1、基因工程及基因工程及其应用其应用第第2节节一、基因工程的概念：一、基因工程的概念：别别 名名原原 理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最终目的最终目的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定向改造生物的遗传性状定向改造生物的遗传性状基因拼接技术、基因拼接技术、DNA重组技术重组技术思考：不同生物基因间可以重组，并表达出思考：不同生物基因间可以重组，并表达出蛋白质的物质基础是什么？蛋白质的物质基础是什么？DNA的结构相同的结构相同 生物界共用一套密码子生物界共用一套密码子1、基因的基因的“剪刀剪刀”限制性核
2、酸内切酶限制性核酸内切酶二、基因操作的工具二、基因操作的工具例：大肠杆菌的一种限制酶例：大肠杆菌的一种限制酶(EcoR)能识别能识别 GAATTC序列，并在序列，并在G和和A之间切开。之间切开。1、基因的基因的“剪刀剪刀”限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶二、基因操作的工具二、基因操作的工具CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT GGCATCTTAAAATTCCGTAG CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT GGCATCTTAAAATTCCGTAG 目的基因目的基因黏性末端黏性末端思考：把目的基因切断要几个切口？切断几个磷
3、酸二酯键？思考：把目的基因切断要几个切口？切断几个磷酸二酯键？产生几个黏性末端？目的基因上有几个末端？产生几个黏性末端？目的基因上有几个末端？连接酶的作用是：连接双链连接酶的作用是：连接双链DNADNA片段。片段。2、基因的、基因的“针线针线”作用过程：作用过程：2、基因的、基因的“针线针线”：作作 用：用：将互补配对的两个黏性末端连接起来，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使之成为一个完整的DNADNA分子。分子。将目的基因和运载体相连，形成重组将目的基因和运载体相连，形成重组DNADNA作用部位：作用部位：磷酸二酯键磷酸二酯键思考：思考：DNADNA聚合酶和聚合酶和DNA
4、DNA连接酶的区别？连接酶的区别？同：同：作用部位相同作用部位相同磷酸二酯键磷酸二酯键 异：异：DNADNA连接酶连接的是两个片段之间的磷酸连接酶连接的是两个片段之间的磷酸 二酯键，把双链上两个缺口同时连上；二酯键，把双链上两个缺口同时连上；DNADNA聚合酶只能将单个核苷酸连接到已有聚合酶只能将单个核苷酸连接到已有 的单链单链上。的单链单链上。基因的针线：基因的针线：DNA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
5、 T T C G用同种限制酶切割用同种限制酶切割3、基因的运输工具、基因的运输工具运载体运载体3、基因的运输工具、基因的运输工具运载体运载体从细胞中分从细胞中分离出离出DNA从大肠杆菌从大肠杆菌中提取质粒中提取质粒限制限制 酶酶提取目的基因提取目的基因限制酶限制酶目的基因与目的基因与运载体结合运载体结合DNA连连 接酶接酶目的基因导目的基因导入受体细胞入受体细胞目的基因的目的基因的表达与检测表达与检测基因工程操作的基本步骤基因工程操作的基本步骤用限制用限制酶切断成酶切断成许多片段许多片段直接分离基因直接分离基因人工合成基因法人工合成基因法反转录法：反转录法：mRNAmRNA逆转逆转录酶录酶单链
6、单链DNADNA双链双链DNADNA（基因）（基因）直接合成：直接合成：蛋白质的氨基酸顺序蛋白质的氨基酸顺序脱氧核苷酸顺序脱氧核苷酸顺序直接合成相应的基因直接合成相应的基因相同的限制酶切割目的基因和质粒相同的限制酶切割目的基因和质粒步骤：步骤：获得相同的粘性末端获得相同的粘性末端加加DNADNA连接酶连接连接酶连接目的基因和质粒形成目的基因和质粒形成 重组重组DNADNA分子分子目的基因与目的基因结合目的基因与目的基因结合质粒与质粒结合质粒与质粒结合目的基因与质粒结合。目的基因与质粒结合。主要借鉴细菌或病毒侵然细胞的途径主要借鉴细菌或病毒侵然细胞的途径导入方式：导入方式：无表达产物无表达产物无
7、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检测：检测：通过检测标记基因的有无，来判断目的基因通过检测标记基因的有无，来判断目的基因 是否导入。是否导入。表达：表达：通过特定性状的产生与否来确定目的基因是否通过特定性状的产生与否来确定目的基因是否 表达。表达。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
8、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将一种生物特定将一种生物特定基因转移到另一基因转移到另一种生物体内种生物体内染色体变异染色体变异定定向地向地改造生物改造生物的遗传性状的遗传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虫棉
