第二节基因工程及其应用

能发荧光的热带斑马鱼普通热带斑马鱼是不发荧光的一、基因工程的概念：又叫做 基因拼接技术基因拼接技术 或 DNA重组技术重组技术 。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， 定向定向 地改造生物的 遗传性状遗传性状 。原理操作环境操作对象操作水平基本过程结果基因重组生物体外基因 /DNA分子水平剪切 拼接 导入 表达人类需要的基因产物 基因的剪刀基因的剪刀 限制性内切酶（简称限制酶）限制性内切酶（简称限制酶）（一）基因操作的工具（一）基因操作的工具限制酶是在生物体限制酶是在生物体 (主要是主要是 微生物微生物 )内的一种酶内的一种酶，能将外来的，能将外来的 DNA切断切断 ，由于这种切割作用是在，由于这种切割作用是在DNA分子内部进行的，故名限制性内切酶。分子内部进行的，故名限制性内切酶。特点：特点： 特异性特异性 。即即 一种一种 限制酶限制酶 只能识别一种只能识别一种 特定的特定的 核苷酸序列核苷酸序列，并且能在，并且能在 特定的切点特定的切点 上切割上切割 DNA分子。分子。 基因的剪刀基因的剪刀 限制性内切酶（简称限制酶）限制性内切酶（简称限制酶）大肠杆菌大肠杆菌 (E.coli)的一种限制酶的一种限制酶 能识别能识别GAATTC序列序列 ，并在，并在 G和和 A之间切开。之间切开。限制酶限制酶 基因的剪刀基因的剪刀 限制性内切酶（简称限制酶）限制性内切酶（简称限制酶）限制限制酶酶 什么叫黏性末端？什么叫黏性末端？被限制酶切开的被限制酶切开的 DNA两条单链的切口两条单链的切口，带有几个，带有几个 伸出的核苷酸伸出的核苷酸 ，他们之间正好，他们之间正好互补配对互补配对 ，这样的切口叫，这样的切口叫 黏性末端黏性末端 。 基因的针线基因的针线 DNA 连接酶连接酶（二）基因操作的工具（二）基因操作的工具DNA连接酶连接酶 可把黏性末端可把黏性末端 之间的缝隙之间的缝隙 “缝缝合合 ”起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来，这样一个重组的，这样一个重组的 DNA分子就形成了。分子就形成了。磷酸二酯键磷酸二酯键 外源基因外源基因 (如抗虫基因如抗虫基因 )怎样才能导入受体细怎样才能导入受体细胞胞 (如棉花细胞如棉花细胞 )？（二）基因操作的工具（二）基因操作的工具导入过程需要运输工具导入过程需要运输工具 运载体运载体 。 运载体的作用有哪些？运载体的作用有哪些？作用一作用一 ：作为运载工具，将外源基因：作为运载工具，将外源基因 (抗虫基因抗虫基因 )转转移移 到受体细胞到受体细胞 (棉花细胞棉花细胞 )中去。中去。作用二作用二 ：利用运载体在受体细胞：利用运载体在受体细胞 (棉花细胞棉花细胞 )内，内， 对对外源基因外源基因 (抗虫基因抗虫基因 )进行进行 大量复制大量复制 。 基因的运载工具基因的运载工具 运载体：运载体：常用的运载体主要有两类：常用的运载体主要有两类：1）细菌细胞质的）细菌细胞质的 质粒质粒2） 噬菌体噬菌体 或某些或某些 动植物病毒动植物病毒 质粒：质粒：质粒是染色体外能够进行质粒是染色体外能够进行 自主复制自主复制 的遗传单位，包的遗传单位，包括真核生物的细胞器和细菌细胞中核区外的括真核生物的细胞器和细菌细胞中核区外的 DNA分子。分子。现在习惯上用来专指细菌、酵母菌和放线菌等生物中现在习惯上用来专指细菌、酵母菌和放线菌等生物中 核核以外的以外的 DNA分子分子 。质粒质粒 是基因工程是基因工程 最常用最常用 的的 运载体运载体 。绝大多数细菌质粒都是绝大多数细菌质粒都是 闭合环状闭合环状 DNA分子分子 。有的一。有的一个细菌中有一个，有的一个细菌中有多个。个细菌中有一个，有的一个细菌中有多个。 大肠杆菌的质粒：大肠杆菌的质粒：最常用的质粒最常用的质粒 是是 大肠杆大肠杆菌的质粒菌的质粒 ，其中常含有，其中常含有 抗药抗药基因基因 ，如四环素的标记基因，如四环素的标记基因。质粒的质粒的 存在与否对宿主细存在与否对宿主细胞生存没有决定性作用胞生存没有决定性作用 ，但，但复制只能在宿主细胞内成复制只能在宿主细胞内成 。 四个基本步骤：四个基本步骤：（三）基因操作的基本步骤（三）基因操作的基本步骤1） 提取提取 目的基因目的基因2）目的基因）目的基因 与运载体结合与运载体结合3）将目的基因）将目的基因 导入导入 受体细胞受体细胞4）目的基因的）目的基因的 检测检测 和和 表达表达 目的基因目的基因（三）基因操作的基本步骤（三）基因操作的基本步骤目的基因是人们所目的基因是人们所 需要转移需要转移 或或 改造改造 的基因。的基因。如苏云金芽孢杆菌的如苏云金芽孢杆菌的 抗虫基因抗虫基因 ，还有植物的，还有植物的抗病（抗病毒、抗细菌）基因抗病（抗病毒、抗细菌）基因 、种子、种子 贮藏蛋白的贮藏蛋白的基因基因 ，以及人的，以及人的 胰岛素基因胰岛素基因 、 干扰素基因干扰素基因 等。等。直接分离基因直接分离基因人工合成基因人工合成基因 目的基因的提取方法目的基因的提取方法（三）基因操作的基本步骤（三）基因操作的基本步骤 步骤二：目的基因与运载体重组步骤二：目的基因与运载体重组1）用一定的）用一定的 限制酶切割质粒限制酶切割质粒 ，使其出，使其出现现 一个切口一个切口 ，露出，露出 黏性末端黏性末端 。2）用）用 同一种同一种 限制酶限制酶 切断目的基因切断目的基因 ，使，使其产生其产生 相同相同 的的 黏性末端黏性末端 。3）将切下的目的基因片段）将切下的目的基因片段 插入质粒插入质粒 的的切口处，再加入适量切口处，再加入适量 DNA连接酶连接酶 ，形成了，形成了一个一个 重组重组 DNA分子分子 （重组质粒）（重组质粒）目的基因与运载体的结合过程，实目的基因与运载体的结合过程，实际上是不同来源的际上是不同来源的 基因重组的过程基因重组的过程 。（三）基因操作的基本步骤（三）基因操作的基本步骤 常用的受体细胞：常用的受体细胞：有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞等。、酵母菌和动植物细胞等。 将目的基因导入受体细胞的原理将目的基因导入受体细胞的原理借鉴借鉴 细菌或病毒侵染细胞细菌或病毒侵染细胞 的途径。的途径。 步骤三：目的基因导入受体细胞步骤三：目的基因导入受体细胞（三）基因操作的基本步骤（三）基因操作的基本步骤 步骤四：目的基因的检测和表达步骤四：目的基因的检测和表达四环素四环素抗性基因抗性基因氨苄青霉氨苄青霉素抗性基因素抗性基因不能，受体细胞必须表现出特定的性状，才能不能，受体细胞必须表现出特定的性状，才能说明目的基因完成了说明目的基因完成了 表达表达 。（三）基因操作的基本步骤（三）基因操作的基本步骤 受体细胞摄入受体细胞摄入 DNA分子后就说明目的基因完成了分子后就说明目的基因完成了表达吗？表达吗？若不能表达，要若不能表达，要对抗虫基因再进对抗虫基因再进行行 修饰修饰 。二、基因工程的应用运用基因工程技术，不但可以培养优质、高产、抗性好的农作物及畜、禽新品种，还可以培养出具有特殊用途的动、植物。生长快、耐不良环境、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 )1、基因工程与作物育种转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转鱼抗寒基因的番茄转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯 不会引起过敏的转基因大豆转基因龙胆花色奇异转基因蓝猪耳改变花色 转基因牵牛花改变了花色A：紫外光照射下的转绿色荧光蛋白的 Eustoma (Lisianthus) 花。B：转没有绿色荧光蛋白的空质粒的花，会发光的转基因鱼导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠导入人基因具特殊用途的猪和小鼠超级动物特殊动物图为 2001年 12月底出生的 5只可爱的转基因克隆小猪。据培育者英国 PPL医疗公司称，这些转基因小猪将为研究和 “生产 ”适用于人体移植手术使用的动物器官提供巨大的帮助。 首只转基因猴诞生，人类未来忧喜参半2、 2002年，中国转基因棉花达到 150万公顷，已经占到棉花产量的 1 3. 我国大豆食用油近七成是 “转基因 ”产品 与杂交育种、诱变育种相比较，基因工程育种的优点有哪些？目的性强、克服远源杂交不亲和性、育种周期短1993年我国科学工作者培育成的抗棉铃虫的转基因抗虫棉，其抗虫基因来源于（ ）A、普通棉花的基因突变B、棉铃虫变异形成的致死基因C、寄生在棉铃虫体内的线虫D、苏云金芽孢杆菌体内的抗虫基因D2、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1、微生物基因工程 ： 即把目的基因导入大肠杆菌等菌中，通过微生物表达目的基因的产物。2、细胞基因工程 ： 即用哺乳动物细胞株表达目的产物