基因工程及其应用[下学期]

课件68张PPT。§6.2 基因工程简介我们知道：1、青霉菌能够产生对人类有用的抗生素——青霉素
2、豆科植物的根瘤菌能够固定空气中的氮
3、家蚕能够吐丝……
我们能不能通过改造生物体的基因，定向改变生物的遗传性状呢？比如：
1、让水稻、玉米能够固定空气中的氮；
2、让细菌吐丝；
3、让微生物产生人的胰岛素、干扰素等珍贵的药物……
这就要用到定向改造生物的新技术 ——基因工程一、基因工程的概念（一）基因工程的概念基因拼接技术或DNA重组技术生物体外基因DNA分子水平人类需要的基因产物剪切→ 拼接→ 导入→ 表达实质基因重组实 例人们通过基因工程培育一种抗虫棉，它可以产生毒素，杀死害虫。毒素是蛋白质，表达它的基因是从苏云金芽孢杆菌中提取出来，放入棉的细胞中，与棉细胞中的DNA结合起来，在棉中表达并发挥作用。能杀死棉铃虫的棉花抗虫棉与普通棉花的对比基因工程培育抗虫棉的简要过程：普通棉花(无抗虫特性)苏云金芽孢杆菌提取抗虫基因与运载体DNA拼接
导入棉花细胞(含抗虫基因)棉花植株(有抗虫特性)上述培育抗虫棉的关键步骤是什么？基因工程培育抗虫棉的关键步骤：关键步骤一：抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内提取出来关键步骤二：抗虫基因与运载体DNA连接关键步骤三：抗虫基因导入受体(棉花)细胞解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？关键步骤一的工具：
关键步骤二的工具：
关键步骤三的工具：基因的剪刀——限制性内切酶
基因的针线——DNA连接酶
基因的运载工具——运载体基因的剪刀（分子手术刀）限制性核酸内切酶来源:特异性一种限制酶只识别一种特定的核苷酸序列在特定切点切割DNA主要存在于微生物特点:从大肠杆菌中发现的一种限制酶，只能够识别GAATTC序列，并且只能在G和A之间将这段序列切开。G A A T T CC T T A A GEcoRⅠ 的特异性黏性末端黏性末端黏性末端:被限制酶切开的DNA两条单链的切口,带有几个伸出的脱氧核苷酸,它们之间正好互补配对.G A A T T CC T T A A G物种A的DNAG A A T T CC T T A A G物种B的DNA基因的针线 DNA连接酶：连接DNA骨架上的缺口EcoRⅠEcoRⅠ②基因的针线(分子缝合针) ──DNA连接酶作用：将两段DNA片断拼接起来，即把两个粘性末端之间的缝隙“缝合”起来，使之成为一个完整的DNA分子。基因的运输工具（分子运输车）运载体目前常用的运载体：作用：质粒.噬菌体.农杆菌.动植物病毒将外源基因送入受体细胞DNA大肠杆菌细胞质粒（环状DNA分子）抗菌素抗性基因控制质粒DNA转移的基因作为运载体必须具备以下条件：
1.能够在受体细胞中复制并稳定保存；
2.具有多个限制酶切点，便于与外源基因连接；
3.具有标记基因，便于进行筛选、检测。　　习 题1、重组DNA技术所用的工具酶是限制酶、连接酶和运载体。 （ ）
2、限制酶的切口一定是GAATTC碱基序列。 （ ）
3、一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列。 （ ）××√4、科学家们经过多年努力，创立了一种新兴生物技术——基因工程，实施该工程的最终目的： （ ）DA.定向提取生物体的DNA分子
B.定向地对DNA分子进行“剪切”
C.在生物体外对DNA分子进行改造
D.定向地改造生物的遗传性状5、下列哪项不是基因工程中经常使用的用来运载目的基因的载体是：（ ）A.细菌质粒
B.噬菌体
C.动植物病毒
D.细菌核区的DNAD三、基因操作的基本步骤基因工程操作的基本步骤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
4.目的基因的表达和检测1.提取目的基因目的基因:人们所需要的特定基因目的基因常见种类:①抗虫基因②抗病基因③药物基因目的基因获得途径:①从供体细胞的DNA中直接分离②人工合成（1）从供体细胞的ＤＮＡ中直接分离基因——鸟枪法　用限制酶切断成许多片段用限制酶将供体细胞的DNA切成许多片段，将这些片断分别载入运载体，然后通过运载体分别转入不同的受体细胞，让供体细胞所提供的外源DNA的所有片断分别在各个受体细胞中大量扩增，从中找出含有目的基因的细胞，再用一定的方法把带有目的基因的DNA片断分离出来。
优点：操作简便。
缺点：工作量大，带有一定的盲目性，成功率低。
应用：许多抗虫、抗病毒基因的提取。（２）人工合成基因ａ、逆转录法：以目的基因转录成的信使RNA为模板，在逆转录酶的作用下，逆转录成互补的单链DNA，然后在DNA聚合酶的作用下，将脱氧核苷酸合成双链DNA。
ｂ、逆推法：根据已知的蛋白质的氨基酸序列，推测出相应的信使RNA序列，再根据碱基互补配对原则推测出它的结构基因的脱氧核苷酸序列。最后以游离脱氧核苷酸为原料合成目的基因。
应用：人的血红蛋白基因、胰岛素基因。DNA合成仪基因扩增（PCR技术）DNA序列自动测序仪DNA测序仪显示的碱基排列顺序2.目的基因与运载体结合① 同一种限制酶,切割目的基因与质粒,产生相同黏性末端② DNA连接酶,让目的基因与质粒的黏性末端结合重组DNA分子/重组质粒剪刀针线②目的基因与运载体结合——重组DNA　　用与提取目的基因相同的限制酶切割质粒使之出现一个切口，将目的基因插入切口处，让目的基因的黏性末端与切口上的黏性末端互补配对后，在连拉酶的作用下连接形成重组DNA分子。应用：人的胰岛素基因就是通过这种方式与大肠杆菌质粒DNA分子结合，形成重组DNA分子（也叫重组质粒）的。③将目的基因导入受体细胞常用的受体细胞：大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞等。
导入途径：（以运载体是质粒，受体细胞是细菌为例）
受体细胞（细菌）——氯化钙处理——细菌细胞壁通透性增加——导入重组质粒——重组质粒扩增。导入受体细胞④目的基因的检测和表达ａ、检测的意义：鉴别目的基因是否真正导入受体细胞。
ｂ、检测方法：大肠杆菌质粒具有抗青霉素基因（标记基因），只要检测受体细胞具有抗青霉素的能力，就说明导入了目的基因。
ｃ、目的基因的表达：受体细胞表现出特定性状，说明目的基因导入和完成表达过程。　　细菌的检测，将每个受体细胞单独培养形成菌落，检测菌落中是否有目的基因的表达产物。淘汰无表达产物的菌落，保留有表达产物的进一步培养、研究。多细胞生物的检测将每个受体细胞单独培养并诱导发育成完整个体，检测这些个体是否摄入目的基因，摄入的基因是否表达（是否表现出相应的性状）。淘汰无变化的个体，保留有相应变化的个体进一步培养、研究。
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。习 题1、目的基因是指重组ＤＮＡ质粒。 　　　　　 （ ）
2、只要检测出受体细胞中含有目的基因，那么，目的基因一定能成功地进行表达。 （ ）××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培育出具有各种抗逆性的农作物新品种e.g.抗虫.抗病毒.抗除草剂.抗盐碱.抗干旱.抗高温…二 基因工程的应用生长快.耐不良环境.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)超级羊和超级小鼠基因工程与药物研制二 基因工程的应用用基因工程生产的药物种类有：胰岛素.干扰素.白细胞介素.溶血栓剂.凝血因子.人造血液代用品.各种疫苗…60余种基因工程与环境保护“Super bug ”超级细菌二 基因工程的应用　　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。1996-2001年全球转基因植物种植面积(Km2)年度种植面积2001年转基因植物种植面积比例大豆63%油菜 5%棉花 13%玉米 19% 转基因食品 安全吗?!1 安全性问题：用基因工程方法生产的产品，特别是农产品，对人体有无不良影响。
2 生态环境问题：当某种基因被转移到作物或杂草中，是否会破坏生态环境。
3 公众的接受性：即心理因素。
4 社会伦理道德问题三 转基因生物和转基因食品的安全性转基因生物的安全性问题 一些生态学家认为，转基因生物进入自然环境可能会有一定程度的风险。
例如，转入抗除草剂基因的转基因作物有可能与亲缘关系较近的杂草发生天然杂交，从而产生具有抗除草剂基因的新杂草，出现更难对付的“超级杂草”危害。
处于实验阶段的转基因生物必须严加管理，所有新的转基因生物都必须通过严格的审查评估，排除风险后才能被批准进入自然环境。 另外，有人对基因治疗的安全问题也非常关切。
从理论上说，目的基因导入人体细胞，有可能使受体的基因组成发生某种无法控制和预见的遗传变异。含有目的基因的人和正常人婚配有可能使那些目的基因在人群中传播，进而可能对整个人类基因库发生难以预料的影响。 目前，大多数专家认为，已经投入商品化生产的转基因番茄、玉米等农产品都是安全的。迄今为止尚无食用转基因生物产品引起任何严重问题的科学报道。 法国环绿色和平组织摧毁5 个转基因作物基地我 国 对 策大力支持植物基因工程研究；
对转基因食品不进行大力宣传；
加强审批和管理；
制定相关法律和规定。
2202年3月我国规定转基因食品要贴标签，但无人遵守。 习 题1、目的基因是指重组DNA质粒
　　　　　 （ ）
2、只要检测出受体细胞中含有目的基因，那么，目的基因一定能成功地进行表达。 （ ）××P 106 拓展二 1这是因为在基因水平上,人和细菌的遗传机制是一致的.细菌和人的遗传物质都是DNA,都使用同一套遗传密码子,都遵循中心法则.因此,通过基因重组,细菌能够合成人体的某些蛋白质.谢谢指导！