选修选修三三现代生物科技专题现代生物科技专题一、基因工程的原理及技术一、基因工程的原理及技术基因工程的别名基因工程的别名基因拼接技术或基因拼接技术或DNADNA重组技术重组技术操作环境操作环境生物体外生物体外操作对象操作对象 基基 因因操作水平操作水平DNADNA分子水平分子水平基本过程基本过程剪切剪切拼接拼接导入导入表达表达结果结果人类需要的基因产物人类需要的基因产物1 1、原理：、原理：专题一专题一 基因工程基因工程2 2、技术：、技术：（1 1）基本工具）基本工具vv 限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶“分子手术刀分子手术刀” 分布分布：主要在主要在原核生物原核生物中中 特点特点：特异性，即识别特定核苷酸序列，切割特定：特异性，即识别特定核苷酸序列，切割特定 切点切点 结果结果：产生黏性未端或平末端：产生黏性未端或平末端 举例举例：大肠杆菌的一种限制酶能识别：大肠杆菌的一种限制酶能识别GAATTCGAATTC序列序列 ，并在，并在GG和和A A之间切开之间切开vv一种限制酶一种限制酶只能识别只能识别一种特定一种特定的的 核苷酸序列，并在每一条链中特定核苷酸序列，并在每一条链中特定 部位的两个核苷酸之间的部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯磷酸二酯 键键断开。（断开的不是氢键）断开。（断开的不是氢键）双链双链DNADNA结构和磷酸二酯键位置结构和磷酸二酯键位置切割切割DNADNA分子时产生的两种不同末端分子时产生的两种不同末端连接酶的作用是：将互补配对的两个黏性末端连接起来连接酶的作用是：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，使之成为一个完整的DNADNA分子。分子。（恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键）（恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键）分子缝合针分子缝合针DNADNA连接酶连接酶连接酶的分类连接酶的分类根据酶的来源分：根据酶的来源分：. .colicoli DNA DNA连接酶：连接酶：只能只能“缝合缝合”片段互补的片段互补的黏黏 性末端性末端. .4 4DNADNA连接酶：能连接酶：能“缝合缝合”片段互补的片段互补的黏性黏性 末端末端和和平末端平末端分子的切分子的切 割和连接割和连接qq作用作用：将外源基因送入受体细胞将外源基因送入受体细胞qq条件条件：（1 1）能在宿主细胞内复制并稳定地保）能在宿主细胞内复制并稳定地保 存存（2 2）具有一个或多个限制酶切点）具有一个或多个限制酶切点（3 3）具有某些标记基因）具有某些标记基因（4 4）载体必须安全，不会对受体细胞）载体必须安全，不会对受体细胞 有害有害qq种类种类：质粒质粒、噬菌体和动植物病毒、噬菌体和动植物病毒基因的运输工具基因的运输工具运载体运载体1.1.细胞染色体外能自主复制的细胞染色体外能自主复制的小型环状小型环状DNADNA分子分子2.2.质粒质粒是基因工程中最常用的运载体是基因工程中最常用的运载体3.3.最常用的质粒是最常用的质粒是大肠杆菌的质粒大肠杆菌的质粒4.4.存在于许多存在于许多细菌及酵母菌细菌及酵母菌等生物中等生物中5.5.质粒的存在质粒的存在对宿主细胞无影响对宿主细胞无影响6.6.质粒的质粒的复制只能在宿主细胞内完成复制只能在宿主细胞内完成常用载体质粒的特点常用载体质粒的特点大肠杆菌及质粒载体大肠杆菌及质粒载体 结构示意图结构示意图复制原点复制原点目的基因目的基因 插入位点插入位点 氨苄青霉素氨苄青霉素 抗性基因抗性基因1.在基因工程中使用的限制性核酸内切酶，其作用 是（ ）A.将目的基因从染色体上切割出来B.识别并切割特定的DNA核有酸序列C.将目的基因与运载体结合D.将目的基因导入受体细胞 2.基因工程中常用细菌等原核生物作受体细胞的原 因不包括（ ） A.繁殖速度快 B.遗传物质相对较少 C.多为单细胞，操作简便 D. DNA为单链，变异少BD随堂练习 3.基因工程是DNA分子水平的操作，下列 有关基因工程的叙述中，错误的是（ ） A.限制酶只用于切割获取目的基因 B.载体与目的基因必须用同一种限制酶处 理 C.基因工程所用的工具酶是限制酶DNA连 接酶 D.带有目的基因的载体是否进入受体细胞 需检测A 4.作为基因的运输工具运载体，必须具备的条 件之一及理由是（ ） A.能够在宿主细胞中稳定的保存下来并大量复制， 以便提供大量的目的的基因 B.具有多个限制酶切点，以便于目的基因的表达 C.具有某些标记基因，以便目的基因能够与让结合 D.它的参与能够使目的基因在宿主细胞中复制并稳 定保存 5.基因工程中常见的载体是（ ） A.质体 B.染色体 C.质粒 D.线粒体DC 二、基本步骤：二、基本步骤： 第一步：目的基因的获取第一步：目的基因的获取 第二步：基因表达载体的构建第二步：基因表达载体的构建 第三步：将目的基因导入受体细胞第三步：将目的基因导入受体细胞 第四步：目的基因的检测与鉴定第四步：目的基因的检测与鉴定基因工程的基本操基因工程的基本操 作流程图作流程图反转录反转录取出取出DNADNA用限制酶切用限制酶切 断断DNADNA目前被较广泛提取使用的目前被较广泛提取使用的 目的基因有：苏云金杆菌抗虫目的基因有：苏云金杆菌抗虫 基因、人胰岛素基因、人干扰基因、人胰岛素基因、人干扰 素基因、种子贮藏蛋白基因、素基因、种子贮藏蛋白基因、 植物抗病基因等植物抗病基因等目的基因主要指编码蛋白质的结构基因目的基因主要指编码蛋白质的结构基因第一步：目的基因的获取目的基因的获取从基因文库获取目的基因从基因文库获取目的基因 基因组文库（一种生物的所有基因） 部分基因文库：如cDNA文库（部分基因） 利用利用PCRPCR技术扩增目的基因技术扩增目的基因 原理：原理：DNADNA双链复制的原理双链复制的原理 通过通过DNADNA合成仪直接人工合成合成仪直接人工合成根据蛋白质的根据蛋白质的氨基酸顺序氨基酸顺序推算出推算出信使信使RNARNA 核苷酸顺序核苷酸顺序，然后按照碱激互补配对原则，然后按照碱激互补配对原则， 推算出基因推算出基因DNADNA的脱氧核苷酸顺序的脱氧核苷酸顺序。用游离。用游离 脱氧核苷酸直接合成相应的基因。脱氧核苷酸直接合成相应的基因。第二步：基因表达载体的构建目的：是使目的基因在 受体细胞中稳定存在， 并且可以遗传给下一代启动子启动子终止子终止子目的基因目的基因标记基因标记基因第三步：将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞目的基因进入受体细胞内，并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且在受体细胞内维持稳定和表 达的过程（叫转化）。达的过程（叫转化）。将目的基因导入植物细胞将目的基因导入植物细胞 农杆菌农杆菌转化法（感染双子叶植物和裸子植物，转化法（感染双子叶植物和裸子植物， 对大多单子叶植物没有感染力）对大多单子叶植物没有感染力） 基因枪法（常用于单子叶植物）基因枪法（常用于单子叶植物） 花粉管通道法（转基因抗虫棉）花粉管通道法（转基因抗虫棉） 将目的基因导入动物细胞将目的基因导入动物细胞 显微注射技术（显微注射技术（“超级小鼠超级小鼠”） 将目的基因导入微生物细胞将目的基因导入微生物细胞 导入大肠杆菌方法：先用导入大肠杆菌方法：先用CaCa2+2+处理，使其转为处理，使其转为 感受态细胞。再将重组载体与感受态细胞混合。感受态细胞。再将重组载体与感受态细胞混合。第四步：目的基因的检测和鉴定目的基因的检测和鉴定 分子水平的检测分子水平的检测 检测是否插入了目的基因检测是否插入了目的基因 检测是否转录出了检测是否转录出了mRNAmRNA 检测是否翻译成蛋白质检测是否翻译成蛋白质 个体生物学水平的检测个体生物学水平的检测 （做抗虫或抗病的接种实验）（做抗虫或抗病的接种实验）1.1.运用现代生物技术，将苏云金芽孢杆菌的运用现代生物技术，将苏云金芽孢杆菌的 抗虫基因整合到棉花细胞中，为检测实验是抗虫基因整合到棉花细胞中，为检测实验是 否成功，最方便的方法是检测棉花植株是否否成功，最方便的方法是检测棉花植株是否 有（ ）有（ ）A.A.抗虫基因 抗虫基因 B.B.抗虫基因产物抗虫基因产物C.C.新的细胞核 新的细胞核 D.D.相应性状相应性状 2.2.转基因动物转基因时的受体细胞是（ ）转基因动物转基因时的受体细胞是（ ）A.A.受精卵 受精卵 B.B.精细胞 精细胞 C.C.卵细胞 卵细胞 D.D.体细胞体细胞DDA A随堂练习随堂练习3.3.人的糖蛋白必须经内质网和高尔基体进一步加工人的糖蛋白必须经内质网和高尔基体进一步加工 合成，通过转基因技术，可以使人合成，通过转基因技术，可以使人 的糖蛋白基因的糖蛋白基因 得以表达的受体细胞是（ ）得以表达的受体细胞是（ ） A.A.大肠杆菌 大肠杆菌 B.B.酵母菌酵母菌 C.C.噬菌体 噬菌体 D.D.质粒质粒DNADNA 4.4.人们利用基因工程方法，用大肠杆菌生产人类胰人们利用基因工程方法，用大肠杆菌生产人类胰 岛素，与此过程无关的是（ ）岛素，与此过程无关的是（ ） A.A.用限制酶对胰岛素基因与载体分别切到并催化两用限制酶对胰岛素基因与载体分别切到并催化两 者连接者连接 B .B .把重组后的把重组后的DNADNA分子导入受体细菌内进行扩增分子导入受体细菌内进行扩增 C.C.检测重组载体是否导入受体细菌内并表达出性状检测重组载体是否导入受体细菌内并表达出性状 D.D.筛选出能产生胰岛素的筛选出能产生胰岛素的“工程菌工程菌”B BA A（一）植物基因工程技术的应用（一）植物基因工程技术的应用 1 1、提高农作物的抗逆能力、提高农作物的抗逆能力（1 1）抗虫抗虫转基因植物转基因植物 抗虫基因的种类：抗虫基因的种类：4 4种种三、基因工程的应用三、基因工程的应用（2 2）抗病抗病转基因植物转基因植物 抗病转基因植物所用的基因：抗病转基因植物所用的基因： 常用：病毒外壳蛋白基因和常用：病毒外壳蛋白基因和 病毒的复制酶基因病毒的复制酶基因 抗真菌转基因植物中有：几丁质酶基因和抗真菌转基因植物中有：几丁质酶基因和 抗毒素合成基因抗毒素合成基因 （3 3）其它抗逆其它抗逆转基因植物转基因植物 抗盐碱、干旱的基因：调节细胞渗透压的抗盐碱、干旱的基因：调节细胞渗透压的 基因基因 抗冻蛋白基因抗冻蛋白基因 抗除草剂基因抗除草剂基因2 2、改良农作物的品质、改良农作物的品质富含赖氨酸的转基富含赖氨酸的转基 因玉米因玉米导入与植物花青素代谢有关的基因的矮牵牛导入与植物花青素代谢有关的基因的矮牵牛 3 3、利用植物生产药物、利用植物生产药物（二）动物基因工程的应用（二）动物基因工程的应用1 1、用于提高动物生长速度、用于提高动物生长速度（如：导入外源（如：导入外源生长激素基因生长激素基因鲤鱼）鲤鱼） 2 2、用于改善畜产品的品质、用于改善畜产品的品质 （如：将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，使（如：将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，使 乳糖的含量大大减低）乳糖的含量大大减低） 3 3、用转基因动物生产药物、用转基因动物生产药物（如：转入人的（如：转入人的a-a-抗胰蛋白基因的绵羊）抗胰蛋白基因的绵羊）4 4、用转基因动物作器官移植的供体、用转基因动物作器官移植的供体（如：改造猪的器官）（如：改造猪的器官）（三）基因工程药物（三）基因工程药物（四）基因治疗（四）基因治疗是指是把健康的外源基因导入有基因缺陷的是指是把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。细胞中，达到治疗疾病的目的。 基因治疗包括：基因治疗包括： 1 1、体外