1、第一节 基因工程概述新课导入能否让禾本科的植物也能够固定空气中的氮？能否让细菌“吐出”蚕丝？能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素等珍贵的药物？经过多年的努力，科学家于20世纪70年代创立了可以定向改造生物的新技术基因工程。学习目标 1、说出基因工程的概念；2、简述基因工程的诞生历程；3、说出DNA重组技术所需的三种基因工具的作用；4、简述基因工程基本操作程序的步骤。新知探究一、基因工程的概念 基因工程又叫基因拼接技术或DNA重组技术。该技术是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出
2、人类所需要的基因产物。基因工程的别名操作环境操作对象操作水平基本过程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l理论基础DNA是遗传物质的发现DNA双螺旋结构的确立遗传信息传递方式(中心法则)的认定l技术保障基因工程工具 的发现和应用 限制性核酸内切酶 DNA连接酶 基因载体(如质粒)二、基因工程的诞生和发展提取抗虫基因棉花细胞苏云金芽孢杆菌(有抗虫特征)普通棉花(无抗虫特征)与运载体DNA拼接，导入(含抗虫基因)棉花植株(有抗虫特征)基因工程培育抗虫棉的简要过程如何将苏云金芽孢杆菌细胞内的抗虫基因从它的DNA分子中切割下来？如何将切下来的抗
3、虫基因与运载体DNA连接起来？如何将重组的DNA运送到棉花细胞？需要切割DNA的工具（分子手术刀）需要连接DNA片断的工具（分子缝合针）需要基因转移的工具（分子运输车）限制性核酸内切酶DNA连接酶基因载体工具酶思 考1、限制性核酸内切酶（简称限制酶）能够识别和切割DNA分子内一小段特殊核苷酸序列的酶。含义：主要从原核生物中分离得到 来源：磷酸与脱氧核糖之间的磷酸二酯键 作用部位：有专一性。即一种限制酶只能识别一种特定核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子。作用特点：产生黏性未端 作用结果：三、基因工程的工具EcoRIEcoRIA AGTTCCTTA A GCTTA AGGAATTC识别识别
4、GAATTC序列，并在序列，并在G和和A之间切开之间切开限制酶在切断DNA时，可在切口处带有几个伸出的核苷酸，他们之间碱基正好互补配对，因此称这些片断为黏性末端。AATTGCCTTAAG35335553AATTGCCTTAAG 要想获得某个特定性状的基因必须用限制性核酸内切酶切几个切口？可产生几个黏性末端？切两个切口，产生四个黏性末端。如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶来切割，会怎样呢？会产生相同的黏性末端。思 考CGGCCGTATAATATGCGCGCTAATCGTATAATATGCTATAEcoRIEcoRICGGCCGTT A AA A TTGCGCGCTAATCGTT A AA
5、A TTGCTATACGGCCGTTAAAATTGCTATA2、DNA连接酶两条链的骨架部分，形成磷酸二酯键 连接部位：具有相同黏性末端的两个DNA片段连接起来，形成重组DNA分子。结果：CGGCCGTTAAAATTGCTATA 用DNA连接酶连接两个相同的黏性未端要形成几 个磷酸二酯键？2个 用限制酶切一个特定基因要切断几个磷酸二酯键？4个 外源基因（如抗虫基因）怎样才能运送到受体细胞（如棉花细胞）？需要“分子运输车”基因进入受体细胞的载体思 考3、基因载体（运载体）作为运载工具，将外源基因送入受体细胞。作用：条件：能在宿主细胞内自我复制并稳定地保存有一个或多个限制酶切点，可使外源基因插入其
6、中 具有某些遗传标记基因，以便进行筛选对受体细胞无害 质粒（最常用）、噬菌体和某些动植物病毒种类：假如外源基因导入受体细胞后不能复制会怎样？作为载体如果没有限制酶切割位点将怎样？外源基因是否进入受体细胞，你如何去察觉？如果载体对受体细胞有害将怎样？会在细胞增殖中丢失 外源的基因不可能插入 如果载体上有遗传标记基因，就可通过标记基因的表达来检测。将影响受体细胞新陈代谢，进而使转入的外源基因也可能无法表达。思 考四、基因工程的一般过程与技术 获取目的基因 形成重组DNA分子 将重组DNA分子导入受体细胞 筛选含有目的基因的受体细胞 目的基因的表达取出DNA用限制酶切断DNA目前被较广泛提取使用目的
7、基因有：苏云金杆菌抗虫基因、人胰岛素基因、人干扰素基因、种子贮藏蛋白基因、植物抗病基因等。获取目的基因的方法1、直接分离基因 2、人工基因合成法直接合成法：已知某基因的序列的前提下,可以用化学方法合成或 用PCR技术扩增大量获取目的因.(如胰岛素基因)想一想:还有其他的方法可以合成目的基因吗?目的基因与运载体结合-形成重组DNA提取质粒并用限制酶切割用连接酶将目的基因和质粒连接 用限制酶切割目的基因和用相同的限制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DNA连接酶的作用下连接形成重组DNA分子将重组DNA导入受体细胞并扩增将目的基因
8、导入受体细胞将受体细胞进行扩增 基因工程中常用的受体细胞有大肠杆菌、枯草杆菌、酵母菌和动植物细胞等。如用质粒作运载体,则选大肠杆菌为受体细胞 导入受体细胞常用的方法是借鉴细菌或者病毒侵染细胞的途径。通常还要对一些受体细胞进行增大通透性的处理。筛选含有目的基因的受体细胞 受体细胞是否具运载体特有的“标记基因”所控制的性状检测依据：前三步的处理十分繁锁，为保证目的基因得到有效利用，通常用大量的受体细胞来接受不多的目的基因。这样，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。目的基因的表达是否有目的基因表达的产物表达的依据：外源基因在受体细胞内表达的理论基础，基因是控制生物性状的基
9、本单位，生物界共用一套遗传密码，遗传信息的传递都遵循中心法则的信息流动方向。随堂测试1、科学家们经过多年努力，创立了一种新兴生物技术基因工程，实施该工程的最终目的是（）A.定向提取生物体的DNA分子 B.定向地对DNA分子进行“剪切”C.在生物体外对DNA分子进行改造 D.定向地改造生物的遗传性状D2、以下说法正确的是（）A.所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列B.质粒是基因工程中唯一的运载体 C.载体必须具备的条件之一是：具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接D.基因控制的性状都能在后代表现出来C3、人们常选用的细菌质粒分子往往带有一个抗菌素抗性基因，该抗性基因的主要作用是（）A.提高受体细胞在自然环境中的耐药性 B.有利于对目的基因是否导入受体细胞进行检测C.增加质粒分子的分子量 D.便于与外源基因连接B4、下列哪项不是基因工程中经常使用的用来运载目的基因的载体（）A.细菌质粒 B.噬菌体 C.动植物病毒 D.细菌核区的DNA D 5、在基因工程中，切割运载体和含有目的基因的DNA片段，需使用（）A.同种限制酶 B.两种限制酶C.同种连接酶 D.两种连接酶A退出
