高中生物选修三 专题一-基因工程

将含有某种生物不同基因的许多片段，导入受体菌的 群体中储存，各个受体菌包含了某种生物所有的菌包含了一种生物部分基
转基因 动物
发 雌性动物输卵 育 管或子宫
含目的基因 的受精卵
分分 化裂
移 早期 植 胚胎
3.导入微生物细胞 (Ca2+ 处理法) (1)过程
制备感受态细胞：用Ca2+（CaCl2）处理细菌，使细 菌易于接受外源DNA分子。 重组DNA分子与感受态细胞混合孵育，完成转化。
(2)常用受体细胞
抗虫基因 含knar质粒
A 构建
重组质粒
导入
土壤农杆菌 B 培养选择
含重组质粒 土壤农杆菌
侵染
转基因 抗虫植株
D 检测
再生植株
分化
愈伤组织
C 离体棉花 诱导选择叶片组织
（5）科学家发现转基因植株的卡那霉素抗性基因的传递符合孟德尔 遗传规律。
①将转基因植株与____非__转__基__因__植__株__________杂交，其后代中抗卡那 霉素型与卡那霉素敏感型的数量比为1：1。
提取受体生 适当限制 物全部DNA 酶切割
许多 DNA片段
用同位素标记的 显 出 目的基因片段杂交 杂交带
（表明目的基因已插入）
1.分子水平（分子杂交技术） (2) 检测目的基因是否转录出了mRNA
提取受体生 物的mRNA
用同位素标记的 目的基因片段杂交
显出 杂交带
（表明目的基因已转录出了mRNA）
测得或核苷酸序列已知时，可采用此种方法。
蛋白质的氨 推
mRAN
推 基因DNA的 合
基酸顺序 测 核苷酸序列 测 核苷酸序列 成
目的 基因
DNA合成仪
（二）基因表达载体的构建
用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，在连接酶的作用下 连接形成重组DNA分子，即基因表达载体。
• DNA分子上具有多个限制 酶切割位点；
• 能在宿主细胞中进行自我 复制；
• DNA分子上具有特殊的标 记基因；
• 对宿主细胞无影响。
二、基因工程的基本操作程序
第一步 第二步 第三步 第四步
获取目的基因 构建表达载体 导入受体细胞 目的基因检测与鉴定
（一）目的基因的获取1.从基因中获取目的基因（3）C过程的培养基除含有必要营养物质、琼脂和激素外，还必须加 入__卡__那__霉__素________。
（4）如果利用DNA分子杂交原理对再生植株进行检测，D过程应该用 放射__性__同__位__素__（__或__荧__光_分__子__）__标___记__后__的__抗_虫___基__因_____作为探针。
（二）基因表达载体的构建
质粒
重组DNA 限制酶
目的基因
DNA连接酶
（二）基因表达载体的构建
1.构建目的 使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可遗传给下
一代，同时，使目的基因能够表达和发挥作用。 2.构建零件及其作用
（1）目的基因 （2）启动子 RNA聚合酶识别 和结合的一段特殊结构的DNA 片段，位于基因的首端，RNA 聚合酶与之结合才能驱动基因 转录出mRNA，进而获得需要的 蛋白质。
折叠 三维结构
预期功能 生物功能
抗病转基因植物 抗逆转基因植物
抗病毒（细菌、真菌）转基因植物， 如 抗病毒转基因小麦、 抗病毒转基因烟草等
如 转鱼抗冻蛋白基因番茄、 转基因抗除草剂玉米
改良植物品质
如 富含赖氨酸的转基因玉米、 转基因延熟番茄
三、基因工程的应用
（二）动物基因工程
提高动物生长速度 如 转生长激素基因鲤鱼
改善畜产品的品质 如 低乳糖转基因牛（转肠乳糖 酶基因）
专题一 基因工程
基因工程是指按照人们的意愿，进行严格的设计， 并通过体外DNA重组和转基因等技术，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。由于基因工程是在DNA分子 水平上进行设计和施工的，因此又叫做DNA重组技 术。
一、DNA重组技术的基本工具
（一）限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
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。
导入受体细胞的方法主要是借鉴细菌或病毒侵染细 胞的途径，且因受体细胞的不同而不同。
1.导入植物细胞 （1）农杆菌转化法
（2）其他方法 基因枪法 花粉管通道法
2.导入动物细胞 (显微注射技术)
含目的基因 显微 的表达载体 注射
大肠杆菌（E.coli）
繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少、操作 简单、价格低廉。
（四）目的基因的检测与鉴定
目的基因是否真正插入受体细胞的DNA中，是否能 够在受体细胞中稳定遗传和正确表达，只有通过检测、 鉴定才能得知。
常用的检测手段主要从分子水平和个体水平进行。
1.分子水平（分子杂交技术）
（1）检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因
生产药物
如 乳腺生物反应器
做器官移植供体
利用基因工程改造供体器官，抑制或去 除供体器官抗原决定基因的表达，获得 没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官
三、基因工程的应用
（三）基因工程药物
利用基因工程技术，通过微生物生产蛋白质类药品。 生长激素 干扰素 胰岛素
三、基因工程的应用
（四）基因治疗
高温变性(DNA解旋) （90~95℃）
低温退火(引物结合) （55~60℃）
多次 重复
中温延伸(互补链合成) （70~75℃）
3.特点：指数形式扩增
双链DNA是在高温条件下解链为单链DNA的，因此整个 过程不需要解旋酶。
3.通过DNA合成仪直接合成目的基因 当基因比较小、蛋白质的氨基酸序列可以
1.分布：主要从原核生物中分离纯化出来
2.特点：特异性，即能够识别双 链DNA分子的某种特定核苷 酸序列，并且切割每一条链 中特定部位的两个核苷酸之 间的磷酸二酯键，使之断开。
3. 结果：在识别序列中轴线两侧切割，产生粘性末端；
在识别序列中轴线处切割，产生平末端。
↓︰
EcoRⅠ
G A A︰ T T C
3.连接酶的类型（按来源分类）
(1) E.coli DNA连接酶： 只能连接双链DNA片段互补
(来源于大肠杆菌) 的粘性末端
(2) T4 DNA连接酶： 既可以连接双链DNA片段 互补的 （来源于T4噬菌体） 粘性末端，又可以“缝合”双链
DNA片段的平末端
（三）基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”
SCID的基因工程治疗
四、蛋白质工程
以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作 为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行 改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类对生产和生 活的需求。
四、蛋白质工程
（一）原理
中心法则的逆推
（二）过程
基因 DNA
DNA合成
分子设计
氨基酸序列
蛋白质
转录 物
用适当
许多
全部DNA 限制酶切割 DNA片段
与载体录酶 核酸酶H DNA聚合酶
与载体连接 该生物 导入受体菌群 cDNAmRNA 杂交双链 单链DNA
3.在培育转基因植物的研究中，卡那霉素抗性基因（kanr） 常作为标记基因，只有含卡那霉素抗性基因的细胞才能在卡 那霉素培养基上生长。下图为获得抗虫棉的技术流程。
抗虫基因 含kan质粒
A 重组质粒
构建
导入 土壤农杆菌
B 含重组质粒 培养选择 土壤农杆菌
侵染
转基因 抗虫植株
D 检测
再生植株
分化
愈伤组织
C 离体棉花 诱导选择叶片组织
请据图回答： （1）A过程需要的酶有___限__制__性__内__切__酶__和__D_N_A_连__接__酶_____________。
（2）B过程及其结果体现了质粒作为运载体必须具备的两个条件是 具有__标__记__基__因__；__能__在__宿__主__细__胞__内__复__制__并__稳__定__保__存____________。
基因治疗就是将正常基因导入病人体内，使该 基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目 的。基因治疗是治疗遗传病最有效的手段。
（四）基因治疗
体外基因治疗 从病人体内获得某种细胞，进行培养，在体外完
成基因转移，筛选成功转移的细胞扩增培养，再重新 输入患者体内的治疗方法。
体内基因治疗 直接向人体组织细胞中转移基因的治病方法。
GA A T T C C T T A AG
（二）DNA连接酶——“分子缝合针”
G CTTAA
AATTC G
（二）DNA连接酶——“分子缝合针”
1.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
磷酸二酯键
GA A T T C C T T A AG
磷酸二酯键
2.连接酶的部位： 磷酸二酯键，不是氢键
检测DNA利用的是DNA与DNA杂交，检测 mRNA利用的是DNA与mRNA杂交。
1.分子水平（分子杂交技术）
（3）检测目的基因是否翻译出蛋白质 （抗原—抗体杂交技术）
提取受体生 与相应抗体杂交 显 出
物的蛋白质
杂交带
（表明目的基因已形成蛋白质产品）
2.个体水平
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。
双链DNA
2.利用PCR技术扩增目的基因 (1) 原理 PCR是聚合酶链式反应（polymerase chain reaction）,它是利用DNA 双链复制的原理，将基 因的核苷酸序列不断的加以复制，使其数量呈指 数方式增加。因为整个过程是在体外进行，所以 又叫做体外DNA扩增技术。