基因工程的基本内容PPT演示课件
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《基因工程》PPT教学 ppt课件
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典型例子：抗烟草花叶病毒的转基因烟草、 抗病毒的转基因小麦、甜椒
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转黄瓜抗青枯病基因的甜椒
3.抗逆转基因植物
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4.利用转基因改良植物的品质
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富含赖氨酸的转基因玉米
基转 因入 的荧 发光 荧素 光酶 烟蛋 草白
PPT课件 不会引起过敏的转基因大4豆0
原 理： 基因重组
表达水平： DNA分子水平
过程：
意义： 1、定向改造某些性状
2、克服远缘杂交
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3
原核细胞的基因结构
非编码区 编码区上游 启动子
编码区
非编码区 编码区下游
终止子
RNA聚合酶结合位点
启动子：位于基因首端一段能与RNA聚合酶结合并能起 始mRNA合成的序列。没有启动子，基因就不能转录。
将目的基因导入 农杆菌介导的遗传转化法
植物细胞
基因枪法
方法
将目的基因导入 动物细胞
——显微注射法
将目的基因导入——感受态细胞吸收DNA分子
微生物细胞
(氯化钙法)
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(四)目的基因的检测与鉴定 ——检查是否成功 ①形态检测
检测— ②分子检测
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非目的基因片段 GACATAGCTACA CTGTATCGATGT
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1
我们主要讨论4个问题：
1. 什么是基因工程——基因工程的概念。
2. 为什么能进行基因工程——基因工程的原理和技术。 3. 怎样进行基因工程——4大步骤 4. 基因工程的应用和前景
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2
1、概念：又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。
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在获取真核细胞中的目的基因时,一般 用人工合成基因的方法.
• 哪些新技术能大大简化基因工程的操作技术？ 1）DNA序列自动测序仪： 对提取出来的 基因进行核苷酸 序列分析。 2）PCR技术： 使目的基因的片段 在短时间内成百万倍 地扩增。
• 步骤二：目的基因与运载体重组
1）用一定的限制酶切割质粒，使其出现 一个切口，露出黏性末端。 2）用同一种限制酶切断目的基因，使其 产生相同的黏性末端。 3）将切下的目的基因片段插入质粒的切 口处，再加入适量DNA连接酶，形成了一 个重组DNA分子（重组质粒） 目的基因与运载体的结合过程，实际 上是不同来源的基因重组的过程。
• 外源基因(如抗虫基因)怎样才能导入受体细 胞(如棉花细胞)？ 导入过程需要运输工具——运载体。 • 运载体的作用有哪些？ 作用一：作为运载工具，将外源基因(抗虫基 因)转移到受体细胞(棉花细胞)中去。 作用二：利用运载体在受体细胞(棉花细胞) 内，对外源基因(抗虫基因)进行大量复制。
• 作为运载体必须具备哪些条件？ 1）能够在宿主细胞中复制并稳定地保存。
2）具多个限制酶切点，以便与外源基因连接。
3）具有某些标记基因，便于进行筛选。 如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应 的基因等。
常用的运载体主要有两类： 1）细菌细胞质的质粒 2）噬菌体或某些动植物病毒
• 质粒： 质粒是染色体外能够进行自主复制的 遗传单位，包括真核生物的细胞器和细菌 细胞中核区外的DNA分子。现在习惯上用 来专指细菌、酵母菌和放线菌等生物中核 以外的DNA分子。 质粒是基因工程最常用的运载体。 绝大多数细菌质粒都是闭合环状DNA 分子。有的一个细菌中有一个，有的一个 细菌中有多个。
大量的目的基因
• 步骤四：目的基因的检测和表达
基因工程-PPT课件
干扰素 1200 升人血 2－3 万美元 / 病人
1 升发酵液 200－300 美元 / 病人
国外生物医药的发展
➢1976年第一家基因工程技术开发药物的公司建立。 ➢1982年第一个基因工程药物重组人胰岛素正式生产，推向市场。 ➢2019年全球生物技术公司总数已达4284家，美国占34％。 ➢2019年基因重组生物技术药物的年销售额已经突破400亿美元。 ➢2019年市场上的生物技术药物达到200种左右，而在研的药物为600种。 ➢全世界已有2.5亿人使用生物技术药物和疫苗。
• 曼哈顿计划 • 阿波罗计划
20世纪科学史上3个里程碑
HGP的意义
• 了解生命的起源与进化 – 认识种属之间和个体之间存在差异的起因 – 五种“模式生物” 基因组的研究：大肠杆菌、酵母、 线虫、果蝇和小鼠
• 解码生命，认识自身 – 了解生命体生长发育的规律
• 认识疾病产生的机制，掌握生老病死规律 – 疾病的诊断和治疗
甜椒在栽培的过 程中，容易受病毒的 感染。我国科学工作 者，采用转基因技术， 培育出抗病毒的甜椒。
油菜是人们食用油的主要来源之一。一般油菜 籽的含油量约为40％左右。通过转基因技术，培育 出来的油菜籽，可以大大地提高它的出油率。而且 油的纯度质量更好。
玉米是主要粮食之一，又可以提炼油脂，也可以 用作食品和工业的原料以及作饲料，浑身是宝。人们称 它是含金的植物。如今培育出转基因玉米，品质更好， 产量更高。
淋巴细胞ADA酶恢复至正常水平的5%-10% 维持免疫系统功能,改善病人症状
遗传缺陷病人
腺病毒 adenovirus
修正基因
插入修正基因
感染病人細胞
取出病人細胞
修正基因转入到患者体内
注射修正基因
《基因工程概念》课件
结语
基因工程对人类发展具有深远影响。我们应该提高对基因工程的认识，明确 其潜在利弊，以科学的态度看待和应用基因工程技术。
《基因工程概念》PPT课 件
基因工程是通过改变生物体的遗传物质，实现对遗传信息的人为控制和改造 的科学和技术。它是现代生物技术的重要组成部分。
什么是基因工程？
基因工程的定义：基因工程是一种利用现代生物技术手段对生物体的遗传物 质进行人为改造的科学和技术。
基因工程的目的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ通过改变生物体的基因组成，创造出具有新功能和特性的 生物体。
基因工程的应用领域：农业、医学、工业等。
基因工程的基础知识
基因的组成：由DNA分子组成，包含了生物体遗传信息的编码。 基因表达的调控：通过基因的调控机制，控制基因的表达和活性。 DNA重组技术：通过切割、重组和连接DNA分子，实现对基因的精准操作。
基因工程的技术
基因编辑技术：利用CRISPR-Cas9等工具，直接修改生物体的基因序列。 基因合成技术：合成人工基因序列，并将其插入到生物体中。 基因转移技术：将特定基因从一个生物体转移到另一个生物体中。
基因工程的应用
农业方面的应用：创建抗虫、抗病、耐旱的农作物品种，提高农作物产量和 质量。 医学方面的应用：研发基因药物、基因诊断技术，治疗遗传性疾病等。 工业方面的应用：生产工业酶、生物降解塑料等可持续发展产品。
基因工程的伦理和风险
基因工程的伦理问题：涉及对生命的操控和人类干涉生态系统等伦理道德问题。 基因工程的风险与挑战：可能导致不可预测的生态破坏、基因突变和遗传多样性丧失。 基因工程的发展前景：伦理审慎的应用下，基因工程有望为人类带来更多福祉和发展机遇。
《基因工程简介》课件
前沿的学科，将对医学、农业、环境和能源等领域带来深刻的变革和进步。了解基因工程的基本概 念、应用和挑战，是我们迎接未来科技发展的重要一步。
基因转导
将外源基因导入目标细胞，实 现基因功能的调控和表达。
基因编辑
利用CRISPR-Cas9等技术，对基 因组中的特定位置进行精确编 辑和改造。
基因工程的伦理和风险问题
1 伦理问题
基因工程涉及对生命和基因的控制，引发伦理和道德层面的反思和讨论。
2 风险问题
基因工程可能带来环境风险和基因突变等潜在问题，需要严格的安全评估和监管。
《基因工程简介》PPT课 件
基因工程是一门研究控制和改变生物基因组的学科。通过改变生物体基因组 的结构和组织，可以产生改善农作物、生产药物、治疗疾病等社会需求的生 物。
基因工程的定义
基因工程是一种重要的生物技术，利用现代分子遗传学和基因组学知识，设 计和操作基因的技术，以改变生物体的特征，实现对生命过程和物质转化的 控制。
农业生产
基因工程可以改良农作物，提高产 量和耐性，解决粮食安全和环境问 题，为农业生产带来巨大变革。
基因编辑
通过基因编辑技术，可以精确修改 和调整生物基因组，开辟了新的治 疗疾病和改良物种的途径。
基因工程的主要技术方法
基因克隆
将感兴趣的基因从一个物种转 移到另一个物种，以实现基因 的功能研究和应用。
3 社会问题
基因工程引发公众关注和争议，涉及科技发展与社会责任之间的平衡问题。
基因工程的未来发展趋势
精准医学
基因工程将深化个体基因组研究， 实现个体化治疗和预防，推动精 准医学的发展。
生物能源
基因工程技术有望提升生物能源 的生产效率，推动可再生能源的 发展和应用。
基因转导
将外源基因导入目标细胞，实 现基因功能的调控和表达。
基因编辑
利用CRISPR-Cas9等技术，对基 因组中的特定位置进行精确编 辑和改造。
基因工程的伦理和风险问题
1 伦理问题
基因工程涉及对生命和基因的控制，引发伦理和道德层面的反思和讨论。
2 风险问题
基因工程可能带来环境风险和基因突变等潜在问题，需要严格的安全评估和监管。
《基因工程简介》PPT课 件
基因工程是一门研究控制和改变生物基因组的学科。通过改变生物体基因组 的结构和组织，可以产生改善农作物、生产药物、治疗疾病等社会需求的生 物。
基因工程的定义
基因工程是一种重要的生物技术，利用现代分子遗传学和基因组学知识，设 计和操作基因的技术，以改变生物体的特征，实现对生命过程和物质转化的 控制。
农业生产
基因工程可以改良农作物，提高产 量和耐性，解决粮食安全和环境问 题，为农业生产带来巨大变革。
基因编辑
通过基因编辑技术，可以精确修改 和调整生物基因组，开辟了新的治 疗疾病和改良物种的途径。
基因工程的主要技术方法
基因克隆
将感兴趣的基因从一个物种转 移到另一个物种，以实现基因 的功能研究和应用。
3 社会问题
基因工程引发公众关注和争议，涉及科技发展与社会责任之间的平衡问题。
基因工程的未来发展趋势
精准医学
基因工程将深化个体基因组研究， 实现个体化治疗和预防，推动精 准医学的发展。
生物能源
基因工程技术有望提升生物能源 的生产效率，推动可再生能源的 发展和应用。
《基因工程简介》PPT课件
结果
基因拼接技术 或DNA重组技术 生物外
基因 DNA分子水平 剪切→拼接→导入→表达 人类所需要的产品
原 理： 基因重组
编辑ppt
5
基因工程培育抗虫棉
•苏云金芽孢杆菌→抗虫基因 →棉的细胞→抗虫棉
抗虫基因的结构有什么特点？
编辑ppt
6
（二）、基因操作的工具
1、基因剪刀——限制性内切酶（限制酶）
将外源基因送入受体细胞。
2.条件：
1)能在宿主细胞内复制并稳定地保存。
2)具有多个限制酶切点。
3)具有某些标记基因
3.种类:：
质粒、噬菌体和动植物病毒。
编辑ppt
14
质粒
• 细胞染色体外能自主复制的小型环状 DNA分子；
• 质粒是基因工程中最常用的运载体； • 最常用的质粒是大肠杆菌的质粒； • 质粒的存在对宿主细胞无影响； • 质粒的复制只能在宿主细胞内完成。
基
因
工
程
简
介
编辑ppt
1
什么是基因工程
例1: 治疗侏儒症的唯一方法，是向人体 注射生长激素。而生长激素的获得很困难。 以前，要获得生长激素，需解剖尸体，从大 脑的底部摘取垂体，并从中提取生长激素。
现可利用基因工程方法，将人的生长激 素基因导入大肠杆菌中，使其生产生长激素。 人们从 450 L大肠杆菌培养液中提取的生长 激素，相当于6万具尸体的全部产量。
能够利用半乳糖了。这表明，用基因替换的
方法治疗这种遗传病是可能的。
编辑ppt
31
基因工程与农牧业
• 基因工程在农业上的应用：
1）高产、稳产和具优良品质的品种 如“向日葵豆”植株。
2）抗逆性品种 如转基因抗虫棉。
基因拼接技术 或DNA重组技术 生物外
基因 DNA分子水平 剪切→拼接→导入→表达 人类所需要的产品
原 理： 基因重组
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5
基因工程培育抗虫棉
•苏云金芽孢杆菌→抗虫基因 →棉的细胞→抗虫棉
抗虫基因的结构有什么特点？
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6
（二）、基因操作的工具
1、基因剪刀——限制性内切酶（限制酶）
将外源基因送入受体细胞。
2.条件：
1)能在宿主细胞内复制并稳定地保存。
2)具有多个限制酶切点。
3)具有某些标记基因
3.种类:：
质粒、噬菌体和动植物病毒。
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质粒
• 细胞染色体外能自主复制的小型环状 DNA分子；
• 质粒是基因工程中最常用的运载体； • 最常用的质粒是大肠杆菌的质粒； • 质粒的存在对宿主细胞无影响； • 质粒的复制只能在宿主细胞内完成。
基
因
工
程
简
介
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1
什么是基因工程
例1: 治疗侏儒症的唯一方法，是向人体 注射生长激素。而生长激素的获得很困难。 以前，要获得生长激素，需解剖尸体，从大 脑的底部摘取垂体，并从中提取生长激素。
现可利用基因工程方法，将人的生长激 素基因导入大肠杆菌中，使其生产生长激素。 人们从 450 L大肠杆菌培养液中提取的生长 激素，相当于6万具尸体的全部产量。
能够利用半乳糖了。这表明，用基因替换的
方法治疗这种遗传病是可能的。
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基因工程与农牧业
• 基因工程在农业上的应用：
1）高产、稳产和具优良品质的品种 如“向日葵豆”植株。
2）抗逆性品种 如转基因抗虫棉。
第11章基因工程-PowerPoint演示文稿
（一） 质粒
◆质粒(plasmid)是细菌染色体外存在的一种 能够自我复制的双链闭合环状DNA分子，大 小1kb～200kb。
质粒常常带有一些特殊的基因，如致死基因，抗 抗生素的基因等等。 一般质粒都含有一个复制起始区，可独立复制。 质粒DNA复制与宿主之间的关系，可分为“严谨 型”和“松弛型”。“严谨型”质粒在每个细胞中 的拷贝数通常1~3个，而“松弛型” 通常在10个以 上，可高达200个拷贝。
◆通常是将cDNA库与核基因库配合使用， 以便既能得到基因的编码序列，又可得到基 因的调控序列。
2 筛选基因库
◆从基因库中筛选、分离基因，可据对待选 基因相关信息的了解程度，确定筛选方法和 条件。
◆常用方法是利用一段核苷酸序列(DNA， cDNA或寡核苷酸)作探针(probe)，用放射性 同位素或非放射性同位素标记探针，也可用 抗体作探针，筛选基因库。性： 只切割双链DNA分子，不切单链DNA； 每种酶有其特定的核苷酸序列识别特异性； 需要镁离子激活等。
（一）限制性内切核酸酶
★限制酶可分为3类。
Ⅰ型酶：只有EcoB和EcoK两种，具有催化限制性 切割和修饰核苷酸2种功能。 Ⅱ型酶：在遗传工程中应用最广泛。① 有特异识别 和切割的序列部位，被切割的DNA分子形成单链的断 裂；② 断裂的部位通常不是直接相对的，结果所形 成的DNA片段常具有碱基互补的单链尾巴（粘性末 端），使其能够重新连接； ③ 内切酶的切割和修饰 功能由两个不同的酶催化所完成。 Ⅲ型酶具有特异的识别位点，这种识别位点是非对 称的。
粘粒载体
与噬菌体载体和质粒载体相比具有多个优点：
具有cos位点，能高效地转化大肠杆菌，能在大肠 杆菌中实现自身环化，并能在大肠杆菌中复制； 有像质粒一样的选择标记； cosmid载体比较小，但能插入较大的外源片段，可 克隆外源片段的长度在15~45 kb之间。
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30.09.2020
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限制性内切酶的作用过程
30.09.2020
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DNA连接酶
❖ 连接酶的作用：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。
❖ 连接的部位：磷酸二酯键，不是氢键。
问题 用DNA连接酶连接两个相同的 黏性未端要连接几个磷酸二酯键？
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DNA连接酶的作用过程
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限制性内切酶
1. 分布：主要在微生物中。 2. 特点：特异性，即识别特定核苷酸序列， 切割特定切点。 3. 结果：产生黏性未端（碱基互补配对）。 4. 举 例 ： 大 肠 杆 菌 的 一 种 限 制 酶 能 识 别 GAATTC序列，并在G和A之间切开。
一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸 序列，并在特定的切割点上将DNA 分子切 断。目前已发现的限制酶有200多种。
3. 种类：质粒、噬菌体和动植物病毒。
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基因操作的基本步骤
1. 提取目的基因 2. 目的基因与运载体结合 3. 将目的基因导入受体细胞 4. 目的基因的检测和表达
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1. 提取目的基因
❖ 将需要的基因从供体生物的细胞内提取出来。
取出 DNA
用限制酶 切断DNA
基因工程的基本内容
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基因决定性状（一）
❖ 青霉菌能产生对人类有用的抗生素——青霉素
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基因决定性状（二）
❖ 豆科植物的根瘤菌能够固定空气中的氮
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基因决定性状（三）
❖ 家蚕能够吐出蚕丝为人类利用
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定向基因改造设想
设想 一
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例：用棉铃饲喂棉铃 虫，如虫吃后不出现中毒 症状，说明未摄入目的基 因或摄入目的基因未表达。 如虫吃后中毒死亡，则说 明摄入了抗虫基因并得到 表达。
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中央电教馆资源中心
30.09.2020
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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
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3. 将目的基因导入受体细胞并扩增
❖ 基因工程中常用的受体细胞 有大肠杆菌、枯草杆菌、土 壤农杆菌和动植物细胞等。
❖ 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。
设想 二
设想 三
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。
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基因工程概念
基因工程：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，然后导入受体细胞进行无性繁殖，使重组基因在受 体细胞内表达，产生出所需要的基因产物。
30.09.2020
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运载体
要让一个从甲生物细胞内取出来的基 因在乙生物体内进行表达，首先得将这个 基因送到乙生物的细胞内去。能将外源基 因送入细胞的工具就是运载体。
1. 作用：将外源基因送入受体细胞。 2. 条件：
1)能在宿主细胞内复制并稳定地保存。 2)具有多个限制酶切点。 3)具有某些标记基因
基因工程的别名 基因拼接技术或DNA重组技术
操作环境
生物体外
操作对象
基因
操作水平
DNA分子水平
基本过程
剪切→拼接→导入→表达
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结果
人类需要的基因产物
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①
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基因工程过程示意图
③
②
④
⑤ ⑥
①从细胞中分 离出DNA
②限制酶截取 DNA片断
③分离大肠杆 菌中的质粒
④ DNA重组
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目前被较广泛 提取使用的目的基 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。
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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， 在连拉酶的作用下连 接形成重组DNA分子。
❖ 目的基因可以随着受体细胞
进行快速的繁殖，在很短的
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时间内获得大量的基因。
将目的基因导 入受体细胞
将受体细胞 进行扩增
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目的基因的检测和表达
❖ 多细胞生物的检测，将每个受体细胞单独培养并诱 导发育成完整个体，检测这些个体是否摄入目的基 因，摄入的基因是否表达（是否表现出相应的性 状）。淘汰无变化的个体，保留有相应变化的个体 进一步培养、研究。
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
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基因工程操作的工具
1. 将目的基因片断从人体细胞内提取， 需要基因的剪刀——限制性内切酶。
2. 将目的基因与运载体DNA连接， 需要基因的针线——DNA连接酶。
3. 将目的基因运入大肠杆菌， 需要基因的运输工具——运载体。
30.09.2020