基因工程及其应用前景

1、基因工程一）基因工程的含义二）操作工具及其要求三）操作过程四）应用前景一）基因工程的含义基因工程是指按照人们的意愿，进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫做DNA重组技术或DNA拼接技术基因工程的别名DNA拼接技术或DNA重组技术操作坏境生物体外操作水平分子水平操作对象基因基本过程剪切拼接导入表达原理基因重组结果获得人类所需要的产物对生物的改造定向改造生物二）基因工程的工具1）限制性核酸内切酶（简称限制酶）DNA分子 手术刀2）DNA连接酶分子缝合针

2、3）基因进入受体的载体分子运输车1）分子手术刀限制酶来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的一种酶。能将外源DNA切断，由于这种切割作用是在DNA分子内进行的，故名限制性核酸内切酶种类:4000多种作用：识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并使每条链中的特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开结果：形成两种末端（粘性末端和平末端） 限制性内切酶（EcoR）作用过程G A A T T CC T T A A G作用于：磷酸二酯键结果：产生粘性末端2）分子缝合针DNA连接酶种类：EcoliDNAl连接酶，连接粘性末端 T4DNA连接酶，连接粘性末端和平末端作用部位：相邻核苷酸之间的磷酸二酯键作用

3、：将互补配对的两个粘性末端连接起来3)分子运输车基因进入受体的载体常用载体质粒：存在于原核生物和酵母菌体内，是一种裸露的结构简单独立于细胞拟核DNA之外，并具有自我复制能力的很小的双链环状DNA分子病毒噬菌体的衍生物动植物病毒最常用的载体：大肠杆菌的质粒使用载体的目的：用它作为运载工具，将目的基因转运到宿主细胞 中，利用它在受体细胞内对目的基因进行大量复制作为运载体的必要条件对宿主细胞的生命活动不起决定性作用（友好的借居在宿主细胞中）有一个至多个单一的酶切位点，便于目的基因的连接能与目的基因结合能进入受体生物细胞，并能够自我复制表达有遗传标记基因，便于目的基因的检测比较容易获得三）操作过程1）

4、目的基因的获取2）基因表达载体的构建3）将目的基因导入受体细胞4）目的基因的检测与鉴定1）目的基因的获取含义：将需要的目的基因从供体生物的细胞内提取出来目前被广泛提取使用的基因有：苏云金杆菌抗虫基因人胰岛素基因人干扰素基因种子贮藏蛋白基因植物抗病基因鱼类抗冻基因等供体生物细胞供体生物细胞取出取出DNADNA用限制酶剪用限制酶剪去多余部分去多余部分目的基因目的基因获取方法初始目的基因的来源从生物体中直接获取人工合成现代获取方法：1）从基因文库中获取目的基因2）利用PCR技术扩增目的基因3）化学方法人工合成基因文库基因组文库cDNA文库PCR：是一项体外DNA片段的核酸合成技术目的：大量获得目的基

5、因原理：DNA复制过程：变性复性延伸重复什么是基因组文库？基因文库？ 基因组文库: 基因文库中包含了一种生物所有的基因,这种基因文库叫做基因组文库. 部分基因文库: 基因文库中包含了一种生物的一部分基因,这种基因文库叫做部分基因文库.另：将含有某种生物不同基因的许多DNA片段,导入受体菌的群体中储存,各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因,称为基因文库(gene library)2）目的基因表达载体的构建基因工程的核心目的：使重组质粒在受体细胞中稳定存在，并可以复制，并能使目的基因得以表达基因表达载体的组成：目的基因启动子终止子标记基因二）基因表达载体的构建二）基因表达载体的构建核心核心（1

6、1）用一定的）用一定的_切切割质粒，使其出现一个切口，割质粒，使其出现一个切口，露出露出_。（2 2）用）用_切断目切断目 的基因，使其产生的基因，使其产生_ _ _。（3 3）将切下的目的基因片段插入质粒的）将切下的目的基因片段插入质粒的_处，再加入适量处，再加入适量_，形成了一个重组，形成了一个重组 DNADNA分子（重组质粒）分子（重组质粒）限制酶限制酶黏性末端黏性末端同一种限制酶同一种限制酶的黏性末端的黏性末端切口切口DNADNA连接酶连接酶相同相同1.1.过程过程: :基因表达载体的构建过程质粒目的基因同一种限制酶处理一个切口，两个粘性末端两个切口，获得目的基因DNA连接酶表达载体思

7、考：作为基因工程表达载体，只需含有目的基因就可以完成任务吗？为什么？不可以。因为目的基因在表达载体中得到表达并发挥作用，不可以。因为目的基因在表达载体中得到表达并发挥作用，还需要有其他控制元件，如启动子、终止子和标记基因等。还需要有其他控制元件，如启动子、终止子和标记基因等。必须构建上述元件的主要理由是：必须构建上述元件的主要理由是：（1） 生物之间进行基因交流，只有使用生物之间进行基因交流，只有使用受体生物自身基因受体生物自身基因的启动子才能比较有利于基因的表达；的启动子才能比较有利于基因的表达；（2） 通过通过cDNA文库获得的目的基因没有启动子，只将编码文库获得的目的基因没有启动子，只将

8、编码序列导入受体生物中无法转录；序列导入受体生物中无法转录；（3） 目的基因是否导入受体生物中需要有筛选标记；目的基因是否导入受体生物中需要有筛选标记；（4） 为了增强目的基因的表达水平，往往还要增加一些其为了增强目的基因的表达水平，往往还要增加一些其他调控元件，如增强子等；他调控元件，如增强子等；（5） 有时需要确定目的基因表达的产物存在于细胞的什么有时需要确定目的基因表达的产物存在于细胞的什么部位，往往要加上可以标识存在部位的基因（或做成目的基部位，往往要加上可以标识存在部位的基因（或做成目的基因与标识基因的融合基因），如绿色荧光蛋白基因等。因与标识基因的融合基因），如绿色荧光蛋白基因等。

9、基因表达载体的组成：基因表达载体的组成：它们有什么作用？a、目的基因b、启动子c、终止子d、标记基因位于基因的首端,是mRNA结合位点位于基因的末端,终止转录检测目的基因是否导入受体细胞三）目的基因的导入常用的受体细胞：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原理：借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径1、将目的基因导入植物细胞（1）农杆菌转化法特点:能感染双子叶植物和祼子植物,对单子叶植物无感染能力Ti质粒的TDNA可转移至受体细胞并整合到其染色体上转化过程:Ti质粒目的基因构建表达载体导入植物细胞插入植物细胞染色DNA表达新性状转入农杆菌（2）基因枪法 基因枪法又称微弹轰击法，是利用压缩气

10、体产生的动力，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。（3）花粉通道法 植物花粉在柱头上萌发后，花粉管要穿过花柱直通胚囊。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。2、将目的基因导入动物细胞方法:显微注射技术操作程序:提纯含目的基因表达载体取受精卵显微注射移植到子宫受精卵发育新性状动物3、将目的基因导入微生物细胞常用法：Ca2+处理常用菌：大肠杆菌微生物作受体细胞原因：繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对少过程：Ca2+处理大肠杆菌感受态细胞表达载体与感受态细

11、胞混合感受态细胞吸收DNA检测检测导入检测：目的基因是否导入受体细胞导入检测：目的基因是否导入受体细胞方法方法 DNADNA分子杂交分子杂交表达检测表达检测转录检测转录检测分子杂交分子杂交翻译检测翻译检测抗原抗体杂交杂交分分子子检检测测法法鉴定鉴定抗虫鉴定抗虫鉴定抗病鉴定抗病鉴定活性鉴定等活性鉴定等个体水平的鉴定四）目的基因的检测与测定知识延伸知识延伸DNADNA分子杂交技术分子杂交技术 该方法是根据碱基互补配对原则，把互补的双链该方法是根据碱基互补配对原则，把互补的双链DNA解开，把单股的解开，把单股的DNA小片段用同位素、荧光分子或小片段用同位素、荧光分子或化学发光催化剂等进行标记，之后同

12、被检测的化学发光催化剂等进行标记，之后同被检测的DNA中的中的同源互补序列杂交，从而检出所要查明的同源互补序列杂交，从而检出所要查明的DNA或基因。或基因。应用前景1）动植物的遗传育种2）疾病防治3）生态环境保护4）光合作用和生物固氮5）蛋白质工程6）人类基因组科学和发育生物学及神经生物学3)分子运输车基因进入受体的载体常用载体质粒：存在于原核生物和酵母菌体内，是一种裸露的结构简单独立于细胞拟核DNA之外，并具有自我复制能力的很小的双链环状DNA分子病毒噬菌体的衍生物动植物病毒最常用的载体：大肠杆菌的质粒使用载体的目的：用它作为运载工具，将目的基因转运到宿主细胞 中，利用它在受体细胞内对目的基因进行大量复制三）操作过程1）目的基因的获取2）基因表达载体的构建3）将目的基因导入受体细胞4）目的基因的检测与鉴定2）目的基因表达载体的构建基因工程的核心目的：使重组质粒在受体细胞中稳定存在，并可以复制，并能使目的基因得以表达基因表达载体的组成：目的基因启动子终止子标记基因2、将目的基因导入动物细胞方法:显微注射