专题基因工程 基因工程的基本操作程序PPT学习教案

1、会计学1专题基因工程专题基因工程 基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序获取目的基因获取目的基因构建表达载体构建表达载体导入受体细胞导入受体细胞目的基因检测与鉴定目的基因检测与鉴定第一步第一步第二步第二步第三步第三步第四步第四步第1页/共43页基因工程的基本操作流程图基因工程的基本操作流程图第2页/共43页 将含有某种生物不同基因的许多片段，导入受体菌将含有某种生物不同基因的许多片段，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。基因，称为基因文库。 受体菌包含了某种生物所有的基因，该受体菌群体受体菌包含了某

2、种生物所有的基因，该受体菌群体称为这种生物的基因组文库。称为这种生物的基因组文库。 受体菌包含了一种生物部分基因，该受体菌群体受体菌包含了一种生物部分基因，该受体菌群体称为这种生物的部分基因文库，如称为这种生物的部分基因文库，如cDNA文库。文库。第3页/共43页提取某生物提取某生物全部全部DNA用适当用适当限制酶切割限制酶切割许许 多多DNA片段片段与载体连接与载体连接导入受体菌群导入受体菌群该生物基该生物基因组文库因组文库（每个受体菌含有一段不同的DNA片段）mRNA逆转录酶逆转录酶杂交双链杂交双链核酸酶核酸酶H单链单链DNADNA聚合酶聚合酶双链双链DNA与载体连接与载体连接导入受体菌群

3、导入受体菌群该生物该生物cDNA文库文库第4页/共43页非编码区非编码区非编码区非编码区编码区编码区RNA聚合聚合酶结合位点酶结合位点外显子外显子内含内含子子终止子终止子基因的结构基因的结构启动子启动子原核原核真核真核第5页/共43页结构基结构基因因外显子外显子内含子内含子转录、加工修转录、加工修饰饰mRNA第6页/共43页 PCR是聚合酶链式反应（是聚合酶链式反应（polymerase chain reaction）,它是利用它是利用DNA 双链复制的原理，将基因的核苷酸序列不断的双链复制的原理，将基因的核苷酸序列不断的加以复制，使其数量呈指数方式增加。因为整个过程是在体加以复制，使其数量呈

4、指数方式增加。因为整个过程是在体外进行，所以又叫做体外外进行，所以又叫做体外DNA扩增技术。扩增技术。第7页/共43页高温变性（高温变性（9095）低温退火（低温退火（5560）中温延伸（中温延伸（7075） 双链双链DNADNA是在高温条件是在高温条件下解链为单链下解链为单链DNADNA的，因此的，因此整个过程不需要解旋酶。整个过程不需要解旋酶。多次重复多次重复第8页/共43页DNA合成仪合成仪推推测测推推测测合合成成第9页/共43页第10页/共43页质粒质粒目的基因目的基因限制酶限制酶DNA连接酶连接酶重组重组DNA第11页/共43页质粒质粒目的基因目的基因限制酶限制酶DNA连接酶连接酶重

5、组重组DNA第12页/共43页 使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可遗传给下使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可遗传给下一代，同时，使目的基因能够表达和发挥作用。一代，同时，使目的基因能够表达和发挥作用。1. 1. 目的基因目的基因2. 2. 启动子启动子 RNARNA聚合酶识别和聚合酶识别和结合的一段特殊结构的结合的一段特殊结构的DNADNA片段片段，位于基因的首端，位于基因的首端，RNARNA聚合酶聚合酶与之结合才能驱动基因转录出与之结合才能驱动基因转录出mRNAmRNA，进而获得需要的蛋白质，进而获得需要的蛋白质。第13页/共43页3. 3. 终止子终止子 一段特殊结构一段特殊结构的

6、的DNADNA片段，位于基因的尾片段，位于基因的尾端，作用是使转录在所需要端，作用是使转录在所需要的地方停止。的地方停止。4. 4. 标记基因标记基因 鉴别受体细鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛而将含有目的基因的细胞筛选出来。选出来。第14页/共43页 将目的基因导入受体细胞并且在受体细胞内维持稳定和将目的基因导入受体细胞并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程称为转化。表达的过程称为转化。 基因工程中常用的受体细胞有大肠杆菌、枯草杆菌、土基因工程中常用的受体细胞有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌和动植物细胞等。壤农杆菌和动植物细胞等。 导入受体细胞

7、的方法导入受体细胞的方法 主要主要 是借鉴细菌或病毒侵染细胞是借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径，且因受体细胞的不同而不同。的途径，且因受体细胞的不同而不同。第15页/共43页1.1.农杆菌转化法农杆菌转化法2.2.其他方法（见教材其他方法（见教材P P1212“生物技术资料卡生物技术资料卡”）（1）基因枪法）基因枪法（2）花粉管通道法）花粉管通道法第16页/共43页显微注射技术显微注射技术含目的基因含目的基因的表达载体的表达载体动动 物物 的的受受 精精 卵卵含目的基因含目的基因的受精卵的受精卵早早 期期胚胚 胎胎雌性动物输雌性动物输卵管或子宫卵管或子宫转基因转基因动动 物物显微显微注射注射分裂分

8、裂分化分化移移 植植发发育育为什么将目的基因导入动物细胞常用的受体细胞为什么将目的基因导入动物细胞常用的受体细胞是受精卵？是受精卵？第17页/共43页2. 2. 优点优点 繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少、操作繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少、操作简单、价格低廉。简单、价格低廉。3. 3. 常用受体细胞常用受体细胞 大肠杆菌（大肠杆菌（E.coliE.coli）1. 1. 过程过程（1 1）制备感受态细胞：用）制备感受态细胞：用CaCa2+2+（CaClCaCl2 2）处理细菌，使）处理细菌，使细菌易于接受外源细菌易于接受外源DNADNA分子。分子。（2 2）重组）重组DNADNA分子

9、与感受态细胞混合孵育，完成转化分子与感受态细胞混合孵育，完成转化。CaCa2+ 2+ 处理法处理法第18页/共43页 目的基因是否真正插入受体细胞的目的基因是否真正插入受体细胞的DNADNA中中，是否能够在受体细胞中稳定遗传和正确表达，是否能够在受体细胞中稳定遗传和正确表达，只有通过检测、鉴定才能得知。，只有通过检测、鉴定才能得知。 常用的检测手段主要从分子水平和个体水平常用的检测手段主要从分子水平和个体水平进行。进行。第19页/共43页1. 1. 检测转基因生物的染色体检测转基因生物的染色体DNADNA上是否插入了目的基上是否插入了目的基因因 提取受体生提取受体生物全部物全部DNA适当限制适

10、当限制酶切割酶切割DNA片段片段用同位素标记的用同位素标记的目的基因片段杂交目的基因片段杂交显显 出出杂交带杂交带（表明目的基因已插入）（表明目的基因已插入）分子杂交技术分子杂交技术第20页/共43页2. 2. 检测目的基因是否转录出了检测目的基因是否转录出了mRNA mRNA 提取受体生提取受体生物的物的mRNA用同位素标记的用同位素标记的目的基因片段杂目的基因片段杂交交显显 出出杂交带杂交带（表明目的基因已转录出了（表明目的基因已转录出了mRNA） 检测检测DNA利用的是利用的是DNA与与DNA杂交，检测杂交，检测mRNA利用的是利用的是DNA与与mRNA杂交。杂交。第21页/共43页3.

11、 3. 检测目的基因是否翻译出蛋白质检测目的基因是否翻译出蛋白质 抗原抗原抗体杂交技术抗体杂交技术提取受体生提取受体生物的蛋白质物的蛋白质与相应抗体杂与相应抗体杂交交显显 出出杂交带杂交带（表明目的基因已形成蛋白质产品（表明目的基因已形成蛋白质产品）第22页/共43页例：用棉铃饲喂棉铃虫，如虫吃后不出现中毒症状，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。后中毒死亡，则说明摄入了抗虫基因并得到表达。第23页/共43页第24页/共43页（1）为什么要构建基因文

12、库？直接从含有目的基因为什么要构建基因文库？直接从含有目的基因的生物体内提取不行吗？的生物体内提取不行吗？提示：提示：构建基因文库是获取目的基因的方法之一，并不是惟一构建基因文库是获取目的基因的方法之一，并不是惟一的方式。如果所需要的目的基因序列已知，就可以通过的方式。如果所需要的目的基因序列已知，就可以通过PCR方方式从含有该基因的生物的式从含有该基因的生物的DNA中，直接获得，也可以通过反中，直接获得，也可以通过反转录，用转录，用PCR方式从方式从mRNA中获得，不一定要构建基因文库。中获得，不一定要构建基因文库。但如果所需要的目的基因的序列完全不知，或只知道目的基因但如果所需要的目的基因

13、的序列完全不知，或只知道目的基因序列的一段，或想从一种生物体内获得许多基因，或者想知道序列的一段，或想从一种生物体内获得许多基因，或者想知道这种生物与另一种生物之间有多少基因不同，或者想知道一种这种生物与另一种生物之间有多少基因不同，或者想知道一种生物在个体发育的不同阶段表达的基因有什么不同，或者想得生物在个体发育的不同阶段表达的基因有什么不同，或者想得到一种生物的全基因组序列，往往就需要构建基因文库。到一种生物的全基因组序列，往往就需要构建基因文库。寻根问底：寻根问底：第25页/共43页 将目的基因直接导入受体细胞不是更简便吗？如将目的基因直接导入受体细胞不是更简便吗？如果这么做，结果会怎样

14、？果这么做，结果会怎样？提示：提示：有人采用总有人采用总DNA注射法进行遗传转化，即将一个生物中注射法进行遗传转化，即将一个生物中的总的总DNA提取出来，通过注射或花粉管通道法导入受体植物，提取出来，通过注射或花粉管通道法导入受体植物，没有进行表达载体的构建，这种方法针对性差，完全靠运气，没有进行表达载体的构建，这种方法针对性差，完全靠运气，也无法确定什么基因导入了受体植物。此法目前争议颇多，严也无法确定什么基因导入了受体植物。此法目前争议颇多，严格来讲不算基因工程。格来讲不算基因工程。寻根问底：寻根问底：第26页/共43页1.1.利用大肠杆菌可以生产出人的胰岛素，联系前面有关细胞器利用大肠杆

15、菌可以生产出人的胰岛素，联系前面有关细胞器功能的知识，结合基因工程操作程序的基本思路，思考一下，功能的知识，结合基因工程操作程序的基本思路，思考一下，若要生产人的糖蛋白，可以用大肠杆菌吗？若要生产人的糖蛋白，可以用大肠杆菌吗？有些蛋白质肽链上有共价结合的糖链，这些糖链是在内质有些蛋白质肽链上有共价结合的糖链，这些糖链是在内质网和高尔基复合体上加工完成的，内质网和高尔基复合体网和高尔基复合体上加工完成的，内质网和高尔基复合体存在于真核细胞中，大肠杆菌不存在这两种细胞器，因此存在于真核细胞中，大肠杆菌不存在这两种细胞器，因此，在大肠杆菌中生产这种糖蛋白是不可能的。，在大肠杆菌中生产这种糖蛋白是不可

16、能的。寻根问底：寻根问底：第27页/共43页（1）从小鼠中克隆出）从小鼠中克隆出-珠蛋白基因的编码序列（珠蛋白基因的编码序列（cDNA）。）。（2）将）将cDNA前接上在大肠杆菌中可以适用的启动子，另外加前接上在大肠杆菌中可以适用的启动子，另外加上抗四环素的基因，构建成一个表达载体。上抗四环素的基因，构建成一个表达载体。（3）将表达载体导入无四环素抗性的大肠杆菌中，然后在含有）将表达载体导入无四环素抗性的大肠杆菌中，然后在含有四环素的培养基上培养大肠杆菌。如果表达载体未进入大肠杆四环素的培养基上培养大肠杆菌。如果表达载体未进入大肠杆菌中，大肠杆菌会因不含有抗四环素基因而死掉；如果培养基菌中，大

17、肠杆菌会因不含有抗四环素基因而死掉；如果培养基上长出大肠杆菌菌落，则表明上长出大肠杆菌菌落，则表明-珠蛋白基因已进入其中。珠蛋白基因已进入其中。（4）培养进入了）培养进入了-珠蛋白基因的大肠杆菌，收集菌体，破碎后珠蛋白基因的大肠杆菌，收集菌体，破碎后从中提取从中提取-珠蛋白。珠蛋白。2.-2.-珠蛋白是动物血红蛋白的重要组成成分。当它的珠蛋白是动物血红蛋白的重要组成成分。当它的成分异常时，动物有可能患某种疾病，如镰刀形细胞贫成分异常时，动物有可能患某种疾病，如镰刀形细胞贫血症。假如让你用基因工程的方法，使大肠杆菌生产出血症。假如让你用基因工程的方法，使大肠杆菌生产出鼠的鼠的-珠蛋白，想一想，应

18、如何进行设计？珠蛋白，想一想，应如何进行设计？寻根问底：寻根问底：第28页/共43页思考：作为基因工程表达载体，只需含有目的思考：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？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，还需不可以。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。必须构建要有其他控制元件，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：上述元件的主要理由是：（1） 生物之间进行基因交流，只有使用受体生物自身基因的启生物之间进行基因交流，只有使用受体生物自身基因的启

19、动子才能比较有利于基因的表达；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，只将编码序文库获得的目的基因没有启动子，只将编码序列导入受体生物中无法转录；列导入受体生物中无法转录；第29页/共43页（3） 目的基因是否导入受体生物中需要有筛选目的基因是否导入受体生物中需要有筛选标记；标记；（4） 为了增强目的基因的表达水平，往往还要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；增加一些其他调控元件，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细胞

20、的什么部位，往往要加上可以标识存在部位的基因（或做成目的基因与标识基因的融合基因的基因（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。），如绿色荧光蛋白基因等。第30页/共43页3.根据农杆菌可将目的基因导入双子叶植物的机理根据农杆菌可将目的基因导入双子叶植物的机理,你能分析出不能导入单子叶植物的原因吗你能分析出不能导入单子叶植物的原因吗?若将一若将一个抗病基因导入小麦中个抗病基因导入小麦中,理论上讲你应该怎样做理论上讲你应该怎样做?要选择合适的农杆菌菌株，因为不是所有的农杆菌菌株都要选择合适的农杆菌菌株，因为不是所有的农杆菌菌株都可以侵染单子叶植物；可以侵染单子叶植物；要加趋化

21、和诱导的物质，一般为乙酰丁香酮等，目的是使要加趋化和诱导的物质，一般为乙酰丁香酮等，目的是使农杆菌向植物组织的受伤部位靠拢（趋化性）和激活农杆菌农杆菌向植物组织的受伤部位靠拢（趋化性）和激活农杆菌的的Vir区（诱导）的基因，使区（诱导）的基因，使T-DNA转移并插入到染色体转移并插入到染色体DNA上。上。寻根问底：寻根问底：第31页/共43页1、为了培育节水高产品种，科学家将大麦中与抗旱节、为了培育节水高产品种，科学家将大麦中与抗旱节水有关的基因导入小麦，得到转基因小麦，其水分利用水有关的基因导入小麦，得到转基因小麦，其水分利用率提高了率提高了20%。这项技术的遗传学原理是（）。这项技术的遗传

22、学原理是（）A基因重组基因重组 B基因突变基因突变 C基因复制基因复制 D基因分离基因分离巩固练习巩固练习A第32页/共43页2、利用苏云金芽孢杆菌的抗虫基因培育的抗虫棉是、利用苏云金芽孢杆菌的抗虫基因培育的抗虫棉是否成功，最好检测（）否成功，最好检测（）A是否有抗生素产生是否有抗生素产生 B是否有目的基因表达是否有目的基因表达C是否有抗虫的性状出现是否有抗虫的性状出现 D是否能分离到目的基因是否能分离到目的基因 巩固练习巩固练习C第33页/共43页3、水母发光蛋白由、水母发光蛋白由236个氨基酸构成，其中天冬氨酸个氨基酸构成，其中天冬氨酸、甘氨酸和丝氨酸构成发光环，现已将这种蛋白质的、甘氨酸

23、和丝氨酸构成发光环，现已将这种蛋白质的基因作为生物转基因的标记，在转基因技术中，这种基因作为生物转基因的标记，在转基因技术中，这种蛋白质的作用是（蛋白质的作用是（）A促使目的基因导入受体细胞促使目的基因导入受体细胞 B促使目的基因在受体细胞内复制促使目的基因在受体细胞内复制C使目的基因容易被检测出来使目的基因容易被检测出来 D使目的基因容易成功表达使目的基因容易成功表达巩固练习巩固练习C第34页/共43页4 4、根据、根据mRNAmRNA的信息推出获取目的基因的方法的信息推出获取目的基因的方法是是（）（）A A、用、用DNADNA探针测出目的基因探针测出目的基因B B、用、用mRNAmRNA探

24、针测出目的基因探针测出目的基因C C、用、用mRNAmRNA反转录形成目的基因反转录形成目的基因D D、用、用PCRPCR技术扩增技术扩增mRNAmRNA巩固练习巩固练习C第35页/共43页5 5、PCRPCR技术扩增技术扩增DNA,DNA,需要的条件是需要的条件是( ( ) )目的基因引物四种脱氧核苷酸目的基因引物四种脱氧核苷酸DNADNA聚合聚合酶等酶等mRNAmRNA核糖体核糖体A A、B B、C C、 D D、 巩固练习巩固练习A第36页/共43页6 6、获取目的基因的方法有多种，下列不属于目的基、获取目的基因的方法有多种，下列不属于目的基因获取方法的是（）因获取方法的是（）A A、从

25、基因组文库中获取、从基因组文库中获取B B、从、从cDNAcDNA文库中获取文库中获取 C C、从含目的基因生物细胞中获取、从含目的基因生物细胞中获取D D、利用、利用PCRPCR技术获取技术获取巩固练习巩固练习D第37页/共43页7 7、下列高科技成果中，根据基因重组原理进行、下列高科技成果中，根据基因重组原理进行的是的是（ ） A A、我国科学家袁隆平利用杂交技术培育出超、我国科学家袁隆平利用杂交技术培育出超级水稻。级水稻。 B B、我国科学家将苏云金杆菌的某些基因转移、我国科学家将苏云金杆菌的某些基因转移到棉花体内，培育出抗虫棉。到棉花体内，培育出抗虫棉。 C C、我国科学家通过返回式卫星搭载种子培育、我国科学家通过返回式卫星搭载种子培育出太空椒。出