基因工程及其应用主题讲座

基因工程及其应用主题讲座基因工程及其应用主题讲座第1页谁能告诉我这是ＷＨＡＴ？基因工程及其应用主题讲座第2页谁能告诉我这是ＷＨＡＴ？基因工程及其应用主题讲座第3页香蕉鱼你见过吗?基因工程及其应用主题讲座第4页你知道什么是真正硕果累累吗?基因工程及其应用主题讲座第5页给科学插上想象翅膀，你会收获更多！基因工程及其应用主题讲座第6页一、基因工程与基因基因决定性状家蚕能够吐出蚕丝为人类利用豆科植物根瘤能够固定空气中氮青霉菌能产生对人类有用抗生素——青霉素基因工程及其应用主题讲座第7页定向基因改造构想构想一能否让禾本科植物也能够固定空气中氮？能否让细菌“吐出”蚕丝？构想二能否让微生物产生出人胰岛素、干扰素等宝贵药品？构想三经过多年努力，科学家于20世纪70年代创建了能够定向改造生物新技术——基因工程。基因工程及其应用主题讲座第8页二、基因认识基因工程及其应用主题讲座第9页1866年发表论文，提出分离规律和独立分配规律。1900年Mendel遗传规律被重新发觉，遗传学元年1866年，孟德尔（JohannGregorMendel，1822－1884）提出了遗传因子（hereditaryfactor）概念。他将控制豌豆性状遗传原因称之为遗传因子形成了基因雏形。（1856-1864豌豆杂交试验）1、基因发展过程基因工程及其应用主题讲座第10页1909年，丹麦遗传学家WilhelmLudwig

Johanssen(1859-1927)。依据希腊语“给予生命”之义，创造了“gene”一词，并用这个术语代替孟德尔“遗传因子”。不过他所说基因并不代表物质实体，而是一个与细胞任何可见形态结构毫无关系抽象单位。所以，那时所指基因只是遗传性状符号，还没有详细包括基因物质概念。基因工程及其应用主题讲座第11页

“遗传因子/基因”构想一经提出，便推进大家去寻找，去探索

基因在哪里？基因是什么？基因工程及其应用主题讲座第12页

显微镜技术与染色技术发展，使大家注意到，细胞分裂时，尤其是减数分裂中，染色体行为和孟德尔提出等位基因分离规律相当一致，所以，确定基因在细胞核中，在染色体上。基因工程及其应用主题讲座第13页

第一次将代表某一特定性状基因与某一特定染色体联络起来，创建了遗传染色体理论。随即遗传学家又应用当初发展基因作图（genemapping）技术，构筑了基因连锁图，深入揭示了在染色体载体上基因是按线性次序排列。。1910年，美国遗传学家摩尔根（ThomasHuntMorgan,1866-1945）以果蝇为研究材料，发觉了连锁交换定律并提出遗传粒子学说。1933基因工程及其应用主题讲座第14页

发觉DNA遗传功效，始于1928年英国科学家格里菲斯（P．Griffith）所做用肺炎双球菌感染小鼠试验。首次发觉了基因是一类特殊生物分子证据。FredericGriffith1879—1941

格里菲斯用肺炎球菌做试验时发觉了一个令人惊异现象：加热杀死能致病S型菌＋不能致病R型菌→混合→注射到小鼠体内→小鼠病死→从死鼠体内分离出大量S型肺炎球菌莫非S型致病菌复活了吗？这就是著名“格里菲斯之谜”。基因工程及其应用主题讲座第15页

艾弗里等人试验说明使细菌性状发生转化因子是DNA（即脱氧核糖核酸），而不是蛋白质或RNA（即核糖核酸）。不但揭开了“格里菲斯之谜”，而且在世界上第一次证实基因就在DNA上。OswaldTheodoreAvery(1877～1955)1944年，艾弗里首次证实遗传物质基础是DNA，基因位于DNA上。试验材料是肺炎链球菌，他们发觉死去S型菌并未复活，而是S型菌DNA进入了R型菌，使其转化为新S型致病肺炎双球菌。基因工程及其应用主题讲座第16页

美国微生物学家阿尔弗雷德·戴·赫尔希（AlfredDayHershey，1908～1997）他们试验材料是T2噬菌体试验证实，进入细菌细胞噬菌体是核酸；进而说明，携带遗传信息是核酸，而不是蛋白质。噬菌体DNA不但包含噬菌体自我复制信息，而且包含合成噬菌体蛋白质所需要全部信息。1952年，赫尔希和他学生共同发表汇报，必定了艾弗里结论。今后，再也无人怀疑DNA是遗传物质了。35S－32P－35S标识外壳蛋白质,感染后放射标识不进入大肠杆菌细胞32P标识DNA,感染后放射标识进入大肠杆菌细胞1969基因工程及其应用主题讲座第17页1953年，FrancisCrick和JamesWatson

创建DNA双螺旋模型，证实基因是含有一定遗传效应DNA片段。用分子结构特征解释生命现象最基础问题之一－－基因复制机理，从而使生物学真正进入分子生物学新时代。

1953JamesDeweyWatson，FrancisHarryComptonCrick基因工程及其应用主题讲座第18页1961年，美国生物学家尼伦伯格（MarshallWarrenNirenberg，1927～）等人成功破译了遗传密码，以无可反驳科学依据证实了DNA双螺旋结构正确性。大家对遗传机制有了更深刻认识。

1967年发表了全套遗传密码表。1968基因工程及其应用主题讲座第19页理论上三大发觉：

发觉了生物遗传物质是DNA

发觉了DNA分子双螺旋结构和半保留复制机理

发觉了遗传信息传递方式

基因工程准备阶段基因工程及其应用主题讲座第20页技术上三大创造：1967发觉了DNA连接酶；1970Khorana试验室发觉T4噬菌体DNA连接酶；1972建立双链DNA连接方法。3.基因工程载体:Geneticengineeringvector19722.限制性核酸内切酶发觉:Restrictionenzyme19701.DNA连接酶发觉:DNAligase1967独立于染色体外遗传因子：细菌性因子—F因子;

抗药性因子（R）;

大肠杆菌素因子（COE）基因工程及其应用主题讲座第21页基因工程诞生理论基础:1.DNA是遗传物质发觉2.DNA双螺旋结构确实立3.遗传信息传递方式认定1.剪刀:限制性核酸内切酶2.针线:DNA连接酶3.运输工具:质粒等基因工程诞生技术保障:基因工程及其应用主题讲座第22页1973年斯坦福大学S.Cohen小组将含有卡那霉素抗性基因大肠杆菌R6-5质粒与含有四环素抗性基因另一个大肠杆菌质粒pSC101连接成重组质粒，含有双重抗药性。SrSr

NerTcrPsc101R6-3ECORIECORI转化E.coli连接酶PSC101R6-3：质粒Ner：抗新霉素基因Sr：抗黄胺基因Tcr：

抗四环素基因1986Nobel生理或医学奖1986基因工程及其应用主题讲座第23页StanleyCohenHerbertBoyer

非洲爪蟾核糖体基因片断同pSC101质粒重组，转化大肠杆菌，并在菌体内成功转录出对应mRNA。这是第一次成功基因克隆试验。基因工程及其应用主题讲座第24页基因工程：即。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，地改造生物。原理：操作水平：结果：一、基因工程基因重组DNA分子水平定向地改造生物遗传性状，取得人类所需要品种。基因拼接技术或DNA重组技术定向遗传性状基因工程及其应用主题讲座第25页二、基因操作工具基因工程及其应用主题讲座第26页1、基因工程指“

限制性核酸内切酶

”主要存在于微生物（200种）一个限切酶只能识别一个特定核苷酸序列,并在特定切点切割DNA分子已发觉有4000各种种类:起源:特点:“”基因工程及其应用主题讲座第27页

大肠杆菌(E.coli)一个限制性核酸内切酶能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。限制性核酸内切酶基因工程及其应用主题讲座第28页切割结果:①产生黏性末端

被限制性核酸内切酶切开DNA两条单链切口，带有几个伸出核苷酸，他们之间恰好互补配对，这么切口叫黏性末端。黏性末端黏性末端基因工程及其应用主题讲座第29页限制性内切酶（EcoRⅠ）作用过程点击播放基因工程及其应用主题讲座第30页要想取得某个特定性状基因必须要用限制性核酸内切酶切几个切口？可产生几个粘性末端？要切两个切口，产生四个粘性末端。假如把两种起源不一样DNA用同一种限制性核酸内切酶来切割，会怎样呢？

会产生相同粘性末端，然后让二者粘性末端粘合起来，就似乎能够合成重组DNA分子了。基因工程及其应用主题讲座第31页SmaⅠ平末端平末端②产生平末端:如SmaⅠ限制性核酸内切酶切割化学键：磷酸二酯键基因工程及其应用主题讲座第32页

例：限制性核酸内切酶Ⅰ识别序列和切点是—G↓GATCC—，限制性核酸内切酶Ⅱ识别序列和切点是—↓GATC—。在质粒上有酶Ⅰ一个切点，在目标基因两侧各有1个酶Ⅱ切点。①请画出质粒被限制性核酸内切酶Ⅰ切割后所形成粘性末端。②请画出目标基因两侧被限制性核酸内切酶Ⅱ切割后所形成粘性末端基因工程及其应用主题讲座第33页基因工程及其应用主题讲座第34页以下关于限制性核酸内切酶说法正确是（）A.限制性核酸内切酶广泛存在于各种生物中，但微生物中少B.一个限制性核酸内切酶只能识别一个特定核苷酸序列C.不一样限制性核酸内切酶切割DNA后都会形成粘性末端D.限制性核酸内切酶作用部位是特定核苷酸形成氢键B基因工程及其应用主题讲座第35页限制酶是一群核酸切割酶，可辨识并切割DNA分子上特定核苷酸碱基序列。下列图为四种限制酶BamHI,EcoRI,HindⅢ以及BgIⅡ辨识序列：

箭头表示每一个限制酶特定切割部位，其中哪两种限制酶所切割出来DNA片段末端，能够互补结合？其正确末端互补序列为何？（）A．BamHI和EcoRI；末端互补序列－AATT－B．BamHI和HindⅢ；末端互补序列－GATC－C．BamHI和BgIⅡ；末端互补序列－GATC－D．EcoRI和HindⅢ；末端互补序列－AATT－C基因工程及其应用主题讲座第36页2、基因工程指“DNA连接酶”“

”

作用：将互补配正确两个黏性末端连接起来，使之成为一个完整DNA分子基因工程及其应用主题讲座第37页DNA连接酶作用过程点击播放基因工程及其应用主题讲座第38页

DNA连接酶作用位点是：相邻两个脱氧核苷酸切口。即生成：磷酸二酯键。基因工程及其应用主题讲座第39页DNA连接酶DNA聚合酶连接DNA链双链单链连接部位在两DNA片段之间形成磷酸二酯键将单个核苷酸加到已存在核酸片段3’末端羟基上，形成磷酸二酯键基因工程及其应用主题讲座第40页DNA连接酶常见类型E.coliDNA连接酶(大肠杆菌连接酶)T4DNA连接酶(T4噬菌体连接酶)起源大肠杆菌T4噬菌体功效连接黏性末端连接黏性末端

或平末端结果恢复被限制酶切开两个核苷酸之间磷酸二酯键基因工程及其应用主题讲座第41页3、基因运载体（2）应具备条件：①能够在受体细胞中自我复制或与染色体、DNA整合后进行同时复制②含有一个或多个限制酶切点，供目标基因插入其中③含有一些标识基因，供重组DNA检测和判定（3）常见类型：（1）功效：将目标基因送入受体细胞质粒、噬菌体和动、植物病毒等基因工程及其应用主题讲座第42页

标识基因，便于进行检测。

其中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.

基因工程及其应用主题讲座第43页步骤一：获取目标基因

目标基因是大家所需要转移或改造基因,获取目标基因是实施基因工程第一步。

如苏云金芽孢杆菌抗虫基因，植物抗病基因、种子贮藏蛋白基因，以及人胰岛素基因、干扰素基因等。基因工程及其应用主题讲座第44页从基因文库中获取目标基因：基因文库:

一个生物体基因组DNA用限制性核酸内切酶个别酶切后，将酶切片段插入到载体DNA分子中，全部这些插入了基因组DNA片段载体分子集合体，将包含这个生物体整个基因组，也就是组成了这个生物体基因文库。

(genelibrary).基因工程及其应用主题讲座第45页取得目标基因方法直接分离基因人工合成基因反转录法依据已知氨基酸序列合成DNA：“鸟枪法”（“散弹射击法”）基因工程及其应用主题讲座第46页1.“鸟枪法”（“散弹射击法”）

用限制酶将供体细胞中DNA切成许多片段，将这些片段分别载入运载体，然后经过运载体分别转入不一样受体细胞，让供体细胞提供外源DNA全部片段分别在各个受体细胞中大量复制（即扩增），从中找出含有目标基因细胞，再利用一定方法将目标基因DNA片段分离出来。用限制酶切断成许多片段基因工程及其应用主题讲座第47页(1)反转录法：2.人工合成基因双链DNA(即目标基因)合成单链DNA(cDNA)目标基因mRNA反转录基因工程及其应用主题讲座第48页(2)依据已知氨基酸序列合成DNA：mRNA核苷酸序列蛋白质氨基酸序列结构基因核苷酸序列化学合成推测推测目标基因基因工程及其应用主题讲座第49页步骤二：制备重组DNA分子（基因表示载体构建）

（1）用一定限制酶切割质粒，使质粒出现一个切口，露出黏性末端。（2）用同一个限制酶切断带有目标基因外源DNA片段，使其产生相同黏性末端。（3）将切下目标基因片段插入质粒切口处，再加入适量DNA连接酶，形成了一个重组DNA分子（重组质粒）。

目标基因与载体结合过程，实际上是不一样起源基因重新组合过程。基因工程及其应用主题讲座第50页将目标基因导入受体细胞原理借鉴细菌或病毒侵染细胞路径，如土壤农杆菌转化法。步骤三：转化受体细胞（将携带目标基因载体导入受体细胞）基因工程及其应用主题讲座第51页1.将目标基因导入植物细胞（农杆菌介导转化技术）基因工程及其应用主题讲座第52页2.将目标基因导入动物细胞（显微注射技术）基因工程及其应用主题讲座第53页3.将目标基因导入微生物细胞

大肠杆菌细胞最常见转化方法是:（1）用CaCl2处理细菌，以增大细菌细胞壁通透性。（2）使含有目标基因重组质粒进入受体细胞。（3）目标基因在受体细胞内，随其繁殖而复制，因为细菌繁殖速度非常快，在很短时间内就能取得大量目标基因。

基因工程及其应用主题讲座第54页步骤四：筛选出取得目标基因重组细胞四环素抗性基因氨苄青霉素抗性基因基因工程及其应用主题讲座第55页步骤五：培养受体细胞并诱导目标基因表示基因工程及其应用主题讲座第56页

重组DNA分子进入受体细胞后受体细胞必须表现出特定性状，才能说明目标基因完成了表示过程。受体细胞摄入DNA分子后就说明目标基因完成了表示吗？若不能表示，要反抗虫基因再进行修饰。基因工程及其应用主题讲座第57页基因工程及其应用主题讲座第58页思索：依照中心法则分析番茄软化原因：多聚半乳糖酸酶基因mRNA多聚半乳糖酸酶细胞壁结构被破坏番茄软化转录翻译基因工程及其应用主题讲座第59页基因工程及其应用主题讲座第60页基因工程及其应用主题讲座第61页荧光蛋白酶基因转化花卉基因工程及其应用主题讲座第62页哪些新技术能大大简化基因工程操作技术？1、DNA测序仪：2、PCR技术：

能快速地测定DNA样品碱基序列。

在体外经过酶促反应有选择大量扩增目标基因或序列技术。基因工程及其应用主题讲座第63页①概念：PCR全称为聚合酶链式反应技术，是一项在体外经过酶促反应有选择地大量扩增目标基因或序列技术。③条件：目标基因或序列、四种脱氧核苷酸、DNA聚合酶、一对引物(做开启子)②原理：DNA复制④方式：以指数方式扩增。⑤结果：使目标基因片段在短时间内成百万倍地扩增利用PCR技术扩增目标基因基因工程及其应用主题讲座第64页①90-95℃变性②

50-65℃退火③70-75℃延伸PCR反应过程：20-40个PCR循环1个PCR循环基因工程及其应用主题讲座第65页基因工程及其应用主题讲座第66页过程：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50℃-65℃）：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链基因工程及其应用主题讲座第67页四、基因工程应用1、基因工程与作物育种基因工程及其应用主题讲座第68页Goldenriceandnormal(white)

/wsjbiotech.html转2个水仙花和1个细菌VA合成酶基因水稻“金米”基因工程及其应用主题讲座第69页（AntifreezeProteinsAFPs)防止细胞结冰有助植物抗冻抗冻糖蛋白无冰晶细菌帮助草莓抗霜冻降低原生质冰点抑制冰晶重结晶修饰冰晶形态调整原生质胶体性质基因工程及其应用主题讲座第70页抗虫转基因植物基因工程及其应用主题讲座第71页生长快、肉质好转基因鱼(中国)乳汁中含有些人生长激素转基因牛(阿根廷)基因工程及其应用主题讲座第72页转黄瓜抗青枯病基因甜椒转鱼抗寒基因番茄基因工程及其应用主题讲座第73页2、基因工程与药品研制我国生产个别基因

工程疫苗和药品

许多药品生产是从生物组织中提取。受材料起源限制产量有限，其价格往往十分昂贵。

微生物生长快速，轻易控制，适于大规模工业化生产。若将生物合成对应药品成份基因导入微生物细胞内，让它们产生对应药品，不但能处理产量问题，还能大大降低生产成本。基因工程及其应用主题讲座第74页

胰岛素从猪、牛等动物胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。

将合成胰岛素基因导入大肠杆菌，每L培养液就能产生100g胰岛素！使其价格降低了30%-50%!基因工程及其应用主题讲座第75页

基因工程做成“超级细菌”能吞食和分解各种污染环境物质。

通常一个假单孢杆菌只能分解石油中一个烃类．用基因工程培育成功“超级细菌”却能分解石油中各种烃类化合物。

科学家还培育出能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDT等毒害物质细菌。3、环境污染治理基因工程及其应用主题讲座第76页

利用基因工程培育“指示生物”能十分灵敏地反应环境污染情况，却不易因环境污染而大量死亡，甚至还能够吸收和转化污染物。基因工程及其应用主题讲座第77页

转基因食品

安全吗?!基因工程及其应用主题讲座第78页

基因工程及其应用主题讲座第79页

转基因抗乙肝西红柿(中国)，即使不能治愈乙肝，但一年只吃几个抗乙肝西红柿，就完全能代替注射乙肝疫苗。抗乙肝西红柿属于转基因食品，就是将乙肝疫苗植入西红柿内，经过多代繁殖，使转入基因稳定化。用转基因植物生产药品基因工程及其应用主题讲座第80页转基因植物安全性争论支持派认为：假如转基因农业生物技术得不到社会支持，这一研究将被扼杀，而且强调，迄今为止并没有发觉转基因食品危害人体健康和环境确实切证据。基因工程及其应用主题讲座第81页美国人食用转基因食品