19基因工程概论20141022

类型
来源 相同点
功能 差别
E·coli DNA 连接酶
T4DNA连接酶
大肠杆菌 恢复 只能连接黏性末端
磷酸
T4噬菌体 二酯键
能连接黏性末端和 平末端(效率较低)
G AA TT C
G AA TT C
C TT AA G
C TT AA G
用同种限制酶切割
G AA TT C
G AA TT C
C TT AA G
标记基因， 便于检测。
载体
常用载体： 质粒、噬菌体和动、植物病毒等
条 件: ①能够在宿主细胞中复制并稳定地保存 ②具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接 ③具有标记基因，便于进行筛选
载体--分类
1、克隆载体：以繁殖DNA片段为目的的载体。 如pBR322及其衍生质粒。
2、穿梭载体：既能在真核细胞中复制又能在 原核细胞中复制的载体。
环境污染治理
通常一种假单孢杆菌只能分解石油中的一种烃类。 基因工程的“超级细菌”能吞食和分解多种污染物
环境治理 抗虫转基因植物
抗虫棉花--问题探讨：
普通棉花 抗虫棉
苏云金芽孢杆菌含有一种可 以合成毒蛋白的基因。
让细菌的毒蛋白基因在棉花 细胞中表达，可培育出抗虫棉。
想一想：完成抗虫棉的培育，需要哪些关键工作？
反对派的观点
▪ 一英国科学家声称，转基因马铃薯会减弱老 鼠免疫系统功能；
▪ 美国康乃尔大学也发现，转基因玉米会危害 蝴蝶幼虫及其相关生态环境。
▪ 环保团体认为未经长期安全测试，长期食用 可能对人类及生态环境造成负面影响。
基因工程培育抗虫棉的简要过程：
苏云金芽孢杆菌
普通棉花(无抗虫特性)
提取
通过运载体导入
抗虫基因
转基因棉花含抗虫基因
转基因棉花产生伴胞晶体
转基因棉花有抗虫特性
思考：在以上过程中关键步骤或难点是什么？
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
“分子手术刀”—— 限制性核酸内切酶
遗传工程
狭义的遗传工程: 基因工程
广义的遗传工程
指的是用遗传学手段来改造或重组生物的遗传 特性的技术。 包括杂交、细胞工程、染色体工程、蛋白质工程 和基因工程等。
Gene engineering
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。
3、表达载体：用于使克隆的外源基因在宿主 细胞内表达的载体。
基因工程技术的应用
生物合成 药物研发 环境治理 农作物育种
生物合成
目的基因在细菌中的表达，产生人们需要的蛋白质。 生产奶酪的凝乳酶传统上来自哺乳小牛的胃，现在通 过基因工程，用酵母生产凝乳酶。
药物研发
我国生产的部分基因 工程疫苗和药物
术
连接 形成嵌合质粒
在大肠杆菌中扩增
基因重组技术的基本工具
基因操作的工具
1.基因的“剪刀”──限制性核酸内切酶（限制酶）
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
限制性内切酶分类
特性
I型
限制和修饰活性 3亚基多功能酶
蛋白质结构 3种不同的亚基
19基因工程概论
基因工程的产物：
转基因小猪
转基因小鼠
蓝色玫瑰
辣椒香蕉
多彩小鱼
黑籽番茄
能 发 光 的 水 母
能发 荧光 的热 带斑 马鱼?
转基因鲑鱼
同时具有高 产、稳产和 抗逆性等优 良品质的农 作物新品种.
转抗寒基因 的番茄
抗虫害的玉米
本章重点
1、基因工程原理和方法 2、基因工程工具酶 3、基因工程中的载体 4、基因工程技术应用
关键步骤二：抗虫基因与棉花DNA“缝合”
“分子缝合针”—— DNA连接酶
关键步骤三：抗虫基因进入棉花细胞
“分子运输车”——载体
转基因食品
安全吗?!
转基因植物的安全性争论
▪ 支持派认为：如果转基因技术得不到支持， 将被扼杀，并且强调，迄今为止并没发现转 基因食品危害人体健康和环境的确切证据。
▪ 美、加、澳几千万人在吃转基因食品，超市 有4000多种，到现在为止也没有—个案例说 明有问题 。
辅助因子
ATP、Mg2+等
寄主特异性序列 EcoB:TGANTGCT
II 型
单一 单一的成分
Mg2+
旋转对称
III 型
2亚基双功能酶
2种不同的亚基
ATP、Mg2+ 等
EcoP1:AGACC
切割位点 DNA易位作用
距特异性位点至 位于特异性位
少1000bp
点
能
不能
序列特异性切割
不是
是
DNA克隆的用途
无用
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， 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
基因工程主要程序
1、目的基因的制备 2、重组DNA分子的构建 3、重组DNA分子转移到受体细胞 4、转化子的筛选 5、目的基因的表达与功能的鉴定
核心技术：DNA重组技术
C TT AA G
基因的针线：DNA连接酶
G AA TT C
C TT AA G
3、修饰酶
修饰酶
内切酶对自身的DNA也有可能的破坏。
修饰酶识别特定的序列并将其甲基化，保护 不被限制性内切酶作用。
基因的运输工具——载体
质粒存在于许多 细菌和酵母菌等 生物中,是能够自 主复制的很小的 环状DNA分子。
微生物生长迅速，容易控制，适于大规模工业化 生产。将生物合成药物成分的基因导入微生物细 胞内，不但能提高产量，还能降低生产成本。
胰岛素从猪、牛等动物的胰 腺中提取，100Kg胰腺只能提取45g的胰岛素，其产量低、价格高。
将合成胰岛素基因导入 大肠杆菌，每2000L培养 液就能产生100g胰岛素！ 价格降低了30%-50%!
重组技术
Recombinant DNA technology,1972年，Berg发明。
定义：指在体外将不同来源的DNA进行剪切 和重组，形成嵌合DNA分子，通过载体系统， 将之导入宿主细胞，使其扩增表达从而使宿主 细胞获得新的遗传性状。
质粒DNA 细胞
D
N
A
————提取———
重
组
技
————酶切————
十分有用
距特异性位点 25bp左右 不能
是
有用
三类限制酶的主要特性
限制酶的共性： 1、只降解双链DNA分子； 2、各有特定的核苷酸序列识别特异性； 3、酶活性需要镁离子的激活
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。
连接酶类型