基因工程及其应用课时ppt资料.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,基因工程(jyn gngchng)及其应用课时,第一页，共68页。,能发光(f un)的水母,请您欣赏(xnshng),能否(nn fu)让热带鱼也能发光?,设想,不能发光的热带斑马鱼,第二页，共68页。,能发荧光(ynggung)的热带斑马鱼,普通热带(rdi)斑马鱼是不发荧光的,第三页，共68页。,请您欣赏(xnshng),超级(choj)小鼠与超级(choj)鱼,第四页，共68页。,能产生(chnshng)人胰岛素的大肠杆菌,请您欣赏(xnshng),第五页，共68页。,基因(jyn)“嫁接”,第六页，共68页。,一、基因工程,（一）概念：又叫做基因拼接(pn ji)技术或DNA重组技术,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，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。,原理,操作环境,操作水平,结果,基因(jyn)重组,生物体外,DNA分子(fnz)水平,定向地改造生物的遗传性状，获得人类所需要的品种。,剪切拼接导入表达,基本过程,第七页，共68页。,培育转基因大肠杆菌(d chn n jn)的简要过程：,你认为上述(shngsh)培育转基因大肠杆菌的关键步骤有哪些？,普通大肠杆菌(d chn n jn),(不能分泌胰岛素),人体组织细胞,提取,胰岛素基因,与运载体,DNA,拼接,导入,大肠杆菌,(,含,胰岛素基因,),转基因大肠杆菌,(,能分泌胰岛素,),实例展示,第八页，共68页。,1.ONE,胰岛素基因从人体细胞内提取出来,2.TWO,胰岛素基因与运载体,DNA,连接,3.THREE,胰岛素基因导入受体,(,大肠杆菌,),细胞,基因的“剪刀”,基因的“针线”,基因的运载体,培育(piy)转基因大肠杆菌的关键步骤：,第九页，共68页。,（二）基因工程(jyn gngchng)操作工具,1、基因(jyn)剪刀-限制酶,（1）功能：识别特定(tdng)核苷酸序列，切割特定(tdng)DNA切点，具特异性，并裂解磷酸二酯键。,限制酶特异性识别的切割部位都具有回文序列。即在切割部位，一条链正向读的碱基顺序，与另一条链反向读的顺序完全一致。,EcoR,GAATTC,CTTAAG,5,3,5,3,5,G,CTTAA,AATTC,G,3,3,5,粘性末端,第十页，共68页。,Sma,CCCGGG,GGGCCC,5,3,3,5,5,CCC,GGG,GGG,CCC,3,3,5,平口末端,（2）结果(ji gu)：产生两个带有相同黏性末端或平口末端的DNA片段,（3）要想从DNA上切下某个基因,应切2个切口,产生(chnshng)4个黏性末端,（4）限制酶不是一种(y zhn)酶，而是一类酶，目前已发现的限制酶有4000多种。,第十一页，共68页。,限制性内切酶（EcoR）作用(zuyng)过程,点击播放,第十二页，共68页。,黏性末端(m dun),例：大肠杆菌的一种限制(xinzh)酶(EcoR)能识别,GAATTC序列，并在G和A之间切开。,EcoR,第十三页，共68页。,被同一种限制(xinzh)酶切断的几个DNA是否具有相同的黏性末端？,思考(sko):,第十四页，共68页。,2、基因的“针线”DNA连接酶,连接酶的作用(zuyng)：,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：相邻的两个脱氧核苷酸的切口，,即：生成磷酸二酯键,DNA连接酶的作用(zuyng)过程：,第十五页，共68页。,基因(jyn)的针线：DNA连接酶,G,A A,T T,C,C,T T,A A,G,G,A A,T T,C,C,T T,A A,G,G,C,T T,A A,A A,T T,C,G,G,C,T T,A A,A A,T T,C,G,G,C,T T,A A,A A,T T,C,G,用同种限制酶切割,第十六页，共68页。,3、基因(jyn)的运输工具运载体,本质：小型环状DNA分子,常用的运载体：质粒、噬菌体 动植物病毒等,其共同特点是：,都有侵染或进入宿主细胞(xbo)的能力,标记基因，便于进行(jnxng)检测。,质粒,存在于许多细菌和酵母菌等生物中,是细胞染色体外,能够自主复制的很小的环状,DNA,分子,.,第十七页，共68页。,作为运载体必须具备(jbi)哪些条件？,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(qidin)，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。,1、细胞染色体（或拟核DNA分子(fnz)）外能自主复制的小型环状DNA分子(fnz)；,2、质粒的存在对宿主细胞无影响；,3、质粒的复制只能在宿主细胞内完成。,质粒有何特点？,第十八页，共68页。,易 错 警 示,（3)操作工具有三种，但工具酶只有两种，另一种(y zhn)工具运载体的化学本质为DNA。,第十九页，共68页。,（4）与DNA有关酶的作用,DNA酶：即DNA水解酶，可以将DNA水解成脱氧核苷酸。,DNA聚合酶：在DNA复制的过程中，连接(linji)单个游离的脱氧核苷酸到DNA片段上，需要模板。,DNA连接(linji)酶：连接(linji)两个DNA片段，形成磷酸二酯键，不需要模板。,解旋酶：在DNA复制时，破坏氢键，使DNA双链打开。,限制性核酸内切酶：破坏脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键。,第二十页，共68页。,例1、已知某种限制性内切酶在一线性DNA分子(fnz)上有3个酶切位点,如下图中箭头所指如果该线性DNA分子(fnz)在3个酶切位点上都被该酶切断,则会产生a、b、c、d四种不同长度的DNA片段现有多个上述线性DNA分子(fnz),若在每个DNA分子(fnz)上至少有1个酶切位点被该酶切断,则从理论上讲,经该酶酶切后,这些线性DNA分子(fnz)最多能产生长度不同的DNA片段种类数是()A.3B.4C.9D.12,答案(d n):C,第二十一页，共68页。,例2、下列有关基因工程中限制性内切酶的描述，错误的是()A.一种限制性内切酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列B.限制性内切酶的活性受温度影响C.限制性内切酶能识别和切割(qig)RNAD.限制性内切酶可从原核生物中提取,答案(d n):C,第二十二页，共68页。,3、质粒是基因工程最常用的运载体,有关质粒的说法正确的是()A.质粒不仅存在于细菌(xjn)中,某些病毒也具有B.细菌(xjn)的基因只存在于质粒上C.质粒为小型环状DNA分子,存在于拟核(或细胞核)外的细胞质基质中D.质粒是基因工程中的重要工具酶之一,答案(d n):C,第二十三页，共68页。,4、下列关于DNA连接(linji)酶的作用叙述,正确的是()A.将单个核苷酸加到某DNA片段末端,形成磷酸二酯键B.将断开的两个DNA片段的骨架连接(linji)起来,重新形成磷酸二酯键C.连接(linji)两条DNA链上碱基之间的氢键D.只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间连接(linji)起来,而不能将双链DNA片段末端之间进行连接(linji),答案(d n):B,第二十四页，共68页。,二、基因工程(jyn gngchng)的操作步骤,第二十五页，共68页。,从细胞(xbo)中分离出DNA,从大肠杆菌(d chn n jn)中提取质粒,限制 酶,提取(tq)目的基因,限制酶,目的基因与运载体结合,DNA,连 接酶,目的基因导入受体细胞,目的基因的表达与检测,三、基因工程的操作步骤,第二十六页，共68页。,四个基本(jbn)步骤：,1）提取目的(md)基因,2）目的(md)基因与运载体结合,3）将目的(md)基因导入受体细胞,4）目的(md)基因的检测和表达,三、基因工程(jyn gngchng)的操作步骤,第二十七页，共68页。,1.目的(md)基因的提取方法,直接分离基因(jyn),人工合成基因(jyn),反转录法,根据(gnj)已知的氨基酸序列合成DNA,：鸟枪法,第二十八页，共68页。,用限制酶切断成许多片段,直接分离(fnl)基因鸟枪法,具体做法：将供体细胞中的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不同的受体细胞中去，让这些DNA片段在受体细胞中扩增。从中找出含有(hn yu)目的基因细胞，并将含有(hn yu)目的基因的DNA片段分离出来。,该法最大的缺点：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。所以一般不适用于真核细胞的基因。,第二十九页，共68页。,人工合成(rn n h chn)基因法,DNA,合成仪,直接(zhji)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(zhji)合成相应的基因。,反转录(zhun l)法：以信使RNA为模板，在逆转录(zhun l)酶的作用下将脱氧核苷酸合成合成DNA(基因)。,第三十页，共68页。,1）反转录(zhun l)法：,蛋白质的氨基酸序列(xli),mRNA的核苷酸序列(xli),结构基因的核苷酸序列,目的基因,推测,推测,化学合成,2,）直接合成法：,根据已知的氨基酸序列合成,DNA,（,2,）人工合成目的基因,第三十一页，共68页。,从大肠杆菌(d chn n jn)中提取质粒,利用基因工程培育的“指示生物”能十分灵敏地反映环境污染的情况，却不易因环境污染而大量死亡，甚至还可以吸收和转化污染物。,第二十七页，共68页。,从大肠杆菌(d chn n jn)中提取质粒,第六十七页，共68页。,概念：是用已知序列的DNA或RNA片段作为探针与待测样品的DNA或RNA序列进行核酸分子杂交，用于对待测核酸样品中特定基因顺序的探测，是基因诊断最基本的技术之一。,质粒存在于许多细菌和酵母菌等生物中,是细胞染色体外能够自主复制的很小的环状DNA分子.,DNA分子(fnz)水平,第二十六页，共68页。,限制性核酸内切酶：破坏脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键。,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，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。,C T T A A,从细胞(xbo)中分离出DNA,1990年9月14日，安德森对一例患ADA缺乏症的4岁女孩进行基因治疗。,基因工程操作(cozu)的归纳总结,2、基因的“针线”DNA连接酶,利用PCR技术扩增目的(md)基因,聚合酶链式反应(lin sh fn yng),过程(guchng)：,a,、,DNA,变性,（,90-95,）：双链,DNA,模板,在热作用下，,_,断裂，形成,_,b,、复性,（,55-65,）：系统温度降低，引物与,DNA,模板结合，形成局部,_,。,c,、延伸,（,70-75,）：在,Taq,酶的作用下，,合成与模板互补的,_,。,氢键,单链,DNA,双链,DNA,链,原理：,DNA,复制,第三十二页，共68页。,质粒,一个切口,两个(lin)黏性末端,两个切口,获得目的(md)基因,DNA,连接酶,重组(zhn z)DNA分子（重组(zhn z)质粒）,同一种 限制酶,目的基因与运载体的结合过程，实际上是不同来源的基因重,组的过程。,DNA,分子,2,、目的基因与运载体结合,注意：要用,同一种限制酶,切取目的基因和运载体，并用,DNA,连接酶连接。,作用：将外源基因送入,受体细胞,第三十三页，共68页。,用与提取目的基因相同的限制(xinzh)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。,2.目的(md)基因与运载体结合,目的(md)基因与运载体结合的结果可能有三种情况：目的(md)基因与目的(md)基因结合，质粒与质粒结合，目的(md)基因与质粒结合。所以需要筛选。,作用：将外源基因送入,受体细胞,第三十四页，共68页。,常用(chn yn)的受体细胞：,3.目的(md)基因导入受体细胞,有大肠杆菌、枯草杆菌、,土壤(trng)农杆菌、酵母菌和,动植物细胞等。,主要借鉴细菌或病毒侵然细胞的途径,导入方式：,导入,扩增,第三十五页，共68页。,1）将细菌用CaCl2处理，以增大细菌细胞壁的通透性。,2）使含有目的基因的重组质粒进入(jnr)受体细胞。,3）目的基因在受体细胞内，随其繁殖而复制，由于细菌繁殖的速度非常快，在很短的时间内就能获得大量的目的基因。,导入过程(guchng)：运载体为质粒，受体细胞为细菌,第三十六页，共68页。,大量的受体细胞接受不多的目的基因。处理的受体细胞中真正摄入了目的基因的很少，必须将它从中检测出来。,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(chnw)。淘汰无表达产物(chnw)的菌落，保留有表达产物(chnw)的进一步培养、研究。,无表达产物,无表达产物,有表达产物,无表达产物,4.目的基因(jyn)的检测和表达,检测(jin c)：通过检测(jin c)标记基因的有无，来判断目的基因是否导入。,表达：,通过特定性状或蛋白质的产生与否,来确定目的基因是否表达。,如棉花抗虫性状的表现,标记基因一般都是抗生素抗性基因，只要在相应的抗生素培养基上培养筛选就可以，能活下来的就是目的基因已经进入受体细胞,第三十七页，共68页。,受体细胞摄入DNA分子后就说明目的基因完成(wn chng)了表达吗？,方法：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(swng)，则说明摄入了抗虫基因并得到表达。,第三十八页，共68页。,技法(jf)提炼,基因工程操作(cozu)的归纳总结,第三十九页，共68页。,基因工程操作的归纳(gun)总结,第四十页，共68页。,C,第四十一页，共68页。,集训真题体验(tyn)高考,A,解析(ji x),答案(d n),第四十二页，共68页。,A,第四十三页，共68页。,4.用基因工程技术可使大肠杆菌合成人的蛋白质。,下列叙述不正确的是(),A.常用相同的限制性核酸内切酶处理目的基因和质粒,B.DNA连接酶和RNA聚合酶是构建重组质粒必需的工具酶,C.可用含抗生素的培养基检测(jin c)大肠杆菌中是否导入了重组质粒,D.导入大肠杆菌的目的基因不一定能成功表达,B,第四十四页，共68页。,5.利用外源基因在受体细胞中表达,可生产人类(rnli)所需要的产品下列选项中能说明目的基因完成了在受体细胞中表达的是()A.棉花二倍体细胞中检测到细菌的抗虫基因B.大肠杆菌中检测到人胰岛素基因及其mRNAC.山羊乳腺细胞中检测到人生长激素DNA序列D.酵母菌细胞中提取到人干扰素蛋白,答案(d n):D,第四十五页，共68页。,补充：基因(jyn)诊断与基因(jyn)治疗,诊断：用放射性同位素等标记的“DNA探针”检测肝炎病毒等病毒感染及遗传缺陷，不但准确而且(r qi)迅速。,我国研究人员正在制备用于基因治疗的基因工程细胞,治疗,：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。,第四十六页，共68页。,基因(jyn)诊断DNA探针,概念：是用已知序列的DNA或RNA片段作为探针与待测样品的DNA或RNA序列进行核酸分子杂交，用于对待测核酸样品中特定基因顺序的探测，是基因诊断最基本的技术之一。,条件(tiojin):（1）必须是单链；,（2）带有容易被检测出来的标记物,原理：DNA分子杂交（碱基互补配对）,第四十七页，共68页。,基因(jyn)诊断生物芯片,从正常人的基因组中分离出DNA与DNA芯片杂交就可以得出标准图谱；从病人的基因组中分离出DNA与DNA芯片杂交就可以得出病变图谱,通过比较、分析这两种图谱，就可以得出病变的DNA信息。,基因芯片诊断技术以其快速、高效、敏感(mngn)、经济、平行化、自动化等特点，将成为一项现代化诊断新技术。,第四十八页，共68页。,基因治疗用正常的基因取代或修补病人细胞中有缺陷(quxin)的基因，从而达到治疗疾病的目的,第四十九页，共68页。,1990年9月14日，安德森对一例患ADA缺乏症的4岁女孩进行基因治疗。这个4岁女孩由于遗传基因有缺陷，自身不能生产ADA，先天性免疫功能不全，只能生活在无菌的隔离帐里。他们将这个女孩的白血球进行基因改造，使有缺陷的基因被健康的基因替代，然后把含正常(zhngchng)白血球的溶液输入她左臂的一条静脉血管中。在以后的10个月内她又接受了7次这样的治疗，同时也接受酶治疗。后来，她的免疫功能日趋健全，能够走出隔离帐，过上了正常(zhngchng)人的生活，并进入普通小学上学。,第五十页，共68页。,转基因抗虫棉花,转入苏云金杆菌(gnjn)的一个抗虫基因，是中国目前最主要的转基因作物,四、基因工程(jyn gngchng)的应用,1、基因工程(jyn gngchng)与作物育种,第五十一页，共68页。,转黄瓜抗青枯病基因的甜椒,转鱼抗寒基因的番茄,转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯,不会引起过敏的转基因大豆,第五十二页，共68页。,运用(ynyng)基因工程技术，不但可以培养优质、高产、抗性好的农作物及畜、禽新品种，还可以培养出具有特殊用途的动、植物。,乳汁中含有人生长激素的转基因牛,(,阿根廷,),生长快、耐不良环境、肉质好的转基因鱼,(,中国,),第五十三页，共68页。,导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠,导入人基因具特殊用途的猪和小鼠,超级(choj)动物,特殊(tsh)动物,第五十四页，共68页。,我国生产的部分基因工程疫苗和药物,基因工程(jyn gngchng)药品的生产,许多药品的生产是从生物组织(zzh)中提取的。受材料来源限制产量有限，其价格往往十分昂贵。,微生物生长迅速，容易控制，适于大规模工业化生产。若将生物合成相应药物成分(chng fn)的基因导入微生物细胞内，让它们产生相应的药物，不但能解决产量问题，还能大大降低生产成本。,2,、,基因工程在医学上的应用,第五十五页，共68页。,胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取(tq)，100Kg胰腺只能提取(tq)4-5g的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。,将合成(hchng)的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素！使其价格降低了30%-50%!,第五十六页，共68页。,通过基因工程的方式创造了能合成(hchng)人干扰素的大肠杆菌，每1Kg的培养液可提取204mg干扰素。,干扰素治疗病毒感染简直是“万能灵药”！过去(guq)从人血中提取，300L血才提取1mg！其“珍贵”程度自不用多说。,第五十七页，共68页。,基因工程人干扰素-2b（安达芬），是我国第一个全国产业化基因工程。安达芬具有抗病毒，抑制肿瘤(zhngli)细胞增生，调节人体免疫功能的作用，广泛用于病毒性疾病治疗和多种肿瘤(zhngli)的治疗，是当前国际公认的病毒性疾病治疗的首选药物和肿瘤(zhngli)生物治疗的主要药物。,第五十八页，共68页。,其它基因工程(jyn gngchng)药物,人造血液(xuy)、白细胞介素、乙肝疫苗等通过基因工程实现工业化生产，均为解除人类的病苦，提高人类的健康水平发挥了重大的作用。,人造(rnzo)血液及其生产,第五十九页，共68页。,取患者骨髓,分离干细胞,病毒,正常基因,导入正常基因的干细胞,注入患者体内,第六十页，共68页。,环境监测：基因工程做成的DNA探针(tn zhn)能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。,1t,水中只有,10,个病毒也能被,DNA,探针检测出来,3、基因工程(jyn gngchng)与环境保护,第六十一页，共68页。,利用基因工程培育的“指示生物”能十分灵敏地反映环境污染的情况，却不易因环境污染而大量死亡，甚至还可以吸收和转化污染物,。,第六十二页，共68页。,环境污染(hunjng wrn)治理：基因工程做成的“超级细菌”能吞食和分解多种污染环境的物质。,通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类，用基因工程培育成功的“超级细菌”却能分解石油中的多种烃类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解,DDT,等毒害物质。,第六十三页，共68页。,阅读课本(kbn)讨论：转基因食品安全吗？,五、转基因生物(shngw)和转基因食品的安全性,第六十四页，共68页。,转基因植物(zhw)的安全性争论,支持派认为：如果(rgu)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。,第六十五页，共68页。,美国人食用转基因食品已多年，超级市场上有4000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，甚至会引起死亡。加拿大、澳大利亚也是转基因食品的生产大国，均有几千万人在吃，到现在为止(wizh)也没有个案例说明它有问题。,第六十六页，共68页。,反对派的观点(gundin),一英国科学家声称，转基因马铃薯会减弱老鼠免疫系统功能；,美国康乃尔大学也发现(fxin)，转基因玉米会危害蝴蝶幼虫及其相关生态环境。,第六十七页，共68页。,环保团体(tunt)认为这种违反自然的转基因作物及产品，未经长期安全测试，长期食用可能对人类及生态环境造成负面影响。,尤其是注重环境和生态保护的欧盟国家，对转基因作物更加排斥，因而抵制美国GMO产品的进口。,第六十八页，共68页。,