人教版教学课件基因工程课件(人教版高中生物选修)精讲.ppt

1、基 因 工 程“基因工程基因工程”技技术术 即根据人类的即根据人类的意愿定向改变生物意愿定向改变生物-令人神往令人神往!基因工程的若干问题基因工程的若干问题:DNADNA重组技术重组技术(基因工程基因工程)的的 基本工具基本工具做工程是需要工具的做工程是需要工具的.思考思考:提示提示:共四步共四步;步骤四是步骤四是“检测和鉴定检测和鉴定”.这里的这里的“分子分子”是指是指_分子分子.DNA(DNA(目的基因、载体目的基因、载体)这三种工具的这三种工具的作用作用各是什么各是什么?AATTGCCTTAAGDNADNA双链及双链及“磷酸二酯键磷酸二酯键”磷酸二酯键磷酸二酯键看图回答看图回答:2.2.

2、若从切点处切开若从切点处切开,形成的两个形成的两个DNADNA片断是片断是怎样的怎样的?限制性内切酶的特异性表现在限制性内切酶的特异性表现在:特定的核苷酸序列特定的核苷酸序列-是是“回文序回文序列列”(?).特定的切点特定的切点.注意注意:切口处的切口处的在在G和和A之间被之间被限制酶限制酶切断的是化学键是切断的是化学键是_.思考思考:你是否想过你是否想过?限制酶限制酶是否会切割自己细胞里的是否会切割自己细胞里的DNADNA呢呢?为什么为什么?这对于其自身有意义吗这对于其自身有意义吗?DNADNA连接酶的连接酶的种类种类(根据来源分根据来源分)及其在及其在功能功能上上的异同的异同.-见课文见课

3、文P5.P5.来源来源功能功能同同异异名称名称E.ColiDNA连接酶连接酶T4DNA连接酶连接酶大肠杆菌大肠杆菌T4噬菌体噬菌体形成磷酸二酯键形成磷酸二酯键只能只能:互补的互补的黏性末端黏性末端黏性末端和平末黏性末端和平末端端均可均可 用什么工具连接呢用什么工具连接呢?这个工具是怎样将两者连这个工具是怎样将两者连接起来的接起来的?思考思考:DNA连接酶连接酶的作用是使断口处的相邻的两个的作用是使断口处的相邻的两个脱氧核苷酸之间形成脱氧核苷酸之间形成_键键.异异:DNADNA连接酶连接酶:是将几个是将几个DNADNA片段片段连接起来连接起来;不需不需DNADNA模板模板.DNADNA聚合酶聚合

4、酶:则是将则是将脱氧核苷酸脱氧核苷酸连接连接(聚聚合合)成成DNA;DNA;需以需以DNADNA的一条链为模板的一条链为模板.提示提示:注意比较基因工程中的注意比较基因工程中的DNADNA连接酶连接酶和和DNADNA复制中的复制中的DNADNA聚合酶聚合酶的作用有何的作用有何异同异同?同同:两种酶都是形成两种酶都是形成磷酸二酯键磷酸二酯键.注意注意:一般地一般地,不能将目的基因直接导入受体细胞不能将目的基因直接导入受体细胞.载体载体是什么是什么(生物化学生物化学成分成分)?它从哪里获得它从哪里获得?它它是如何承载目的基因的是如何承载目的基因的?小结小结:质粒是小型、质粒是小型、环状的环状的DN

5、ADNA分子分子.注意注意:能充当载体的是大肠杆菌的能充当载体的是大肠杆菌的质粒质粒,而而不是大肠不是大肠杆菌杆菌.基因工程的基本操作流程基因工程的基本操作流程获取获取目的基因目的基因的途径有哪些的途径有哪些?1.1.-见课文见课文.共三条共三条.什么叫什么叫“基因文库基因文库”?分为分为:1.基因组文库基因组文库:基因文库中包含了一种生物所有的基因基因文库中包含了一种生物所有的基因,这这种基因文库叫做基因组文库种基因文库叫做基因组文库.2.部分基因文库部分基因文库:基因文库中包含了一种生物的一部分基因基因文库中包含了一种生物的一部分基因,这这种基因文库叫做部分基因文库种基因文库叫做部分基因文

6、库.如如cDNA文库文库.将含有某种生物不同基因的许多将含有某种生物不同基因的许多DNADNA片段片段,导入导入受受体菌体菌的群体中储存的群体中储存,各个受体菌分别含有这种生物的不各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因同的基因,称为基因文库称为基因文库(gene library)(gene library)类似从图书馆里取书类似从图书馆里取书.利用利用PCRPCR技术技术扩增扩增“目的基因目的基因”.1.1.概念概念:PCR:PCR即即“聚合酶链式反应聚合酶链式反应”,是一种在生是一种在生物体外复制特定物体外复制特定DNADNA片断的技术片断的技术.2.2.原理原理:DNA:DNA的半保留复制

7、的半保留复制.3.3.过程过程:(:(见图见图).).4.4.优点优点:大量大量获取目的基因获取目的基因.(.(指数式扩增指数式扩增,近近2 2n n)提示与思考提示与思考:1.1.图中的图中的“模板模板DNADNA”就就是已知核苷酸序列是已知核苷酸序列的的目的基因目的基因.2.2.引物引物是人工合成是人工合成的的,与模板与模板DNA(DNA(即目即目的基因的基因)互补互补,作用是作用是使使_._.3.3.加热的作用是使加热的作用是使_._.4.4.聚合酶聚合酶(Tap(Tap酶酶)是是指指_(_(选选:DNADNA聚合聚合酶酶;RNA;RNA聚合酶聚合酶),),其特其特点是点是_._.5.5

8、.原料是原料是_._.6.6.每扩增一次每扩增一次,目的目的基因基因的数目增加的数目增加_._.7.“7.“退火退火”DNADNA解链解链提示提示:PCRPCR的基本操作的基本操作(过程过程):):PCR是一种反复循环的是一种反复循环的DNA合成反应过程合成反应过程,其基本反其基本反应有三个步骤：应有三个步骤：1.变性变性:通过通过加热加热(高温高温)使模板使模板DNA完全变性成为单链完全变性成为单链,同时引物自身和引物之间存在的局部双链也得以消除同时引物自身和引物之间存在的局部双链也得以消除.2.退火退火:将温度下降至适宜温度，使将温度下降至适宜温度，使引物引物与模板与模板DNA退退火结合；

9、火结合；3.延伸延伸:将温度升高将温度升高,热稳定热稳定DNADNA聚合酶聚合酶(即耐高温即耐高温)以以dNTP(即脱氧核苷酸即脱氧核苷酸)为底物为底物(即原料即原料)催化合成催化合成DNA链延链延伸伸.以上三步为一个循环，新合成的以上三步为一个循环，新合成的DNADNA分子又可以作为下一轮合分子又可以作为下一轮合成的模板，经多次循环后即可达到扩增成的模板，经多次循环后即可达到扩增DNADNA片段的目的片段的目的.显然显然,每循环每循环(扩增扩增)一次一次,就需要添加一次就需要添加一次(共两个共两个)引物引物.提示提示:两个两个引物引物、一个、一个模板模板.人工合成人工合成目的基因目的基因 如

10、果基因比较小，核苷酸序列又已知，也可如果基因比较小，核苷酸序列又已知，也可以通过以通过DNADNA合成仪用化学方法直接合成。合成仪用化学方法直接合成。1.1.通过通过反转录法反转录法合成合成:又分为又分为:2.2.直接合成直接合成.在获取在获取目的基因目的基因后后,如何将目的基如何将目的基因导入因导入受体细胞受体细胞呢呢?能直接导入吗能直接导入吗?必须借助必须借助载体载体!怎样借助怎样借助载体载体将将目的目的基因基因导入受体细胞呢导入受体细胞呢?必须把必须把目的基因目的基因“装装到到”载体载体上上!如何装如何装?什么是什么是“基因表达载体基因表达载体”?就是已经装上了就是已经装上了(含有含有)

11、目的基因目的基因的载体的载体.提示与思考提示与思考:1.“1.“基因表达载基因表达载体体”就是已插入就是已插入目的基因目的基因的载体的载体.2.2.看左图回答看左图回答:基因表达载体基因表达载体由哪些部分组由哪些部分组成成?_.?_.3.3.启动子启动子:是有特殊结构的是有特殊结构的DNADNA片断片断,位于目的基位于目的基因的首端因的首端,是是RNARNA聚合酶聚合酶的识别和结合的部位的识别和结合的部位.有有它才能驱动它才能驱动目的基因目的基因转录转录出出MRNA.MRNA.最终获得蛋白最终获得蛋白质质.(不是不是复制复制!)!)4.4.终止子终止子:位于目的基因的端尾端位于目的基因的端尾端

12、.作用是终止作用是终止转录转录.5.5.标记基因标记基因:是为了鉴别受体细胞里是否已经含是为了鉴别受体细胞里是否已经含有目的基因有目的基因,从而将含目的基因的细胞筛选出来从而将含目的基因的细胞筛选出来.如如“抗生素基因抗生素基因”、“荧光标记基因荧光标记基因”等等.(醒目醒目的的,特别的标记特别的标记)6.6.复制原点复制原点是载体是载体复制复制(不是转录不是转录)时的起点时的起点.受体细胞受体细胞是指什么是指什么?它包括哪些细胞它包括哪些细胞?提示提示:注意注意,目的基因目的基因是随着是随着基因表达载体基因表达载体被导入受被导入受体细胞的体细胞的,而不是被单独导入的而不是被单独导入的.1.1

13、.将目的基因导入将目的基因导入植物植物细胞细胞-农杆菌农杆菌转化法转化法.提示提示:(1)(1)农杆菌农杆菌及及农杆菌转化法农杆菌转化法:农杆菌是农杆菌是土壤中土壤中的一种细菌的一种细菌.能感染双子叶植物和裸子植物能感染双子叶植物和裸子植物.其其细胞里含细胞里含TiTi质粒质粒,该质粒上含有一段该质粒上含有一段DNADNA叫叫“T-T-DNADNA”(”(叫叫“可转移的可转移的DNA”).DNA”).将将目的基因目的基因插入插入到该到该“T-DNAT-DNA”中中,通过使农杆菌感染植物通过使农杆菌感染植物,而将而将目的基因转化入植物细胞并将其插入到植物细目的基因转化入植物细胞并将其插入到植物细

14、胞中的染色体的胞中的染色体的DNADNA上上.(2)(2)将目的基因导入将目的基因导入植物植物细胞的方法还有细胞的方法还有:基因枪法基因枪法和和花粉通道法花粉通道法.将目的基因导入植物细胞的其他方法将目的基因导入植物细胞的其他方法:花粉管通道法花粉管通道法 基因枪法基因枪法.2.2.将目的基因导入将目的基因导入动物动物细胞细胞-显微注射法显微注射法.3.3.将目的基因导将目的基因导入入微生物微生物细胞细胞感受态细胞法感受态细胞法.大肠杆菌细胞是最常用的微生物受体细胞大肠杆菌细胞是最常用的微生物受体细胞.转化方法是转化方法是:首先用首先用CaCa2+2+(如如CaCLCaCL溶液溶液)处理细胞处

15、理细胞,使细胞处于一种能吸收周围环境中使细胞处于一种能吸收周围环境中DNADNA分子的生理状态分子的生理状态,这种细胞称为这种细胞称为感受态细胞感受态细胞.第二步是将重组表达载体第二步是将重组表达载体DNADNA分子溶于缓冲液中分子溶于缓冲液中与感受态细胞混合与感受态细胞混合,在一定的温度下促进感受态细胞吸在一定的温度下促进感受态细胞吸收收DNADNA分子分子,完成转化过程完成转化过程.导入过程导入过程：运载体为质粒，受体细胞为细菌：运载体为质粒，受体细胞为细菌受体细胞：细菌受体细胞：细菌细胞壁的通透性增大细胞壁的通透性增大重组质粒进入受体细胞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

16、目的基因随受体细胞的繁殖而复制氯化钙氯化钙大量的目的基因大量的目的基因 通过通过转化转化以后以后,目的基因目的基因是否是否真正插入到了真正插入到了受体细胞受体细胞的的DNA中，是否能够在中，是否能够在受体细胞受体细胞中稳中稳定遗传和正确表达呢定遗传和正确表达呢?这只有通过这只有通过检测、鉴检测、鉴定定才能得知才能得知.怎样检测和鉴定怎样检测和鉴定?-见课文见课文.思考思考:有哪几种检测方法有哪几种检测方法?每一种方法的原理每一种方法的原理是什么是什么?步骤如何步骤如何?提示提示:目的基因的检测与鉴定目的基因的检测与鉴定检测检测鉴定鉴定检测检测转基因生物转基因生物染色体的染色体的DNA DNA

17、上是否插入了目的基因上是否插入了目的基因检测目的基因是否转录出了检测目的基因是否转录出了mRNAmRNA检测目的基因是否翻译成蛋白质检测目的基因是否翻译成蛋白质抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等方法方法方法方法-方法方法DNADNA分子杂交分子杂交分子杂交分子杂交（注意与上不同之处）（注意与上不同之处）抗原抗体杂交抗原抗体杂交1.1.检测转基因生物染色体的检测转基因生物染色体的DNADNA上是否插入目的基因上是否插入目的基因 上图显示上图显示,基因探针基因探针只能和只能和_(_(选选:目的基因目的基因;非目的基因非目的基因)杂交杂交.3.3.检测目的基因是否翻译成蛋白

18、质检测目的基因是否翻译成蛋白质多细胞生物的检测，将每个受体细胞单独培多细胞生物的检测，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。变化的个体进一步培养、研究。例：用棉铃饲喂棉例：用棉铃饲喂棉铃虫，如虫吃后不出现铃虫，如虫吃后不出现中毒症状，说明未摄入中毒症状，说明未摄入目的基因或摄入目的基目的基因或摄入目的基因未表达。如虫吃后中因未表达。如虫吃后中毒死亡，则说明摄入了毒死亡，则说明摄入了抗虫基因并得到表达。抗虫基因并得到表达。