1、专题一专题一基因工程基因工程 基因工程基因工程又叫又叫转基因技术转基因技术或或DNA重组重组技术技术。是在生物体外，通过对。是在生物体外，通过对DNA分子分子进行人工进行人工“剪切剪切”和和“拼接拼接”，对生物，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞受体细胞内，使重组基因在受体细胞内内，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物。表达，产生出人类所需要的基因产物。基因工程的概念基因工程的概念1.11.1、DNA重组技术的基本工具重组技术的基本工具 1 1、限制性核酸内切酶、限制性核酸内切酶“分子手术刀分子手术刀”2 2、DNA连接酶连接酶
2、“分子缝合针分子缝合针”3 3、基因进入受体细胞的载体、基因进入受体细胞的载体“分子运输车分子运输车”1 1、限制性核酸内切酶、限制性核酸内切酶“分子手术刀分子手术刀”（1 1）性质）性质 一种限制性核酸内切酶只一种限制性核酸内切酶只能识别一种能识别一种特定特定的核苷酸的核苷酸序列，并且使每序列，并且使每一条链中一条链中特定部位特定部位的两个核苷酸之的两个核苷酸之间的间的磷酸二酯键磷酸二酯键断开。断开。1 1、限制性核酸内切酶、限制性核酸内切酶“分子手术刀分子手术刀”（2 2）分布）分布 主要存在于主要存在于原核生物原核生物中。中。（3 3）限制性内切酶在原核生物中的作用）限制性内切酶在原核生
3、物中的作用 当外源当外源DNA侵入时，限制性内切酶将外源侵入时，限制性内切酶将外源DNA切割掉，使之失效，以达到保证自身安切割掉，使之失效，以达到保证自身安全的目的。全的目的。1 1、限制性核酸内切酶、限制性核酸内切酶“分子手术刀分子手术刀”（4 4）为什么细菌中的限制酶不剪切细菌本身的）为什么细菌中的限制酶不剪切细菌本身的DNA 因为微生物在长期的进化过程中形成了一套完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，可将入侵的外源善的防御机制，可将入侵的外源DNA切割掉切割掉（5 5）限制性内切酶所识别的序列具有什么特）限制性内切酶所识别的序列具有什么特点？点？所识别序列中轴线两侧的双
4、链所识别序列中轴线两侧的双链DNA分子分子上的碱上的碱基是基是反向对称重复排列的反向对称重复排列的。1 1、限制性核酸内切酶、限制性核酸内切酶“分子手术刀分子手术刀”（6 6）作用结果：）作用结果：产生的产生的DNA片段末端通常有两种片段末端通常有两种形式：形式：黏性末端黏性末端和和平末端平末端。1 1、限制性核酸内切酶、限制性核酸内切酶“分子手术刀分子手术刀”（7 7）用同一种限制性内切酶处理不同的）用同一种限制性内切酶处理不同的DNA片段，片段，会形成相同的黏性末端，可以进行重组。会形成相同的黏性末端，可以进行重组。2 2、DNA连接酶连接酶“分子缝合针分子缝合针”（1 1）作用：）作用：
5、将双链将双链DNA片段连接起来，恢复被片段连接起来，恢复被限制性内切酶切开了的两个核苷酸之间的限制性内切酶切开了的两个核苷酸之间的磷酸磷酸二酯键二酯键。（2 2）种类）种类 Ecoli DNA连接酶连接酶 T4 DNA连接酶连接酶2 2、DNA连接酶连接酶“分子缝合针分子缝合针”3 3、基因进入受体细胞的载体、基因进入受体细胞的载体 常用的运载体：常用的运载体：质粒质粒、噬菌体的衍生物、动植物病毒。噬菌体的衍生物、动植物病毒。质粒质粒 存在：存在：存在于存在于细菌遗传物质之外细菌遗传物质之外及及酵母菌染色体酵母菌染色体之外。之外。特性：特性：是一种小型是一种小型环状环状DNA分子，能够分子，能
6、够自我复制自我复制。大肠杆菌（大肠杆菌（Ecoli）质粒的分子结构示意图）质粒的分子结构示意图3 3、基因进入受体细胞的载体、基因进入受体细胞的载体作为载体所要具备的条件：作为载体所要具备的条件：（1 1）必需要有一个或多个限制酶的切割位点）必需要有一个或多个限制酶的切割位点（2 2）必需具备自我复制能力）必需具备自我复制能力（3 3）必须带有标记基因）必须带有标记基因（4 4）必须是安全的）必须是安全的（5 5）分子大小应合适）分子大小应合适1.2、基因工程的基本操作程序、基因工程的基本操作程序1 1、目的基因的获取、目的基因的获取2 2、基因表达载体的构建、基因表达载体的构建3 3、将目的
7、基因导入受体细胞、将目的基因导入受体细胞4 4、目的基因的检测与鉴定、目的基因的检测与鉴定1 1、目的基因的获取、目的基因的获取 目的基因：是人们所需要转移或改造的目的基因：是人们所需要转移或改造的基因，获取目的基因是实施基因工程的基因，获取目的基因是实施基因工程的第一步。第一步。1 1、目的基因的获取、目的基因的获取 获取方法获取方法可以从自然界中已有的物种中分离出来，可以从自然界中已有的物种中分离出来，也可以用人工的方法化学合成。也可以用人工的方法化学合成。目前常用的方法：目前常用的方法：（1 1）从基因文库中获取目的基因）从基因文库中获取目的基因（2 2）利用）利用PCR技术扩增目的基因
8、技术扩增目的基因1 1、目的基因的获取、目的基因的获取 从基因文库中获取目的基因从基因文库中获取目的基因基因组文库基因组文库 基因文库中基因文库中包含了一种生物的全部基因包含了一种生物的全部基因,这种基因文库叫做基因组文库。这种基因文库叫做基因组文库。部分基因文库部分基因文库 基因文库中基因文库中包含了一种生物的部分基因包含了一种生物的部分基因,这种基因文库叫做部分基因文库。这种基因文库叫做部分基因文库。利用利用PCR技术扩增目的基因技术扩增目的基因5 5/3 3/G GT C3 3/5 5/A GC C5 5/3 3/A G引物引物5 5/3 3/G G引物引物PCR技术技术变性变性复性复性
9、延伸延伸2 2基因表达载体的构建基因表达载体的构建核心核心2 2、基因表达载体的构建、基因表达载体的构建 单独的目的基因是不能稳定遗传的。单独的目的基因是不能稳定遗传的。构建基因表达载体的目的构建基因表达载体的目的是为了使目的基因是为了使目的基因能够在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传能够在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时使目的基因能够正常表达和给下一代，同时使目的基因能够正常表达和发挥作用。发挥作用。构建基因表达载体的目的构建基因表达载体的目的2 2、基因表达载体的构建、基因表达载体的构建 作为基因表达载体，是不是只需含有目的作为基因表达载体，是不是只需含有目的基因就可以完成任务
10、？为什么？基因就可以完成任务？为什么？不可以。因为目的基因要在表达载体中得到不可以。因为目的基因要在表达载体中得到表达并发挥作用，还需要有表达并发挥作用，还需要有启动子启动子、终止子终止子和和标记基因标记基因等。等。2 2、基因表达载体的构建、基因表达载体的构建 基因表达载体的组成基因表达载体的组成 【目的基因【目的基因+启动子启动子+终止子终止子+标记基因标记基因】启动子：启动子：一段有特殊结构的一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的首端，片段，位于基因的首端，它是它是RNA聚合酶识别和聚合酶识别和结合的部位，有了它才能结合的部位，有了它才能驱动基因转录出驱动基因转录出mRNA。终止子：终止
11、子：一段有特殊结构一段有特殊结构的的DNA片段，位于基因的片段，位于基因的尾端，使转录停止下来。尾端，使转录停止下来。2 2、基因表达载体的构建、基因表达载体的构建用用限制性内切酶限制性内切酶切割切割质粒质粒，使其出现一个切口，暴露使其出现一个切口，暴露出出黏性末端黏性末端。用用同一种限制性内切酶同一种限制性内切酶切切断断目的基因目的基因，使其产生，使其产生相相同的黏性末端同的黏性末端。将切下的目的基因片段插将切下的目的基因片段插入到质粒的切口处，再加入到质粒的切口处，再加入入DNA连接酶连接酶，这样就形，这样就形成了一个成了一个重组重组DNA分子分子（也称为重组质粒）（也称为重组质粒）。3
12、3将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞3 3、将目的基因导入受体细胞、将目的基因导入受体细胞转化：转化：目的基因进入受体细胞内并且在目的基因进入受体细胞内并且在受体细胞内维持稳定和正常表达的过程。受体细胞内维持稳定和正常表达的过程。常用的受体细胞常用的受体细胞 有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞等。酵母菌和动植物细胞等。3 3、将目的基因导入受体细胞、将目的基因导入受体细胞 导入方法导入方法 1 1、将目的基因导入植物细胞、将目的基因导入植物细胞 农杆菌转化法（适用于双子叶植物和祼子植物）农杆菌转化法（适用于双子叶植物和祼子植物）基因
13、枪法（适用于单子叶植物）基因枪法（适用于单子叶植物）花粉管通道法。花粉管通道法。2 2、将目的基因导入动物细胞、将目的基因导入动物细胞 显微注射法显微注射法 3 3、将目的基因导入微生物细胞、将目的基因导入微生物细胞 感受态细胞感受态细胞4 4目的基因的检测与鉴定目的基因的检测与鉴定4 4、目的基因的检测与鉴定、目的基因的检测与鉴定（1）分子水平的检测）分子水平的检测检测转基因生物的检测转基因生物的DNA上是否插入了目的基因上是否插入了目的基因 检测方法：检测方法：DNA分子杂交技术分子杂交技术检测目的基因是否转录出了检测目的基因是否转录出了mRNA 检测方法：检测方法：DNA分子杂交技术分子
14、杂交技术检测目的基因是否翻译成蛋白质检测目的基因是否翻译成蛋白质 检测方法：抗原检测方法：抗原抗体杂交技术抗体杂交技术4 4、目的基因的检测与鉴定、目的基因的检测与鉴定（2）个体水平的鉴定）个体水平的鉴定 抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等。抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等。四、基因工程的应用四、基因工程的应用（一）植物基因工程硕果累累（一）植物基因工程硕果累累（二）动物基因工程前景广阔（二）动物基因工程前景广阔（三）基因治疗曙光初照（三）基因治疗曙光初照（四）基因工程与环境保护（四）基因工程与环境保护 转基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆转基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力能力,以及改良农作物的品质和利用植物生产以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面。药物等方面。转基因抗虫水稻（绿色植株）转基因抗虫水稻（绿色植株）与普通水稻（黄色枯萎植株）与普通水稻（黄色枯萎植株）转基因番木瓜转基因番木瓜抗环斑病毒抗环斑病毒普通玉米普通玉米(左左)与与Bt玉米玉米(右右)不含胆固醇的转基因小鼠不含胆固醇的转基因小鼠转基因荧光鱼转基因荧光鱼转基因鲑鱼转基因鲑鱼(上上)与同龄野生鲑鱼与同龄野生鲑鱼(下下)乳汁中含有人生长激素的转基因牛乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷阿根廷)再见再见!
