专题1基因工程概述课件

1、伊恩威尔默多莉帕顿多利羊和它的缔造者伊恩威尔默多利羊的克隆过程这是真的吗？NO能发光的植物这是真的吗？YES2008年诺贝尔奖获得者第一章 基因工程基因工程的诞生和发展实验过程实验结果实验结论1.活S型菌老鼠4. 灭活S型+活R型老鼠2.活R型菌老鼠3.灭活S型菌老鼠死亡存活存活S型活菌有毒性R型活菌无毒性加热杀死的S型菌无毒性死亡被加热杀死的S型细菌中,含有某种转化因子;活S型菌遗传子代活S型菌 这种性状的转化可以遗传格里菲思的肺炎球菌转化实验R型菌R型菌R型菌R型菌加入S型菌蛋白质加入S型菌多糖S型菌+R型菌R型菌加入S型菌DNA 艾弗里的肺炎球菌的体外转化实验蛋白质不是遗传物质多糖不是遗

2、传物质DNA是遗传物质 DNA分子的结构立体双螺旋结构ATGCATGC平面结构亲代F1F2轻链带（含14N）重链带（含15N）杂合链带（含14N15N）轻链带（含14N）杂合链带（含14N和15N）离心中心法则遗传密码子表 技术发明使基因工程的实施成为可能1.基因转移载体的发现2.工具酶的发现3.DNA合成和测序技术的发明4.DNA体外重组的实现5.重组DNA表达实验的成功6.第一例转基因动物问世7.PCR技术的发明活动1 结合基因操作的四个基本过程,你能说出下列历史事件，为什么对基因工程的诞生起到了决定性的作用？年份重大事件1944Avery等证明DNA是遗传物质。1952Alfred He

3、rshy和Marsha Chase证明T2噬菌体的遗传物质是DNA。1953James D. Watson和Francis H. C. Crick揭示了DNA分子的双螺旋结构和半保留复制机制（1962年Nobel生理或医学奖）。1957Crick又提出了遗传信息传递的“中心法则”（1968年Nobel生理或医学奖）。1970H.O. Smith等分离出第一种限制性核酸内切酶（1978年Nobel生理或医学奖）1972Paul Berg小组完成了首次体外重组实验（1980年Nobel化学奖）。1973斯坦福大学的S. Cohen小组将含有卡那霉素抗性基因的大肠杆菌R6-5质粒与含有四环素抗性基因

4、的另一种大肠杆菌质粒pSC101连接成重组质粒，具有双重抗药性。1975F. Sanger、A. Maxam和W. Gilbert发明了DNA快速测序技术（1986 Nobel生理或医学奖）。1980科学家首次培育出世界第一个转基因动物转基因小鼠。1983科学家首次培育出世界第一个转基因植物转基因烟草。1983PCR技术问世（1988年发现TaqDNA聚合酶）（1993年Nobel化学奖）。理论基础技术支持什么叫基因工程？ 基因工程又叫基因拼接技术或DNA重组技术。该技术是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使

5、重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物。（一）基因工程的概念（一）基因工程的概念基因工程的别名操作环境操作对象操作水平基本过程结 果实 质基因拼接技术或DNA重组技术生物体外基因DNA分子水平人类需要的基因产物剪切 拼接 导入 表达基因重组基因工程培育抗虫棉的简要过程：（一）基因工程的概念普通棉花(无抗虫特性)苏云金芽孢杆菌提取抗虫基因与运载体DNA拼接导入棉花细胞(含抗虫基因)棉花植株(有抗虫特性)上述培育抗虫棉的关键步骤是什么？表达（一）基因工程的概念基因工程培育抗虫棉的关键步骤：关键步骤一：抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内提取出来关键步骤二：抗虫基因与运载体DNA连接关键步骤

6、三：抗虫基因导入受体(棉花)细胞解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？（二）基因工程的工具关键步骤一的工具：关键步骤二的工具：关键步骤三的工具：分子手术刀限制性核酸内切酶分子缝合针DNA连接酶分子运输车运载体1、限制性核酸内切酶分子手术刀从原核生物中分离纯化识别特定核苷酸序列；切开磷酸二酯键限制酶1、限制性核酸内切酶分子手术刀从原核生物中分离纯化识别特定核苷酸序列；切开磷酸二酯键限制酶A A T G A A T T C G A T G A T T C C G T A A T G A A T T C G AT T A C T T A A G C T A C T A A G G C A T T A

7、 C T T A A G G C 黏性末端平末端识别序列切割DNA分子时产生的两种不同末端 被限制酶切开的DNA两条单链的切口，带有几个伸出的核苷酸，他们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。2、 DNA 连接酶分子针线“缝合”切开的磷酸二酯键DNA连接酶可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来，这样一个重组的DNA分子就形成了。E.coliDNA连接酶：T4DNA连接酶：黏性末端黏性末端和平末端DNA连接酶3、基因进入受体细胞的载体“分子运输车”载体：质粒（可自我复制的双链环状DNA）思考：你知道还有哪些载体？噬菌体、动植物病毒基因进入受体细胞的载体 “分子运输车

8、”大肠杆菌及质粒载体结构模式图A A T G A A T T C G A T G A T T C C G T A A T G A A T T C G AT T A C T T A A G C T A C T A A G G C A T T A C T T A A G G C 目的基因目的基因插入位点载体需满足哪些条件呢？提示：假如目的基因导入受体细胞后不能复制将怎样？作为载体没有酶切位点将怎样？目的基因是否进入受体细胞，你如何察觉？如果载体对受体细胞有害将怎样？能在宿主细胞内复制，否则将在细胞增殖中丢失。有多个酶切位点，利于外源基因插入。具有某些标记基因，以便筛选导入成功细胞。对受体细胞要无害

9、，从而保证导入成功。载体必须具备4个条件： 重组DNA分子的模拟操作 目的要求 模拟重组DNA分子的操作过程，说出其基本原理。 材料用具 两种颜色(如绿色和粉红色)的硬纸板，在绿硬纸板上依次等距离写上字母。 剪刀(代表EcoRI)， 透明胶条(代表DNA连接酶)。 小试身手:思考： 请按真实操作过程思考一下： 1你模拟插入的DNA片段能称得上一个基因吗? 2如果你操作失误，碱基不能配对，可能是什么原因造成的?胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素！使其价格降

10、低了30%-50%!材料：人胰岛素基因大肠杆菌实验设计：如何运用基因工程生产人胰岛素？基因工程生产胰岛素的简要过程：大肠杆菌(不能合成胰岛素)人体细胞提取胰岛素基因与运载体DNA拼接导入大肠杆菌(含胰岛素基因)大肠杆菌(能合成胰岛素)表达（三）基因工程的基本步骤据图说出运用基因工程生产胰岛素的基本步骤基因工程生产胰岛素的简要过程：大肠杆菌(不能合成胰岛素)人体细胞提取胰岛素基因与运载体DNA拼接导入大肠杆菌(含胰岛素基因)大肠杆菌(能合成胰岛素)表达获取目的基因目的基因与载体结合将目的基因导入受体细胞目的基因的表达和检测（三）基因工程的基本步骤方法：1、从基因文库中获取目的基因2、通过DNA合

11、成仪用化学方法直接 人工合成一、获取目的基因：基因文库基因组文库部分基因文库（如cDNA文库）1、从基因文库中获取目的基因基因组文库cDNA文库基因组文库与部分基因文库的关系利用PCR技术扩增目的基因PCR技术PCR概念？PCR的原理？PCR反应地点？所需原料？反应过程？PCR技术原理及反应过程原理：DNA复制反应过程：1、加热至9095 ，目的基因DNA解链。（变性）2、冷却至5560 ，引物结合到互补DNA链。（退火）3、加热至7075 ，DNA聚合酶从引物起始互补链的合成。（延伸）4、重复循环原料：模板DNA、耐高温的DNA聚合酶、四种脱氧核苷酸、引物、ATP等地点：PCR扩增仪2、通过

12、DNA合成仪用化学方法直接 人工 合成（基因较小、核苷酸序列已知）目的基因的提取方法2.反转录法3.根据已知的氨基酸序列合成DNA1.鸟枪法1）鸟枪法（散弹射击法）： 用限制酶将供体细胞中的DNA切成许多片段，将这些片段分别载入运载体，然后通过运载体分别转入不同的受体细胞，让供体细胞提供的外源DNA的所有片段分别在各个受体细胞中大量复制（即扩增），从中找出含有目的基因的细胞，再利用一定的方法将包含目的基因的DNA片段分离出来。2）逆转录法： 以目的基因转录成的信使RNA为模板，逆转录成互补的单链DNA，然后在酶的作用下合成双链DNA，从而获得所需的基因。目的基因的mRNADNA(即目的基因)逆

13、转录3）根据已知的氨基酸序列合成DNA法 ： 根据已知蛋白质的氨基酸序列，推测出相应的信使RNA序列，然后按照碱基互补配对原则，推测出它的结构基因的核苷酸序列，再通过化学方法，以单核苷酸为原料合成目的基因。蛋白质的氨基酸序列mRNA的核苷酸序列结构基因的核苷酸序列推测推测目的基因化学合成（基因较小、核苷酸序列已知）二、目的基因与载体结合基因表达载体的构建二、目的基因与载体结合基因表达载体的构建思考：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？三、将目的基因导入受体细胞转化：目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。将目的基因导入植物细胞导入动物细胞导入微

14、生物细胞 常用方法农杆菌转化法显微注射技术Ca2+处理能否根据农杆菌将目的基因导入双子叶植物的原理，设计一个抗病基因导入小麦方案。（理论上说，你认为该如何做？）将目的基因导入植物细胞农杆菌转化法将目的基因导入动物细胞显微注射技术将目的基因导入微生物细胞大肠杆菌Ca2+处理大肠杆菌感受态细胞基因表达载体+缓冲溶液+感受态细胞Ca2+处理法四、目的基因的检测与鉴定1、检测与鉴定的目的目的基因进入受体细胞后，是否可以稳定维持和表达其遗传特性检测转基因生物染色体的DNA是否插入目的基因（DNA水平）检测目的基因是否转录了mRNA（RNA水平）检测目的基因是否翻译成蛋白质（蛋白质水平）个体生物学水平鉴定2、检测与鉴定的方法知识延伸DNA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DNA解开，把单股的DNA小片段用同位素、荧光分子或化学发光催化剂等进行标记，之后同被检测的DNA中的同源互补序列杂交，从而检出所要查明的DNA或基因。思考：检测mRNA 是否合成，可以用分子杂交的方法吗？检测目的基因是否翻译成蛋白质抗原抗体杂交个体生物学水平的鉴定可以总 结（一）基因工程