生物选修三专题一基因工程PPT课件

（一）目的基因主要是_。,编码蛋白质的结构基因,（三）获取目的基因的常用方法有哪些?,1、从基因文库中获取,2、利用PCR技术扩增,一、目的基因的获取,（二）目的基因的来源：,1、从自然界中已有物种中分离出来,2、人工的方法合成,第5页,直接分离法,LOGO,正文,切割,工具：限制酶优点：操作简单缺点：盲目性大（一般适用于原核生物）,第6页,人工合成法,LOGO,正文,优点：目的性强缺点：操作复杂，目的基因只含编码序列。（一般适用于真核生物）,直接合成法,反转录法,1.基因文库：,2.基因文库的分类：,种类,基因组文库：含有一种生物的全部基因,部分基因文库：只包含了一种生物的部分基因，如：cDNA文库,（一）从基因文库中获取目的基因,提取某种生物的全部DNA,限制酶切,一定大小的DNA片段,与载体连接,导入受体菌中储存,基因组文库,3.基因文库的构建方法,（1）基因组文库,某种生物的单链mRNA,单链互补DNA,双链DNA片段,导入受体菌中储存,与载体连接,cDNA文库,逆转录酶,DNA聚合酶,（2）部分基因文库,1.概念：PCR全称为_，是一项在生物_复制_的核酸合成技术。,多聚酶链式反应,体外,特定DNA片段,3.原理：,碱基互补配对原则,（二）利用PCR技术扩增目的基因,2.目的：,在短时间内大量扩增目的基因,2.原料：四种脱氧核苷酸(dNTP),4.一对引物：,3.热稳定DNA聚合酶(Taq酶）,1.模板DNA(含有目的基因),4.条件：,与目的基因的起始段互补核苷酸序列,一段已知目的基因的核苷酸序列,5.前提：,第3页,PCR反应原理示意图,LOGO,正文,利用PCR技术扩增,6.PCR过程,1.高温变性（9095）,2.低温退火（复性）（5560）,3.中温延伸（7075）,双链DNA是在高温条件下解链为单链DNA的，因此整个过程不需要解旋酶。,多次重复,PCR与DNA复制比较：,1.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。,二、基因表达载体的构建,2.基因表达载体的组成：,启动子+目的基因+终止子+标记基因,（一）转化：,（二）方法,目的基因进入_内，并且在受体细胞内维持_和_的过程。,受体细胞,稳定,表达,三、将目的基因导入受体细胞,1、将目的基因导入植物细胞的方法：（1）农杆菌转化法农杆菌特点：,易感染双子叶植物和裸子植物，对大多数单子叶植物没有感染能力。,原理：植物体受损伤时，伤口细胞会分泌酚类化合物，吸引农杆菌，农杆菌的Ti质粒上的T-DNA可以转移到受体细胞，并整合到受体细胞染色体的DNA上。,过程：,优点：,经济有效,（2）基因枪法（3）花粉管通道法,缺点：成本较高,受体细胞(单子叶植物),我国科学家独创，转基因抗虫棉,2、将目的基因导入动物细胞方法：显微注射技术程序：常用的动物受体细胞：受精卵和卵细胞,3、将目的基因导入微生物细胞原核生物特点：繁殖快、单细胞、遗传物质少方法：,用Ca2+处理细胞感受态细胞(吸收环境中DNA生理状态)表达载体(缓冲液)与感受态细胞混合(温度)感受态细胞吸收DNA分子,（二）方法,将目的基因导入植物细胞,将目的基因导入动物细胞,将目的基因导入微生物细胞,农杆菌转化法,基因枪法,花粉管通道法,显微注射法,Ca2+处理法,三、将目的基因导入受体细胞,四、目的基因的检测与鉴定,（一）检测（分子水平）,1、检测转基因生物的DNA上是否插入了目的基因,提取转基因生物的基因组DNA用含目的基因的DNA片段用放射性同位素等作标记，以此做探针使探针和转基因生物的基因组杂交,若显示出杂交带，表明染色体已插入染色体DNA中,（1）方法:,DNA分子杂交,（2）过程:,2、检测目的基因是否转录出了mRNA,3、检测目的基因是否翻译成蛋白质,（1）方法:,分子杂交,方法:,抗原-抗体杂交,（2）过程:用上述探针和转基因生物的mRNA杂交，若出现杂交带,表明目的基因转录出了mRNA,（二）鉴定（个体生物学水平）,抗虫、抗病接种实验，活性比较等,人体细胞,质粒,大肠杆菌,目的基因(人胰岛素基因),用同一种限制酶进行酶切,DNA连接酶连接目的基因和质粒,重组质粒(重组DNA),重组质粒导入大肠杆菌细胞,繁殖,人胰岛素,复制目的基因,获取目的基因从基因文库中获取目的基因利用PCR技术扩增目的基因构建基因表达载体目的基因、启动子、终止子、标记基因将目的基因导入受体细胞植物、动物、微生物目的基因的检测与鉴定检测：分子水平是否插入、转录、翻译鉴定：个体水平,小节:基因工程的基本操作程序,基因工程的基本工具？限制酶的特点？DNA连接酶和载体的种类？基因工程的基本操作程序？获取目的基因的方法？基因工程的核心步骤是？基因表达载体的组成？将目的基因导入植物、动物、微生物细胞的方法？目的基因能否在受体细胞中稳定遗传的关键？目的基因的检测与鉴定的方法？,复习,一、植物基因工程硕果累累,转基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力,以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面。,(一)抗虫转基因植物,杀虫基因：,Bt毒蛋白基因蛋白酶抑制剂基因淀粉酶抑制剂基因植物凝集素基因,Bt毒蛋白基因蛋白酶抑制剂基因淀粉酶抑制剂基因植物凝集素基因,产生的抑制剂可与害虫消化道的蛋白酶结合,淀粉酶抑制剂抑制昆虫消化道中的淀粉酶活性,合成的糖蛋白可与昆虫肠道粘膜上的某种物质结合,编码的蛋白质在害虫肠道降解成有毒的多肽,转基因抗虫棉,(二)抗病转基因植物,病原微生物：,主要有病毒、真菌和细菌等。,抗病转基因植物采用的基因：,抗真菌转基因植物采用的基因：,病毒外壳蛋白基因（CP基因）病毒复制酶基因,几丁质酶基因抗毒素合成基因,(三)抗逆转基因植物,可以调节细胞渗透压的基因抗冻蛋白基因抗除草剂基因,(四)利用转基因改良植物的品质,将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物；改变这些氨基酸合成途径中某种关键酶的活性。,例如：将富含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉米，赖氨酸含量提高30%。,将控制番茄果实成熟的基因导入番茄，获得转基因延熟番茄；,将植物花青素代谢有关的基因导入花卉植物矮牵牛中，出现颜色变异。,二、动物基因工程前景广阔,1.用于提高动物生长速度,2.用于改善畜产品的品质,外源生长素基因,将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组,普通鼠和生长速度加快的转基因鼠（右）,3.用转基因的动物生产药物,乳腺生物反应器乳房生物反应器,将药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起。,获取目的基因（例如血清蛋白基因）,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）,显微注射导入哺乳动物受精卵中,形成胚胎,将胚胎送入母体动物,发育成转基因动物（只有在产下的雌性动物个体中，转入的基因才能表达）,4.用转基因的动物作器官移植的供体,1、供体动物：2、存在的难题：3、解决方法：,将供体基因组导入某种基因调节因子，以抑制抗原决定基因的表达；或设法除去抗原决定基因，再结合克隆技术，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。,猪,免疫排斥,三.基因工程药品异军突起,利用基因工程方法制造“工程菌”，可高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。,我国已生产的产品：白细胞介素-2、干扰素、乙肝疫苗等。,近20种，年产值达30亿。,工程菌：用基因工程的方法，使外源基因得到高效率表达的菌类细胞株系。,作用：胰岛素是治疗糖尿病的特效药。传统生产方法：主要从猪、牛等家畜的胰腺中提取，每100kg胰腺只能提取45g胰岛素。产量低，价格昂贵。基因工程方法：1979年，科学家将动物体内的胰岛素基因与大肠杆菌DNA分子重组，并在大肠杆菌内实现了表达。1982年，美国一家基因公司用基因工程方法生产的胰岛素投入市场，售价降低了30%50%。,基因工程药品胰岛素,基因工程药品干扰素,化学本质：是病毒侵入动物或人体细胞后产生的一种糖蛋白。作用：抗病毒的特效药。,干扰素产品,基因工程药品生长激素,治疗侏儒症的唯一方法：是向人体注射生长激素。传统生产方法：需解剖尸体，从大脑的底部摘取垂体，并从中提取生长激素。基因工程方法，将人的生长激素基因导入大肠杆菌中，使其生产生长激素。人们从450L大肠杆菌培养液中提取的生长激素，相当于6万具尸体的全部产量。,四、基因治疗曙光初照,1）原理：,把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，达到治疗疾病的目的。,2）实例：,复合型免疫缺陷症,3）基因治疗的方法,体外基因治疗：,体内基因治疗：,先从病人体内获得某种细胞(T细胞)，进行培养，体外进行基因转移，筛选成功细胞扩增培养，最后重新输入患者体内。,直接向人体组织细胞中转移基因的治疗方法。,4）用于基因治疗的基因种类,1.正常基因取代病变基因；弥补病变基因；,2.反义基因产生mRNA与病变mRNA互补；,3.编码可以杀死癌细胞的蛋白酶基因；,多聚半乳糖醛酸酶(PG)能降解果胶使细胞壁破损。成熟的番茄果实中，PG合成显著增加，能使果实变红变软，但不利于保鲜。利用基因工程减少PG基因的表达，可延长果实保质期。科学家将PG基因反向接到Ti质粒上，导入番茄细胞中，得到转基因番茄，具体操作流程如图。据图回答下列问题：(原生质体是去掉细胞壁的植物细胞),(1)若已获取PG的mRNA，可通过_获取PG基因。重组质粒转移到大肠杆菌中的目的是_。,(2)用含目的基因的农杆菌感染番茄原生质体后，可用含有_的培养基进行筛选，理由是_。之后，还需将其置于质量分数为25%的蔗糖溶液中，观察细胞_现象来鉴别细胞壁是否再生。,(3)由于导入的目的基因能转录出反义RNA，且能与_互补结合，因此可抑制PG基因表达的翻译过程。若_，则可确定转基因番茄培育成功。,知识回顾,基因工程的实质是什么？,将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可以产生它本来不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状。,思考：,基因工程有没有局限？基因工程产生的蛋白质有没有不足？,一、蛋白质工程崛起的缘由,例如：,玉米中赖氨酸含量比较低,天冬氨酸激酶（352位的苏氨酸）,二氢吡啶二羧酸合成酶（104位的天冬酰胺）,天冬氨酸激酶（异亮氨酸）,二氢吡啶二羧酸合成酶（异亮氨酸）,玉米中赖氨酸含量可提高数倍,二、蛋白质工程的基本原理,与基因工程的关系：,蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程。,蛋白质工程流程图：,蛋白质三维结构,氨基酸序列多肽链,基因DNA,mR