2010生物高考复习生 物科技专题系列课件4基因工程的 基本内容一一 基因工程的基本内容基因工程的基本内容 主要内容主要内容1 1）基因工程的概念）基因工程的概念2 2）基因操作的工具）基因操作的工具3 3）基因操作的基本步骤）基因操作的基本步骤 什么叫基因工程？什么叫基因工程？基因工程又叫基因工程又叫基因拼接技术基因拼接技术或或DNADNA重重 组技术组技术。该技术是在。该技术是在生物体外生物体外，通过对，通过对 DNADNA分子进行人工分子进行人工“ “剪切剪切” ”和和“ “拼接拼接” ”，对生，对生 物的基因进行物的基因进行改造改造和和重新组合重新组合，然后，然后导入导入 受体细胞受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在内进行无性繁殖，使重组基因在 受体细胞内受体细胞内表达表达，产生出人类所需要的，产生出人类所需要的基基 因产物。因产物。（一）基因工程的概念（一）基因工程的概念（一）基因工程的概念（一）基因工程的概念基因工程的别名基因工程的别名操作环境操作环境操作对象操作对象操作水平操作水平基本过程基本过程结果结果基因拼接技术或基因拼接技术或DNADNA重组技术重组技术生物体外生物体外基因基因DNADNA分子水平分子水平人类需要的基因产物人类需要的基因产物剪切剪切 拼接拼接 导入导入 表达表达实质实质基因重组基因重组 基因工程培育抗虫棉的简要过程：基因工程培育抗虫棉的简要过程：（一）基因工程的概念（一）基因工程的概念普通棉花普通棉花( (无抗虫特性无抗虫特性) )苏云金芽孢杆菌苏云金芽孢杆菌提取提取抗虫基因抗虫基因与与运载体运载体DNADNA拼接拼接导入导入棉花细胞棉花细胞( (含含抗虫基因抗虫基因) )棉花植株棉花植株( (有有抗虫特性抗虫特性) ) 上述培育抗虫棉的关键步骤是什么？上述培育抗虫棉的关键步骤是什么？（一）基因工程的概念（一）基因工程的概念 基因工程培育抗虫棉的关键步骤：基因工程培育抗虫棉的关键步骤：关键步骤一：关键步骤一：抗虫基因从苏云金芽孢杆菌抗虫基因从苏云金芽孢杆菌 细胞内细胞内提取出来提取出来关键步骤二：关键步骤二：抗虫基因抗虫基因与运载体与运载体DNADNA连接连接关键步骤三：关键步骤三：抗虫基因抗虫基因导入受体导入受体( (棉花棉花) )细胞细胞 解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？（二）基因操作的工具（二）基因操作的工具关键步骤一的工具：关键步骤一的工具：关键步骤二的工具：关键步骤二的工具：关键步骤三的工具：关键步骤三的工具：基因的基因的剪刀剪刀限制性内切酶限制性内切酶基因的基因的针线针线DNADNA连接酶连接酶基因的基因的运载工具运载工具运载体运载体 基因的剪刀基因的剪刀限制性内切酶限制性内切酶 （简称（简称限制酶限制酶）限制酶是在生物体限制酶是在生物体( (主要是主要是微生物微生物) )内的内的 一种酶，能将外来的一种酶，能将外来的DNADNA切断切断，由于这种切，由于这种切 割作用是在割作用是在DNADNA分子内部进行的，故名限制分子内部进行的，故名限制 性内切酶。性内切酶。特点：特点：特异性特异性。即即一种一种限制酶限制酶只能识别一种只能识别一种特定的特定的核苷核苷 酸序列酸序列，并且能在，并且能在特定的切点特定的切点上切割上切割DNADNA分分 子。子。大肠杆菌大肠杆菌( (E.coliE.coli) )的一种限制酶的一种限制酶能识别能识别 GAATTCGAATTC序列序列，并在，并在GG和和A A之间切开。之间切开。限制酶限制酶限制限制 酶酶AATTGCCTTAAG磷酸二脂键 什么叫黏性末端？什么叫黏性末端？被限制酶切开的被限制酶切开的DNADNA两条单链的切口两条单链的切口 ，带有几个，带有几个伸出的核苷酸伸出的核苷酸，他们之间正好，他们之间正好 互补配对互补配对，这样的切口叫，这样的切口叫黏性末端黏性末端。 要想获得某个特定性状的基因必须要用限制要想获得某个特定性状的基因必须要用限制 酶切几个切口？可产生几个黏性末端？酶切几个切口？可产生几个黏性末端？要切要切两个两个切口，产生切口，产生四个黏性末端四个黏性末端。 如果把两种来源不同的如果把两种来源不同的DNADNA用同一种限制酶用同一种限制酶 来切割，会怎样呢？来切割，会怎样呢？会产生会产生相同的黏性末端相同的黏性末端，然后让两者的，然后让两者的 黏性末端黏性末端黏合黏合起来，就似乎可以合成重组的起来，就似乎可以合成重组的 DNADNA分子了。分子了。基因的针线： 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 CGG C T T A A A A T T CGG C T T A A A A T T CG同种限制酶 切割 基因的针线基因的针线DNADNA连接酶连接酶DNADNA连接酶连接酶可把黏性末端可把黏性末端之间的缝之间的缝 隙隙“ “缝合缝合” ”起来，即把梯子两边扶手的断起来，即把梯子两边扶手的断 口连接起来，这样一个重组的口连接起来，这样一个重组的DNADNA分子分子 就形成了。就形成了。 外源基因外源基因( (如抗虫基因如抗虫基因) )怎样才能导入受体细怎样才能导入受体细 胞胞( (如棉花细胞如棉花细胞) )？导入过程需要运输工具导入过程需要运输工具运载体运载体。 运载体的作用有哪些？运载体的作用有哪些？作用一作用一：作为运载工具，将外源基因：作为运载工具，将外源基因( (抗虫基抗虫基 因因) )转移转移到受体细胞到受体细胞( (棉花细胞棉花细胞) )中去。中去。作用二作用二：利用运载体在受体细胞：利用运载体在受体细胞( (棉花细胞棉花细胞) ) 内，内，对外源基因对外源基因( (抗虫基因抗虫基因) )进行进行大量复制大量复制。 作为运载体必须具备哪些条件？作为运载体必须具备哪些条件？1 1）能够在宿主细胞中）能够在宿主细胞中复制复制并稳定地并稳定地保存保存。2 2）具多个）具多个限制酶切点限制酶切点，以，以便与外源基因连接便与外源基因连接 。3 3）具有某些）具有某些标记基因标记基因，便于进行，便于进行筛选筛选。如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应 的基因等。的基因等。常用的运载体主要有两类：常用的运载体主要有两类：1 1）细菌细胞质的）细菌细胞质的质粒质粒2 2）噬菌体噬菌体或某些或某些动植物病毒动植物病毒 质粒：质粒：质粒是染色体外能够进行质粒是染色体外能够进行自主复制自主复制的的 遗传单位，包括真核生物的细胞器和细菌遗传单位，包括真核生物的细胞器和细菌 细胞中核区外的细胞中核区外的DNADNA分子。现在习惯上用分子。现在习惯上用 来专指细菌、酵母菌和放线菌等生物中来专指细菌、酵母菌和放线菌等生物中核核 以外的以外的DNADNA分子分子。质粒质粒是基因工程是基因工程最常用最常用的的运载体运载体。绝大多数细菌质粒都是绝大多数细菌质粒都是闭合环状闭合环状DNADNA 分子分子。有的一个细菌中有一个，有的一个。有的一个细菌中有一个，有的一个 细菌中有多个。细菌中有多个。 大肠杆菌的质粒：大肠杆菌的质粒：最常用的质粒最常用的质粒是是 大肠杆菌的质粒大肠杆菌的质粒，其，其 中常含有中常含有抗药基因抗药基因， 如抗四环素的标记基如抗四环素的标记基 因。质粒的因。质粒的存在与否存在与否 对宿主细胞生存没有对宿主细胞生存没有 决定性作用决定性作用，但，但复制复制 只能在宿主细胞内完只能在宿主细胞内完 成成。 四个基本步骤：四个基本步骤：（三）基因操作的基本步骤（三）基因操作的基本步骤1 1）提取提取目的基因目的基因2 2）目的基因）目的基因与运载体结合与运载体结合3 3）将目的基因）将目的基因导入导入受体细胞受体细胞4 4）目的基因的）目的基因的检测检测和和表达表达 目的基因目的基因目的基因是人们所目的基因是人们所需要转移需要转移或或改造改造的的 基因。基因。如苏云金芽孢杆菌的如苏云金芽孢杆菌的抗虫基因抗虫基因，还有，还有 植物的植物的抗病抗病（抗病毒抗病毒、抗细菌抗细菌）基因基因、种、种 子子贮藏蛋白的基因贮藏蛋白的基因，以及人的，以及人的胰岛素基因胰岛素基因 、干扰素基因干扰素基因等。等。 步骤一：目的基因的提取步骤一：目的基因的提取 目的基因的提取方法目的基因的提取方法直接分离基因直接分离基因人工合成基因人工合成基因反转录法反转录法根据已知的氨基酸序列根据已知的氨基酸序列 合成合成DNADNA：鸟枪法鸟枪法在获取真核细胞中的目的基因时,一般 用人工合成基因的方法. 哪些新技术能大大简化基因工程的操作技术？哪些新技术能大大简化基因工程的操作技术？1 1）DNADNA序列自动测序仪：序列自动测序仪：2 2）PCRPCR技术技术：对提取出来的对提取出来的 基因进行核苷酸基因进行核苷酸 序列分析。序列分析。使目的基因的片段使目的基因的片段 在短时间内成百万倍在短时间内成百万倍 地扩增。地扩增。 步骤二步骤二：目的基因与运载体重组目的基因与运载体重组1 1）用一定的）用一定的限制酶切割质粒限制酶切割质粒，使其出现，使其出现 一个切口一个切口，露出，露出黏性末端黏性末端。2 2）用）用同一种同一种限制酶限制酶切断目的基因切断目的基因，使其，使其 产生产生相同相同的的黏性末端黏性末端。3 3）将切下的目的基因片段）将切下的目的基因片段插入质粒插入质粒的切的切 口处，再加入适量口处，再加入适量DNADNA连接酶连接酶，形成了一，形成了一 个个重组重组DNADNA分子分子（重组质粒）（重组质粒）目的基因与运载体的结合过程，实际目的基因与运载体的结合过程，实际 上是不同来源的上是不同来源的基因重组的过程基因重组的过程。 常用的受体细胞：常用的受体细胞：有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌 、酵母菌和动植物细胞等。、酵母菌和动植物细胞等。 将目的基因导入受体细胞的原理将目的基因导入受体细胞的原理借鉴借鉴细菌或病毒侵染细胞细菌或病毒侵染细胞的途径。的途径。 步骤三：目的基因导入受体细胞步骤三：目的基因导入受体细胞导入过程：运载体为质粒，受体细胞为细菌 受体细胞：细菌细胞壁的通透性增大重组质粒进入受体细胞目的基因随受体细胞的繁殖而复制氯化钙大量的目的基因 步骤四：步骤四：目的基因的检测和表达目的基因的检测和表达四环素四环素 抗性基因抗性基因青霉素抗性基因青霉素抗性基因检测：通过检测标记基因的有无，来判断 目的基因是否导入检测方法：将受体细胞放在含有青霉素或 四环素的培养皿中培养，若存活，则导入成功 ；若死亡，则重组质粒没有导入受体细胞不能，受体细胞不能，受体细胞必须表现出特定的性状必须表现出特定的性状， 才能说明目的基因完成了才能说明目的基因完成了表达表达。 受体细胞摄入受体细胞摄入DNADNA分子后就说明目的基因分子后就说明目的基因 完成了表达吗？完成了表达吗？表达：通过特定性状的产生与否来确定目的基 因是否表达若若不能表达，不能表达， 要对抗虫基因要对抗虫基因 再进行再进行修饰修饰。怎样检验抗虫基因在棉细胞内是否表达呢？没有抗虫基因 的棉植株有抗虫基因的 棉植株棉铃虫虫没有死虫被杀死没有表达目的基 因表达1.提取目的基因：从小鼠的细胞内提取DNA。同时选择具 有选择标记的大肠杆菌质粒，如选择能抗四环素的质粒， 并将其提取出来。 2.目的基因与运载体结合：用同一种限制酶分别切割小鼠 细胞核中的DNA和质粒DNA，使其产生相同的黏性末端