第六章第二节基因工程及其应用

第二节基因工程及其应用第六章从杂交育种到基因工程一、基因工程的原理又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。通俗地说，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,培育出新品种。

1、基因工程的概念：基因工程基本工具：基因“剪刀”——限制性核酸内切酶基因“针线”——DNA连接酶基因的运载体——质粒、噬菌体、动植物病毒一、基因工程的原理2、“基因剪刀”——限制性核酸内切酶(简称限制酶)CTTAAGAATTCG

一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子。例如:EcoRI限制酶，专一识别GAATTC序列，并在G和A之间将序列切开。被同一种限制酶切断的几个DNA是否具有相同的黏性末端？黏性末端黏性末端尝试写出下列序列受EcoRI限制酶作用后的黏性末端

DNA被限制酶切断后有两个反向互补的“黏性末端”。被同一种限制酶切断的几个DNA具有相同的黏性末端，碱基能够通过互补进行配对。CTTCATGGAAGTACTTAAGGGATTAATTCCCTAAACGTGCTTAAAATTCCCATTGGGTAAGGCATCTTAAAATTCCGTAGGGCATCTTAAAATTCCGTAG一、基因工程的原理3、“基因针线”——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。即将脱氧核糖和磷酸连接起来。CTTCATGGAAGTACTTAAGGGATTAATTCCCTAAGGCATCTTAAAATTCCGTAG连接酶连接的部位：生成3′-5′磷酸二酯键思考：如何将重组DNA分子送入受体细胞呢？基因的运载工具——运载体：常用的运载体主要有两类：

1）细菌细胞质的质粒质粒是基因工程最常用的运载体。存在：许多细菌以及酵母菌等生物的细胞中，是拟核或细胞核外能自主复制的环状的DNA分子。本质：闭合环状DNA分子。有的一个细菌中有一个，有的一个细菌中有多个。

2）噬菌体或某些动植物病毒DNAlinking-enzymerestrictionendonucleaseDNAlinking-enzyme胰岛素基因1.自我复制；3.具有多个限制酶切点；4.具有标记基因，便于进行筛选．质粒的特点：2、结构、分子量比较小5、基因工程的操作步骤：从细菌中取出质粒从细胞中取出DNA用同种限制酶切断两个DNA具有相同的黏性末端提取目的基因（如人的胰岛素基因）用连接酶将目的基因与质粒连接（形成重组DNA分子）目的基因与运载体结合（拼接)将目的基因通过运载体导入受体细胞（如大肠杆菌）利用质粒中具有某些特性的基因进行检测并判断目的基因是否表达将目的基因导入受体细胞（导入）目的基因的检测与鉴定提取目的基因的方法用限制酶切断成许多片段⑴直接分离基因——鸟枪法又叫“散弹射击法”，犹如用猎枪发射的散弹打鸟，无论哪一颗子弹击中目标,都能把鸟打下来

具体做法是：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，让供体细胞所提供的DNA的所有片段分别在各个受体细胞中大量复制，从中找出含有目的基因的细胞，再用一定的方法把带有目的基因的DNA片段分离出来。

该法优点是操作简便，但是最大的缺点是具有很大的盲目性，工作量大，成功率低。且不能将真核生物的基因转移到原核生物中去。⑵人工合成基因法DNA合成仪有两种方法：

①逆转录法：以信使RNA为模板，在逆转录酶的作用下将脱氧核苷酸合成合成基因。

②直接合成法：根据蛋白质的氨基酸顺序推算出信使RNA核苷酸顺序，再据此推算出基因的脱氧核苷酸顺序。用游离脱氧核苷酸直接合成相应的基因。目的基因的检测和鉴定

受体细胞摄入DNA分子后并不是说明目的基因完成了表达，受体细胞必须表现出特定的性状，才能说明目的基因完成了表达。将每个受体细胞单独培养形成菌落，检测菌落中是否有目的基因的表达产物。淘汰无表达产物的菌落，保留有表达产物的进一步培养、研究。无表达产物无表达产物有表达产物无表达产物基因工程别名操作环境操作对象操作水平基本工具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提取→拼接→导入→检测和鉴定基因重组限制酶、DNA连接酶、运载体二、基因工程的应用1、基因工程与作物育种（1）获得高产、稳产和具有优良品质的农作物将富含赖氨酸的蛋白质编码基因转入玉米,获得转基因玉米。将控制番茄果实成熟的基因导入番茄,获得转基因耐贮存番茄,是世界上进入市场的第一种转基因植物。转入金鱼草基因的紫番茄富含花青素，可明显减缓结肠癌细胞生长，同时具抵抗心血管疾病的功效。（2）培育出具有各种抗逆性的作物新品种二、基因工程的应用1、基因工程与作物育种苏云金杆菌抗虫基因普通棉花抗虫棉提取导入培育抗虫棉的培育过程（1）培育出具有优良品质的动物二、基因工程的应用2、基因工程与畜牧养殖转生长激素基因鲤鱼（9个月后比对照个体重1.5kg)超级绵羊（生长速率提高30%，体型增大50%）2、基因工程与药物研制我国生产的部分基因

工程疫苗和药物许多药品的生产是从生物组织中提取的。受材料来源限制产量有限，其价格往往十分昂贵。微生物生长迅速，容易控制，适于大规模工业化生产。若将生物合成相应药物成分的基因导入微生物细胞内，让它们产生相应的药物，不但能解决产量问题，还能大大降低生产成本。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！使其价格降低了30%-50%!3、环境保护

基因工程做成的“超级细菌”能吞食和分解多种污染环境的物质。通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类，用基因工程培育成功的“超级细菌”却能分解石油中的多种烃类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDT等毒害物质。这些生物令我们很好奇，但是现实生活的应用更令我们关心!三、转基因生物和转基因食品的安全性未来生物怪物2转基因草莓有玫瑰花和柠檬的香味转基因西红柿安全吗？“金大米”⑴改变传统的育种方式缩短育种时间。培育出高产优质、抗病虫害、抗旱、抗盐碱，抗除草剂等特性的作物新品种。⑵克服异源、远源杂交障碍。如可以把动物的基因，甚至人的基因组合到植物里去。⑶生产有利于健康和抗病的食品。⑷培育出符合人们意愿的动物新品种。三、转基因生物和转基因食品的安全性转基因生物有利的一面:⑴有些转基因食物含的一些物质，可能会影响人体健康。⑵大量的转基因生物进入自然界后很可能会与野生物种进行杂交，产生一些超级生物，从而造成基因污染。⑶如有些作物插入抗虫基因，杀死环境中有益的生物。三、转基因生物和转基因食品的安全性基因工程的弊端：（1）要将目的基因与运载体连接起来，在基因操作中应选用A、只需DNA连接酶B、同一种限制酶和DNA连接酶C、只需限制酶D、不同的限制酶和DNA连接酶练习（2）下列各项中，说明目的基因完成了表达的是A、棉珠中含有杀虫蛋白基因B、大肠杆菌中具有胰岛素基因C、酵母菌中产生了干扰素D、抗病毒基因导入土豆细胞中（4）转基因动物是指A、