象操作水平基本过程结果实质基因拼接技术或基因拼接技术或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提取提取 拼接拼接 导入导入 表达表达基因重组基因重组现在学习的是第5页，共28页基因工程培育
4、抗虫棉的简要过程：基因工程培育抗虫棉的简要过程：（一）基因工程的概念（一）基因工程的概念普通棉花普通棉花(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抗虫基因抗虫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(有抗虫特性有抗虫特性)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6页，共28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抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内胞内提取提取出来出来关键步骤二：
5、关键步骤二：抗虫基因抗虫基因与运载体与运载体DNA连接连接关键步骤三：关键步骤三：抗虫基因抗虫基因导入受体导入受体(棉花棉花)细胞细胞现在学习的是第7页，共28页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？（二）基因操作的工具（二）基因操作的工具关键步骤一的工具：关键步骤一的工具：关键步骤二的工具：关键步骤二的工具：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DNA连接酶连接酶基因的基因的运载工具运载工具运载体运载体现在学习的是第8页，共28页基因的剪刀基因的剪刀限制性内切酶（简称限制酶）限制性内切酶（简称
6、限制酶）（二）基因操作的工具（二）基因操作的工具 限制性内切酶是在生物体限制性内切酶是在生物体(主要是主要是微生物微生物)内内的一种酶，能将外来的的一种酶，能将外来的DNA切断切断，由于这种切割，由于这种切割作用是在作用是在DNA分子内部进行的，故名限制性内切分子内部进行的，故名限制性内切酶。酶。特点：特异性。特点：特异性。即即一种一种限制性内切酶限制性内切酶只能识别一种只能识别一种特定的特定的脱脱氧核苷酸序列氧核苷酸序列，并且能在并且能在特定的切点特定的切点上切割上切割DNA分子。分子。现在学习的是第9页，共28页基因的剪刀基因的剪刀限制性内切酶（简称限制酶）限制性内切酶（简称限制酶）（二）
7、基因操作的工具（二）基因操作的工具 大肠杆菌大肠杆菌(E.coli)的一种限制酶的一种限制酶能识别能识别GAATTC序列，序列，并在并在G和和A之间切开之间切开。限制酶限制酶现在学习的是第10页，共28页基因的剪刀基因的剪刀限制性内切酶（简称限制酶）限制性内切酶（简称限制酶）（二）基因操作的工具（二）基因操作的工具限制酶限制酶现在学习的是第11页，共28页什么叫黏性末端？什么叫黏性末端？（二）基因操作的工具（二）基因操作的工具 被限制酶切开的被限制酶切开的DNA两条单链的切口，两条单链的切口，带有几个带有几个伸出的核苷酸伸出的核苷酸，他们之间正好，他们之间正好互补互补配对配对，这样的切口叫，这
8、样的切口叫黏性末端黏性末端。现在学习的是第12页，共28页要想获得某个特定性状的基因必须要用限制酶切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？几个切口？可产生几个黏性末端？（二）基因操作的工具（二）基因操作的工具要切要切两两个切口，产生个切口，产生四四个黏性末端。个黏性末端。如果把两种来源不同的如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶来用同一种限制酶来切割，会怎样呢？切割，会怎样呢？会产生会产生相同的黏性末端相同的黏性末端，然后让两者的黏，然后让两者的黏性末端黏合起来，就似乎可以合成重组的性末端黏合起来，就似乎可以合成重组的DNA分子了。分子了。现在学习的是第13
9、页，共28页基因的针线基因的针线DNA连接酶连接酶（二）基因操作的工具（二）基因操作的工具 DNA连接酶连接酶可把黏性末端可把黏性末端之间的缝隙之间的缝隙“缝合缝合”起来，即把梯子两边扶手的断口连接起起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来，这样一个重组的来，这样一个重组的DNA分子就形成了。分子就形成了。现在学习的是第14页，共28页外源基因外源基因(如抗虫基因如抗虫基因)怎样才能导入受体细胞怎样才能导入受体细胞(如棉花细胞如棉花细胞)？（二）基因操作的工具（二）基因操作的工具导入过程需要运输工具导入过程需要运输工具运载体运载体。现在学习的是第15页，共28页基因的运载工具基因的运载工具运载体：
10、运载体：（二）基因操作的工具（二）基因操作的工具常用的运载体主要有两类：常用的运载体主要有两类：1）细菌细胞质的）细菌细胞质的质粒质粒 2）噬菌体噬菌体或某些或某些动植物病毒动植物病毒现在学习的是第16页，共28页基因工程过程示意图基因工程过程示意图从细胞中分离从细胞中分离从细胞中分离从细胞中分离出出出出DNADNADNADNA限制酶截取限制酶截取限制酶截取限制酶截取DNADNADNADNA片断片断片断片断分离大肠杆分离大肠杆分离大肠杆分离大肠杆菌中的质粒菌中的质粒菌中的质粒菌中的质粒 DNA DNA DNA DNA重组重组重组重组用重组质粒用重组质粒用重组质粒用重组质粒转化大肠杆菌转化大肠杆
11、菌转化大肠杆菌转化大肠杆菌培养大肠杆菌培养大肠杆菌培养大肠杆菌培养大肠杆菌克隆大量基因克隆大量基因克隆大量基因克隆大量基因现在学习的是第17页，共28页四个基本步骤：四个基本步骤：（三）基因操作的基本步骤（三）基因操作的基本步骤1）提取提取目的基因目的基因2）目的基因）目的基因与运载体结合与运载体结合3）将目的基因）将目的基因导入导入受体细胞受体细胞4）目的基因的）目的基因的检测和表达检测和表达现在学习的是第18页，共28页目的基因目的基因（三）基因操作的基本步骤（三）基因操作的基本步骤 目的基因是人们所目的基因是人们所需要转移需要转移或或改造改造的基因。的基因。如苏云金芽孢杆菌的如苏云金芽孢
12、杆菌的抗虫基因抗虫基因，还有植物还有植物的的抗病（抗病毒、抗细菌）基因抗病（抗病毒、抗细菌）基因、种子种子贮藏贮藏蛋白的基因蛋白的基因，以及人的，以及人的胰岛素基因、干扰素基胰岛素基因、干扰素基因因等。等。现在学习的是第19页，共28页目的基因的提取方法目的基因的提取方法（三）基因操作的基本步骤（三）基因操作的基本步骤直接分离基因直接分离基因人工合成基因人工合成基因反转录法反转录法根据已知的氨基酸序列合成根据已知的氨基酸序列合成DNA：限制性内切酶：限制性内切酶现在学习的是第20页，共28页1）反转录法：）反转录法：以以目的基因目的基因转录成的转录成的信使信使RNA为模板，为模板，反转录反转录
13、成成互补的互补的单链单链DNA，然后然后在酶的作用下在酶的作用下合成双链合成双链DNA，从而获得所需的从而获得所需的基因。基因。目的基因的目的基因的mRNA单链单链DNA(cDNA)双链双链DNA(即目的基因即目的基因)反转录反转录合成合成合成合成现在学习的是第21页，共28页3）根据已知的氨基酸序列合成）根据已知的氨基酸序列合成DNA法法：根据根据已知已知蛋白质的蛋白质的氨基氨基酸序列，推测酸序列，推测出相应的出相应的信使信使RNA序列，然后按照序列，然后按照碱基碱基互补配对互补配对原则，原则，推测推测出它的出它的结构基因的核苷酸序列，结构基因的核苷酸序列，再再通过化学方法，以通过化学方法，
14、以单核苷酸单核苷酸为原料合成目的基因为原料合成目的基因。蛋白质的氨基酸序列蛋白质的氨基酸序列mRNA的核苷酸序列的核苷酸序列结构基因的核苷酸序列结构基因的核苷酸序列推测推测推测推测推测推测推测推测目的基因目的基因化学合成化学合成化学合成化学合成现在学习的是第22页，共28页步骤二：目的基因与运载体重组步骤二：目的基因与运载体重组 1）用一定的）用一定的限制酶切割限制酶切割质粒，质粒，使其出现使其出现 一个切口一个切口，露出，露出黏性末端。黏性末端。2）用）用同一种同一种限制酶限制酶切断目的基因切断目的基因，使其，使其 产生产生相同相同的的黏性末端黏性末端。3）将切下的目的基因片段）将切下的目的
15、基因片段插入质粒插入质粒的切的切 口处，再加入适量口处，再加入适量DNA连接酶连接酶，形成，形成 了一个了一个重组重组DNA分子分子（重组质粒）（重组质粒）目的基因与运载体的结合过程，实际上是目的基因与运载体的结合过程，实际上是不同来源的不同来源的基因重组基因重组的过程。的过程。现在学习的是第23页，共28页步骤二：目的基因与运载体结合步骤二：目的基因与运载体结合现在学习的是第24页，共28页常用的受体细胞：常用的受体细胞：有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞等。酵母菌和动植物细胞等。步骤三：目的基因导入受体细胞步骤三：目的基因导入受体细胞现在
16、学习的是第25页，共28页1）微生物：将细菌用）微生物：将细菌用CaCl2处理，处理，以以增大增大细细 菌菌细胞壁的通透性。细胞壁的通透性。使含有目的基因的使含有目的基因的使含有目的基因的使含有目的基因的重组质重组质重组质重组质 粒进入粒进入粒进入粒进入受体细胞。目的基因在受体细胞内，随其繁殖受体细胞。目的基因在受体细胞内，随其繁殖受体细胞。目的基因在受体细胞内，随其繁殖受体细胞。目的基因在受体细胞内，随其繁殖 而而而而复制复制复制复制，由于细菌，由于细菌，由于细菌，由于细菌繁殖的速度繁殖的速度繁殖的速度繁殖的速度非常快，在很短的时间非常快，在很短的时间非常快，在很短的时间非常快，在很短的时间
17、 内就能获得大量的目的基因。内就能获得大量的目的基因。内就能获得大量的目的基因。内就能获得大量的目的基因。2）植物细胞）植物细胞：农杆菌转化法、基因枪法、花粉管农杆菌转化法、基因枪法、花粉管农杆菌转化法、基因枪法、花粉管农杆菌转化法、基因枪法、花粉管 通道法通道法3）动物细胞：显微注射技术）动物细胞：显微注射技术步骤三：目的基因导入受体细胞步骤三：目的基因导入受体细胞现在学习的是第26页，共28页步骤四：目的基因的检测和表达步骤四：目的基因的检测和表达四环素四环素抗性基因抗性基因氨苄青霉氨苄青霉素抗性基因素抗性基因现在学习的是第27页，共28页 不能，受体细胞必须表现出特定的性状，不能，受体细胞必须表现出特定的性状，才能说明目的基因完成了才能说明目的基因完成了表达。表达。受体细胞摄入受体细胞摄入DNA分子后就说明目的基因完分子后就说明目的基因完成了表达吗？成了表达吗？现在学习的是第28页，共28页