基因工程基本内容.ppt
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DNA合成仪 PCR扩增仪
2019/12/22
1. 逆转录法：以信使RNA为模 板，在逆转录酶的作用下将 脱氧核苷酸合成合成DNA(基 因)。
2. 直接合成法：根据蛋白质的 氨基酸顺序推算出信使RNA 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。
19
基因工程的基本内容
2019/12/22
1
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
2019/12/22
2
基因决定性状（二）
豆科植物的根瘤菌能够固定空气中的氮
2019/12/22
3
基因决定性状（三）
家蚕能够吐出蚕丝为人类利用
2019/12/22
4
定向基因改造设想
设想 能否让禾本科的植物也能够固定空气中
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。
处理：
导入途径：
目的基因可以随着受体细胞 进行快速的繁殖，在很短的 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
2019/12/22
21
目的基因的检测和表达（一）
前三步的处理十分繁锁，为保证目的基因得到有效 利用，通常用大量的受体细胞来接受不多的目的基因。 这样，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。
④ DNA重组
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
24
几 种 限 制 性 内 切 酶
2019/12/22
25
DNA连接酶的作用过程
2019/12/22
返回 26
DNA连接酶的作用原理
2019/12/22
返回 27
质粒
2019/12/22
返回
28
目的基因与质粒的连接
取 出DNA
用限制酶切断 DNA，获得基因
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。
2019/12/22
17
提取目的基因的方法（一）
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
问题
2019/12/22
要想将某个特定基因与质粒相连，需
要几种限制性内切酶和几种DNA连接
酶处理？
15
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
2019/12/22
16
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。
一
的氮？
设想 能否让细菌“吐出”蚕丝？
二
设想 能否让微生物产生出人的胰岛素、
三
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。
2019/12/22
5
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。
3. 将目的基因运入受体细胞， 需要基因的运输工具——运载体。
2019/12/22
7
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。
连接的部位：
五碳糖和磷酸之间的键（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？
2019/12/22
11
DNA连接酶的作用过程
2019/12/22
12
DNA连接酶的作用过程
2019/12/22
返回 13
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
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，在连接酶的作用 下连接形成重组DNA分 子（重组质粒）。
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
wk.baidu.com
2019/12/22
20
将目的基因导入受体细胞并扩增
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 3. 种类：质粒、病毒（噬菌体和动植物病毒）。
2019/12/22
14
质粒的特点
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； 存在于许多细菌及酵母菌等生物中； 它的存在一般对宿主细胞无决定性作用（无影响）； 质粒的复制只能在宿主细胞内完成。
基因工程的别名 操作环境 操作对象 操作水平 基本过程 结果
2019/12/22
基因拼接技术或DNA重组技术 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
6
基因工程操作的工具
1. 将目的基因片断从供体细胞内提取， 需要基因的剪刀——限制性内切酶。
2. 将目的基因与受体DNA连接， 需要基因的针线——DNA连接酶。
2019/12/22
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。
23
基因工程过程示意图
① ②
③ ④
2019/12/22
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
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 用限制酶
就算成功了。
切成许多 片断
该法最大的缺点是带有很大的
盲目性，工作量大，成功率低。真
核细胞含有不表达片断，不能将真
核生物的基因转移到原核生物中去。
2019/12/22
18
提取目的基因的方法（二）
人工基因合成法
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。
2019/12/22
8
限制性内切酶的作用过程
2019/12/22
9
2019/12/22
10
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。
无表达产物
无表达产物
有表达产物
无表达产物
细菌的检测，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。
2019/12/22
22
目的基因的检测和表达（二）
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。
2019/12/22
1. 逆转录法：以信使RNA为模 板，在逆转录酶的作用下将 脱氧核苷酸合成合成DNA(基 因)。
2. 直接合成法：根据蛋白质的 氨基酸顺序推算出信使RNA 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。
19
基因工程的基本内容
2019/12/22
1
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
2019/12/22
2
基因决定性状（二）
豆科植物的根瘤菌能够固定空气中的氮
2019/12/22
3
基因决定性状（三）
家蚕能够吐出蚕丝为人类利用
2019/12/22
4
定向基因改造设想
设想 能否让禾本科的植物也能够固定空气中
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。
处理：
导入途径：
目的基因可以随着受体细胞 进行快速的繁殖，在很短的 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
2019/12/22
21
目的基因的检测和表达（一）
前三步的处理十分繁锁，为保证目的基因得到有效 利用，通常用大量的受体细胞来接受不多的目的基因。 这样，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。
④ DNA重组
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
24
几 种 限 制 性 内 切 酶
2019/12/22
25
DNA连接酶的作用过程
2019/12/22
返回 26
DNA连接酶的作用原理
2019/12/22
返回 27
质粒
2019/12/22
返回
28
目的基因与质粒的连接
取 出DNA
用限制酶切断 DNA，获得基因
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。
2019/12/22
17
提取目的基因的方法（一）
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
问题
2019/12/22
要想将某个特定基因与质粒相连，需
要几种限制性内切酶和几种DNA连接
酶处理？
15
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
2019/12/22
16
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。
一
的氮？
设想 能否让细菌“吐出”蚕丝？
二
设想 能否让微生物产生出人的胰岛素、
三
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。
2019/12/22
5
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。
3. 将目的基因运入受体细胞， 需要基因的运输工具——运载体。
2019/12/22
7
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。
连接的部位：
五碳糖和磷酸之间的键（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？
2019/12/22
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DNA连接酶的作用过程
2019/12/22
12
DNA连接酶的作用过程
2019/12/22
返回 13
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
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，在连接酶的作用 下连接形成重组DNA分 子（重组质粒）。
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
wk.baidu.com
2019/12/22
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将目的基因导入受体细胞并扩增
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 3. 种类：质粒、病毒（噬菌体和动植物病毒）。
2019/12/22
14
质粒的特点
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； 存在于许多细菌及酵母菌等生物中； 它的存在一般对宿主细胞无决定性作用（无影响）； 质粒的复制只能在宿主细胞内完成。
基因工程的别名 操作环境 操作对象 操作水平 基本过程 结果
2019/12/22
基因拼接技术或DNA重组技术 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
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基因工程操作的工具
1. 将目的基因片断从供体细胞内提取， 需要基因的剪刀——限制性内切酶。
2. 将目的基因与受体DNA连接， 需要基因的针线——DNA连接酶。
2019/12/22
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。
23
基因工程过程示意图
① ②
③ ④
2019/12/22
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
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 用限制酶
就算成功了。
切成许多 片断
该法最大的缺点是带有很大的
盲目性，工作量大，成功率低。真
核细胞含有不表达片断，不能将真
核生物的基因转移到原核生物中去。
2019/12/22
18
提取目的基因的方法（二）
人工基因合成法
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。
2019/12/22
8
限制性内切酶的作用过程
2019/12/22
9
2019/12/22
10
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。
无表达产物
无表达产物
有表达产物
无表达产物
细菌的检测，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。
2019/12/22
22
目的基因的检测和表达（二）
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。