王怀栋DNA重组技术的基本工具

1、设想一 能否培养出具有抗虫性状的抗虫棉呢？生长快、肉质好的转基因生长快、肉质好的转基因鱼鱼( (中国中国) )乳汁中含有人生长激素的乳汁中含有人生长激素的转基因牛转基因牛( (阿根廷阿根廷) )过程分析过程分析 基因工程基因工程是指按照人是指按照人们的愿望，进行严格们的愿望，进行严格的设计，并通过的设计，并通过体外体外DNADNA重组和转基因重组和转基因等技等技术，赋予生物以术，赋予生物以新的新的遗传特性遗传特性，从而创造，从而创造出更符合人们需要的出更符合人们需要的新的生物类型和生物新的生物类型和生物产品。由于基因工程产品。由于基因工程是在是在DNADNA分子水平分子水平上进上进行设计和施工

2、的，因行设计和施工的，因此又叫做此又叫做DNADNA重组技术重组技术。 聊城第三中学聊城第三中学 王怀栋王怀栋 2013124问题探讨问题探讨手术刀手术刀缝合针缝合针运输工具运输工具培育抗虫棉培育抗虫棉需要哪些基需要哪些基本工具本工具? ? 抗虫棉的抗虫棉的培育有哪些培育有哪些关键步骤？关键步骤？阅读课本阅读课本4-5页页“限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶分子分子手术刀手术刀”的相关内容，填写下表的相关内容，填写下表自主学习自主学习主要从原核生物中分离纯化而来主要从原核生物中分离纯化而来已经分离出大约已经分离出大约4000种种1、识别双链、识别双链DNA分子的某种特定核分子的某种特定核苷酸序列

3、苷酸序列2、使每一条链中使每一条链中特定部位特定部位的两个核的两个核苷酸之间的苷酸之间的磷酸二酯键磷酸二酯键断开。断开。12345脱氧核苷酸的结构脱氧核苷酸的结构 G1234512345 A3,5-磷磷酸二酯酸二酯键键3端5端3端5端磷酸二酯键磷酸二酯键限制酶所识别的序列有什么特点 限制酶所识别的序列，无论是限制酶所识别的序列，无论是6个碱个碱基还是基还是4个碱基，都可以找到一条中个碱基，都可以找到一条中心轴线，中轴线两侧的双链心轴线，中轴线两侧的双链DNA上的上的碱基是碱基是反向对称重复排列反向对称重复排列的。的。分组讨论：分组讨论：中轴线在G与A之间切割大肠杆菌的一种限制酶(EcoR)只能

4、识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。EcoRIEcoRI限制酶的作用限制酶的作用黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端EcoRIEcoRI限制酶的切割限制酶的切割 被限制酶切开的被限制酶切开的DNA两条两条单链的切口，带有几个单链的切口，带有几个伸出的伸出的核苷酸核苷酸，他们之间正好互补配他们之间正好互补配对，这样的切口叫对，这样的切口叫黏性末端黏性末端。你能推测限制酶存在于原核生物中的你能推测限制酶存在于原核生物中的作用是什么吗？作用是什么吗？原核生物易受自然界外源原核生物易受自然界外源DNA的入侵，的入侵，但生物但生物在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机在长期的进化过程中形成了一套完善

5、的防御机制，以防止外来病原物的侵害。制，以防止外来病原物的侵害。限制酶限制酶就是细就是细菌的一种菌的一种防御性工具，防御性工具，当外源当外源DNA侵入时，会侵入时，会利用限制酶利用限制酶将外源将外源DNA切割掉，切割掉，以保证自身的以保证自身的安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切割外源割外源DNA、使之失效，使之失效，从而达到从而达到保护自身保护自身的的目的。目的。寻根问底寻根问底为什么限制酶不剪切细菌本身的为什么限制酶不剪切细菌本身的DNA？通过长期的进化，细菌中含有某种限制酶通过长期的进化，细菌中含有某种限制酶的细胞，其的细胞，其DNADNA分子

6、中分子中不具备这种限制酶不具备这种限制酶的识别切割序列的识别切割序列，或者，或者通过甲基化酶将甲通过甲基化酶将甲基转移到所识别序列的碱基上，使限制酶基转移到所识别序列的碱基上，使限制酶不能将其切开不能将其切开。这样，尽管细菌中含有某。这样，尽管细菌中含有某种限制酶也不会使自身的种限制酶也不会使自身的DNADNA被切断，并被切断，并且可以防止外源且可以防止外源DNADNA的入侵。的入侵。 ATGCATGC连接酶连接磷酸二酯键连接酶连接磷酸二酯键DNA连接酶的作用过程：二、分子缝合针二、分子缝合针DNA连接酶连接酶ATGCATGC连接酶连接磷酸二酯键连接酶连接磷酸二酯键DNA连接酶的作用过程：二、

7、分子缝合针二、分子缝合针DNA连接酶连接酶类型来源功能相同点差别EcoliDNA连接酶T4DNA连接酶大肠杆菌T4噬菌体恢复磷酸二酯键只能连接黏性末端能连接黏性末端和平末端(效率较低)阅读课本第阅读课本第5页页“分子缝合针”DNA连接酶的相关内容，填写下表的相关内容，填写下表自主学习自主学习作用部位：作用部位：（扶手）（扶手）（梯子）（梯子）两两DNADNA片段要具有片段要具有互补互补的黏性末端的黏性末端才能拼起来才能拼起来DNADNA连接酶的缝合作用连接酶的缝合作用可把黏性末端之间的可把黏性末端之间的缝隙缝隙“缝合缝合”起来起来，注意：注意：DNADNA连接酶可连接双链连接酶可连接双链DNA

8、DNA中的中的DNADNA单链缺口，单链缺口，但不能连接单链但不能连接单链DNADNA！DNADNA连接酶与连接酶与DNADNA聚合酶是一回事吗？聚合酶是一回事吗？T4 DNA连接酶还可把平末端之间的缝隙“缝合”起来，但效率较低DNADNA连接酶的缝合作用连接酶的缝合作用都能催化形成都能催化形成磷酸二酯键磷酸二酯键都是蛋白质都是蛋白质不需要不需要需要需要形成完整的重形成完整的重组组DNA分子分子形成形成DNA的一条的一条链链基因工程基因工程DNA复制复制DNA连接酶与连接酶与DNA聚合酶的比较聚合酶的比较只能将只能将单个核苷单个核苷酸酸连接到已有的连接到已有的DNADNA片段上，形片段上，形成

9、磷酸二酯键成磷酸二酯键在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键A A T T GA A T T GC CA AA AT TT TA AA AT TT TDNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶的作用聚合酶的作用返回返回核苷酸分子的连接：核苷酸分子的连接：ATGCATGCD DNANA聚合酶连接单链聚合酶连接单链DNADNA把单个脱氧核苷酸连接到把单个脱氧核苷酸连接到DNADNA片片段上段上三、分子运输车三、分子运输车基因进入受基因进入受体细胞的载体体细胞的载体 要让一个从甲生物细胞内取出来的基因在乙生要让一个从甲生物细胞内取出来的基因在乙

10、生物体内进行表达，首先得将这个基因送到乙生物的物体内进行表达，首先得将这个基因送到乙生物的细胞内去！细胞内去！能将外源基因送入受体细胞的工具能将外源基因送入受体细胞的工具就是就是载体载体。基因工程的载体被喻为基因工程的载体被喻为：分子运输车分子运输车基因工程的载体来源基因工程的载体来源：作为基因工程的载体需要怎样的条件呢？作为基因工程的载体需要怎样的条件呢？作为载体的必要条件作为载体的必要条件 1. 1.能自我复制能自我复制 能进入受体生物细胞并在受体生物细胞内复制能进入受体生物细胞并在受体生物细胞内复制并表达；并表达； 2.2.有一个至多个限制酶切位点有一个至多个限制酶切位点 能与目的基因结

11、合能与目的基因结合 3.3.有遗传标记基因有遗传标记基因 便于观察便于观察 4.4.对受体细胞无害、易分离对受体细胞无害、易分离 安全、比较容易得到安全、比较容易得到载体的作用载体的作用载体的必载体的必要条件要条件载体的种类载体的种类阅读课本第阅读课本第6页页“分子运输车分子运输车”运载体运载体的相关内的相关内容，填写下表容，填写下表自主学习自主学习细菌的质粒细菌的质粒病毒：病毒：、动植物病毒等。、动植物病毒等。 有标记基因的存有标记基因的存在，可用含青霉在，可用含青霉素的培养基鉴别。素的培养基鉴别。有切割位点有切割位点能复制并带着能复制并带着插入的目的基插入的目的基因一起复制因一起复制质粒质

12、粒裸露的、结构简单的、独立于细菌染色体（即拟核裸露的、结构简单的、独立于细菌染色体（即拟核DNA）之外，并具有）之外，并具有自我复制能力自我复制能力的的很小的很小的双链环状双链环状DNA分分子子。最常用运载体最常用运载体质粒质粒 实际上在基因实际上在基因工程操作中，工程操作中，真正被用作载真正被用作载体的质粒，都体的质粒，都是在天然质粒是在天然质粒的基础上进行的基础上进行过人工改造的。过人工改造的。A A T T GA A T T GC CA AA AT TT TA AA AT TT TDNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶的作用

13、聚合酶的作用返回返回31仔细观察各限制酶仔细观察各限制酶 识别的识别的特定序列有何特定序列有何 特点？特点？限制酶的识别序列限制酶的识别序列限制酶所识别的序列的特限制酶所识别的序列的特点是：点是：呈现碱基互补对称，呈现碱基互补对称，无论是无论是6个碱基还是个碱基还是4个碱个碱基，都可以找到一条中心基，都可以找到一条中心轴线，中轴线两侧的双链轴线，中轴线两侧的双链DNA上的碱基是上的碱基是反向对称反向对称重复重复排列的排列的 ，称为，称为回文序回文序列列限制性内切酶限制性内切酶的识别序列和切点是的识别序列和切点是GGATCC，限制，限制性内切酶性内切酶的识别序列和切点是的识别序列和切点是GATC。在质粒上有。在质粒上有酶酶的一个切点，在目的基因的两侧各有一个酶的一个切点，在目的基因的两侧各有一个酶的切点。的切点。（1）请画出质粒被限制酶）请画出质粒被限制酶切割后所形成的黏性末端。切割后所形成的黏性末端。（2）请画出目