1,基因决定性状（一）,青霉菌能产生对人类有用的抗生素青霉素,2,基因决定性状（二）,豆科植物的根瘤能够固定空气中的氮,3,基因决定性状（三）,家蚕能够吐出蚕丝为人类利用,4,定向基因改造设想,设想一,能否让禾本科的植物也能够固定空气中的氮？,能否让细菌“吐出”蚕丝？,设想二,能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素等珍贵的药物？,设想三,经过多年的努力，科学家于20世纪70年代创立了可以定向改造生物的新技术基因工程。,5,基因工程概念,基因工程：在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出所需要的基因产物。,6,基因工程过程示意图,从细胞中分离出DNA,限制酶截取DNA片断,分离大肠杆菌中的质粒, DNA重组,用重组质粒转化大肠杆菌,培养大肠杆菌克隆大量基因,7,基因工程操作的工具,将目的基因片断从人体细胞内提取， 需要基因的剪刀限制性内切酶。 将目的基因与运载体DNA连接， 需要基因的针线DNA连接酶。 将目的基因运入大肠杆菌， 需要基因的运输工具运载体。,8,限制性内切酶,分布：主要在微生物中。 特点：特异性，即识别特定核苷酸序列， 切割特定切点。 结果：产生黏性未端（碱基互补配对）。 举例：大肠杆菌的一种限制酶能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。,一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切割点上将DNA 分子切断。目前已发现的限制酶有200多种。,9,限制性内切酶作用过程,10,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：磷酸二酯键，不是氢键。,问题,用DNA连接酶连接两个相同的黏性未端要连接几个磷酸二酯键？,11,DNA连接酶的作用过程,12,运载体,作用：将外源基因送入受体细胞。 条件： 能在宿主细胞内复制并稳定地保存。 具有多个限制酶切点。 具有某些标记基因 种类：质粒、噬菌体和动植物病毒。,要让一个从甲生物细胞内取出来的基因在乙生物体内进行表达，首先得将这个基因送到乙生物的细胞内去。能将外源基因送入细胞的工具就是运载体。,13,质粒的特点,细胞染色体外能自主复制的小型环状DNA分子； 质粒是基因工程中最常用的运载体； 最常用的质粒是大肠杆菌的质粒； 存在于许多细菌及酵母菌等生物中； 质粒的存在对宿主细胞无影响； 质粒的复制只能在宿主细胞内完成。,问题,要想将某个特定基因与质粒相连，需要几种限制性内切酶和几种DNA连接酶处理？,14,基因操作的基本步骤,提取目的基因 目的基因与运载体结合 将目的基因导入受体细胞 目的基因的检测和表达,15,提取目的基因,将需要的基因从供体生物的细胞内提取出来。,取 出DNA,用限制酶切断DNA,目前被较广泛提取使用的目的基因有：苏云金杆菌抗虫基因、人胰岛素基因、人干扰素基因、种子贮藏蛋白基因、植物抗病基因等。,16,提取目的基因的方法（一）,直接分离基因鸟枪法,将供体生物的DNA用限制酶切割为许多片段，再用运载体将这些片段都运载到受体生物的不同细胞中去。只要有一个细胞获得了需要的目的基因并得以表达，基因工程就算成功了。该法最大的缺点是带有很大的盲目性，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。,用限制酶切成许多片断,17,提取目的基因的方法（二）,人工基因合成法,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DNA(基因)。 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DNA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。,DNA合成仪,PCR扩增仪,18,目的基因与运载体结合,用与提取目的基因相同的限制酶切割质粒使之出现一个切口，将目的基因插入切口处，让目的基因的黏性末端与切口上的黏性末端互补配对后，在连拉酶的作用下连接形成重组DNA分子。,提取质粒并用限制酶切割,用连接酶将目的基因和质粒连接,19,将目的基因导入受体细胞并扩增,基因工程中常用的受体细胞有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌和动植物细胞等。 导入受体细胞常用的方法是借鉴细菌或者病毒侵染细胞的途径。通常还要对一些受体细胞进行增大通透性的处理。 目的基因可以随着受体细胞进行快速的繁殖，在很短的时间内获得大量的基因。,将目的基因导入受体细胞,将受体细胞进行扩增,20,目的基因的检测和表达（一）,前三步的处理十分繁锁，为保证目的基因得到有效利用，通常用大量的受体细胞来接受不多的目的基因。这样，处理的受体细胞中真正摄入了目的基因的很少，必须将它从中检测出来。,细菌的检测，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。,21,目的基因的检测和表达（二）,多细胞生物的检测，将每个受体细胞单独培养并诱导发育成完整个体，检测这些个体是否摄入目的基因，摄入的基因是否表达（是否表现出相应的性状）。淘汰无变化的个体，保留有相应变化的个体进一步培养、研究。,例：用棉铃饲喂棉铃虫，如虫吃后不出现中毒症状，说明未摄入目的基因或摄入目的基因未表达。如虫吃后中毒死亡，则说明摄入了抗虫基因并得到表达。,22,结 束 语,谢谢，再见！,23,几种限制性内切酶,返回,24,DNA连接酶的作用过程,返回,25,DNA连接酶的作用原理,返回,26,质 粒,返回,27,目的基因与质粒的连接,返回,