基因工程基本工具

基因工程概念
又叫做DNA重组技术。是指按照人们的愿望， 进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基 因技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出 更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。
特点：
◊ 与诱变育种相比，其特点是定__向__改__造___生__物__性__状_。 ◊ 在_分__子___水平上进行操作。
D A、能复制
B、有多个限制酶切点
C、具有标记基因
D、它是环状DNA
3. 已知标记基因有抗四环素基因和抗氨苄青霉素 的基因，现探讨某细菌的质粒中有无标记基因或标 记基因是什么？请设计实验、预期实验结果，并得 出相应的实验结论。
对照组： 不添加抗 生素
实验组1： 添加一定 浓度的四 环素
实验组2： 添加一定 浓度的氨 苄青霉素
1.1DNA重组技术的基本工具
基因工程的概念
基因工程又叫做 基因拼接技术 或 DNA重组技术 。通俗地说， 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。
基因工程的概念
基因工程 名称
操作环境 操作对象 操作水平 基本过程 结果
二“分子缝合针”——DNA连接酶
类型
来源
相同点
功能 差别
E·coliDNA
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)
二、 “分子缝合针” —— DNA连接酶
1、种类：两类
E·coli DNA连接酶 T4 DNA连接酶
2、作用部位：磷酸二酯键
关键步骤二： 抗虫基因与运载体DNA连接
关键步骤三： 抗虫基因导入受体(棉花)细胞
• 解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？ 关键步骤一的工具：基因的剪刀——限制酶 关键步骤二的工具：基因的针线——DNA连接酶 关键步骤三的工具：基因的运载工具——运载体
DNA 重组技术的基本工具
“分子手术刀” ──限制酶 “分子缝合针” ──DNA连接酶 “分子运输车”
实验组3： 添加一定 浓度的四 环素和氨 苄青霉素
对照组： 不添加抗 生素
实验组1： 实验组2：添 实验组3：添加 添加一定浓 加一定浓度的 一定浓度的四环 度的四环素 氨苄青霉素 素和氨苄青霉素
对照 实验 实验 实验 组 组1 组2 组3
结论
预期 一
＋
＋
＋
＋
既含有抗四环素基因也含有 抗氨苄青霉素基因
预期 二
＋
＋
－
－ 只含有抗四环素基因
预期 三
＋
－
＋
－ 只含有抗氨苄青霉素基因来自预期 四＋－
－
－
既不含有抗四环素基因也不 含有抗氨苄青霉素基因
(1)能在宿主细胞内稳定保存并自我复制。
(2)有一个至多个限制酶切点，以便与外源基 因连接
(3)具有某些标记基因，以便进行筛选
（4）结构简单,独立于细菌外的DNA
目前常用 的两类运 载体
1.细菌的质粒，它是细菌染色体 DNA以外的小型环状DNA(一般 有1-200kb，kb为千碱基对)， 有的细菌只有一个，有的细菌有 多个
DNA连接酶可把黏性末端之间的缝隙 “缝合”起来，即把梯子两边扶手的断口连 接起来，这样一个重组的DNA分子就形成了。
DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？
G
A ATT
CT T A A
G
DNA连接酶
DNA聚合酶
连接DNA链 双链
单链
连接部位
在两DNA片段之间 将单个核苷酸加 形成磷酸二酯键 到已存在的核酸
质粒、λ噬菌体衍生物、动植物病毒
练习
1.以下说法正确的是
（C ）
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、运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、DNA连接酶使黏性末段的碱基之间形 成氢键
2.不属于质粒被选为基因运载体的理由 是
──基因进入受体细胞的载体
一、 “分子手术刀” ——限制性核酸内切 酶
1、来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的一
种酶。能将外来的DNA切断，由于这种 切割作用是在DNA分子内部进行的，故 名限制性核酸内切酶。
2、种类：4000种。
3、作用：识别双链DNA 分子的某种特定的核苷酸
序列，并且使每一条链中特定部位的两 个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。
2.噬菌体和某些病毒的DNA。
以 质 粒 为 载 体 的 DN A
克 隆 过 程
小结
基因工程 的工具
限制酶
主要存在于原核生物中 具有专一性(识别序列) 切开DNA分子的磷酸二酯键
DNA连 接酶
连接磷酸二酯键
种类
E.coliDNA连接酶 T4 DNA连接酶
结构简单,大小适中
运载 工具
具备的 条件
能在宿主细胞中自 我复制并稳定存在 具一个至多个限制酶切位点 具标记基因
基因拼接技术或DNA重组技术 实质:基因重组 生物体外 基因 DNA分子水平 “剪切”“拼接”“导入”“表达” 人类需要的基因产物
这种技术是在生物体外，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，产生出人 类所需要的基因产物。
片段的3’末端 的羟基上，形成 磷酸二酯键
三、 “分子运输车” —基因进入受体细胞的载体：
1、通常以质粒作为载体
质粒——细菌细胞中一种很小的环状DNA分子。
裸露的、结构简单、独立于细菌之外，并且有自我 复制能力
质粒
拟核 大肠杆菌细胞
氨苄青霉素 抗性基因
目的基因插入位点 复制原点
质粒
载体应具备的四个条件
什么叫平末端？
当限制酶从识别序列的中心轴线处 切开时，切开的DNA两条单链的切口，是 平整的，这样的切口叫平末端。
• 限制酶所识别的序列有什么特点？ • 限制酶所识别的序列，无论是6个碱基还是4
个碱基，都可以找到一条中心轴线,中轴线两 侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列 的。
限制酶识别序列的中心轴线
◊ 是否属于可遗传的变异？
• 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
与运载体DNA拼接
抗虫基因
棉花细胞(含抗虫基因)
导入
棉花植株(有抗虫特性)
• 上述培育抗虫棉的关键步骤是什么？
• 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
4、结果：形成两种末端 黏性末端
平末端
5
A
磷
4
1
酸
3
2
二
酯
T
5
键
4
1
3
2
什么叫黏性末端？ 大肠杆菌(E.coli)的一种限制酶能识别
GAATTC序列，并在G和A之间切开。
限制酶
• 什么叫黏性末端？
限制 酶
• 什么叫黏性末端？
被限制酶切开的DNA两条单链的切口， 带有几个伸出的核苷酸，他们之间正好互 补配对，这样的切口叫黏性末端。