第二节-基因工程及其应用

基因工程及其应用第2节转基因的番茄转基因鲑鱼高产、稳产和具有优良品质的农作物和具有抗逆性的作物新品种.抗虫害的玉米1、什么是基因工程?2、基因工程的原理是什么？3、基因工程的基本操作工具有哪些?阅读教材P102—103，思考以下问题：基因工程：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：操作水平：结果：基因重组DNA分子水平定向地改造生物的遗传性状，获得人类所需要的品种。•培育转基因大肠杆菌的简要过程：你认为上述培育转基因大肠杆菌的关键步骤有哪些？普通大肠杆菌(不能分泌胰岛素)人体组织细胞提取胰岛素基因与运载体DNA拼接导入大肠杆菌(含胰岛素基因)转基因大肠杆菌(能分泌胰岛素)•培育转基因大肠杆菌的关键步骤：1.ONE胰岛素基因从人体细胞内提取出来2.TWO胰岛素基因与运载体DNA连接3.THREE胰岛素基因导入受体(大肠杆菌)细胞基因的“剪刀”基因的“针线”基因的运载体二、基因操作的工具1.基因的“剪刀”──限制性内切酶（限制酶）功能特点：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限制酶限制性内切酶（EcoRⅠ）作用过程点击播放CTTCATGAATTCCCTAAGAAGTACTTAAGGGATTGGCATCTTAAAATTCCGTAG练习使用EcoRI剪切目的基因CTTCATGAATTCCCTAAGAAGTACTTAAGGGATTGGCATCTTAAAATTCCGTAG目的基因黏性末端什么是黏性末端？被限制酶切开的DNA两条单链的切口带有几个伸出的核苷酸，它们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。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:是基因的针线：DNA连接酶GAATTCCTTAAGGAATTCCTTAAGGCTTAAAATTCGGCTTAAAATTCGGCTTAAAATTCG用同种限制酶切割２、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，使之成为一个完整的DNA分子。DNA连接酶的作用过程点击播放基因的针线：DNA连接酶GAATTCCTTAAGGAATTCCTTAAGGCTTAAAATTCGGCTTAAAATTCGGCTTAAAATTCG用同种限制酶切割DNA连接酶连接的是DNA骨架上的缺口磷酸二酯键，不是碱基间的氢键使用DNA连接酶制作重组DNA分子甲片段CTTCATGAATTCCCTAAGAAGTACTTAAGGGATT乙片段GGCATCTTAAAATTCCGTAG重组DNA分子GGCATCTTAAAATTCCGTAG3、基因的运输工具——运载体运载体必须同时满足三个要求：①具有一到多个限制酶的酶切位点,以便与外源基因连接;②能进入受体细胞并在受体细胞内稳定存在并能复制、表达；③具有标记基因,便于目的基因的筛选.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.三、基因工程基本步骤1、获取目的基因提取目的基因的方法用限制酶切断成许多片段⑴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，基因工程就算成功了。该法最大的缺点是带有很大的盲目性，工作量大，成功率低。且不能将真核生物的基因转移到原核生物中去。⑵人工合成基因法DNA合成仪有两种方法：①逆转录法：以信使RNA为模板，在逆转录酶的作用下利用脱氧核苷酸合成DNA(基因)。②化学合成法：根据蛋白质的氨基酸顺序推算出信使RNA核糖核苷酸顺序，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。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DNA连接酶的作用下连接形成重组DNA分子。2、目的基因与运载体结合3、将目的基因导入受体细胞导入扩增常用的受体细胞：菌类和动植物细胞4、目的基因的表达和检测大量的受体细胞接受不多的目的基因。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。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。无表达产物无表达产物有表达产物无表达产物第一步：获取目的基因基因工程基本步骤：第二步：目的基因与运载体结合第三步：将目的基因导入受体细胞第四步:目的基因的表达和检测？如何让大肠杆菌生产人胰岛素？①从细胞中分离出DNA①②③④⑤⑥②限制酶截取DNA片断③分离大肠杆菌中的质粒④DNA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•1、什么是基因工程?•2、基因工程的原理是什么?细菌和人是差异非常大的两种生物,为什么通过基因重组后,细菌能够合成人体的某些蛋白质呢?因为在基因水平上，人和细菌的遗传机制是一样的。细菌和人的遗传物质都是DNA，都使用一套遗传密码子，遵循中心法则。水母香蕉鱼（一）、基因工程与作物育种1、在农作物生产方面目的：培育出高产、稳产、抗逆性的优良作物及新品种。优点：降低生产成本，减少农药的使用对环境的危害，提高农作物对不良环境的适应能力。1993年，中国农业科学院的科学家成功的培育出了抗棉铃虫的转基因抗虫棉，抗虫的基因来自苏云金杆菌，科学家将抗性基因导入作物，使作物自身具有抵御虫害的能力。（一）、基因工程与作物育种2、在畜牧养殖方面科学家利用基因工程的方法培育出了转基因奶牛、超级绵羊等多种转基因动物。生长快、肉质好的转基因鱼(中国)乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷)(二）、基因工程与药物研制我国生产的部分基因工程疫苗和药物许多药品的生产是从生物组织中提取的。受材料来源限制产量有限，其价格往往十分昂贵。微生物生长迅速，容易控制，适于大规模工业化生产。若将生物合成相应药物成分的基因导入微生物细胞内，让它们产生相应的药物，不但能解决产量问题，还能大大降低生产成本。胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素！使其价格降低了30%-50%!优点：能够高效率地生产出各种高质量，低成本的药品。（三）、环境保护基因工程做成的“超级细菌”能吞食和分解多种污染环境的物质。通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类，用基因工程培育成功的“超级细菌”却能分解石油中的多种烃类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDT等毒害物质。1998年，英国一位生物学家在电视节目中宣布：老鼠食用了转基因马铃薯后，肾、脾和消化道都出现了损伤，体重和器官重量减轻，免疫系统遭到破坏。转基因食品安全吗?转基因植物的安全性争论•支持派认为：如果转基因农业生物技术得不到社会支持，这一研究将被扼杀，并且强调，迄今为止并没有发现转基因食品危害人体健康和环境的确切证据。反对派的观点•一英国科学家声称，转基因马铃薯会减弱老鼠免疫系统功能；•美国康乃尔大学也发现，转基因玉米会危害蝴蝶幼虫及其相关生态环境。•环保团体认为这种违反自然的转基因作物及产品，未经长期安全测试，长期食用可能对人类及生态环境造成负面影响。我国态度十分重视基因工程的安全性问题，对农业转基因生物的研究和试验、生产和加工、经营和进口作了具体规定。基因的“剪刀”——限制性核酸内切酶基因的“针线”——DNA连接酶基因的运输工具——运载体（质粒）1.基因工程的概念2.基因工程操作的基本工具3.基因操作的基本步骤目的基因提取目的基因与运载体结合目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定杂交育种诱变育种多倍体育种单倍体育种基因工程处理杂交射线、辐射处理秋水仙素花药离体培养基因转移原理基因重组基因突变染色体变异染色体变异基因重组优点集“优”提高突变频率，产生新基因果实大营养丰富缩短育种年限定向改变生物性状缺点育种时间长需要处理大量材料发育迟结实率低技术复杂操作复杂⒈要使目的基因与对应的载体重组，所需的工具酶是①限制酶②连接酶③解旋酶④还原酶Ａ．①②Ｂ．③④Ｃ．①④Ｄ．②③2.下列关于基因工程的叙述中,正确的是:A.限制酶只用于提取目的基因B.细菌体内的环状DNA均可作运载体C.DNA连接酶可用于目的基因和运载体的连接D.重组DNA分子一旦进入受体细胞,基因工程则完成.3.以下说法正确的是:A.目的基因是指重组DNAB.一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列C.DNA重组所用的工具酶是限制酶、连接酶和运载体D.只要受体细胞中含有目的基因，目的基因就一定能够成功表达ACBDNA连接酶的作用是：A.子链和母链之间形成氢键B.黏性末端之间形成氢键C.两个DNA末端间的缝隙连接（磷酸二酯键）D.A、B、C都对C下列是由限制酶切割形成的DNA片段，能用相应DNA连接酶将它们恢复连接的组合是①…CTGCA…G②…G…CTTAA③G…ACGTC…④AATTC…G…A.①③；②④B.①②；③④C.①④；②③D.以上都不对Aba(多选题)如图,下列有关酶功能的叙述中,正确的是A.切断a处的酶为限制性内切酶B.连接a处的酶为DNA连接酶C.切断b处的酶为解旋酶D.连接b处的酶为RNA聚合酶ABC4.基因工程技术在培育抗旱植物用于发展沙漠农业和改造沙漠方面显示了良好的前景,荷兰一家公司将大肠杆菌中的海藻糖合成酶基因导入植物(如甜菜、马铃薯等)中并获得有效表达，使“工程植物”增强了耐旱性、耐寒性的基本操作步骤是：①②③④（2）基因表达的含义是：（3）写出酶基因工程在植物体内的表达过程：（4）基因工程操作中的工具是：海藻糖合成酶基因的获取目的基因与运载体结合将目的基因导入受体细胞目的基因的表达和检测基因通过转录、翻译合成蛋白质，体现出相应的性状酶基因mRNA海藻糖合成酶转录翻译⒈要使目的基因与对应的载体重组，所需的两种酶是()①限制酶②DNA连接酶③解旋酶④还原酶Ａ．①②Ｂ．③④Ｃ．①④Ｄ．②③2.基因工程的正确操作步骤是（）①使目的基因与运载体结合②将目的基因导入受体细胞③检测目的基因的表达是否符合特定性状要求④提取目的基因Ａ．③②④①Ｂ．②④①③Ｃ．④①②③Ｄ．③④①②3.实施基因工程的第一步的一种方法是把所需的基因从供体细胞内分离出来，这要利用限制性内切酶。一种限制性内切酶能识别ＤＮＡ分子的ＧＡＡＴＴＣ顺序，切点在Ｇ和Ａ之间，这是利用了酶的（）Ａ．高效性Ｂ．专一性Ｃ．多样性Ｄ．催化活性易受外界影响⒋采用基因工程的方法培育抗虫棉，下列导入目的基因的作法正确的是（）①将毒素蛋白注射到棉受精卵中②将编码毒素蛋白的ＤＮＡ序列，注射到棉受精卵中③将编码毒素蛋白的ＤＮＡ序列，与质粒重组，导入细菌，用该细菌感染棉的体细胞，在进行组织培养④将编码毒素蛋白的ＤＮＡ序列，与细菌质粒重组，注射到棉的子房并进入受精卵中Ａ．①②Ｂ．②③Ｃ．③④Ｄ．④①练习题例题1:请写出下面各项培育方法：（1）通过花药离体培养再用秋水仙素加倍得到烟草新品种的方法是。（2）用60Co辐射谷氨酸棒状杆菌，选育出合成谷氨酸的新菌种，所用方法是。（3）用小麦和黑麦培育八倍体黑小麦的方法是。（4）将青椒的种子搭载人造卫星，在太空中飞行数周后返回地面，获得了果大、肉厚和维生素含量高的青椒新品种，这种育种原理本质上属于。（5）用抗倒伏、不抗锈病和不抗倒伏、抗锈病的两个小麦品种，培育出抗倒伏、抗锈病的品种，所用方法是。（6）用秋水仙素或硫酸二乙酯处理蕃茄、水稻种子，获得成熟期早、蛋白质含量高的品系，这种方法是。（7）将白菜与甘蓝的体细胞用酶处理，再用聚乙二醇使其融合，通过组织培养获得新的植物品种。这种方法是。（8）将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因导入棉花受精卵中，培育出抗虫棉的方法是。（9）生产“人工种