资源简介

(共26张PPT)
从社会中来
我国是棉花的生产和消费大国，但棉花种植中易受虫害，其中以棉铃虫最为主，这会使棉花产量减少三分之一，甚至绝收。
Bt基因
转移
杂交育种？
同种生物之间
诱变育种？
不定向
苏云金杆菌中存在一种毒蛋白基因（Bt基因），编码出的毒蛋白能杀死害虫。
苏云金杆菌
思考：如何培育出自身就能抵抗虫害的棉花呢
若使用农药不仅会提高生产成本，还会造成农产品和环境污染。
基因工程
第3章 基因工程
1944年艾弗里等人通过肺炎链球菌的转化实验，不仅证明了遗传物质是DNA，还证明了DNA可以在同种生物个体间转移。
1961年尼伦伯格和马太破译了第一个编码氨基酸的密码子。截至1966年，64个密码子均被破译成功。
1970年科学家在细菌中发现了第一个限制性核酸内切酶（简称限制酶）
1972年，伯格首先在体外进行了DNA的改造，成功构建了第一个体外重组DNA分子。
1982年，第一个基因工程药物-重组人胰岛素被批准上市。基因工程药物成为世界各国研究和投资开发的热点。
1953年沃森和克里克建立了DNA双螺旋结构模型并提出了遗传物质自我复制的假说。
1967年，科学家发现，在细菌拟核DNA之外的质粒有自我复制能力，并可以在细菌细胞间转移。
20世纪70年代初，多种限制酶、DNA连接酶和逆转录酶被相继发现。这些发现为DNA的切割、连接以及功能基因的获得创造了条件。
1973年，科学家证明了质粒可以作为基因工程的载体，构建重组DNA，导入受体细胞，使外源基因在原核细胞中成功表达，并实现了物种间的基因交流。至此，基因工程正式问世。
1985年，穆里斯等人发明PCR,为获取目的基因提供了有效手段。
基因工程的诞生和发展
基因工程是指按照人们的愿望，通过转基因等技术,赋予生物新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。从技术操作层面看，由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫做重组DNA技术。（p67）
主要在生物体外
基因（具有遗传效应的DNA片段）
DNA分子水平
创造出人类需要的新的生物类型和生物产品
基因重组(定向)
定向改造生物遗传特性；打破种间界限
别名：
操作环境：
操作对象：
操作水平：
结果：
原理：
意义：
重组DNA技术
有性生殖中的基因重组是随机的，只能在同一物种间进行；基因工程可以实现遗传物质在不同物种间进行，可以定向地改变生物的性状。
基因工程
思考： DNA双螺旋的直径只有2nm,对如此微小的分子进行如下操作
苏云金杆菌
抗虫基因
基因转入植物细胞
提取Bt基因
“分子运输车”
抗虫棉：
将体外重组DNA分子导入受体细胞
准确切割DNA分子
“分子缝合针”
将DNA片段连接起来
需要专门的“分子工具”
第1节 重组DNA技术的基本工具
（第1课时）
【问题1】为什么不同生物的DNA分子能拼接起来？(拼接的基础）
①DNA分子的基本组成单位相同，都是4种脱氧核苷酸；
②空间结构相同，都是规则的双螺旋结构。
③都遵循碱基互补配对原则。
DNA立体结构
DNA平面结构
CH2
H
OH
H
H
H
H
碱基
磷酸
5’
4’
3’
2’
1’
脱氧
核糖
【问题2】为什么一种生物的基因可以在另一种生物细胞内表达？
（表达的基础）
①基因是控制生物性状的独立遗传单位。
相同的遗传信息在不同生物体内表达出相同的蛋白质，同一蛋白质在不同细胞中的功能相同。
③生物共用一套遗传密码。
DNA
RNA
蛋白质
转录
翻译
复制
②基因的表达过程相同：中心法则。
一 限制性内切核酸酶---“分子手术刀”
1思考：科学家是去哪里寻找能够切割DNA的“分子手术刀”？
(1) 细菌面对入侵的噬菌体如何自保？
噬菌体侵染细菌的电子显微镜图片
细菌能产生一类酶，切割外源DNA、使之失效，从而保护自身
这类酶能识别双链 DNA 分子的特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的化学键断开
(2) 为什么这类酶不剪切细菌自身的DNA？
通过甲基化酶将甲基转移到所识别序列的碱基上，使限制酶不能将其切开。
通过长期的进化，细菌DNA分子中不具备这种限制酶的识别切割序列
2 来源：
主要是原核生物
3 化学本质：
蛋白质
4 种类：
数千种
（不是一种酶，而是一类酶）
5 命名：
流感嗜血杆菌的d菌株( Haemophilus influenzae d )中先后分离到3种限制酶，则分别命名为:____________________________。
HindⅠ、HindⅡ、 HindⅢ
用生物属名的头一个字母与种加词的头两个字母，组成了3个字母的略语，以此来表示这个酶是从哪种生物中分离出来的（p72）。
例如，一种限制酶是从大肠杆菌( Escherichia coli)的R型菌株分离来的，就用字母EcoR表示；如果它是从大肠杆菌R型菌株中分离出来的第一种限制酶，则进一步表示成EcoRI。
练习：粘质沙雷氏杆菌（Serratia marcesens）中分离的第一种限制酶即_______；
SmaⅠ
6 作用
5'
3'
5'
3'
T
A
G
G
T
A
T
C
C
A
磷酸二酯键
(1)对象：具有特定核苷酸序列的双链DNA分子
(2)部位：每一条链中特定部位的磷酸二酯键
(3)结果：使磷酸二酯键断开
7 限制酶的识别序列：
中轴线
限制酶识别的特定序列有何特点？
①大多数限制酶的识别序列由 组成，也有少数限制酶的识别序列由4个、8个或其他数量的核苷酸组成。
6个核苷酸
②都可以找到一条中心轴线；
③中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称、重复排列的，称为回文序列。
1.下面哪项不具有限制酶识别序列的特征（ ）
A．GAATTC B．GGGGCCCC
CTTAAG CCCCGGGG
C．CTGCAG D．CTAAATC
GACGTC GATTTAG
D
①实例1——EcoRⅠ限制酶切割
*EcoRⅠ识别序列为GAATTC
*EcoRⅠ切割部位为GA之间的磷酸二酯键
黏性末端
黏性末端
②实例2——SmaⅠ限制酶切割
*SmaⅠ识别序列为CCCGGG
*SmaⅠ切割部位为CG之间的磷酸二酯键
平末端
DNA两条单链的切口处，伸出几个核苷酸，刚好能互补配对，这样的切口叫黏性末端。
切口处是平整的，这样的切口叫平末端。
8 切割结果：
一些常用的限制酶识别序列与切割产生的末端类型
1.写出下列限制酶切割形成的末端序列
BamHⅠ EcoRⅠ__________________________
Hind Ⅲ Bgl Ⅱ _________________________
-G
-CCTAG
-G
-CTTAA
-A
-TTCGA
-A
-TCTAG
or
GATCC-
G-
or
AATTC-
G-
or
AGCTT-
A-
or
GATCT-
A-
1、同种限制酶切割产生的黏性末端是否相同？
2、不同限制酶切割产生的黏性末端是否一定不同？
相同。
可能相同
酶具有专一性，识别的序列相同
（比如BamHⅠ、BglⅡ）
同尾酶：识别的靶序列不同，但是酶切后形成的黏性末端相同
2. 请判断：以下黏性末端是由 种限制酶作用产生的。
3
可断开2个磷酸二酯键；
产生2个游离的磷酸基团；
产生2个黏性末端；
消耗2分子水。
3 请结合图示，推断限制酶切割一次可断开几个磷酸二酯键？产生多少个游离的磷酸基团？产生几个黏性末端？消耗几分子水？
T T A A
G
C
T T A A
C
G
A A T T
G
C
限制酶的识别位点沿中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称、重复排列的，称为回文序列。
--ATGCATGCAT……CCAGAATTCCCA ……TCCCTAAGAATTC CCATCCCAGATG …… CATGCATCCATGC---
--TACGTACGTA……GGTCTTAAGGGT……AGGGATTCTTAAGGGTAGGGTCTAC …… GTACGTAGGTACG---
Bt蛋白基因
3’
5’
5’
3’
苏云金杆菌DNA片段中的部分基因
3’
5’
5’
3’
3’
5’
5’
3’
Bt蛋白基因
5’
3’
3’
5’
EcoRⅠ识别 5'-GAATTC-3' 序列，并在G与A之间切割。
苏云金芽孢杆菌DNA片段中的部分基因
(2) 怎样才能将Bt蛋白基因送入棉花细胞呢？
思考(1) 能否直接将游离的Bt蛋白基因送入棉花细胞？
游离的DNA片段(基因)进入受体细胞，一般会直接被分解，就算可以进行转录并翻译成蛋白质，游离的DNA片段(基因)也无法随着细胞分裂而进行复制，导致子代细胞中不再含有该基因。
Bt蛋白基因
5’
3’
3’
5’
二 基因进入受体细胞的载体----分子运输车
将外源基因和一个小型的结构完整的DNA分子连接
将外源基因送入受体细胞，使外源基因在受体细胞中稳定存在并复制
1作用：
条件①：具有一个或多个限制酶切割位点，
条件②：能在受体细胞中进行自我复制，或整合到受体DNA上，随受体DNA同步复制(使外源基因在受体细胞中稳定存在并复制，以扩增外源基因的数量)
条件③：具有标记基因，便于重组DNA分子的筛选。
条件④：对受体细胞无害。
问题3:我们用肉眼看不到载体是否进入受体细胞，为了便于筛选重组DNA分子，载体需要具备什么条件？
问题2:要使携带的外源基因在受体细胞中稳定存在，载体需要具备什么条件？
问题1:载体要与外源基因连接，需要具备什么条件？
供外源基因插入其中
如四环素抗性基因、氨苄青霉素抗性基因、荧光蛋白基因等
载体需要具备什么条件
条件①：具有一个或多个限制酶切割位点，
条件②：能在受体细胞中进行自我复制，或整合到受体DNA上，随受体DNA同步复制(使外源基因在受体细胞中稳定存在并复制)
条件③：具有标记基因，便于重组DNA分子的筛选。
条件④：对受体细胞无害。
2 载体需具备的条件：
供外源基因插入其中
3最常用的载体——质粒：
质粒DNA分子质量一般为拟核DNA的0.5%~3%
(1)分布：真核细胞细胞质，原核细胞细胞质
(2)结构：裸露的、结构简单的环状双链DNA分子
(3)特点：具有一个至多个限制酶切割位点，
具有自我复制能力，
有的具有一些抗生素抗性基因
(4)用作载体的质粒，都是在天然质粒的基础
上进行过人工改造的
在基因工程中使用的载体包括 等。
质粒、噬菌体和动植物病毒
种类 用途 不同点
质粒、噬菌体
植物病毒 动物病毒 将外源基因导入各种受体细胞
将外源基因导入植物细胞
将外源基因导入动物细胞
它们来源不同，在大小、结构、复制方式以及可以插入外源DNA片段的大小也有很大差别
动物病毒
噬菌体
4 种类：
5 标记基因的筛选原理
导入
受体细胞
培养
加入氨苄青霉素
①导入重组质粒的受体细胞存活并繁殖
②导入普通载体的受体细胞存活并繁殖
含有氨苄青霉素抗性基因载体（如质粒）
重组DNA导入受体细胞不是100%，而且导入率较低
存活并繁殖的受体细胞中一定成功导入目的基因了吗？
无法存活
存活；白色
存活；蓝色
如何提高筛选的准确性？
LacZ 基因表达产生的β-半乳糖甘酶能够分解 X-gal 产生蓝色物质，从而使菌落呈蓝色；否则菌落呈白色。
请分析下列3种大肠杆菌在含 X-gal 和青霉素的固体培养基上的存活情况及菌落颜色。
(X-gal是β-半乳糖苷酶的显色底物)

展开更多......

收起↑