基因突变和基因工程课时

基因突变和基因工程课时第1页，共44页，2023年，2月20日，星期四镰刀型细胞贫血症（一）实例

资料：1910年，一个黑人青年到医院看病，检查发现他患的是当时人们尚未认识的一种特殊的贫血症，他的红细胞不是正常的圆饼状，而是弯曲的镰刀状，人们称这种病为镰刀型细胞贫血症。这种病患者一旦缺氧，红细胞变成长镰刀型。病重时，红细胞受机械损伤而破裂的现象，引起严重贫血而造成死亡。第2页，共44页，2023年，2月20日，星期四CTTGAA谷氨酸缬氨酸DNAmRNA氨基酸蛋白质正常异常GUACATGTA突变GAA根本原因

即镰刀型细胞贫血症是由

引起的一种遗传病。DNA分子中碱基对替换血红蛋白第6位上的谷氨酸被替换成缬氨酸ATTA替换直接原因决定控制血红蛋白的基因发生了基因突变第3页，共44页，2023年，2月20日，星期四（二）基因突变的概念替换增添缺失ATCCGCTAGGCG

CCGC

GGCG

ATTA

CCGC

GGCG

ATTA

AT

A

CCGC

T

GGCG

DNA片段A

T

CCGCT

A

GGCG

CCGC

G

GCG

思考：哪一种基因突变对生物性状的影响最小？第4页，共44页，2023年，2月20日，星期四A、有丝分裂间期（体细胞）B、减数第一次分裂间期（生殖细胞）一般不能传给后代可以通过受精作用直接传给后代(二)基因突变发生的时间、原因如有些植物体细胞发生基因突变，可以通过无性繁殖传递。人体某些体细胞的基因（原癌基因和抑癌基因）突变，有可能发展成癌细胞。第5页，共44页，2023年，2月20日，星期四2、基因突变的原因外因(自然或人为的诱发突变)1.物理因素:紫外线,X射线及其他辐射

2.化学因素:亚硝酸,碱基类似物等

3.生物因素:某些病毒内因(自发突变)1.DNA复制时偶尔发生错误

2.DNA的碱基组成发生改变第6页，共44页，2023年，2月20日，星期四AAAaAaaaaA一个基因突变后产生的是它的等位基因，改变了基因的结构，不改变基因的数量，位置。（三）基因突变的结果第7页，共44页，2023年，2月20日，星期四棉花正常枝——短果枝果蝇红眼——白眼长翅——残翅家鸽羽毛白色——灰红色人正常色觉——色盲正常肤色——白化病你认为突变都有哪些特点？常见突变性状：短腿安康羊（中）玉米白化苗人类多指第8页，共44页，2023年，2月20日，星期四(四)基因突变的特点自然界的物种中广泛存在可发生在生物个体发育的任何时期、任何部位自然界突变率很低：10－5-

10-8(打破对环境的适应性)多数有害,少数有利①普遍性:②随机性:③低频性:④多害少利性：⑤不定向性：A＝a1或A＝a2a=A1或a=A2第9页，共44页，2023年，2月20日，星期四花芽在分化时发生基因突变第10页，共44页，2023年，2月20日，星期四基因突变率大肠杆菌组氨酸缺陷型基因2×10－６果蝇的白眼基因4×10－5果蝇的褐眼基因3×10－5玉米的皱缩基因1×10－６小鼠的白化基因1×10－5人类色盲基因3×10－5自然状态下，基因突变的频率是很低的。第11页，共44页，2023年，2月20日，星期四白化苗大多数突变是有害的—多害性白化病第12页，共44页，2023年，2月20日，星期四有害的基因突变畸形的雏鸭人类的多指人类的并指镰刀形红细胞第13页，共44页，2023年，2月20日，星期四高产大豆高产青霉菌株有利的基因突变第14页，共44页，2023年，2月20日，星期四有利的基因突变第15页，共44页，2023年，2月20日，星期四基因突变是不定向的—多向性如老鼠灰毛基因A+突变AY(黄毛)a(黑毛)灰老鼠黑老鼠黄老鼠第16页，共44页，2023年，2月20日，星期四1、根据突变的方向，可分为(1)显性突变：aa→Aa(2)隐性突变：AA→Aa(五)基因突变的类型2、按突变后对生物个体的影响分为

有利突变、有害突变和对生物既无利也无害(及中性突变)。自然选择淘汰有害变异，保留有利和中性变异。对生物体而言，多数为有害突变。3、根据突变原因，可分为①自然突变：在自然状态下发生的基因突变（内因）②诱发突变：在人工条件下诱发的突变（外因）第17页，共44页，2023年，2月20日，星期四（六）基因突变的意义产生新的“等位基因”的途径生物变异的根本来源生物进化的原始材料第18页，共44页，2023年，2月20日，星期四①成功率低,有利变异少②需大量处理材料，有很大盲目性（七）、人工诱变在育种上的应用诱变意义:是创造动、植物新品种和微生物新类型的重要方法（2）优点：①提高突变率，缩短育种周期②大幅度改良某些性状（3）缺点:

物理因素：X射线、γ射线、紫外线、激光等

化学因素：亚硝酸、硫酸二乙酯等

（1）常用的方法：第19页，共44页，2023年，2月20日，星期四2.下列有关基因突变的说法，不正确的是()

A.自然条件下，一种生物的突变率是很低的

B.生物所发生的基因突变一般都是有利的

C.基因突变在自然界的中广泛存在

D.基因突变可产生新的基因，是生物变异的根本来源BC1.一种植物在正常情况下只开红花，但偶然会出现一朵白花，如果将白花种子种下去，它的后代全部开白花，出现这种现象的原因是(）

A.自然杂交B.自然选择

C.基因突变D.基因重组练习第20页，共44页，2023年，2月20日，星期四3.诱发突变与自然突变相比，正确的是

A．都是有利的B．都是定向的

C．都是隐性突变D．诱发突变率高D4、基因突变的根本原因是：

A·染色体上的DNA变成了蛋白质

B·染色体上的DNA变成了RNA

C·染色体上的DNA减少了或增多了

D·染色体上的DNA结构发生了改变

D第21页，共44页，2023年，2月20日，星期四5.下图中，基因A与a1a2a3之间的关系，不能表现的是()A.基因突变是不定向的B.等位基因的出现是基因突变的结果C.正常基因与致病基因可以转化D.图中基因的遗传遵循自由组合定律Aa1a2a3D第22页，共44页，2023年，2月20日，星期四可遗传的变异：不遗传的变异：基因突变染色体变异基因重组仅仅由环境不同引起，遗传物质没有改变，不能遗传给后代。遗传物质发生了改变，能遗传给后代。二、生物变异的类型生物体遗传性状的改变就是生物的变异.第23页，共44页，2023年，2月20日，星期四裹脚柳叶眉24第24页，共44页，2023年，2月20日，星期四“一母生九仔，连母十个样”，这种个体的差异，主要是什么原因产生的?基因重组第25页，共44页，2023年，2月20日，星期四三、基因重组1、概念:在生物进行有性生殖过程中,控制不同性状的基因的自由组合.2、类型:①基因的自由组合:②基因的交叉互换:非同源染色体上的非等位基因的自由组合同源染色体上的非姐妹染色体之间发生局部互换.减数第一次分裂后期减数第一次分裂前期第26页，共44页，2023年，2月20日，星期四3）、两个亲本的遗传物质差距越大，基因重组的类型就越多。3.基因重组的特点1）、变异概率高，几乎100%2）、只有通过有性生殖过程才能实现的。

第27页，共44页，2023年，2月20日，星期四5、意义:基因重组能否产生新的基因？新的性状？不能6.适用的范围：有性生殖过程（杂交育种）基因工程(重组DNA技术)①②可以产生新的基因组合即：产生新的基因型

是生物变异的重要来源，对生物的进化具有重要意义4、结果:不能第28页，共44页，2023年，2月20日，星期四基因突变基因重组产生新的基因（基因分子结构改变），而产生新的基因型不产生新的基因（基因分子结构不变），但基因重组产生新的基因型区别第29页，共44页，2023年，2月20日，星期四基因突变基因重组本质结果发生时间及原因条件意义发生可能基因结构改变基因结构不变，不同基因重新组合。细胞分裂间期由于外界理化因素或自身生理因素引起的碱基对的替换、缺失或增添减数第一次分裂前期的四分体时期的交叉互换；减数第一次分裂后期，非同源染色体上的非等位基因自由组合。外界环境条件的变化和内部因素的相互作用。有性生殖过程中进行减数分裂形成生殖细胞。新基因产生的途径，是生物变异的根本来源,是生物进化的原始材料。是生物变异的重要来源，是形成生物多样性的重要原因，对生物的进化也具有重要的意义突变频率低，但普遍存在有性生殖中非常普遍产生了新基因，出现了新性状。不产生新基因，而是产生重组的基因型，使不同性状重新组合。第30页，共44页，2023年，2月20日，星期四四、基因工程（一）概念：又叫做基因拼接技术或DNA重组技术通俗的说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。原理操作环境结果（优点）基因重组生物体外定向地改造生物的遗传性状，打破物种界限，能克服远缘杂交不亲和的障碍第31页，共44页，2023年，2月20日，星期四1、基因“剪刀”----限制性内切酶（限制酶）（1）功能：一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，切割特定DNA切点，具特异性，并裂解磷酸二酯键。EcoRⅠGAATTCCTTAAG5′3′5′3′5′GCTTAAAATTCG3′3′5′粘性末端（二）、基因工程操作工具SmaⅠCCCGGGGGGCCC5′3′3′5′5′CCCGGGGGGCCC3′3′5′平口末端第32页，共44页，2023年，2月20日，星期四（2）结果：产生两个带有相同黏性末端或平口末端的DNA片段（3）要想从DNA上切下某个基因,应切2个切口,产生4个黏性末端（4）限制酶不是一种酶，而是一类酶，目前已发现的限制酶有4000多种。第33页，共44页，2023年，2月20日，星期四2、基因的“针线”——DNA连接酶连接酶的作用：将互补配对的两个黏性末端连接起来，使之成为一个完整的DNA分子。连接的部位：相邻的两个脱氧核苷酸的切口，

即：

生成磷酸二酯键DNA连接酶的作用过程：第34页，共44页，2023年，2月20日，星期四基因的针线：DNA连接酶

G

AA

TT

CC

TT

AA

GG

AA

TT

CC

TT

AA

GGC

TT

AA

AA

TT

C

GG

C

TT

AA

AA

TT

C

GGC

TT

AA

AA

TT

C

G用同种限制酶切割第35页，共44页，2023年，2月20日，星期四小结：与DNA有关酶的作用DNA酶：即DNA水解酶，可以将DNA水解成脱氧核苷酸。DNA聚合酶：在DNA复制的过程中，连接单个游离的脱氧核苷酸到DNA片段上，需要模板，引物。DNA连接酶：连接两个DNA片段，形成磷酸二酯键，不需要模板。解旋酶：在DNA复制时，破坏氢键，使DNA双链打开。限制性核酸内切酶：破坏脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键。第36页，共44页，2023年，2月20日，星期四3、基因的运输工具——运载体(1)化学本质：DNA标记基因：运载体上且用于鉴定筛选的基因。标记基因一般都是抗生素抗性基因，只要在相应的抗生素培养基上培养筛选就可以，能活下来的就是目的基因已经进入受体细胞。(2)作为运载体必须具备哪些条件？1）能够在宿主细胞中复制并稳定地保存。2）具多个限制酶切点，以便与外源基因连接。3）具有某些标记基因，便于进行筛选。第37页，共44页，2023年，2月20日，星期四第一步：（三）、基因工程基本步骤：第二步：获取目的基因目的基因与运载体结合（体外进行）方法：1、直接分离2、人工合成注意：要用同一种限制酶切取目的基因和运载体，并用DNA连接酶连接。作用：将目的基因送入受体细胞第38页，共4