高三生物一轮复习课件选修基因工程文档
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作用二：利用载体在受体细胞(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）载体DNA必须有一个或多个限制酶切点，以便目
的基因插入到载体上去。
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。
质粒是一种裸露的、结构简单、独立 于细菌染色体之外，并具有自我复制能力 的双链环状DNA分子
质粒是基因工程最常用的载体。 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。
• 大肠杆菌的质粒：
最常用的质粒 是大肠杆菌的质粒， 其中常含有抗药基 因，如四环素的标 记基因。质粒的存 在与否对宿主细胞 生存没有决定性作 用，但复制只能在 宿主细胞内成。
限制酶
黏性末端和平末端
当限制酶在它识别序列的中心轴线两侧 将DNA的两条链分别切开时，产生的是黏性 末端。而当限制酶在它识别序列的中心轴线 处切开时，产生的则是平末端。
• 要想获得某个特定性状的基因必须要用限制 酶切几个切口？可产生几个黏性末端？
要切两个切口，产生四个黏性末端。
• 如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶 来切割，会怎样呢？ 会产生相同的黏性末端，然后让两者的 黏性末端黏合起来，就似乎可以合成重组的 DNA分子了。
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 切割 → 拼接 → 导入 → 表达
实质
基因重组
结果
人们需要的新的生物类型和生物产品
• 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)
获取
与运载体DNA拼接
抗虫基因
棉花细胞(含抗虫基因)
• 基因探针：
基因探针就是一段与目的基因或DNA互补 的特异核苷酸序列。它包括整个基因，或 基因的一部分；可以是DNA本身，也可以 是由之转录而来的RNA。
1）将细菌用CaCl2处理，以增大细菌细胞壁的 通透性。
2）使含有目的基因的重组质粒进入受体细胞。
3）目的基因在受体细胞内，随其繁殖而复制， 由于细菌繁殖的速度非常快，在很短的时间内就能 获得大量的目的基因。
4) 载体DNA必须是安全的,不会对受体细胞有害,或不 能进入到除受体细胞外的其他生物细胞中去;
5) 5) 载体DNA分子大小应适合,以便提取和在体外进 行操作,太大就不便操作.
3.基因进入受体细胞的运载——”分子运输车”
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：
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
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
（二）DNA重源自文库技术的基本工具
1. 限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
从基因文库中获取目的基因：
基因文库:
将含有某种生物不同基因的许多DNA片段,导入 受体菌的群体中储存,各个受体菌分别含有这种生物的 不同的基因,称为基因文库(gene library)
基因组文库:
基因文库中包含了一种生物所有的基因,这种基 因文库叫做基因组文库.
部分基因文库:
基因文库中包含了一种生物的一部分基因,这种基 因文库叫做部分基因文库.
2. DNA连接酶——“分子缝合针”
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。
• 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——载体。
• 载体的作用有哪些？
作用一：作为运输工具，将外源基因(抗虫 基因)转移到受体细胞(棉花细胞)中去。
基因工程的基本操作程序主要包括 四个基本步骤：
1）目的基因的获取 2）基因表达载体的构建 3）将目的基因导入受体细胞 4）目的基因的检测与鉴定
步骤一：目的基因的获取
目的基因主要是指编码蛋白质的结构基因, 获取目的基因是实施基因工程的第一步 。
如与生物抗逆性相关的基因、与优良品 质相关的基因、与生物药物和保健相关的基 因、与毒物降解相关的基因，以及与工业所 需用品相关的基因等。
目的基因与载体的结合过程，实际上 是不同来源的基因重组的过程。
步骤三：目的基因导入受体细胞
目的基因进入受体细胞内，并且在受体 细胞内维持稳定和表达的过程，称为转化。
什么叫显微注射技术？
用口径为1μm的DNA注射器，将大量的 目的基因片段注入到受精卵的核内，然 后把经过注射的受精卵移植到另一只雌 性动物的子宫内，使受精卵发育为转基 因动物。
利用PCR技术扩增目的基因
人工合成目的基因
如果基因比较小，核苷酸序列又 已知，也可以通过DNA合成仪用化 学方法直接合成。
步骤二：基因表达载体的构建
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）
1.将目的基因导入植物细—农杆菌转化法
2.将目的基因导入动物细胞--显微注射法
3.将目的基因导入微生物细胞
大肠杆菌细胞最常用的转化方法是:
首先用Ca2+ 处理细胞,以增大细菌细胞壁的通透性, 使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理 状态,这种细胞称为感受态细胞.
第二步是将重组表达载体DNA分子溶于缓冲液中与 感受态细胞混合,在一定的温度下促进感受态细胞吸 收DNA分子,完成转化过程.
限制酶主要是从原核微生物中分离纯化出 来的。能识别双链DNA的某种特定核苷酸序列， 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。
特点：特异性。
即一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸 序列，并且能在特定的切点上切割DNA分子。
大肠杆菌(EcoRΙ)的一种限制酶能识别 GAATTC序列，并在G和A之间切开。
步骤四：目的基因的检测与鉴定
氨苄青霉 素抗性基因
四环素 抗性基因
• DNA分子杂交原理：
作为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）载体DNA必须有一个或多个限制酶切点，以便目
的基因插入到载体上去。
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。
质粒是一种裸露的、结构简单、独立 于细菌染色体之外，并具有自我复制能力 的双链环状DNA分子
质粒是基因工程最常用的载体。 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。
• 大肠杆菌的质粒：
最常用的质粒 是大肠杆菌的质粒， 其中常含有抗药基 因，如四环素的标 记基因。质粒的存 在与否对宿主细胞 生存没有决定性作 用，但复制只能在 宿主细胞内成。
限制酶
黏性末端和平末端
当限制酶在它识别序列的中心轴线两侧 将DNA的两条链分别切开时，产生的是黏性 末端。而当限制酶在它识别序列的中心轴线 处切开时，产生的则是平末端。
• 要想获得某个特定性状的基因必须要用限制 酶切几个切口？可产生几个黏性末端？
要切两个切口，产生四个黏性末端。
• 如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶 来切割，会怎样呢？ 会产生相同的黏性末端，然后让两者的 黏性末端黏合起来，就似乎可以合成重组的 DNA分子了。
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 切割 → 拼接 → 导入 → 表达
实质
基因重组
结果
人们需要的新的生物类型和生物产品
• 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)
获取
与运载体DNA拼接
抗虫基因
棉花细胞(含抗虫基因)
• 基因探针：
基因探针就是一段与目的基因或DNA互补 的特异核苷酸序列。它包括整个基因，或 基因的一部分；可以是DNA本身，也可以 是由之转录而来的RNA。
1）将细菌用CaCl2处理，以增大细菌细胞壁的 通透性。
2）使含有目的基因的重组质粒进入受体细胞。
3）目的基因在受体细胞内，随其繁殖而复制， 由于细菌繁殖的速度非常快，在很短的时间内就能 获得大量的目的基因。
4) 载体DNA必须是安全的,不会对受体细胞有害,或不 能进入到除受体细胞外的其他生物细胞中去;
5) 5) 载体DNA分子大小应适合,以便提取和在体外进 行操作,太大就不便操作.
3.基因进入受体细胞的运载——”分子运输车”
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：
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
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
（二）DNA重源自文库技术的基本工具
1. 限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
从基因文库中获取目的基因：
基因文库:
将含有某种生物不同基因的许多DNA片段,导入 受体菌的群体中储存,各个受体菌分别含有这种生物的 不同的基因,称为基因文库(gene library)
基因组文库:
基因文库中包含了一种生物所有的基因,这种基 因文库叫做基因组文库.
部分基因文库:
基因文库中包含了一种生物的一部分基因,这种基 因文库叫做部分基因文库.
2. DNA连接酶——“分子缝合针”
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。
• 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——载体。
• 载体的作用有哪些？
作用一：作为运输工具，将外源基因(抗虫 基因)转移到受体细胞(棉花细胞)中去。
基因工程的基本操作程序主要包括 四个基本步骤：
1）目的基因的获取 2）基因表达载体的构建 3）将目的基因导入受体细胞 4）目的基因的检测与鉴定
步骤一：目的基因的获取
目的基因主要是指编码蛋白质的结构基因, 获取目的基因是实施基因工程的第一步 。
如与生物抗逆性相关的基因、与优良品 质相关的基因、与生物药物和保健相关的基 因、与毒物降解相关的基因，以及与工业所 需用品相关的基因等。
目的基因与载体的结合过程，实际上 是不同来源的基因重组的过程。
步骤三：目的基因导入受体细胞
目的基因进入受体细胞内，并且在受体 细胞内维持稳定和表达的过程，称为转化。
什么叫显微注射技术？
用口径为1μm的DNA注射器，将大量的 目的基因片段注入到受精卵的核内，然 后把经过注射的受精卵移植到另一只雌 性动物的子宫内，使受精卵发育为转基 因动物。
利用PCR技术扩增目的基因
人工合成目的基因
如果基因比较小，核苷酸序列又 已知，也可以通过DNA合成仪用化 学方法直接合成。
步骤二：基因表达载体的构建
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）
1.将目的基因导入植物细—农杆菌转化法
2.将目的基因导入动物细胞--显微注射法
3.将目的基因导入微生物细胞
大肠杆菌细胞最常用的转化方法是:
首先用Ca2+ 处理细胞,以增大细菌细胞壁的通透性, 使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理 状态,这种细胞称为感受态细胞.
第二步是将重组表达载体DNA分子溶于缓冲液中与 感受态细胞混合,在一定的温度下促进感受态细胞吸 收DNA分子,完成转化过程.
限制酶主要是从原核微生物中分离纯化出 来的。能识别双链DNA的某种特定核苷酸序列， 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。
特点：特异性。
即一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸 序列，并且能在特定的切点上切割DNA分子。
大肠杆菌(EcoRΙ)的一种限制酶能识别 GAATTC序列，并在G和A之间切开。
步骤四：目的基因的检测与鉴定
氨苄青霉 素抗性基因
四环素 抗性基因
• DNA分子杂交原理：