1、DNA重組技術(shù)的基本工具,基因工程的概念,基因工程是指按照人們的愿望，進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)，通過體外DNA重組和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，賦予生物以新的遺傳特性，創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。,抗蟲害的玉米,轉(zhuǎn)基因鮭魚,基因工程產(chǎn)品,轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的甜椒,乳汁中含有人生長(zhǎng)激素的轉(zhuǎn)基因牛(阿根廷),基礎(chǔ)理論和技術(shù)的發(fā)展催生了基因工程,DNA是遺傳物質(zhì)的證明 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)和中心法則的確立 遺傳密碼的破譯 基因轉(zhuǎn)移載體的發(fā)現(xiàn) 工具酶的發(fā)明 DNA合成和測(cè)序技術(shù)的發(fā)明 DNA體外重組的實(shí)現(xiàn) 重組DNA表達(dá)實(shí)驗(yàn)的成功 第一例轉(zhuǎn)基因動(dòng)物問世 PCR技術(shù)的發(fā)明,DNA重組技術(shù)的基本工具,限制性核酸內(nèi)切

2、酶“分子手術(shù)刀” DNA連接酶“分子縫合針” 基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體“分子運(yùn)輸車”,限制性核酸內(nèi)切酶“分子手術(shù)刀”,分布：主要在原核生物中 作用特點(diǎn)：特異性，即識(shí)別特定核苷酸序列，切割特定切點(diǎn) 切點(diǎn)：磷酸二酯鍵 舉例：EcoRI限制酶能識(shí)別GAATTC序列，并在G和A之間切開,限制性內(nèi)切酶,限制酶,黏性末端和平末端,限制酶所識(shí)別的序列有什么特點(diǎn),限制酶所識(shí)別的序列，無論是6個(gè)堿基還是4個(gè)堿基，都可以找到一條中心軸線，中軸線兩側(cè)的雙鏈DNA上的堿基是反向?qū)ΨQ重復(fù)排列的。,限制酶在原核生物中的作用,原核生物容易受到自然界外源DNA的入侵，但是，生物在長(zhǎng)期的進(jìn)化過程中形成了一套完善的防御機(jī)制，以防止

3、外來病原物的侵害。限制酶就是細(xì)菌的一種防御性工具，當(dāng)外源DNA侵入時(shí)，會(huì)利用限制酶將外源DNA切割掉，以保證自身的安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切割外源DNA、使之失效，從而達(dá)到保護(hù)自身的目的。 含有某種限制酶的細(xì)胞，其DNA分子中或者不具備這種限制酶的識(shí)別切割序列，或者通過甲基化酶將甲基轉(zhuǎn)移到所識(shí)別序列的堿基上，使限制酶不能將其切開。,DNA連接酶“分子縫合針”,連接酶有兩種：一種是從大腸桿菌中分離得到的，稱之為Ecoli連接酶。另一種是從T4噬菌體中分離得到，稱為T4連接酶。 這兩種連接酶催化反應(yīng)基本相同，都是連接雙鏈DNA的缺口，而不能連接單鏈DNA。 Ecoli連接酶只能連接黏

4、性末端； T4連接酶既可“縫合”黏性末端，又可“縫合”平末端。,DNA連接酶“分子縫合針”,DNA連接酶與DNA聚合酶一樣嗎？為什么？,基因的載體“分子運(yùn)輸車”,載體必須具備的條件： 1、能夠在宿主細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定地保存； 2、具有多個(gè)限制酶切點(diǎn)，以便與外源基因連接； 3、具有某些標(biāo)記基因，便于進(jìn)行篩選。（如抗菌素的抗性基因、產(chǎn)物具有顏色反應(yīng)的基因等 ） 4、對(duì)受體細(xì)胞無害,載體的作用： 1、將外源基因轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞中去。 2、利用運(yùn)載體在受體細(xì)胞內(nèi)，對(duì)外源基因進(jìn)行大量復(fù)制。,常用的載體有： 質(zhì)粒，噬菌體的衍生物，動(dòng)植物病毒等,質(zhì)粒,質(zhì)粒是基因工程最常用的運(yùn)載體，它廣泛地存在于細(xì)菌中，是細(xì)菌染

5、色體外能夠自主復(fù)制的很小的環(huán)狀DNA分子，大小只有普通細(xì)菌擬核DNA的百分之一。,要對(duì)天然質(zhì)粒進(jìn)行人工改造,基因操作的基本步驟,提取目的基因,目的基因是人們所需要轉(zhuǎn)移或改造的基因。如蘇云金芽孢桿菌的抗蟲基因，還有植物的抗?。共《?、抗細(xì)菌）基因、種子貯藏蛋白的基因，以及人的胰島素基因、干擾素基因等。,目的基因與運(yùn)載體結(jié)合,將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞,目的基因的檢測(cè)和表達(dá),檢測(cè)：通過檢測(cè)標(biāo)記基因的有無來判斷目的基因是否導(dǎo)入。 表達(dá)：通過特定性狀的產(chǎn)生與否來確定目的基因是否表達(dá)。,常用的受體細(xì)胞有大腸桿菌、枯草桿菌、土壤農(nóng)桿菌、酵母菌和動(dòng)植物細(xì)胞等。,基因操作的基本步驟,目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的方法 1

6、、將細(xì)菌用CaCl2處理，以增大細(xì)菌細(xì)胞壁的通透性。 2、使含有目的基因的重組質(zhì)粒進(jìn)入受體細(xì)胞。 3、目的基因在受體細(xì)胞內(nèi)，隨其繁殖而復(fù)制，由于細(xì)菌繁殖的速度非?？欤诤芏痰臅r(shí)間內(nèi)就能獲得大量的目的基因。,基因操作的基本步驟,基因操作的基本步驟,基因工程的成果與發(fā)展前景,基因工程與醫(yī)藥衛(wèi)生,生產(chǎn)基因工程藥品,用于基因診斷與基因治療,基因工程與農(nóng)牧業(yè)、食品工業(yè),培育高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和具有優(yōu)良品質(zhì)的動(dòng)植物新品種,培育具有各種抗逆性的動(dòng)植物新品種,為人類開辟新的食物來源,基因工程與環(huán)境保護(hù),用于環(huán)境監(jiān)測(cè),用于被污染環(huán)境的凈化,基因工程與醫(yī)藥衛(wèi)生,我國(guó)生產(chǎn)的部分基因工程疫苗和藥物,1、基因工程藥品的生產(chǎn),微

7、生物生長(zhǎng)迅速，容易控制，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。如利用大腸桿菌生產(chǎn)胰島素、干擾素、白細(xì)胞介素2等。既增加產(chǎn)量，又降低成本。,基因工程與醫(yī)藥衛(wèi)生,2、基因診斷,基因診斷是用放射性同位素(如32P)、熒光分子等標(biāo)記的DNA分子做探針，利用DNA分子雜交原理，鑒定被檢測(cè)標(biāo)本上的遺傳信息，達(dá)到檢測(cè)疾病的目的。,生物芯片 從正常人的基因組中分離出DNA與DNA芯片雜交就可以得出標(biāo)準(zhǔn)圖譜。從病人的基因組中分離出DNA與DNA芯片雜交就可以得出病變圖譜。 通過比較、分析這兩種圖譜，就可以得出病變的DNA信息。 基因芯片診斷技術(shù)以其快速、高效、敏感、經(jīng)濟(jì)、平行化、自動(dòng)化等特點(diǎn)，將成為一項(xiàng)現(xiàn)代化診斷新技術(shù)。,基因

8、工程與醫(yī)藥衛(wèi)生,3、基因治療,基因治療是把健康的外源基因?qū)胗谢蛉毕莸募?xì)胞中，達(dá)到治療疾病的目的。,基因工程與農(nóng)牧業(yè)、食品工業(yè),生長(zhǎng)快、肉質(zhì)好的轉(zhuǎn)基因魚(中國(guó)),乳汁中含有人生長(zhǎng)激素的轉(zhuǎn)基因牛(阿根廷),基因工程與農(nóng)牧業(yè)、食品工業(yè),轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的甜椒,轉(zhuǎn)魚抗寒基因的番茄,基因工程與農(nóng)牧業(yè)、食品工業(yè),基因工程與農(nóng)牧業(yè)、食品工業(yè),基因工程與農(nóng)牧業(yè)、食品工業(yè),基因工程與環(huán)境保護(hù),1、環(huán)境監(jiān)測(cè) 基因工程做成的DNA探針能夠十分靈敏地檢測(cè)環(huán)境中的病毒、細(xì)菌等污染。 利用基因工程培育的“指示生物”能十分靈敏地反映環(huán)境污染的情況，卻不易因環(huán)境污染而大量死亡，甚至還可以吸收和轉(zhuǎn)化污染物。,2、環(huán)境污染治理 基因工程做成的“超級(jí)細(xì)菌”