基因工程理论和工具

1、 选修选修3 3 现代生物科技现代生物科技 基因工程基因工程 细胞工程细胞工程 胚胎工程胚胎工程 生态工程生态工程1973年，年，转基因大肠杆菌问世；转基因大肠杆菌问世；1980年，世界上第一例转基因小鼠；年，世界上第一例转基因小鼠；1983年，世界上第一例转基因烟草；年，世界上第一例转基因烟草；基因工程基因工程神奇的技术神奇的技术超级鼠超级鼠转基因烟草转基因烟草抗抗虫虫棉棉豆科植物的根瘤能够固定空气中的氮普通玉米、小麦、水稻等蛋白含量较低家蚕能够吐出蚕丝为人类利用家蚕能够吐出蚕丝为人类利用基本构思？基本构思？ 基因决定性状基因决定性状目目的的基基因因导入导入受体细胞受体细胞另一种生另一种生物

2、细胞物细胞转基因生物转基因生物或产品或产品新性状新性状 转基因技术转基因技术DNA重组技术重组技术人为、定向人为、定向 理论研究基础理论研究基础技术发展保障技术发展保障 为什么基因工程可以实现？为什么基因工程可以实现？基础理论的重大突破基础理论的重大突破18671867年孟德尔根据豌豆杂交实年孟德尔根据豌豆杂交实验提出遗传因子概念。验提出遗传因子概念。19091909年丹麦植物学家、遗传学年丹麦植物学家、遗传学家约翰逊首次提出家约翰逊首次提出“基因基因”这这一名词。一名词。1944年艾弗里等人分离细菌年艾弗里等人分离细菌DNA并证明了并证明了DNA是遗传物质。是遗传物质。1953年沃森和克里克

3、建立了年沃森和克里克建立了DNA双螺旋结构模型。双螺旋结构模型。1963年尼伦伯格和马太破译了遗传密码年尼伦伯格和马太破译了遗传密码,发现了发现了密码子的通用性。密码子的通用性。1967年提出了中心法则，后来补充完善。年提出了中心法则，后来补充完善。1.1.不同生物体基因的结构一致；不同生物体基因的结构一致； 小结：基因工程的理论基础小结：基因工程的理论基础2.各种生物基因传递与表达过程相似， 密码子通用。 基因相同，合成的蛋白质相同基因基因1. 控制生物性状的结构功能单位2. 有遗传效应的DNA(或RNA)片段 携带遗传信息DNA基因基因结构结构非编非编码区码区启动子启动子终止子终止子编码区

4、编码区调控基因表达调控基因表达（调控序列）（调控序列）转录时决定蛋白质的结构转录时决定蛋白质的结构( (编码编码序列序列) ) RNARNA聚合酶聚合酶识别并结合特定位点识别并结合特定位点,催化编码区转录催化编码区转录RNARNA聚合酶聚合酶结合位点结合位点转录终止信号转录终止信号启动子启动子终止子终止子结构基因结构基因转录区段转录区段编码区编码区非编码区非编码区非编码区非编码区 资料1：1952年，美国分子遗传学家卢里亚发现大肠杆菌能将某些外来的噬菌体DNA分子切割成大小不同的片段。这说明细菌中存在具有哪种特殊功能的物质？对于细菌的意义？对于转基因计划的启示？细菌细胞中存在切割外源DNA的物

5、质转入受体细胞的基因会被切割资料2：1967年，罗思和赫林斯基发现，细菌中的质粒有自我复制能力，并能在细菌细胞之间转移。这又给我们什么启示呢？ 如果将目的基因直接转移到受体细胞，面临被如果将目的基因直接转移到受体细胞，面临被切割的危险，怎么办？切割的危险，怎么办？可以借助工具转运基因1.1.运载体运载体分子运输车分子运输车作用：作用：将外源基因送入受体细胞将外源基因送入受体细胞种类：种类：质粒、噬菌体质粒、噬菌体入入细菌细菌动植物病毒动植物病毒入入动、植物细胞动、植物细胞二、基因工程的工具二、基因工程的工具运载体必须具备哪些特点？运载体必须具备哪些特点？1.有复制原点，能够在宿有复制原点，能够

6、在宿主细胞中复制并稳定保主细胞中复制并稳定保存；存；2.具有多个酶切点，以便具有多个酶切点，以便与外源基因连接；与外源基因连接；3.具有标记基因，便于进具有标记基因，便于进行筛选；行筛选；4.对受体细胞无伤害。对受体细胞无伤害。细菌质粒细菌质粒构建一个重组构建一个重组DNADNA分子需要哪些分子需要哪些必要的工具？必要的工具？另一种生物另一种生物细胞中细胞中( (受受体细胞体细胞) )目的基因目的基因 要将来源不同的要将来源不同的DNADNA拼接在一起，它们是否应具备相同的接口？拼接在一起，它们是否应具备相同的接口？ 用什么生物手段处理这些用什么生物手段处理这些DNADNA分子？分子？基因的剪

7、刀基因的剪刀限制性内切酶限制性内切酶限制性内切酶作用过程限制性内切酶作用过程限制性内切酶作用特点？磷磷酸酸二二酯酯键键作用特点：作用特点：识别特定碱基序列，并在特定位点切割识别特定碱基序列，并在特定位点切割G A A T T C C T T A A G C C C G G G G G G C C C EcoRSam作用结果：作用结果：EcoR黏性末端黏性末端3.3.作用结果：作用结果：Sma平末端平末端BamHI GGATCCCCTAGG EcoRI GAATTCCTTAAG AAGCTT TTCGAAHindIII NotI SacI GAGCTCCTCGAG SalI GTCGACCAGC

8、TG XbaI TCTAGAAGATCT ApaI GGGCCC CCCGGGSmaI AluI AGCTTCGACCCGGGGGGCCC回文序列回文序列GCGGCCGCCGCCGGCG 限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶 作用：作用：切割DNA中磷酸二酯键 特点：特点：识别特定碱基序列，有特定切点 结果：结果： 产生黏性末端或平末端 来源：来源：主要在微生物中 种类：种类：现已发现4000多种基因的针线：DNA连接酶G A A T T CC T T A A GG A A T T CC T T A A GG C T T A A A A T T C GG C T T A A A A T T C G

9、G C T T A A A A T T C G用同种限制酶切割用同种限制酶切割3.DNA连接酶连接酶将DNA片段连接起来，形成重组DNA分子催化形成磷酸二酯键目的基因所在片段目的基因所在片段运载体运载体PStDNA连接酶连接酶重组重组DNA运载体自连运载体自连目的基因目的基因 自连自连CTTAAGAATTCGCTTAAAATTCGGPSt 基因工程中的工具基因工程中的工具1）分子手术刀、分子缝合针、分子运输车 分别指谁？2）限制性内切酶作用特点是什么？ 切开的是什么键？3）写出与-CTGCA 连接的另一DNA分子端部 -G4) DNA连接酶有连接单链DNA的作用吗？ 能连接形成RNA吗？穆里斯

10、穆里斯桑格桑格1970年，阿尔伯、内森斯、史密斯年，阿尔伯、内森斯、史密斯在细菌中发现了限制性内切酶，后在细菌中发现了限制性内切酶，后来发现了来发现了DNA连接酶。连接酶。技术创新使基因工程的实施技术创新使基因工程的实施成为可能成为可能1965年桑格等科学家发明了蛋白质年桑格等科学家发明了蛋白质和和DNA序列分析方法。序列分析方法。1972年，伯格成功地构建了第一个年，伯格成功地构建了第一个体外重组体外重组DNA分子。分子。1973年，转基因大肠杆菌问世，年，转基因大肠杆菌问世，1980年，第一个转基因小鼠诞生，年，第一个转基因小鼠诞生，1983年，第一个转基因烟草问世。年，第一个转基因烟草问

11、世。伯格伯格穆里斯穆里斯1988年，穆里斯发明了年，穆里斯发明了PCR技术。技术。 资料： 博格是第一个完成体外DNA重组的科学家，他意识到这项技术可能会带来严重的影响。 为了让科学家有足够时间讨论这项技术的安全性，毅然停止实验一年，待确认可以采取一定措施保证在实验室可以安全开展技术后，才重新开始他钟爱的工作，充分展示了一个科学家的人格魅力。 目目的的基基因因导入导入受体细胞受体细胞另一种生另一种生物细胞物细胞转基因生物转基因生物或产品或产品新性状新性状 转基因技术转基因技术DNA重组技术重组技术人为、定向人为、定向基础理论的重大突破基础理论的重大突破18671867年孟德尔根据豌豆杂交实年孟德尔根据豌豆杂交实验提出遗传因子概念。验提出遗传因子概念。19091909年丹麦植物学家、遗传学年丹麦植物学家、遗传学家约翰逊首次提出家约翰逊首次提出“基因基因”这这一名词。一名词。1944年艾弗里等人分离细菌年艾弗里等人分离细菌DNA并证明了并证明了DNA是遗传物质。是遗传物质。1953年沃森和克里克建立了年沃森和克里克建立了DNA双螺旋结构模