基因工程及其应用

1、基因工程及其应用基因工程及其应用第1页2咱们主要讨论4个问题：1. 什么是基因工程基因工程概念。2. 为何能进行基因工程基因工程原理和技术。3. 怎样进行基因工程4大步骤4. 基因工程应用和前景2基因工程及其应用第2页1、概念：又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。通俗说，就是按照大家意愿，把一个生物某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一个生物细胞里，定向地改造生物遗传性状。原 理：表示水平：过程：一、基因工程基因重组DNA分子水平1、定向改造一些性状2、克服远缘杂交意义：3基因工程及其应用第3页原核细胞基因结构非编码区非编码区编码区编码区上游 编码区下游 RNA聚合酶结合位点开启子终止子

2、终止子：位于基因尾端一段特殊DNA片断，它能妨碍RNA聚合酶移动，并使其从DNA模板链上脱离下来，使转录终止。RNA聚合酶:能够识别开启子上结合位点并与其结合一个蛋白质.(以模板转录然后脱落)开启子：位于基因首端一段能与RNA聚合酶结合并能起始mRNA合成序列。没有开启子，基因就不能转录。4基因工程及其应用第4页不能转录为信使RNA，不能 编码蛋白质。：能转录对应信使RNA，能 编码蛋白质 编码区非编码区原核细胞 基因结构在遗传信息表示过程中起着调控作用非编码区非编码区编码区编码区上游 编码区下游 开启子终止子5基因工程及其应用第5页编码区非编码区非编码区RNA聚合酶结合位点内含子 外显子 能

3、够编码蛋白质序列叫做外显子 不能够编码蛋白质序列叫做内含子（但能转录为mRNA，转录后剪切掉）开启子终止子编码区上游 编码区下游 内含子： 外显子： 真核细胞基因结构6基因工程及其应用第6页真核细胞 基因结构编码区非编码区外显子：能编码蛋白质序列内含子：不能编码蛋白质序列：在遗传信息表示过程中起着调控作用7基因工程及其应用第7页原核细胞真核细胞不一样点相同点原核细胞与真核细胞基因结构比较：非编码区非编码区编码区 都由能够编码蛋白质编码区和含有调控作用非编码区组成编码区是连续编码区是间隔，不连续外显子 内含子 开启子终止子8基因工程及其应用第8页（1）20世纪40年代，Avery 经过 肺炎双球

4、菌体外转化试验，确定了生物遗传物质化学本质是DNA;（2）19世纪50年代James D. Watson和Francis H. C. Crick揭示了DNA分子双螺旋结构和半保留复制机制，处理了基因自我复制和传递问题。2.基因工程三大理论基础9基因工程及其应用第9页(3) 1958年Crick又提出了遗传信息传递“中心法则”; 1964年Marshall Nirenberg和Gobind Khorana等破译了64个遗传密码，从而说明了遗传信息流向和表示问题10基因工程及其应用第10页1基因拼接(1)DNA基础组成单位都是四种脱氧核苷酸。(2)双链DNA分子空间结构都是规则双螺旋结构。碱基互补

5、配对标准基因工程诞生理论基础11基因工程及其应用第11页2外源基因在受体内表示(1)基因是控制生物性状独立遗传单位。(2)遗传信息传递都遵照中心法则阐述信息流动方向。(3)生物界共用一套遗传密码。12基因工程及其应用第12页二、基因工程操作工具1.基因“剪刀”限制性核酸内切酶（限制酶）一个限制酶只能识别一个特定核苷酸序列，并在特定切点上切割DNA分子。专一性如:EcoRI限制酶13基因工程及其应用第13页被同一个限制酶切断几个DNA是否含有相同黏性末端？思索:14基因工程及其应用第14页GAATTCCGTAGAATTCGGATT 尝试写出以下序列受EcoRI限制酶作用后黏性末端CTTCATGA

6、ATTCCCTAA GAAGTACTTAAGGGATT CTTAAGGCATCTTAAGCCTAA CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT 练一练GGCATCTTAAAATTCCGTAG 15基因工程及其应用第15页、基因针线DNA连接酶连接酶作用是：将互补配正确两个黏性末端连接起来（磷酸二脂键），使之成为一个完整DNA分子。16基因工程及其应用第16页基因针线：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 GG C

7、 T T A A A A T T C G用同种限制酶切割17基因工程及其应用第17页3、基因运输工具运载体 常见运载体： 质粒、噬菌体和动植物病毒等标识基因，便于进行检测。 质粒存在于许多细菌和酵母菌等生物中,是细胞染色体外能够自主复制很小环状DNA分子。18基因工程及其应用第18页 三、基因工程基础操作程序目标基因获取基因表示载体构建将目标基因导入受体细胞操作过程目标基因检测与表示产物测定19基因工程及其应用第19页（一）目标基因获取1、什么是目标基因？请举出三个以上例子2、获取目标基因常见方法有哪些?（1）直接从供体细胞中分离基因（鸟枪法）（2）人工合成法当前被广泛提取使用目标基因有：苏云

8、金杆菌抗虫基因、植物抗病基因（抗病毒、抗细菌)、人胰岛素基因等。20基因工程及其应用第20页a、DNA变性（90-95）：双链DNA模板 在热作用下，_断裂，形成_b、退火（复性55-60）：系统温度降低，引 物与DNA模板结合，形成局部_。 c、延伸（70-75）：在Taq酶作用下，从 引物5端3端延伸，合成与模板互补 _。 氢键单链DNA双链DNA链PCR技术扩增目标基因21基因工程及其应用第21页反转录法： 以目标基因转录成信使RNA为模板，反转录成互补单链DNA，然后在酶作用下合成双链DNA，从而取得所需基因。目标基因mRNA杂交双链(单链RNA/单链DNA)单链DNA反转录酶DNA聚

9、合酶双链DNA(目标基因)22基因工程及其应用第22页1.用一定_切割 质粒，使其出现一个切 口，露出_。2.用_切断目 基因，使其产生_ _。 关键3.将切下目标基因片段插入质粒_处， 再加入适量_，形成了一个重组 DNA分子（重组质粒）限制酶黏性末端同一个限制酶黏性末端切口DNA连接酶相同(二)基因表示载体构建23基因工程及其应用第23页方法将目标基因导入植物细胞将目标基因导入动物细胞将目标基因导入微生物细胞农杆菌介导遗传转化法基因枪法花粉管通道法显微注射法感受态细胞吸收DNA分子(氯化钙法)（三）将目标基因导入受体细胞24基因工程及其应用第24页(四)目标基因检测与判定检验是否成功检测形

10、态检测分子检测25基因工程及其应用第25页GACATAGCTACA非目标基因片段 CTGTATCGATGTGTACAGCGTA基因探针26基因工程及其应用第26页GTACAGCGTAGACATAGCTACA非目标基因片段 CTGTATCGATGT基因探针27基因工程及其应用第27页GTACAGCGTATACGTCATGTCGCATGCTAG目标基因片段 ATGCAGTACAGCGTACGATC基因探针28基因工程及其应用第28页TACGTCATGTCGCATGCTAG目标基因片段 ATGCAGTACAGCGTACGATCGTACAGCGTA基因探针29基因工程及其应用第29页 目标基因插入Ti

11、质粒T-DNA上 农杆菌 导入植物细胞 整合到受体细胞染色体上 目标基因遗传特征得以维持稳定和表示 1.农杆菌特点：易感染双子叶植物和裸子植物。Ti质粒T-DNA可转移至受体细胞染色体上2.转化30基因工程及其应用第30页花粉管通道法31基因工程及其应用第31页2.微生物作受体细胞原因：将目标基因导入微生物细胞3.转化方法：大肠杆菌繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对少处理细胞细胞表示载体与感受态细胞混合 _细胞吸收DNA分子。Ca2+感受态感受态1.常见菌：32基因工程及其应用第32页33基因工程及其应用第33页基因工程应用34基因工程及其应用第34页一、植物基因工程硕果累累 植物基因工程主要用

12、于提升农作物抗性、抗逆能力,以及改良农作物品质和利用植物生产药品等方面,克服了远缘杂交障碍。1、抗虫转基因植物2、抗病转基因植物3、抗逆转基因植物4、利用转基因改良植物品质5、生产药品35基因工程及其应用第35页经典例子：转基因抗虫棉Bt毒蛋白基因 抗虫基因来自苏云金杆菌。36基因工程及其应用第36页经典例子：抗烟草花叶病毒转基因烟草、 抗病毒转基因小麦、甜椒转黄瓜抗青枯病基因甜椒37基因工程及其应用第37页3.抗逆转基因植物38基因工程及其应用第38页4.利用转基因改良植物品质39基因工程及其应用第39页富含赖氨酸转基因玉米不会引发过敏转基因大豆转入荧光素酶蛋白基因发荧光烟草蓝色妖姬40基因

13、工程及其应用第40页41基因工程及其应用第41页二、动物基因工程前景辽阔1、提升生长速度2、改进畜产品品质3、生产药品42基因工程及其应用第42页1.用于提升动物生长速度原因：外源生长激素基因表示能够使 转基因动物生长更加快转基因鲤鱼超级小鼠43基因工程及其应用第43页3.用转基因动物生产药品（重点）优点： 产量高、质量好、 成本低、易提取乳腺生物反应器44基因工程及其应用第44页过程：1、重组药用蛋白基因与乳腺蛋白基因开启子2、用显微注射法导入到受精卵3、将受精卵送入母体生长发育4、转基因动物进入泌乳期后，提取乳汁45基因工程及其应用第45页在传统药品生产中，一些药品如胰岛素、干扰素直接生物体哪些结构中提取？ 药品直接从生物组织、细胞或血液中提取。传统生产方法缺点 因为受原料起源限制，价格十分昂贵。可利用什么方法来处理上述问题？ 利用基因工程方法高效率地生产出各种高质量、低成本药品。三、基因工程药品异军突起46基因工程及其应用