基因工程及其应用(动画)

C T T AA
基因的针线：DNA连接酶
G AA T T C DNA连接酶连 接的是DNA骨 架上的缺口，不 是碱基间的氢键
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3.基因的运输工具——运载体
运载体必须同时满足三个 要求： ①具有一到多个限制酶的酶切位 点,以便与外源基因连接; ②能进入受体细胞并在受体细胞 内稳定存在并能复制、表达； ③具有标记基因,便于目的基因 的筛选.
尝试写出下列序列受EcoRI 内切酶作用后的黏性末端
CTTCATGAATTCCCTAA GAAGTACTTAAGGGATT GAATTCCGTAGAATTCGGATT AATTCCGTAG GGCATCTTAA CTTAAGGCATCTTAAGCCTAA
CTTCATG GAAGTACBaidu NhomakorabeaTAA
AATTCCCTAA GGGATT
资料三：以 往，治疗糖尿病 的胰岛素是从动 物胰腺中提取的， 从100千克猪、牛 等动物的胰腺只 能提取 3 － 4 克胰 岛素，治疗一个 患者需宰杀 40 － 50 头牛，这种药 物的造价就可想 而知了。
微生物可以有分泌产物，且微生物 繁殖速率快
设想 一 设想 二
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”蛛丝？ 能否让微生物产生出人的胰岛素、干 扰素等珍贵的药物？
我国生产的部分基因 工程疫苗和药物
微生物生长迅速，容易控制，适于大规模 工业化生产。若将生物合成相应药物成分的基 因导入微生物细胞内，让它们产生相应的药物， 不但能解决产量问题，还能大大降低生产成本。
胰岛素从猪、牛等动物的胰 腺中提取，100Kg胰腺只能提取 4-5g的胰岛素，其产量之低和价 格之高可想而知。 将合成的胰岛 素基因导入大肠杆 菌，每2000L培养液 就能产生100g胰岛 素！使其价格降低 了30%-50%!
设想 三
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。
基因工程：又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。 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。
原 理：
基因重组
操作水平： DNA分子水平 结 果： 定向地改造生物的遗传性状，
无表达产物
无表达产物
有表达产物
无表达产物
？如何让大肠杆菌生产人胰岛素？
①从细胞中分 离出DNA
③ ①
②限制酶截取 DNA片断 ③分离大肠杆 菌中的质粒
②
④
④ DNA重组
⑤
⑥
⑤用重组质粒 转化大肠杆菌 ⑥培养大肠杆菌 克隆大量基因
细菌和人是差异非常 大的两种生物,为什么通过 基因重组后,细菌能够合成 人体的某些蛋白质呢?
2.目的基因与运载体结合 用与提取目的基因 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。
3.将目的基因导入受体细胞
导入
常用的受体细 胞：菌类和动 植物细胞
扩增
4.目的基因的表达和检测 大量的受体细胞接受不多的目的基因。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。 将每个受体细胞单独培养形成菌落，检测菌落中 是否有目的基因的表达产物。淘汰无表达产物的菌落， 保留有表达产物的进一步培养、研究。
4.其他
基因诊断：如用基因探针检测肝类病毒、诊 断遗传病 基因治疗：把健康的外源基因导入有基因缺 陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。
五、转基因生物和转基因食品的安全性
阅读P105资料分析，讨论：
你认为应该如何对待转基因生物 和转基因食品的安全性问题？
转基因生物与食物安全
• • • • • 反对实质性等同。 • 实质性等同是转基因 农作物安全性评价的 担心滞后效应。 起点而非终点。 担心出现新的过敏原。 • 多环节、严谨的安全 担心营养成分改变。 性评价，可以保证转 把动物蛋白转入农作 基因食物的安全。 物是否侵犯了素食者 • 科学家审慎的态度。 的权益？ • 没有转基因食物影响 人体健康的实例。 • 举证排除法。
3.基因的运输工具——运载体
常用的运载体： 质粒、噬菌体和 动植物病毒等
质粒存在于许 多细菌和酵母菌 等生物中 , 是细胞 染色体外能够自 主复制的很小的 环状DNA分子。
标记基 因，便 于进行 检测。
三、基因工程基本步骤
1、获取目的基因
提取目的基因的方法
⑴直接分离基因——鸟枪法
将供体生物的DNA用限制酶 切割为许多片段，再用运载体将 这些片段都运载到受体生物的不 同细胞中去。只要有一个细胞获 得了需要的目的基因并得以表达， 基因工程就算成功了。 该法最大的缺点是带有很大 的盲目性，工作量大，成功率低。 且不能将真核生物的基因转移到 原核生物中去。
⒋采用基因工程的方法培育抗虫棉，下列导入目的基 因的作法正确的是（ ） ①将毒素蛋白注射到棉受精卵中 ②将编码毒素蛋白的ＤＮＡ序列，注射到棉受精卵中 ③将编码毒素蛋白的ＤＮＡ序列，与质粒重组，导入 细菌，用该细菌感染棉的体细胞，在进行组织培养 ④将编码毒素蛋白的ＤＮＡ序列，与细菌质粒重组， 注射到棉的子房并进入受精卵中 Ａ．①② Ｂ．②③ Ｃ．③④ Ｄ．④①
1.基因工程的概念 2.基因工程操作的基本工具 基因的“剪刀”——限制性核酸内切酶
基因的“针线”——DNA连接酶
基因的运输工具——运载体（质粒）
3.基因操作的基本步骤 目的基因提取 目的基因与运载体结合 目的基因导入受体细胞
目的基因的检测与鉴定
⒈要使目的基因与对应的载体重组，所需的两种酶是( )
转基因生物与环境安全
• 会破坏生态系统的稳定性。 • 重组的微生物在降解某些 化合物时所产生的中间产 物，可能造成二次污染。 • 重组DNA与微生物杂交可 能产生对人类有害的病原 微生物。 • 转基因植物的花粉中含有 的毒蛋白通过食物链有可 能进入动物或人体。 • 转入的是自然界已有的基 因，，不会破坏生态系统 的稳定性。 • 可以减少农药用量。 • 抗除草剂农作物使农田管 理更容易。 • 新闻报道不实，公众的过 分担忧。
获得人类所需要的品种。
供体细胞 目的基因 受体细胞
获得新性状
二、基因操作的工具
一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序 列，并在特定的切点上切割DNA分子。 专一性 如:EcoRI限制酶
1.基因的“剪刀”──限制性内切酶（限制酶）
限制性内切酶（EcoRⅠ）作用过程
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思考:
被同一种限制酶切断的几个DNA是否 具有相同的黏性末端？
第6 章
从杂交育种到基因工程
第2节 基因工程及其应用
高产、稳产 和具有优良品 质的农作物和 具有抗逆性的 作物新品种。
抗虫害的玉米
转鱼抗寒基 因的番茄
转基因鲑 鱼
资料分析引入 资料一：目前， 全球的氮肥生 产耗费世界总 电力的 3%-4% ， 且农作物只能 吸 收 氮 肥 的 1/10, 造成了大 面积土壤和水 质的污染。
3.基因工程与环境保护 基因工程做成的“超级 细菌”能吞食和分解多种污染环境的物质。
通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类，用基因工程培 育成功的“超级细菌”却能分解石油中的多种烃类化合物。有 的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDT等毒害物质。
利用基因工程培育的“指示生物”能十分灵敏地 反映环境污染的情况，却不易因环境污染而大量死亡， 甚至还可以吸收和转化污染物。 环境检测：用DNA探针检测水中病毒的含量
豆科植物的根瘤能够固定空气中的氮
资料二：蛛丝 是自然界最奇特的物 质之一，它具有极强 的韧度，其韧度是同 样直径钢材的好几倍。 但与家蚕不同，蜘蛛 不能家养，因为它们 会互相吞食，所以不 可能建立人工饲养蜘 蛛的农场。30多年来， 科学家们一直试图找 到利用其他生物体来 制造蛛丝的办法。
蜘蛛能够吐出蛛丝
我国的行动
1.2001年5月，国务院公布《农业转基因生物 安全管理条例》，对农业转基因生物的研 究和试验、生产和加工、经营和进出口等 作了具体规定。 2.趋利避害，不能因噎废食。
练习题
请写出下面各项培育方法： （1）通过花药离体培养再用秋水仙素加倍得到烟草新品种的方法是 单倍体育种 。 （2）用60Co 辐射谷氨酸棒状杆菌，选育出合成谷氨酸的新菌种，所用方法是 诱变育种 。 （3）用小麦和黑麦培育八倍体黑小麦的方法是 多倍体育种 。 （4）将青椒的种子搭载人造卫星，在太空中飞行数周后返回地面，获得了果大、肉厚和 维生素含量高的青椒新品种，这种育种原理本质上属于诱变育种 。 （5）用抗倒伏、不抗锈病和不抗倒伏、抗锈病的两个小麦品种，培育出抗倒伏、抗锈病 的品种，所用方法是 杂交育种 。 （6）用秋水仙素或硫酸二乙酯处理蕃茄、水稻种子，获得成熟期早、蛋白质含量高的品 系，这种方法是 多倍体育种 。 （7）将白菜与甘蓝的体细胞用酶处理，再用聚乙二醇使其融合，通过组织培养获得新的 植物品种。这种方法是植物体细胞杂交育种 。 转基因育种 （8）将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因导入棉花受精卵中，培育出抗虫棉的方法是 。 植物组织培养 （9）生产“人工种子”采用的方法是 。
①限制酶 ②DNA连接酶 ③解旋酶 ④还原酶 Ａ．①② Ｂ．③④ Ｃ．①④ Ｄ．②③ 2.基因工程的正确操作步骤是（ ） ①使目的基因与运载体结合 ②将目的基因导入受体细胞 ③检测目的基因的表达是否符合特定性状要求 ④提取目的基因
Ａ． ③②④① Ｃ． ④①②③ Ｂ． ②④①③ Ｄ． ③④①②
3.实施基因工程的第一步的一种方法是把所需的基因 从供体细胞内分离出来，这要利用限制性内切酶。一 种限制性内切酶能识别ＤＮＡ分子的ＧＡＡＴＴＣ顺 序，切点在Ｇ和Ａ之间，这是利用了酶的（ ） Ａ．高效性 Ｂ．专一性 Ｃ．多样性 Ｄ．催化活性易受外界影响
用限制酶切 断成许多片段
⑵人工合成基因法
DNA合成仪
有两种方法： ①逆转录法：以信使 RNA为模板，在逆转录酶 的作用下利用脱氧核苷酸 合成DNA(基因)。 ②化学合成法：根据 蛋白质的氨基酸顺序推算 出信使RNA核糖核苷酸顺 序，再据此推算出基因 DNA的脱氧核苷酸顺序。 用游离脱氧核苷酸直接合 成相应的基因。
２.基因的针线──DNA连接酶
连接酶的作用是：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DNA分子。
DNA连接酶的作用过程
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用同种限制酶切割
G AA T T C G G AA T T C G
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1.基因工程与作物育种
获得高产、 稳产和具有优 良品质的农作 物和具有抗逆 性的作物新品 种。
转鱼抗寒基因 的番茄
转黄瓜抗青枯病基因的甜 椒
获得人们所需要的和具有优良品质的转基因动物
生长快、肉质好的转基因鱼(中 国)
乳汁中含有人生长激素的转基 因牛(阿根廷)
2.基因工程与药物研制
许多药品的生产 是从生物组织中提取 的。受材料来源限制 产量有限，其价格往 往十分昂贵。