S11DNA重组技术基本工具.pptx

基因工程基因工程1、什么叫基因工程？、什么叫基因工程？复习：复习：必修必修2 概念概念 基因工程又叫基因工程又叫基因拼接技术基因拼接技术或或DNADNA重组技术重组技术。通俗的说，就是按照人们通俗的说，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，然后放到另一出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，种生物的细胞里，定向定向地改造生物的地改造生物的遗传性状。遗传性状。一、基因工程一、基因工程基因工程基因工程 选修选修3 概念概念 基因工程是指按照人们的愿望，进行严基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过格的设计，并通过体外体外DNA重组重组和转基因等和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。由于基因工程是在品。由于基因工程是在DNA分子分子水平上进行水平上进行设计和施工的，因此又叫做设计和施工的，因此又叫做DNA重组技术或重组技术或基因拼接技术。基因拼接技术。2 2、概念的理解、概念的理解原理原理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过程基本过程结果结果基因重组基因重组生物体外生物体外基因基因/DNA分子水平分子水平剪切剪切拼接拼接导入导入表达表达人类需要的基因产物人类需要的基因产物3 3、比较基因工程与基因重组、比较基因工程与基因重组基因重组（狭义）基因重组（狭义）基因工程基因工程生殖方式生殖方式重组方式重组方式（物种是否相同）（物种是否相同）变异大小变异大小特点特点有性生殖有性生殖无性生殖无性生殖同一物种同一物种不同基因间不同基因间不同物种不同物种不同基因间不同基因间小小大大按照人类意愿，按照人类意愿，定向改造生物的性状定向改造生物的性状4 4、转基因成功的原因、转基因成功的原因（1 1）、）、DNADNA角度角度 、不同生物具有相同的、不同生物具有相同的DNADNA双螺旋结构双螺旋结构 、DNADNA的基本单位都是的基本单位都是4 4种脱氧核苷酸种脱氧核苷酸 、遵循、遵循碱基互补配对碱基互补配对原则（原则（A-TA-T、G-CG-C）、基因是控制生物性状的、基因是控制生物性状的结构单位结构单位和和功功 能单位能单位（2 2）、基因表达角度）、基因表达角度 、各种生物共用、各种生物共用一套遗传密码一套遗传密码 、基因的表达都遵循：、基因的表达都遵循：中心法则中心法则培育抗虫棉的简要过程：培育抗虫棉的简要过程：普通棉花普通棉花(无抗虫特性无抗虫特性)苏云金芽孢杆菌苏云金芽孢杆菌提取提取提取提取抗虫基因抗虫基因与运载体与运载体与运载体与运载体DNADNADNADNA拼接拼接拼接拼接导入导入导入导入棉花细胞棉花细胞(含含抗虫基因抗虫基因)棉花植株棉花植株(有有抗虫特性抗虫特性)二、基因工程的工具二、基因工程的工具“分子手术刀分子手术刀”限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶“分子缝合针分子缝合针”DNA连接酶连接酶“分子运输车分子运输车”载体载体（一）、基因的（一）、基因的“手术刀手术刀”限制性核酸内切酶（限制酶）限制性核酸内切酶（限制酶）1、来源：主要是从原核生物中分离纯、来源：主要是从原核生物中分离纯 化来的化来的 分布：主要是分布：主要是微生物微生物体内体内 2、特点：特异性、特点：特异性 作用作用限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶能识别双能识别双链链DNA分子的某种特定的核苷酸序列分子的某种特定的核苷酸序列，并在使每一条链中并在使每一条链中特定部位的两个核苷特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键酸之间的磷酸二酯键断开。断开。磷酸二酯键磷酸二酯键 即脱氧核糖、磷酸即脱氧核糖、磷酸 之间的连接之间的连接AAT TGGGGCCAAT TCCT TT TCCGGAAAA 大多数限制酶的识别序列由大多数限制酶的识别序列由 6 个核苷酸组个核苷酸组成，少数由成，少数由4、5或或8个组成。个组成。作用部位：作用部位：原核生物很容易受到自然界中外源原核生物很容易受到自然界中外源DNADNA的入侵，的入侵，但是长期的进化过程中，这些原核生物却没有因为但是长期的进化过程中，这些原核生物却没有因为外源外源DNADNA的入侵而灭绝。的入侵而灭绝。根据我们刚刚掌握的知识，你能推测这其中的根据我们刚刚掌握的知识，你能推测这其中的原因吗？原因吗？原核生物细胞中的限制酶会将外源原核生物细胞中的限制酶会将外源DNADNA切割掉，使之切割掉，使之失效，以保证自身的安全，但是不会切割自身的失效，以保证自身的安全，但是不会切割自身的DNADNA，这是原核生物在长期进化过程中形成的一套防御机制。这是原核生物在长期进化过程中形成的一套防御机制。G A A T T C C T T A A G 中轴线中轴线C T T A A G A A T T C G C C C G G G G G G C C C C C C G G G G G G C C C 黏性末端黏性末端平末端平末端大肠杆菌的一种限制酶（大肠杆菌的一种限制酶（EcoR)能识能识别别GAATTC序列，序列，SmaI识别识别CCCGGG序列序列:作用结果作用结果如果把两种来源不同的如果把两种来源不同的DNADNA用同一种限制酶来用同一种限制酶来切割，会怎样呢？切割，会怎样呢？会产生会产生相同相同的黏性末端的黏性末端，如果让两者的，如果让两者的黏性末端黏性末端黏合黏合起来，就可以合成起来，就可以合成重组的重组的DNA分子分子。基因的针线：基因的针线：DNADNA连接酶连接酶G A A T T CC T T A A GG A A T T CC T T A A GG C T T A A A A T T C GG C T T A A A A T T C GG C T T A A A A T T C G用用同种同种限制酶切割限制酶切割目的基因片段目的基因片段目的基因片段目的基因片段质粒质粒质粒质粒DNADNA片段片段片段片段重组重组重组重组DNADNA分子分子分子分子1.酶的种类：酶的种类：二、二、“分子缝合针分子缝合针”DNA连接酶连接酶（1 1）Ecoli Ecoli DNADNA连接酶只能将双链连接酶只能将双链DNADNA片段互补的片段互补的黏性末端黏性末端之间连接起来。之间连接起来。（2 2）T T4 4 DNADNA连接酶（来源：噬菌体）连接酶（来源：噬菌体）两种酶的区别：两种酶的区别：（1 1）Ecoli Ecoli DNADNA连接酶（来源：大肠杆菌）连接酶（来源：大肠杆菌）（2 2）T T4 4 DNADNA连接酶都能连接连接酶都能连接黏性末端黏性末端和和平平末端，末端，但连接平末端之间的效率比较低。但连接平末端之间的效率比较低。限制酶切割后有两种不同的结果，一种产限制酶切割后有两种不同的结果，一种产生黏性末端，一种产生平末端。那么恢复它们生黏性末端，一种产生平末端。那么恢复它们的连接时，所用的连接时，所用DNA连接酶是否一样呢？连接酶是否一样呢？E.coliDNAE.coliDNA连接酶：只连接黏性末端连接酶：只连接黏性末端T T4 4DNADNA连接酶：连接黏性末端和连接酶：连接黏性末端和平末端平末端DNA连接酶的分类连接酶的分类（来源：大肠杆菌）（来源：大肠杆菌）（来源：（来源：T4噬菌体）噬菌体）效率较低效率较低二、二、“分子缝合针分子缝合针”DNA连接酶连接酶2、作用部位：、作用部位：磷酸二酯键磷酸二酯键 DNA连接酶可把黏性末端之间的缝隙连接酶可把黏性末端之间的缝隙“缝合缝合”起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来，这样一个重组的起来，这样一个重组的DNA分子就形成了。分子就形成了。A AA AT TT TGGC CC CT TT TA AA AGG磷酸二磷酸二酯键酯键磷酸二磷酸二酯键酯键DNADNA聚合酶只能将聚合酶只能将单个单个核苷酸核苷酸加到已有的加到已有的单链单链核苷酸片段的末端，形核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯键成磷酸二酯键,需要摸板。需要摸板。DNADNA连接酶是连接连接酶是连接两个两个双链双链DNADNA片段片段的末端，的末端，形成磷酸二酯键形成磷酸二酯键,不需要不需要摸板。摸板。DNA复制复制3 3、DNADNA连接酶与连接酶与DNADNA聚合酶的比较聚合酶的比较比较项目比较项目DNADNA连接酶连接酶DNADNA聚合酶聚合酶不不同同点点作用对象作用对象 连接连接连接连接作用条件作用条件模板模板模板模板相相同同点点作用部位作用部位连接不同脱氧核苷酸之间的连接不同脱氧核苷酸之间的_和和_，即，即_键键DNADNA片段片段片段片段游离的脱游离的脱游离的脱游离的脱氧核苷酸氧核苷酸氧核苷酸氧核苷酸不需要不需要不需要不需要需要需要需要需要磷酸磷酸磷酸磷酸脱氧核糖脱氧核糖脱氧核糖脱氧核糖磷酸二酯磷酸二酯磷酸二酯磷酸二酯双链双链双链双链4 4、回忆、回忆DNA解旋酶：解旋酶：RNA聚合酶：聚合酶：DNA酶：酶：RNA复制酶：复制酶：逆转录酶：逆转录酶：（三）、三）、“分子运输车分子运输车”载体载体1 1 1 1、作用：、作用：、作用：、作用：作为运载工具，将外源基因作为运载工具，将外源基因作为运载工具，将外源基因作为运载工具，将外源基因转移转移转移转移到受体到受体到受体到受体细胞中去。细胞中去。细胞中去。细胞中去。利用运载体在宿主细胞内对目的基因利用运载体在宿主细胞内对目的基因进行大量的复制进行大量的复制2 2 2 2、作为运载体必须具备哪些条件？、作为运载体必须具备哪些条件？、作为运载体必须具备哪些条件？、作为运载体必须具备哪些条件？具具多个限制酶切点多个限制酶切点，以便与外源基因连接。切点位，以便与外源基因连接。切点位 于载体本身必需基因序列之外。于载体本身必需基因序列之外。能够在宿主细胞中能够在宿主细胞中自我自我复制，或整合到染色体复制，或整合到染色体DNA 上后随染色体上后随染色体DNA复制复制。具有某些具有某些标记基因标记基因，便于进行，便于进行筛选筛选。如如如如抗生素抗性抗生素抗性抗生素抗性抗生素抗性 基因、产物具有基因、产物具有基因、产物具有基因、产物具有颜色反应颜色反应颜色反应颜色反应的基因等。的基因等。的基因等。的基因等。载体是安全的，不能对受体细胞有害。载体是安全的，不能对受体细胞有害。载体载体DNA分子大小应合适，以便提取和在体外进行分子大小应合适，以便提取和在体外进行 操作。操作。3、常用的运载体主要有：、常用的运载体主要有：1）质粒（质粒（最常用最常用，一般是在天然质粒的一般是在天然质粒的 基础上进行人工改造的基础上进行人工改造的）2）噬菌体衍生物噬菌体衍生物或某些或某些动、植物病毒动、植物病毒小型环状双链小型环状双链DNADNA10、几种常见育种方法的比较、几种常见育种方法的比较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杂交杂交自交自交选优选优基因重组基因重组不同个体的优良不同个体的优良性状可集中到同性状可集中到同一个个体上一个个体上育种时间长，育种时间长，需及时发现优需及时发现优良性状良性状杂交水稻杂交水稻中国荷斯坦牛中国荷斯坦牛花药离体培花药离体培养、秋水仙养、秋水仙素诱导加倍素诱导加倍染色体变异染色体变异明显缩短育种明显缩短育种年限，后代一年限，后代一般都为纯种般都为纯种技术复杂，技术复杂，成本高成本高普通小麦花普通小麦花药离体培养药离体培养秋水仙素处秋水仙素处理萌发的种理萌发的种子、幼苗子、幼苗染色体变异染色体变异植物茎杆粗壮，植物茎杆粗壮，果实、种子大，果实、种子大，营养高营养高发育延迟，发育延迟，结实率低结实率低无籽西瓜无籽西瓜物理或化学方物理或化学方法处理动植物法处理动植物、微生物、微生物基因突变基因突变提高变异频率，提高变异频率，大幅度改良某些大幅度改良某些性状，加速育种性状，加速育种进程进程有利变异少，有利变异少，需要处理大量需要处理大量实验材料，具实验材料，具有不确定性有不确定性青霉菌高产菌青霉菌高产菌株的培育株的培育黑农五号大豆黑农五号大豆基因重组基因重组DNADNA重组技术重组技术/基因拼接技术基因拼接技术打破物种界限，打破物种界限，定向定向地地改造生改造生物的性状物的性状可能引起生可能引起生态危机，技态危机，技术难度大术难度大转基因抗转基因抗虫棉、转虫棉、转基因奶牛基因奶牛