人教版高中生物基因工程及其应用-1优质课件.pptx
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- 人教版 高中生物 基因工程 及其 应用 优质 课件
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1、基因工程及其应用基因工程及其应用 基因工程:又叫做基因工程:又叫做基因拼接技术基因拼接技术或或DNA重组重组技术技术。通俗的说,就是按照人们的意愿,把。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,加以修饰改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,造,然后放到另一种生物的细胞里,定向定向地地改造生物的改造生物的遗传性状遗传性状。原理:原理:操作水平:操作水平:结果:结果:基因重组基因重组DNA分子水平分子水平定向定向地改造地改造生物的遗传性状,获得人生物的遗传性状,获得人类所需要的品种。类所需要的品种。操作对象:操作对象:基因基因操作环境:操作环境:
2、生物体外生物体外1、大多数生物的遗传物质都是、大多数生物的遗传物质都是DNA,且不,且不同生物的同生物的DNA分子基本结构是相同的,都分子基本结构是相同的,都遵循碱基互补配对原则遵循碱基互补配对原则。所以不同的生物所以不同的生物DNA可以嫁接。可以嫁接。2、地球上的所有生物共用一套遗传密码,、地球上的所有生物共用一套遗传密码,所所以一种生物的基因可以在另外一种生物体以一种生物的基因可以在另外一种生物体内得以表达。内得以表达。DNA重组技术的基本工具重组技术的基本工具 准确切割准确切割DNA的工具(基因的工具(基因“剪刀剪刀”)限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶 DNA片段的连接工具(基因片段的连
3、接工具(基因“针线针线”)DNA连接酶连接酶 基因转移工具(基因基因转移工具(基因“运载体运载体”)基因进入受体细胞的运载体基因进入受体细胞的运载体基因的大小以纳米计算,要对它进行剪切、基因的大小以纳米计算,要对它进行剪切、拼接等操作,没有非常精细的工具是不行的。进拼接等操作,没有非常精细的工具是不行的。进行基因操作最少需要以下三种工具:行基因操作最少需要以下三种工具:一、基因工程的原理一、基因工程的原理1、“基因剪刀基因剪刀”限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶(简称限制酶简称限制酶)C T T A AG A A T T C G专一性:专一性:一种一种限制酶只能识别限制酶只能识别一种一种特定的核
4、特定的核苷酸序列,并在苷酸序列,并在特定特定的切点上切割的切点上切割DNA分子。分子。例如例如:EcoRI限制酶,限制酶,专一专一识别识别GAATTC序列,序列,并在并在G和和A之间将序列切开。之间将序列切开。限制酶破坏的部位:限制酶破坏的部位:磷酸二酯键磷酸二酯键黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端被同一种限制酶切断的几个被同一种限制酶切断的几个DNA是否具有相是否具有相同的黏性末端?同的黏性末端?思考思考:尝试写出下列序列受尝试写出下列序列受EcoRI限制酶作用后的限制酶作用后的黏性末端黏性末端DNA被限制酶切断后有两个反向互补的被限制酶切断后有两个反向互补的“黏黏性末端性末端”。被同一种限制
5、酶切断的几个。被同一种限制酶切断的几个DNA具有具有相同相同的黏性末端,碱基能够通过互补进行配对。的黏性末端,碱基能够通过互补进行配对。CTTCATGGAAGTACTTAAGGGATT AATTCCCTAA ACGTGCTTAAAATTCCCATT GGGTAA GGCATCTTAAAATTCCGTAG GGCATCTTAAAATTCCGTAG 目的基因目的基因DNA被限制酶切断后有两个反向互补的被限制酶切断后有两个反向互补的“黏性末端黏性末端”。被同一种限制酶切断的几个。被同一种限制酶切断的几个DNA具有相同的黏性末端,能够通过互补进行具有相同的黏性末端,能够通过互补进行配对。配对。一、基因
6、工程的原理一、基因工程的原理2、“基因针线基因针线”DNA连接酶连接酶连接酶的作用:将互补配对的两个黏性末连接酶的作用: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端连接起来,使之成为一个完整的DNA分子。分子。CTTCATGGAAGTACTTAAGGGATT AATTCCCTAA GGCATCTTAAAATTCCGTAG 连连接接酶酶连接的部位:连接的部位:生成磷酸二酯键生成磷酸二酯键AATTGCCTTAAG连接磷酸二酯键连接磷酸二酯键DNA聚合酶聚合酶DNA连接酶连接酶区别区别1区别区别2相同点相同点1)只能将只能将单个核苷酸单个核苷酸连连接到已有的核酸片段上,接到已有的核酸片段上
7、,形成磷酸二酯键形成磷酸二酯键形成形成磷酸二酯键磷酸二酯键1)在在两个两个DNA片段之片段之间间形成磷酸二酯键形成磷酸二酯键2)以以一条一条DNA链为模板链为模板,连接成一条互补连接成一条互补的的DNA链链2)将将DNA双链上的双链上的两两个缺口同时连接个缺口同时连接起来,起来,不需要模板不需要模板一、基因工程的原理一、基因工程的原理3、基因的运载体基因的运载体科学家发现科学家发现大肠杆菌大肠杆菌、枯草杆菌枯草杆菌、酵母菌酵母菌等的等的质质粒粒能同时满足以上三个要求。能同时满足以上三个要求。运载体必须同时满足三个要求:运载体必须同时满足三个要求:能在宿主细胞内能在宿主细胞内复制复制并稳定的并稳
8、定的保存保存。具有多个具有多个限制酶切点限制酶切点。具有某些具有某些标记基因标记基因,便于筛选。,便于筛选。种类:质粒、噬菌体、动植物病毒种类:质粒、噬菌体、动植物病毒基因的运输工具基因的运输工具质粒质粒能复制并带着插能复制并带着插入的目的基因一入的目的基因一起复制起复制有限制酶切割有限制酶切割位点位点有标记基有标记基因的存在因的存在注意:真正用注意:真正用作运载体的质作运载体的质粒都是粒都是人工改人工改造过的造过的。基因工程的基本操作程序主要包括基因工程的基本操作程序主要包括四个基本步骤:四个基本步骤:1)提取目的基因)提取目的基因2)目的基因与运载体结合)目的基因与运载体结合3)将目的基因
9、导入受体细胞)将目的基因导入受体细胞4)目的基因的检测与鉴定)目的基因的检测与鉴定5、基因工程的操作步骤:、基因工程的操作步骤:从细菌中取从细菌中取出质粒出质粒从细胞中取从细胞中取出出DNA用用同种限制酶同种限制酶切断两个切断两个DNA具有相同的黏性末端具有相同的黏性末端提取目的基因提取目的基因(如(如人的胰岛素基因)人的胰岛素基因)用用连接酶连接酶将目的基因与质粒连接将目的基因与质粒连接 (形成重组(形成重组DNA分子)分子)目的基因与运载目的基因与运载体结合体结合将目的基因将目的基因导入受体细胞导入受体细胞(如大(如大肠杆菌)肠杆菌)利用质粒中具有某些特性的基因进利用质粒中具有某些特性的基
10、因进行检测并判断目的基因行检测并判断目的基因是否表达是否表达将目的基因导入将目的基因导入受体细胞受体细胞目的基因的目的基因的检测检测与鉴定与鉴定说明:没有碱基互补配对的步骤:说明:没有碱基互补配对的步骤:将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞没使用基因操作工具的步骤:目的没使用基因操作工具的步骤:目的基因的检测与鉴定基因的检测与鉴定 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合成根据已知的氨基酸序列合成DNA:鸟枪法鸟枪法鸟枪法:鸟枪法:供体细胞中的供体细胞中的DNA许多许多DNA片段片段运载体运载体限制酶限制
11、酶与载体连接与载体连接载入载入受体细胞受体细胞产生特定性状产生特定性状导入导入外源外源DNA扩扩增增目的基因目的基因分离分离(直接分离法直接分离法)1、直接分离基因、直接分离基因用限制酶切用限制酶切断成许多片段断成许多片段该法优点是操作简便,但是最该法优点是操作简便,但是最大的缺点是具有很大的大的缺点是具有很大的盲目性,盲目性,工作量大,成功率低工作量大,成功率低。且不能将。且不能将真核生物的基因转移到原核生物真核生物的基因转移到原核生物中去。中去。2.人工合成基因法人工合成基因法目的基因的检测和鉴定目的基因的检测和鉴定检测:检测:大量的受体细胞接受不多的目的基因。处大量的受体细胞接受不多的目
12、的基因。处理的受体细胞中真正摄入了目的基因的很少,必须将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。它从中检测出来。将将每个受体细胞每个受体细胞单独培养形成单独培养形成菌落菌落,检测菌落中是,检测菌落中是否有标记基因的否有标记基因的表达产物表达产物。淘汰无表达产物的菌落,。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。保留有表达产物的进一步培养、研究。无表达产物无表达产物无表达产物无表达产物有表达产物有表达产物无表达产物无表达产物鉴定:鉴定:抗虫鉴定、抗病鉴定等抗虫鉴定、抗病鉴定等从细胞中分从细胞中分离出离出DNA限制酶截取限制酶截取DNA片断片断分离大肠分离大肠杆
13、菌质粒杆菌质粒DNA重组重组将质粒导入将质粒导入大肠杆菌大肠杆菌培养大肠杆培养大肠杆菌获得产物菌获得产物基因工程过程示意图基因工程过程示意图基因工程基因工程别名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工具基本工具基本过程基本过程结果结果实质实质基因拼接技术或基因拼接技术或DNA重组技术重组技术生物体外生物体外基因基因DNA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提取提取拼接拼接导入导入检测和鉴定检测和鉴定基因重组基因重组限制酶、限制酶、DNA连接酶、运载体连接酶、运载体二、基因工程的应用二、基因工程的应用1、基因工程与作物育种、基因工程与作物育种(1)获得高产、稳产
14、和具有优良品质的农作物)获得高产、稳产和具有优良品质的农作物 将富含将富含赖氨酸赖氨酸的的蛋白质编码基因转蛋白质编码基因转入玉米入玉米,获得转基因获得转基因玉米。玉米。将控制番茄果实将控制番茄果实成熟的基因导入番成熟的基因导入番茄茄,获得转基因获得转基因耐贮耐贮存存番茄番茄,是世界上进是世界上进入市场的第一种转入市场的第一种转基因植物。基因植物。转入转入金鱼草金鱼草基因基因的紫番茄富含花青的紫番茄富含花青素素,可明显减缓,可明显减缓结结肠癌肠癌细胞生长,同细胞生长,同时具抵抗时具抵抗心血管疾心血管疾病病的功效。的功效。(2)培育出具有各种抗逆性的作物新品种)培育出具有各种抗逆性的作物新品种二、
15、基因工程的应用二、基因工程的应用1、基因工程与作物育种、基因工程与作物育种苏云金杆菌苏云金杆菌抗虫基因抗虫基因普通棉花普通棉花抗虫棉抗虫棉提取提取导入导入培育培育抗抗虫虫棉棉的的培培育育过过程程 已问世的转基因抗虫植已问世的转基因抗虫植物主要有水稻、棉、玉米、物主要有水稻、棉、玉米、马铃薯、番茄、大豆、蚕马铃薯、番茄、大豆、蚕豆、烟草、苹果、核桃、豆、烟草、苹果、核桃、菊花、白花三叶草等。菊花、白花三叶草等。(2)培育出具有各种抗逆性的作物新品种)培育出具有各种抗逆性的作物新品种二、基因工程的应用二、基因工程的应用1、基因工程与作物育种、基因工程与作物育种抗病毒转基因甜椒抗病毒转基因甜椒转基转
16、基因抗因抗除草除草剂玉剂玉米米(1)培育出具有优良品质的动物)培育出具有优良品质的动物二、基因工程的应用二、基因工程的应用2、基因工程与畜牧养殖、基因工程与畜牧养殖转生长激素基因鲤鱼转生长激素基因鲤鱼(9个月后比对照个体重个月后比对照个体重1.5kg)超级绵羊超级绵羊(生长速率提高(生长速率提高30%,体型增大,体型增大50%)(2)利用转基因动物生产药物)利用转基因动物生产药物乳汁中分泌人凝血因子乳汁中分泌人凝血因子IX的转基因山羊的转基因山羊 科学家将药用蛋白基因科学家将药用蛋白基因导入哺乳动物的受精卵,导入哺乳动物的受精卵,使其发育成转基因动物,使其发育成转基因动物,转基因动物进入泌乳期
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