基因工程的基本工具培训课件.ppt

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,*,基因工程的基本工具,*,基因工程的基本工具,转基因抗虫棉,抗虫棉,普通棉,2,基因工程的基本工具,专题一基因工程,3,基因工程的基本工具,DNA重组技术的基本工具,4,基因工程的基本工具,基因工程的概念,基因工程又叫做,基因拼接技术,或,DNA重组技术,。通俗地说，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。,5,基因工程的基本工具,基因工程的别名,操作环境,操作对象,操作水平,基本过程,实质,结果,基因拼接技术或DNA重组技术,生物体外,基因,DNA分子水平,人类需要的基因产物,剪切,拼接,导入,表达,基因重组,基因工程的概念,6,基因工程的基本工具,基因工程培育抗虫棉的简要过程：,普通棉花,(,无抗虫特性,),苏云金芽孢杆菌,提取,抗虫基因,与载体DNA拼接,导入,棉花细胞,(,含,抗虫基因,),棉花植株,(,有,抗虫特性,),上述培育抗虫棉的关键步骤是什么？,7,基因工程的基本工具,基因工程培育抗虫棉的关键步骤：,关键步骤一：,抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内,提取出来,关键步骤二：,抗虫基因,与载体DNA连接,关键步骤三：,抗虫基因,导入受体(棉花)细胞,8,基因工程的基本工具,解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？,关键步骤一的工具：,关键步骤二的工具：,关键步骤三的工具：,基因的,剪刀,限制酶,基因的,针线,DNA连接酶,基因的,运载工具,载体,9,基因工程的基本工具,DNA 重组技术的基本工具,本节知识内容,1 DNA重组技术的基本工具,专题一 基因工程,“分子手术刀”,限制酶,“分子缝合针”DNA,连接酶,“分子运输车”,基因进入受体细胞的载体,10,基因工程的基本工具,限制性内切酶作用过程,11,基因工程的基本工具,识别双链DNA 分子的某种,特定的核苷酸序列,，并且使每一条链中,特定部位,的两个核苷酸之间的,磷酸二酯键,断开。,主要是从,原核生物中分离纯化出来,的一种酶。能将外来的,DNA切断,，由于这种切割作用是在DNA分子内部进行的，故名限制性核酸内切酶。,4000种。,1、来源：,2、种类：,3、作用：,4、结果：,形成两种末端,一、“分子手术刀”限制性核酸内切酶,粘性末端,平末端,12,基因工程的基本工具,黏性末端,黏性末端,限制性核酸内切酶,EcoRI,13,基因工程的基本工具,大肠杆菌(E.coli)的一种限制酶,能识别GAATTC序列,，并在,G和A,之间切开。,限制酶,什么叫黏性末端？,14,基因工程的基本工具,限制酶,什么叫黏性末端？,15,基因工程的基本工具,什么叫黏性末端？,被限制酶切开的DNA两条单链的切口，带有几个,伸出的核苷酸,，他们之间正好,互补配对,，这样的切口叫,黏性末端,。,16,基因工程的基本工具,17,基因工程的基本工具,什么叫平末端？,当限制酶从识别序列的中心轴线处切开时，切开的DNA两条单链的切口，是平整的，这样的切口叫,平末端,。,18,基因工程的基本工具,二、“分子缝合针”DNA连接酶,1、种类：,2、作用部位：,两类,Ecoli DNA,连接酶,T4 DNA,连接酶,磷酸二酯键,DNA连接酶,可把黏性末端,之间的缝隙,“,缝合,”起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来，这样一个重组的DNA分子就形成了。,19,基因工程的基本工具,DNA连接酶的作用过程,20,基因工程的基本工具,3、区别：,E.,coliDNA连接酶,连接黏性末端,T,4,DNA连接酶既能连接黏性末端，又可以连接平末端（效率低）,21,基因工程的基本工具,22,基因工程的基本工具,24,基因工程的基本工具,DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？为什么？,答：不是一回事。基因工程中所用的连接酶有两种：一种是从大肠杆菌中分离得到的，称之为Ecoli连接酶。另一种是从T4噬菌体中分离得到，称为T4连接酶。这两种连接酶催化反应基本相同，都是连接双链DNA的缺口（nick），而不能连接单链DNA。DNA连接酶和DNA聚合酶都是形成磷酸二酯键（在相邻核苷酸的3位碳原子上的羟基与5位碳原子上所连磷酸基团的羟基之间形成），那么，二者的差别主要表现在什么地方呢？,25,基因工程的基本工具,（1）DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核酸片段的末端上，形成磷酸二酯键；而DNA连接酶是在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键，不是在单个核苷酸与DNA片段之间形成磷酸二酯键。,（2）DNA聚合酶是以一条DNA链为模板，将单个核苷酸通过磷酸二酯键形成一条与模板链互补的DNA链；而DNA连接酶是将DNA双链上的两个缺口同时连接起来。因此DNA连接酶不需要模板。,此外，二者虽然都是由蛋白质构成的酶，但组成和性质各不相同。,26,基因工程的基本工具,三、“分子运输车”基因进入受体细胞的载体：,27,基因工程的基本工具,外源基因,(,胰岛素,基因,),怎样才能导入受体细胞,(,大肠杆菌,),？,导入过程需要运输工具,载体,。,载体的作用有哪些？,作用一,：作为运载工具，将外源基因(胰岛素基因),转移,到受体细胞(大肠杆菌)中去。,作用二,：利用载体在受体细胞(大肠杆菌)内，,对外源基因,(胰岛素基因)进行,大量复制,。,28,基因工程的基本工具,作为载体必须具备哪些条件？,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,，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。,29,基因工程的基本工具,常用的载体主要有两类：,1）细菌细胞质的,质粒,2）,噬菌体,或某些,动植物病毒,30,基因工程的基本工具,基因工程的“专用工具”,运载体,：常,用,质粒、,噬菌体的衍生物、动植物病毒,质粒特点：,1、细菌拟核外双链环状DNA分子,2、能自我复制并在受体细胞中稳定存在,3、有一个或多个限制酶切点,4、有特殊的标记基因,31,基因工程的基本工具,练习答案,32,基因工程的基本工具,2,和,7,能连接形成ACGT,TGCA；,4,和,8,能连接形成GAATTC,CTTAAG；,3,和,6,能连接形成GCGC,CGCG；,1,和,5,能连接形成CTGCAG,GACGTC,。,33,基因工程的基本工具,迄今为止，基因工程中使用的限制酶绝大部分都是从细菌或霉菌中提取出来的，它们各自可以识别和切断DNA上特定的碱基序列。细菌中限制酶之所以不切断自身DNA，是因为微生物在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机制，对于外源入侵的DNA可以降解掉。生物在长期演化过程中，含有某种限制酶的细胞，其DNA分子中或者不具备这种限制酶的识别切割序列，或者通过甲基化酶将甲基转移到所识别序列的碱基上，使限制酶不能将其切开。这样，尽管细菌中含有某种限制酶也不会使自身的DNA被切断，并且可以防止外源DNA的入侵,34,基因工程的基本工具,基因工程中作为载体使用的DNA分子很多都是质粒（plasmid），即独立于细菌拟核处染色体DNA之外的一种可以自我复制、双链闭环的裸露的DNA分子。是否任何质粒都可以作为基因工程载体使用呢？其实不然，作为基因工程使用的载体必需满足以下条件。,（1）载体DNA必需有一个或多个限制酶的切割位点，以便目的基因可以插入到载体上去。这些供目的基因插入的限制酶的切点所处的位置，还必须是在质粒本身需要的基因片段之外，这样才不至于因目的基因的插入而失活。,（2）载体DNA必需具备自我复制的能力，或整合到受体染色体DNA上随染色体DNA的复制而同步复制。,（3）载体DNA必需带有标记基因，以便重组后进行重组子的筛选。,（4）载体DNA必需是安全的，不会对受体细胞有害，或不能进入到除受体细胞外的其他生物细胞中去。,（5）载体DNA分子大小应适合，以便提取和在体外进行操作，太大就不便操作。,实际上自然存在的质粒DNA分子并不完全具备上述条件，都要进行人工改造后才能用于基因工程操作。,35,基因工程的基本工具,课本知识回顾,基因工程又叫做,或,。通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种,提取出来，加,以,，然后放到另一种生物的细胞里，,改造生物的遗传性状。,基因拼接技术,DNA重组技术,基因,修饰改造,定向地,36,基因工程的基本工具,DNA 重组技术的基本工具,“分子手术刀”,“分子缝合针”,“分子运输车”,限制酶,DNA连接酶,基因进入受体细胞的载体,37,基因工程的基本工具,限制性核酸内切酶,主要是从 的一种酶。,识别双链DNA 分子的某种 ，并且使每一条链中,特定部位,的两个核苷酸之间的 断开。,形成两种末端,原核生物中分离纯化出来,特定的核苷酸序列,磷酸二酯键,粘性末端,平末端,38,基因工程的基本工具,二、“分子缝合针”DNA连接酶,1、种类：,2、作用部位：,两类,Ecoli DNA连接酶,T4 DNA连接酶,磷酸二酯键,39,基因工程的基本工具,基因进入受体细胞的载体,通常有三种:,在进行基因工程操作中,真正被用作载体的质粒都是在 基础上进行过,的,质粒,噬菌体衍生物,动植物病毒,天然质粒,人工改造,40,基因工程的基本工具,