基因工程PPT教学.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2021/2/28,*,2021/2/28,1,2,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,2021/2/28,2,1,、概念：又叫做基因拼接技术或,DNA,重组技术。通俗的说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。,原 理：,表达水平：,过程：,基因重组,DNA,分子水平,1,、定向改造某些性状,2,、克服远缘杂交,意义：,2021/2/28,3,原核细胞的基因结构,非编码区,非编码区,编码区,编码区上游,编码区下游,RNA,聚合酶结合位点,启动子,终止子,终止子：位于基因的尾端的一段特殊的,DNA,片断，它能阻碍,RNA,聚合酶的移动，并使其从,DNA,模板链上脱离下来，使转录终止。,RNA,聚合酶,:,能够识别启动子上的结合位点并与其结合的一种蛋白质,.(,以模板转录然后脱落,),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。,2021/2/28,4,不能转录为信使,RNA,，不能,编码蛋白质。,：能转录相应的信使,RNA,，能,编码蛋白质,编码区,非编码区,原核细胞的 基因结构,在遗传信息的表达过程中起着调控作用,非编码区,非编码区,编码区,编码区上游,编码区下游,启动子,终止子,2021/2/28,5,编码区,非编码区,非编码区,RNA,聚合酶,结合位点,内含子,外显子,能够编码蛋白质的序列叫做外显子,不能够编码蛋白质的序列叫做内含子（但能转录为,mRNA,，转录后剪切掉）,启动子,终止子,编码区上游,编码区下游,内含子：,外显子：,真核细胞的基因结构,2021/2/28,6,真核细胞的 基因结构,编码区,非编码区,外显子：能编码蛋白质的序列,内含子：不能编码蛋白质的序列,：在遗传信息的表达过程中起着调控作用,2021/2/28,7,原核细胞,真核细胞,不同点,相同点,原核细胞与真核细胞基因结构比较：,非编码区,非编码区,编码区,都由能够编码蛋白质的编码区和具有调控作用的非编码区组成,编码区是连续的,编码区是间隔的，不连续的,外显子,内含子,启动子,终止子,2021/2/28,8,（,1,）,20,世纪,40,年代，,Avery,通过 肺炎双球菌体外转化实验，确定了生物遗传物质的化学本质是,DNA;,（,2,）,19,世纪,50,年代,James D.,Watson,和,Francis H.C.,Crick,揭示了,DNA,分子的双螺旋结构和半保留复制机制，解决了基因的自我复制和传递的问题。,2.,基因工程的三大理论基础,2021/2/28,9,(3)1958,年,Crick,又提出了遗传信息传递的,“,中心法则,”,;,1964,年,Marshall Nirenberg,和,Gobind Khorana,等破译了,64,个遗传密码，,从而阐明了遗传信息的流向和表达问题,2021/2/28,10,1,基因拼接,(1)DNA,的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸。,(2),双链,DNA,分子的空间结构都是规则的双螺旋结构。碱基互补配对原则,基因工程诞生的理论基础,2021/2/28,11,2,外源基因在受体内表达,(1),基因是控制生物性状的独立遗传单位。,(2),遗传信息的传递都遵循中心法则阐述的信息流动方向。,(3),生物界共用一套遗传密码。,2021/2/28,12,二、基因工程操作的工具,1.,基因的,“,剪刀,”,限制性核酸内切酶（限制酶）,一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割,DNA,分子。,专一性,如,:EcoRI,限制酶,2021/2/28,13,被同一种限制酶切断的几个,DNA,是否具有相同的黏性末端？,思考,:,2021/2/28,14,GAATTCCGTAGAATTCGGATT,尝试写出下列序列受,EcoRI,限制酶作用后的黏性末端,CTTCATGAATTCCCTAA,GAAGTACTTAAGGGATT,CTTAAGGCATCTTAAGCCTAA,CTTCATG AATTCCCTAA,GAAGTACTTAA GGGATT,练一练,GGCATCTTAA,AATTCCGTAG,2021/2/28,15,、基因的针线,DNA,连接酶,连接酶的作用是：将互补配对的两个黏性末端连接起来（磷酸二脂键），使之成为一个完整的,DNA,分子。,2021/2/28,16,基因的针线：,DNA,连接酶,G,A A,T T,C,C,T T,A A,G,G,A A,T T,C,C,T T,A A,G,G,C,T T,A A,A A,T T,C,G,G,C,T T,A A,A A,T T,C,G,G,C,T T,A A,A A,T T,C,G,用同种限制酶切割,2021/2/28,17,3,、基因的运输工具,运载体,常用的运载体：质粒、噬菌体和动植物病毒等,标记基因，便于进行检测。,质粒存在于许多细菌和酵母菌等生物中,是细胞染色体外能够自主复制的很小的环状,DNA,分子。,2021/2/28,18,三、基因工程的基本操作程序,目的基因的获取,基因表达载体的构建,将目的基因的导入受体细胞,操作过程,目的基因的检测与表达产物的测定,2021/2/28,19,（一）目的基因的获取,1,、什么是目的基因？,请举出三个以上的例子,2,、获取目的基因的常用方法有哪些,?,（,1,）直接从供体细胞中分离基因（鸟枪法）,（,2,）,人工合成法,目前被广泛提取使用的目的基因有：苏云金杆菌抗虫基因、植物抗病基因,（抗病毒、抗细菌,),、,人胰岛素基因等。,2021/2/28,20,a,、,DNA,变性（,90-95,）：双链,DNA,模板,在热作用下，,_,断裂，形成,_,b,、退火（,复性,55-60,）：系统温度降低，引 物与,DNA,模板结合，形成局部,_,。,c,、延伸（,70-75,）：在,Taq,酶的作用下，从,引物的,5,端,3,端延伸，合成与模板互补,的,_,。,氢键,单链,DNA,双链,DNA,链,PCR,技术扩增目的基因,2021/2/28,21,反转录法：,以目的基因转录成的信使,RNA,为模板，反转录成互补的单链,DNA,，然后在酶的作用下合成双链,DNA,，从而获得所需的基因。,目的基因的,mRNA,杂交双链,(,单链,RNA/,单链,DNA),单链,DNA,反转录酶,DNA,聚合酶,双链,DNA,(,目的基因,),2021/2/28,22,1.,用一定的,_,切割,质粒，使其出现一个切,口，露出,_,。,2.,用,_,切断目,的基因，使其产生,_,_,。,核心,3.,将切下的目的基因片段插入质粒的,_,处，,再加入适量,_,，形成了一个重组,DNA,分子（重组质粒）,限制酶,黏性末端,同一种限制酶,的黏性末端,切口,DNA,连接酶,相同,(,二,),基因表达载体的构建,2021/2/28,23,方法,将目的基因导入,植物细胞,将目的基因导入,动物细胞,将目的基因导入,微生物细胞,农杆菌介导的遗传转化法,基因枪法,花粉管通道法,显微注射法,感受态细胞,吸收,DNA,分子,(,氯化钙法,),（三）将目的基因导入受体细胞,2021/2/28,24,(,四,),目的基因的检测与鉴定,检查是否成功,检测,形态检测,分子检测,2021/2/28,25,GACATAGCTACA,非目的基因片段,CTGTATCGATGT,GTACAGCGTA,基因探针,2021/2/28,26,GTACAGCGTA,GACATAGCTACA,非目的基因片段,CTGTATCGATGT,基因探针,2021/2/28,27,GTACAGCGTA,TACGTCATGTCGCATGCTAG,目的基因片段,ATGCAGTACAGCGTACGATC,基因探针,2021/2/28,28,TACGTCATGTCGCATGCTAG,目的基因片段,ATGCAGTACAGCGTACGATC,GTACAGCGTA,基因探针,2021/2/28,29,目的基因插入,Ti,质粒的,T-DNA,上 农杆菌,导入植物细胞 整合到受体细胞的染色体上,目的基因的遗传特性得以维持稳定和表达,1.,农杆菌特点：易感染双子叶植物和裸子植物。,Ti,质粒的,T-DNA,可转移至受体细胞的染色体上,2.,转化,2021/2/28,30,花粉管通道法,2021/2/28,31,2.,微生物作受体细胞原因：,将目的基因导入微生物细胞,3.,转化方法：,大肠杆菌,繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对少,处理细胞,细胞表达载体与感受态细胞混合,_,细胞吸收,DNA,分子。,Ca2+,感受态,感受态,1.,常用菌：,2021/2/28,32,2021/2/28,33,基因工程的应用,2021/2/28,34,一,、植物基因工程硕果累累,植物基因工程主要用于提高农作物的抗性、抗逆能力,以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面,克服了远缘杂交的障碍。,1,、抗虫转基因植物,2,、抗病转基因植物,3,、抗逆转基因植物,4,、利用转基因改良植物的品质,5、生产药物,2021/2/28,35,典型例子：转基因抗虫棉,Bt,毒蛋白基因,抗虫的基因来自苏云金杆菌。,2021/2/28,36,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,2021/2/28,37,3.,抗逆转基因植物,2021/2/28,38,4.,利用转基因改良植物的品质,2021/2/28,39,富含赖氨酸的转基因玉米,不会引起过敏的转基因大豆,转入荧光素酶蛋白基因的发荧光烟草,蓝色妖姬,2021/2/28,40,2021/2/28,41,二、动物基因工程前景广阔,1,、提高生长速度,2,、改善畜产品的品质,3,、生产药物,2021/2/28,42,1.,用于提高动物生长速度,原因：外源生长激素基因的表达可以使,转基因动物生长更快,转基因鲤鱼,超级小鼠,2021/2/28,43,3.,用转基因动物生产药物（重点）,优点：,产量高、质量好、,成本低、易提取,乳腺生物反应器,2021/2/28,44,过程：,1,、重组药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子,2,、用显微注射法导入到受精卵,3,、将受精卵送入母体生长发育,4,、转基因动物进入泌乳期后，提取乳汁,2021/2/28,45,在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、干扰素直接生物体的哪些结构中提取？,药品直接从生物的,组织,、,细胞,或,血液,中提取。,传统生产方法的缺点,由于受原料来源的限制，,价格,十分,昂贵,。,可利用什么方法来解决上述问题？,利用,基因工程,方法,高效率,地生产出各种,高质量,、,低成本,的药品。,三、基因工程药物异军突起,2021/2/28,46,基因工程药品,胰岛素（糖尿病）,基因工程药品,干扰素（抗病毒）,基因工程药品,乙肝病毒疫苗（免疫预防）,2021/2/28,47,四、基因治疗曙光初照,初期临床阶段,基因诊断：,检测致病基因或疾病相关基因的改变，或患者体内病原体所特有的核苷酸序列，以此作为疾病诊断的指标。,基因治疗：,把正常的外源基因导入有基因缺陷的某些功能细胞中，使该基因的表达产物发挥功能，达到治疗疾病的目的。,DNA,探针、,DNA,分子杂交技术,2021/2/28,48,基因治疗,体外基因治疗,先从病人体内获得某种细胞，然后在体外完成基因转移，再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内。,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。,eg:,腺苷酸脱氨酶基因的转移,2021/2/28,49,