第二节第二节授课人：李涛发光的水母发光的水母不能发光的小白鼠不能发光的小白鼠思考思考能不能能不能让小白让小白鼠也发鼠也发光？光？绿绿色色荧荧光光蛋蛋白白基基因因会会发发光光的的小小白白鼠鼠不不会会发发光光的的小小白白鼠鼠能产生能产生人胰岛素人胰岛素的大肠杆菌的大肠杆菌基因基因“嫁接嫁接”技术技术一、基因工程一、基因工程 又叫做又叫做基因拼接技术基因拼接技术基因拼接技术基因拼接技术或或DNADNADNADNA重组技术重组技术重组技术重组技术。通俗的说，就。通俗的说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，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，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向定向定向定向地改造生物的地改造生物的遗传性状遗传性状遗传性状遗传性状。原理原理操作环境操作环境操作水平操作水平结果结果基因重组基因重组生物体外生物体外DNA分子水平分子水平定向地改造生物的遗传性状，定向地改造生物的遗传性状，获得人类所需要的品种获得人类所需要的品种。思考思考培育转基因大肠杆菌培育转基因大肠杆菌普通大肠杆菌普通大肠杆菌（不能合成胰岛素（不能合成胰岛素）人体组织人体组织提取提取胰岛素基因胰岛素基因与运载体与运载体DNA结合结合能合成能合成人胰岛素人胰岛素的大肠杆菌的大肠杆菌导入导入思考：上述培育转基因大肠思考：上述培育转基因大肠杆菌的杆菌的基本步骤基本步骤有哪些有哪些步骤步骤1胰岛素基因从人胰岛素基因从人胰岛素基因从人胰岛素基因从人体细胞内提取出体细胞内提取出体细胞内提取出体细胞内提取出来来来来胰岛素基因与胰岛素基因与胰岛素基因与胰岛素基因与运载体运载体运载体运载体DNADNADNADNA连连连连接接接接胰岛素基因导入胰岛素基因导入胰岛素基因导入胰岛素基因导入受体细胞受体细胞受体细胞受体细胞( ( ( (大肠大肠大肠大肠杆菌杆菌杆菌杆菌) ) ) )步骤2步骤3基因的“剪刀”基因的“针线”基因的运载体1、 基因的基因的“剪刀剪刀” 二、基因操作的工具二、基因操作的工具限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶识别识别特定核苷酸序列特定核苷酸序列，在在特定的切点特定的切点切切DNA，并裂解并裂解磷酸二酯键磷酸二酯键，产生两个产生两个黏性末端黏性末端。专一性专一性特异性特异性磷磷酸酸二二脂脂键键例：大肠杆菌含有一种限制酶例：大肠杆菌含有一种限制酶(EcoR)能识别能识别GAATTC序列，序列，并在并在G和和A之间切开。之间切开。黏性末端黏性末端EcoR被同一种限制酶切断的几个被同一种限制酶切断的几个DNADNA是否具有相是否具有相同的黏性末端？同的黏性末端？例题例题答：相同答：相同2 2、基因的、基因的“针线针线” ” DNADNA连接酶连接酶连接酶连接酶作用：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分分子。子。连接的部位：连接的部位： 磷酸二酯键磷酸二酯键连接的过程：连接的过程：磷酸二脂键磷酸二脂键G C T T A A A A T T C GG C T T A A A A T T C G用同种限制酶切割用同种限制酶切割G C T T A A A A T T C GDNA连接酶连接酶G A A T T C C T T A A GG A A T T CC T T A A G3、基因的运输工具运载体 常常用用的的运运载载体体：质质粒粒、噬噬菌菌体体和和动动植物病毒等植物病毒等 质粒存在于许多细质粒存在于许多细菌和酵母菌等生物中菌和酵母菌等生物中, ,是拟核或细胞核外能够是拟核或细胞核外能够自主复制的很小的环状自主复制的很小的环状DNADNA分子分子. .标记基因标记基因（便于进行检测）（便于进行检测）作为运载体必须具备一些特点1）能够在宿主细胞中复制并稳定地保存2）具多个限制酶切点，以便与外源基因连接3）具有某些标记基因，便于进行筛选如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等三、基因工程的操作步骤三、基因工程的操作步骤基因工程操作的基本步骤从细胞中从细胞中取出取出DNA目的基因目的基因大肠杆菌大肠杆菌提取质粒提取质粒限制酶限制酶限制酶限制酶DNA连接酶连接酶目的基因与目的基因与运载体结合运载体结合目的基因目的基因导入受体细胞导入受体细胞目的基因的目的基因的表达与检测表达与检测同种同种三、基因工程操作的基本步骤三、基因工程操作的基本步骤三、基因工程操作的基本步骤三、基因工程操作的基本步骤1.提取目提取目的基因的基因2.目的目的基因与运载与运载体结合体结合3.目的目的基因基因导入受体细导入受体细胞胞4.目的基因目的基因的检测与鉴的检测与鉴定定步骤1.提取目的基因直接分离基因：直接分离基因：人工合成基因：人工合成基因：鸟枪法鸟枪法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DNA做法：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（外源DNA）的所有片段分别在各个受体细胞中大量复制（扩增），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。 优点是操作简便，缺点是工作量大，具有一定的盲目性直接分离基因直接分离基因鸟枪法鸟枪法反转录法：以信使反转录法：以信使RNARNA为模板，在逆转录酶的作用下将脱氧核苷酸合为模板，在逆转录酶的作用下将脱氧核苷酸合成合成成合成DNA(DNA(基因基因) )。直接合成法：根据蛋白质的氨基酸顺序推算出信使直接合成法：根据蛋白质的氨基酸顺序推算出信使RNARNA核苷酸顺序，核苷酸顺序，再据此推算出基因再据此推算出基因DNADNA的脱氧核苷的脱氧核苷 酸顺序。用游离脱氧核苷酸直接合成酸顺序。用游离脱氧核苷酸直接合成 相应的基因。相应的基因。人工合成基因法人工合成基因法DNA合成仪合成仪步骤2.目的基因与运载体结合目的基因与运载体结合目的基因与运载体结合目的基因与运载体结合用与提取目的基因用与提取目的基因相同的限制酶相同的限制酶切割质粒使之出现一个切口，将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因的黏性末端与切口上的黏性末端互补配对后，在端互补配对后，在DNADNA连接酶连接酶的作的作用下连接形成重组用下连接形成重组DNADNA分子。分子。步骤3.目的基因导入受体细胞目的基因导入受体细胞目的基因导入受体细胞目的基因导入受体细胞 常用的受体细胞：常用的受体细胞：常用的受体细胞：常用的受体细胞：大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、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。酵母菌和动植物细胞等。酵母菌和动植物细胞等。导入方式：导入方式：主要借鉴细菌或病毒侵然细胞的途径主要借鉴细菌或病毒侵然细胞的途径导入过程：运载体为质粒，受体细胞为细菌导入过程：运载体为质粒，受体细胞为细菌 1 1）将细菌用）将细菌用）将细菌用）将细菌用CaCl2处理处理，以，以，以，以增大增大细菌细菌细菌细菌细胞壁的通透性细胞壁的通透性。 2 2）使含有目的基因的）使含有目的基因的）使含有目的基因的）使含有目的基因的重组质粒进入重组质粒进入受体细胞。受体细胞。受体细胞。受体细胞。 3 3）目的基因在受体细胞内，随其繁殖而）目的基因在受体细胞内，随其繁殖而）目的基因在受体细胞内，随其繁殖而）目的基因在受体细胞内，随其繁殖而复制复制，由于细菌由于细菌由于细菌由于细菌 繁殖的速度繁殖的速度非常快，在很短的时间内就能获得非常快，在很短的时间内就能获得非常快，在很短的时间内就能获得非常快，在很短的时间内就能获得大量大量的目的基的目的基的目的基的目的基因。因。因。因。步骤4.目的基因的检测和表达目的基因的检测和表达目的基因的检测和表达目的基因的检测和表达检测检测：通过检测：通过检测标记基因的有无标记基因的有无，来判断目的基因是否导入。，来判断目的基因是否导入。表达表达：通过：通过特定性状的产生与否特定性状的产生与否来确定目的基因是否表达。来确定目的基因是否表达。三、基因工程的操作步骤三、基因工程的操作步骤四.基因工程的应用1、基因工程与作物育种及畜牧业养殖抗虫棉抗虫棉转入苏云转入苏云金杆菌的金杆菌的一个抗虫一个抗虫基因基因意义：减少了农药的使用量，保护环境意义：减少了农药的使用量，保护环境耐耐储储存存番番茄茄超超级级绵绵羊羊抗抗除除草草剂剂玉玉米米转转基基因因奶奶牛牛（低低乳乳糖糖）2.基因工程与药物研制有些药品的生产是有些药品的生产是从生物组织中从生物组织中提取提取的。受材料来源限制，其价的。受材料来源限制，其价格往往十分昂贵。用基因工程的格往往十分昂贵。用基因工程的方法能够方法能够高效率生产高效率生产高质量、低高质量、低成本的药品，如成本的药品，如胰岛素、干扰素胰岛素、干扰素和和乙肝疫苗乙肝疫苗等等若将生物合成相应药物成分的基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。问题，还能大大降低生产成本。胰岛素胰岛素1978年，科学家将人体内能够产生胰岛素的基因与大肠杆菌基因进行重组，并且在大肠杆菌内获得表达。这样，用2000L大肠杆菌培养液就可以提取100g胰岛素，相当于从2t猪胰腺中提取的量胰岛素的提取胰岛素的提取干干扰扰素素乙乙肝肝疫疫苗苗白细胞介素白细胞介素3.基因工程与环境保护环境污染治理环境污染治理基因工程做成的基因工程做成的“超级细菌超级细菌”能吞食和分能吞食和分解多种污染环境的有害解多种污染环境的有害化合物，吸收环境中的化合物，吸收环境中的重金属重金属，分解，分解泄露的石泄露的石油油，处理，处理工业废水工业废水石石油油泄泄露露工工业业废废水水五、转基因生物和转基因食品的安全性19881988年，英国一位生物学家在电视节目中年，英国一位生物学家在电视节目中宣布：老鼠实用了转基因马铃薯后，肾、宣布：老鼠实用了转基因马铃薯后，肾、脾和消化道都出现了损伤，体重和器官重脾和消化道都出现了损伤，体重和器官重量减轻，免疫系统遭到破坏量减轻，免疫系统遭到破坏美国人食用转基因食品已多年，超级市场美国人食用转基因食品已多年，超级市场上有上有4000多种商品是含有转基因植物成分多种商品是含有转基因植物成分的，还没有事例证明人吃了以后会得病，的，还没有事例证明人吃了以后会得病，甚至会引起死亡。甚至会引起死亡。支持派认为：如果转基因农业生物技术得不到社会支持，这一研究将被扼杀，支持派认为：如果转基因农业生物技术得不到社会支持，这一研究将被扼杀，并且强调，迄今为止并没有发现转基因食品危害人体健康和环境的确切证据。并且强调，迄今为止并没有发现转基因食品危害人体健康和环境的确切证据。反对派认为：转基因食品会危害人类健康，造成一些疾病反对派认为：转基因食品会危害人类健康，造成一些疾病转基因植物的安全性争论中 国2001年5月，国务院公布了农业转基因生物安全管理条例，对农业转基因生物的研究和试验、生产和加工、经营和进出口等作了具体规定。现在，我国越来越重视转基因生物及其产品的安全性，并且密切关注国际上有关管理法规的动向。育种育种方法方法杂交杂交育种育种单倍体单倍体育种育种多倍体多倍体育种育种诱变诱变育种育种基因工基因工程育种程育种基本基本原理原理方法方法优点优点缺点缺点实例实例比较几种常见的育种方法比较几种常见的育种方法实验设计假如你是一名从事基因工程研究的科学家，请从下面选取材料或自定材料，大胆想象，“设计”一种转基因生物，并写出具体操作步骤： 棉花棉花 大肠杆菌大肠杆菌 梧桐树梧桐树 具有抗虫基因的苏云金杆菌具有抗虫基因的苏云金杆菌 人的胰岛素基因人的胰岛素基因 水母的荧光基因水母的荧光基因 各种质粒各种质粒 DNADNA连接酶连接酶 多种限制酶多种限制酶