第六章第二节 基因工程及其应用

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基因工程及其应用
第 六章 第二节
一 基因工程的基本内容
主要内容
1、什么是基因工程？
2、基因工程的原理是什么？
3、基因工程有哪些应用？
4、转基因食品安全吗？
又称基因拼接技术,或重组DNA 技术。
通俗的说，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，然后放到另一种生物的细胞里，定向改造生物的遗传性状。
基因工程(gene engineering)
原 理：
操作水平：
结 果：
基因重组
DNA分子水平
定向地改造生物的遗传性状，获得人类所需要的品种。
基因工程(gene engineering)
培育转基因大肠杆菌的简要过程：
你认为上述培育转基因大肠杆菌的关键步骤有哪些？
普通大肠杆菌
(不能分泌胰岛素)
人体组织细胞
提取
胰岛素基因
与运载体DNA拼接
导入
大肠杆菌
(含胰岛素基因)
转基因大肠杆菌(能分泌胰岛素)
培育转基因大肠杆菌的关键步骤：
1.ONE
胰岛素基因从人体细胞内提取出来
2.TWO
胰岛素基因与运载体DNA连接
3.THREE
胰岛素基因导入受体细胞(大肠杆菌)
基因的“剪刀”
基因的“针线”
基因的运载体
（二）基因操作的工具
基因的剪刀——DNA限制性内切酶
基因的针线——DNA连接酶
基因的运载工具——运载体
限制酶是在生物体(主要是微生物)内的一种酶，能将外源的DNA切断，由于这种切割作用是在DNA分子内部进行的，故名DNA限制性内切酶
基因的剪刀——限制性内切酶（简称限制酶）
（二）基因操作的工具
作用特点：
举 例：
特异性
识别特定的核苷酸序列
切割特定的切点
大肠杆菌的一种限制酶能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。
基因的剪刀——限制性内切酶（简称限制酶）
限制酶
（二）基因操作的工具
被限制酶切开的两段DNA的切口，带有几个伸出的核苷酸，它们之间正好互补配对，这样的切口叫做黏性末端。
（二）基因操作的工具
基因的剪刀——限制性内切酶（简称限制酶）
CTTCATG AATTCCCTAA
GAAGTACTTAA GGGATT
GGCATCTTAA
AATTCCGTAG
练习使用EcoRI 剪切目的基因
CTTCATG AATTCCCTAA
GAAGTACTTAA GGGATT
GGCATCTTAA
AATTCCGTAG
目的基因
黏性末端
基因的针线：DNA连接酶
G A A T T C
C T T A A G
G A A T T C
C T T A A G
G
C T T A A
A A T T C
G
G
C T T A A
A A T T C
G
G
C T T A A
A A T T C
G
用同种限制酶切割
基因的针线——DNA连接酶
DNA连接酶可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，即把梯子两边扶手的断口（磷酸二酯键）连接起来，这样一个重组的DNA分子就形成了。
（二）基因操作的工具
基因的针线——DNA连接酶
（二）基因操作的工具
基因的针线——DNA连接酶
（二）基因操作的工具
（二）基因操作的工具
基因的运载工具——运载体：
外源基因（如抗虫基因）导入受体细胞（如棉花细胞）需要运输工具——运载体。
基因的运载工具——运载体：
常用的运载体主要有两类：
1）质粒
2）噬菌体和动植物病毒
（二）基因操作的工具
基因工程最常用的运载体是_______
质 粒
（二）基因操作的工具
基因的运载工具——运载体：
质粒的分布：
质粒的结构：
细菌、酵母菌等生物
质粒是细胞染色体外能够进行自主复制的小型环状DNA分子
大肠杆菌的质粒常含有抗药基因，如抗四环素的标记基因。
质粒的存在与否对宿主细胞生存没有决定性作用，但复制只能在宿主细胞内成。
（二）基因操作的工具
基因的运载工具——运载体：
四个基本步骤：
（三）基因操作的基本步骤
4）目的基因的检测和表达
1）提取目的基因
2）目的基因与运载体结合
3）将目的基因导入受体细胞
目的基因是人们所需要转移或改造的基因。
如苏云金芽孢杆菌的抗虫基因，还有植物的抗病（抗病毒、抗细菌）基因、种子贮藏蛋白的基因，以及人的胰岛素基因、干扰素基因等。
步骤一：提取目的基因
1.用一定的_________切割
质粒，使其出现一个切
口，露出____________。
2.用_____________切断目
的基因，使其产生_____
____________。
3.将切下的目的基因片段插入质粒的______处，
再加入适量___________，形成了一个重组
DNA分子（重组质粒）
限制酶
黏性末端
同一种限制酶
的黏性末端
切口
DNA连接酶
相同
步骤二：目的基因与运载体结合
目的基因与运载体的结合过程，实际上是不同来源的基因重组的过程。
所有受体细胞都能摄入重组DNA分子吗？
在全部受体细胞中，真正能摄入重组DNA分子的受体细胞是很少的。
所以必须通过一定的手段对受体细胞中是否导入目的基因进行检测。
检测一般依据的原理是什么？
依据受体细胞是否具有质粒中标记基因所控制的某种性状。
步骤三：目的基因导入受体细胞
受体细胞摄入重组DNA分子后就说明目的基因完成了表达吗？
有些受体细胞即使摄入重组DNA分子但目的基因并不一定能完成表达。
那么，受体细胞摄入重组DNA分子后，目的基因完成表达的标志是什么？
受体细胞必须表现出目的基因所控制的特定的性状，才能说明目的基因完成了表达。
步骤四：目的基因的检测和鉴定
　　例：用棉铃饲喂棉铃虫，如虫吃后不出现中毒症状，说明未摄入目的基因或摄入目的基因未表达。如虫吃后中毒死亡，则说明摄入了抗虫基因并得到表达。
基因操作的基本步骤
1）以下说法正确的是 （ ）
A、所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列
B、质粒是基因工程中唯一的运载体
C、运载体必须具备的条件之一是：具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接
D、基因控制的性状都能在后代表现出来
C
练习
2）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、具有标记基因
D、它是环状DNA
D
练习
一、基因工程与作物育种
生长快、肉质好的转基因鱼(中国)
乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷)
转黄瓜抗青枯病基因的甜椒
转鱼抗寒基因的番茄
获得高产、稳产和具有优良品质的农作物和具有抗逆性的作物新品种。
2、基因工程与药物研制
我国生产的部分基因 工程疫苗和药物
　　许多药品的生产是从生物组织中提取的。受材料来源限制产量有限，其价格往往十分昂贵。
　　微生物生长迅速，容易控制，适于大规模工业化生产。若将生物合成相应药物成分的基因导入微生物细胞内，让它们产生相应的药物，不但能解决产量问题，还能大大降低生产成本。
　　胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。
　　将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素！使其价格降低了30%-50%!
3、　环境保护　　基因工程做成的“超级细菌”能吞食和分解多种污染环境的物质。
　　通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类，用基因工程培育成功的“超级细菌”却能分解石油中的多种烃类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDT等毒害物质。
　　利用基因工程培育的“指示生物”能十分灵敏地反映环境污染的情况，却不易因环境污染而大量死亡，甚至还可以吸收和转化污染物。
转基因食品
安全吗
课
究
探
后
课题：利用网络资源并结合教材中的资料分析,就“转基因生物和转基因食品的安全性”以小论文的形式发表个人见解。
exercise
基因工程的正确操作步骤是:
①使目的基因与运载体结合
②将目的基因导入受体细胞
③检测目的基因的表达是否符合特定性状要求
④提取目的基因
③ ② ④ ① B. ② ④ ① ③
C. ④ ① ② ③ D. ③ ④ ① ②
⒈要使目的基因与对应的载体重组，所需的两种酶是( )　
①限制酶　②连接酶　③解旋酶　④还原酶　　　 Ａ．①②　Ｂ．③④　Ｃ．①④　Ｄ．②③
A
基因工程技术中的目的基因主要来源于
A.自然界现存在生物体内的基因 B.自然突变产生的新基因 C.人工诱变产生的新基因 D.科学家在实验室中人工合成的基因
A
下列关于基因工程的叙述中,正确的是:
A.限制酶只用于提取目的基因 B.细菌体内的环状DNA均可作运载体 C.DNA连接酶可用于目的基因和运载体的连接 D.重组DNA分子一旦进入受体细胞,基因工程则完成.
以下说法正确的是:
A.目的基因是指重组DNA B.一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列 C.DNA重组所用的工具酶是限制酶、连接酶和运载体 D.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
C
B
这一方法是将样品DNA分子、复制时所需的引物、DNA聚合酶和大量脱氧核苷酸混合后加热，使DNA双链分开，冷却后，引物分别附着到两条单链DNA的两端。聚合酶有了引物就能从引物开始连上与模板互补的核苷酸。结果两条DNA单链各补上一条新链成了两个DNA分子。如此反复加温、冷却，只要有聚合酶和足够的4种三磷酸核苷酸，就可大量产生与样品一样的DNA分子。