1、第一章基因工程(jyn gngchng),第一节工具(gngj)酶的发现和 基因工程的诞生,第一页,共五十一页。,基因工程(jyn gngchng),背景(bijng):家蚕能够吐出蚕丝为人类利用。但繁殖慢,产量低。,能否让大肠杆菌(d chn n jn)也能吐蚕丝呢?,大肠杆菌繁殖很快,但不会产丝。,第二页,共五十一页。,用人工方法,把甲生物的某个基因提取出来,在体外进行切割、拼接和重组,然后将其导入乙生物的细胞内进行大量复制,并进行表达,从而定向地改变(gibin)乙生物的遗传性状,或获得人类所需要的基因产物(蛋白质、多肽、酶)。,剪切拼接(pn ji)导入,甲生物(shngw),取出所需
2、基因,生物新类型,表达,新的生物产品,乙生物,基因工程,第三页,共五十一页。,基因的大小以纳米计算,要对它进行剪切、拼接(pn ji)等操作,没有非常精细的工具是不行的。进行基因操作最少需要以下三种工具:,、基因(jyn)的手术刀,、基因(jyn)的针线,3、基因的运输工具,第四页,共五十一页。,主要(zhyo)在原核生物中。,特异性。即一种限制性内切酶只能识别一种特定的核苷酸序列,并在特定的切割点上将DNA分子(fnz)切断(使连接脱氧核苷酸的磷酸二酯键断裂)。,已发现(fxin)数千种,种类:,来源:,特点:,、基因的剪刀,限制性核酸内切酶,第五页,共五十一页。,例如(lr):大肠杆菌的一
3、种限制酶能识别GAATTC序列,并在G和A之间切开。,限制(xinzh)酶,第六页,共五十一页。,粘性(zhn xn)末端,粘性(zhn xn)末端,被限制酶切开的DNA两条单链的切口,带有几个伸出的核苷酸,他们两个之间正好反向互补配对,这样的切口叫粘性(zhn xn)末端。被同一种限制酶切断的几个DNA就具有相同的粘性末端,能够通过互补进行配对。,第七页,共五十一页。,不同的限制(xinzh)酶所形成的粘性末端不同,第八页,共五十一页。,、基因(jyn)的针线,作用(zuyng):,将粘性末端碱基互补的两个(lin)DNA片段连接起来,使之成为一个完整的DNA分子(使两个DNA片段通过磷酸二
4、酯键连接成一个DNA分子)。,DNA连接酶,第九页,共五十一页。,第十页,共五十一页。,3、基因(jyn)的运输 工具,基因载体(zit)的条件:,能够在宿主细胞(xbo)中复制并稳定地保存。,具有多个限制酶切点(每种限制酶切点只有一个),以便与外源基因连接。,具有标记基因,便于进行筛选。,载体,要把甲生物取出的基因送到乙生物的细胞中去,需要运输基因的载体。,第十一页,共五十一页。,最常用的基因(jyn)载体是细菌细胞质的质粒,质粒能自主复制的双链环状DNA分子,存在于细菌核区以外(ywi),带有少量基因,其中常含有抗生素抗性基因(如四环素的抗性基因),使细菌有抗药性,一个细菌中有多个质粒。,
5、第十二页,共五十一页。,最常用的基因(jyn)载体是细菌细胞质的质粒,质粒与宿主细胞的关系:1、质粒的存在对宿主细胞无影响(yngxing)。2、质粒的复制只能在宿主细胞内完成。,第十三页,共五十一页。,第十四页,共五十一页。,4、筛选含有(hn yu)目的基因的受体细胞,1、获得目的(md)基因,2、形成重组(zhn z)DNA分子,3、将重组DNA分子导入受体细胞,5、目的基因的表达,第二节基因工程的原理和技术,基因工程的基本操作步驟,第十五页,共五十一页。,逆转录法:,信使(xnsh)RNA,DNA单链,DNA双链(基因(jyn),直接(zhji)合成法:,组成蛋白质的氨基酸序列,信使R
6、NA核苷酸序列,基因单核苷酸序列,基因双链,、获得目的基因,(1)化学合成法(目的基因的序列巳知),第十六页,共五十一页。,人工合成(rn n h chn),(基因(jyn)比较小),DNA合成(hchng)仪,第十七页,共五十一页。,(2)用聚合酶链式反应(lin sh fn yng)(PCR)扩增目的基因,第十八页,共五十一页。,PCR反应(fnyng),重复(chngf)13步2530轮,目的DNA片段(pin dun)扩增100万倍以上,DNA双螺旋,DNA单链与引物复性,DNA变性形成2条单链,子链延伸DNA加倍,第十九页,共五十一页。,第二十页,共五十一页。,(3)从基因文库中分离
7、(fnl):,目的基因(jyn)的脱氧核苷酸序列是未知的,可以从基因文库中找到目的基因(酶切)。,(2)用聚合酶链式反应(lin sh fn yng)(PCR)扩增目的基因,第二十一页,共五十一页。,基因组文库(wnk)的构建模式图,通过对受体菌的培养而储存(chcn)基因,第二十二页,共五十一页。,2、形成重组(zhn z)DNA分子,用相同的限制性核酸(h sun)内切酶分别切割目的基因和载体;,目的(md)基因与载体的结合过程基因重组,用DNA连接酶将目的基因和载体连接在一起,形成重组DNA分子(或重组质粒)。,第二十三页,共五十一页。,3、将重组(zhn z)DNA分子导入受体细胞,将
8、重组(zhn z)DNA分子导入受体细胞并使之扩增。,a、为使重组的质粒更容易(rngy)进入大肠杆菌,用氯化钙处理大肠杆菌,增加大肠杆菌细胞壁的通透性。,a.如要获得目的基因的表达产物,通常以大肠杆菌等无害易得的细菌为受体。b.如要改良某种生物的性状时,要以改良的生物细胞为受体。,问题:谁是受体?,第二十四页,共五十一页。,3、将重组(zhn z)DNA分子导入受体细胞,将重组(zhn z)DNA分子导入受体细胞并使之扩增。,1、受体为植物细胞:农杆菌介导法 基因(jyn)枪法 花粉管道法,b.如要改良某种生物的性状时,要以改良的生物细胞为受体。,2、受体为动物细胞:基因枪法 显微注射法,第
9、二十五页,共五十一页。,1.将目的基因导入植物(zhw)细胞,农杆菌转化(zhunhu)法基因枪法花粉管通道法,第二十六页,共五十一页。,(1)农杆菌(gnjn)转化法,特点:易感染(gnrn)双子叶植物和裸子植物,对大多数单子叶植物没有感染(gnrn)能力,原理:Ti质粒上的T-DNA可以转移(zhuny)到受体细胞,并整合到受体细胞染色体的DNA上。,第二十七页,共五十一页。,转化(zhunhu)过程:,Ti质粒目的(md)基因,构建(u jin),表达载体,植物细胞,植物细胞染色DNA,新性状,农杆菌,第二十八页,共五十一页。,基因枪法(qingf)又称微弹轰击法,是利用压缩气体产生的动
10、力,将包裹在金属颗粒表面的表达载体DNA打入受体细胞中,使目的基因与其整合并表达的方法。,(2)基因(jyn)枪法,适用(shyng)于单子叶植物,第二十九页,共五十一页。,(3)花粉(hufn)通道法,植物花粉在柱头上萌发后,花粉管要穿过花柱(huzh)直通胚囊。花粉管通道法就是在植物受粉后,花粉形成的花粉管还未愈合前,剪去柱头,然后,滴加DNA(含目的基因),使目的基因借助花粉管通道进入受体细胞。,适用(shyng)于被子植物,第三十页,共五十一页。,胚珠(pi zh),花药(huyo),花丝(hu s),柱头,花柱,子房壁,子房,雄蕊,雌蕊,第三十一页,共五十一页。,2.将目的(md)基
11、因导入动物细胞,(1)方法(fngf):显微注射法(将基因表达载体提纯,用显微仪注射到 受精卵中),思考(sko):为什么要用受精卵而不用体细胞?,第三十二页,共五十一页。,(2)操作程序:,提纯含目的(md)基因表达载体,取受精卵,显微(xin wi)注射,移植(yzh)到子宫,受精卵发育,新性状动物,第三十三页,共五十一页。,4、筛选含有(hn yu)目的基因的受体细胞,尽管使用了大量的受体细胞,但真正导入了重组DNA分子的受体细胞很少,因此必须(bx)将它从中检测出来。,筛选的方法主要依赖于质粒中的抗性基因所表达(biod)的产物进行筛选。,第三十四页,共五十一页。,生长(shngzhn
12、g)被抑制,供体DNA,正常(zhngchng)生活,第三十五页,共五十一页。,问题1:在受体细胞中检测到含有目的基因(jyn),能说明转基因成功吗?,不能。还要看最后该目的基因是否(sh fu)在受体细胞表达。,5、目的(md)基因的表达,问题2:如何检测?,检测的方法主要看导入的目的基因是否表达出产物,或要看受体生物是否表现出相应的性状。,基因工程是否获得成功,最重要的是要看目的基因是否在受体细胞中得到表达。,第三十六页,共五十一页。,产物(chnw)的检测,细菌的检测,将每个受体细胞单独培养形成菌落(jnlu),检测菌落(jnlu)中是否有目的基因的表达产物。淘汰无表达产物的菌落(jnl
13、u),保留有表达产物的进一步培养、研究。,第三十七页,共五十一页。,如用棉叶饲喂棉铃虫,如虫吃后不出现中毒症状,说明未导入目的基因或导入的目的基因未表达(biod)。如虫吃后中毒死亡,则说明导入了抗虫基因并得到表达(biod)。,性状(xngzhung)的检测,第三十八页,共五十一页。,如转入了人胰岛素原基因的大肠杆菌,可以(ky)合成人胰岛素原。经进一步加工后可获得具有生物活性的胰岛素。,如转入了人胰岛素原基因的酵母菌,是否(sh fu)需要进一步加工?,第三十九页,共五十一页。,1.不属于质粒被选为基因运载体的理由是 A、能复制 B、有多个限制酶切点 C、具有(jyu)标记基因 D、它是环
14、状DNA,D,练习(linx),第四十页,共五十一页。,2.有关基因工程的叙述中,错误的是 A、DNA连接酶将黏性末端的碱基对连接起来 B、限制性核酸(h sun)内切酶用于目的基因的获得 C、目的基因须由运载体导入受体细胞 D、一种限制酶只能识别一种特定的脱氧苷酸 序列,A,第四十一页,共五十一页。,3.有关基因工程的叙述(xsh)正确的是 A、限制酶只在获得目的基因时才用 B、重组质粒的形成在细胞内完成 C、质粒都可作为运载体 D、蛋白质的结构可为合成目的基因提供资料,D,第四十二页,共五十一页。,4.基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的。在基因操作的基本步骤中,不进行碱基互补配对的
15、步骤是 A、人工合成目的基因 B、目的基因与运载体结合(jih)C、将目的基因导入受体细胞 D、目的基因的检测和表达,C,第四十三页,共五十一页。,1(全国卷)采用基因工程的方法培育抗虫棉,下列(xili)导入目的基因的作法正确的是()将毒素蛋白注射到棉受精卵中将编码毒素蛋白的DNA序列,注射到棉受精卵 中将编码毒素蛋白的DNA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 组织培养将编码毒素蛋白的DNA序列,与细菌质粒重组,注射到棉的子房并进入受精卵A B C D,C,第四十四页,共五十一页。,2(2009年浙江卷)下列关于基因工程的叙述,错误 的是()A目的基因和受体细胞均可
16、来自动、植物或微生物 B限制性核酸内切酶和DNA连接酶是两类常用的工 具酶 C人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无 生物活性 D载体(zit)上的抗性基因有利于筛选含重组DNA的细胞 和促进目的基因的表达,D,第四十五页,共五十一页。,3(2010浙江卷)在用基因工程技术构建抗除草剂的转基因烟草过程中,下列操作错误的是()A用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸B用DNA连接酶连接经切割的抗除草剂基因(jyn)和载体C将重组DNA分子导入烟草原生质体D用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞,A,第四十六页,共五十一页。,4(2011浙江卷)将ada(腺苷酸脱氨酶基因)通过质粒pET28b导入大肠杆菌并成功表达腺苷酸脱氨酶。下列叙述错误(cuw)的是()A.每个大肠杆菌细胞至少含一个重组质粒 B.每个重组质粒至少含一个限制性核酸内切酶识别位点 C.每个限制性核酸内切酶识别位点至少插入一个ada D.每个的ada至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子,C,第四十七页,共五十一页。,6(2012浙江卷)天然的玫瑰没有蓝色花,这是由于缺少控制蓝色色素合成的基因B,而开蓝色花的矮牵牛中存在序列已知的