基因工程理論和工具ppt課件

選修3 現(xiàn)代生物科技 基因工程 細(xì)胞工程 胚胎工程 生態(tài)工程,1,1973年，轉(zhuǎn)基因大腸桿菌問世； 1980年，世界上第一例轉(zhuǎn)基因小鼠； 1983年，世界上第一例轉(zhuǎn)基因煙草；,基因工程神奇的技術(shù),超級鼠,轉(zhuǎn)基因煙草,抗蟲棉,2,豆科植物的根瘤能夠固定空氣中的氮,普通玉米、小麥、水稻等蛋白含量較低,3,家蠶能夠吐出蠶絲為人類利用,4,基本構(gòu)思？,設(shè)想一,能否讓禾本科的植物也能夠固定空氣中的氮？,能否讓某些細(xì)菌“吐出”蠶絲？,設(shè)想二,能否讓微生物產(chǎn)生出人的胰島素、干擾素等珍貴的藥物？,設(shè)想三,設(shè)想,基因決定性狀,5,目的基因,導(dǎo)入,受體細(xì)胞另一種生物細(xì)胞,轉(zhuǎn)基因生物或產(chǎn)品 新性狀,轉(zhuǎn)基因技術(shù)DNA重組技術(shù),人為、定向,6,理論研究基礎(chǔ) 技術(shù)發(fā)展保障,為什么基因工程可以實現(xiàn)？,7,基礎(chǔ)理論的重大突破,1867年孟德爾根據(jù)豌豆雜交實驗提出遺傳因子概念。 1909年丹麥植物學(xué)家、遺傳學(xué)家約翰遜首次提出“基因”這一名詞。 1944年艾弗里等人分離細(xì)菌DNA并證明了DNA是遺傳物質(zhì)。,1953年沃森和克里克建立了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。,8,1963年尼倫伯格和馬太破譯了遺傳密碼,發(fā)現(xiàn)了密碼子的通用性。,遺傳信息傳遞和表達(dá)方式的認(rèn)定，使現(xiàn)代基因概念得到完善。,1967年提出了中心法則，后來補充完善。,9,1.不同生物體基因的結(jié)構(gòu)一致；,小結(jié)：基因工程的理論基礎(chǔ),2.各種生物基因傳遞與表達(dá)過程相似， 密碼子通用。 基因相同，合成的蛋白質(zhì)相同,10,基因,1. 控制生物性狀的結(jié)構(gòu)功能單位 2. 有遺傳效應(yīng)的DNA(或RNA)片段 攜帶遺傳信息,11,基因結(jié)構(gòu),非編碼區(qū),啟動子,終止子,編碼區(qū),調(diào)控基因表達(dá) （調(diào)控序列）,轉(zhuǎn)錄時決定蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)(編碼序列),RNA聚合酶,識別并結(jié)合特定位點,催化編碼區(qū)轉(zhuǎn)錄,RNA聚合酶結(jié)合位點,轉(zhuǎn)錄終止信號,啟動子,終止子,結(jié)構(gòu)基因,轉(zhuǎn)錄區(qū)段,編碼區(qū),非編碼區(qū),非編碼區(qū),12,資料1：1952年，美國分子遺傳學(xué)家盧里亞發(fā)現(xiàn)大腸桿菌能將某些外來的噬菌體DNA分子切割成大小不同的片段。,這說明細(xì)菌中存在具有哪種特殊功能的物質(zhì)？ 對于細(xì)菌的意義？對于轉(zhuǎn)基因計劃的啟示？,細(xì)菌細(xì)胞中存在切割外源DNA的物質(zhì) 轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞的基因會被切割,13,資料2：1967年，羅思和赫林斯基發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌中的質(zhì)粒有自我復(fù)制能力，并能在細(xì)菌細(xì)胞之間轉(zhuǎn)移。這又給我們什么啟示呢？,如果將目的基因直接轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞，面臨被切割的危險，怎么辦？,可以借助工具轉(zhuǎn)運基因,14,1.運載體分子運輸車,作用：,將外源基因送入受體細(xì)胞,種類：,質(zhì)粒、噬菌體入細(xì)菌 動植物病毒入動、植物細(xì)胞,目的基因,二、基因工程的工具,15,運載體必須具備哪些特點？,有復(fù)制原點，能夠在宿主細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定保存； 具有多個酶切點，以便與外源基因連接； 具有標(biāo)記基因，便于進行篩選； 對受體細(xì)胞無傷害。,細(xì)菌質(zhì)粒,16,構(gòu)建一個重組DNA分子需要哪些必要的工具？,另一種生物細(xì)胞中(受體細(xì)胞),目的基因,17,要將來源不同的DNA拼接在一起，它們是否應(yīng)具備相同的接口？ 用什么生物手段處理這些DNA分子？,基因的剪刀限制性內(nèi)切酶,18,限制性內(nèi)切酶作用過程,限制性內(nèi)切酶作用特點？,19,磷酸二酯鍵,20,作用特點：,識別特定堿基序列，并在特定位點切割,C C C G G G,G G G C C C,EcoR,Sam,21,作用結(jié)果：,EcoR,黏性末端,黏性末端,22,3.作用結(jié)果：,Sma,平末端,平末端,23,BamHI,GGATCC CCTAGG,EcoRI,GAATTC CTTAAG,AAGCTT TTCGAA,HindIII,NotI,SacI,GAGCTC CTCGAG,SalI,GTCGAC CAGCTG,XbaI,TCTAGA AGATCT,ApaI,GGGCCC CCCGGG,部分限制性內(nèi)切酶識別序列,SmaI,AluI,AGCT TCGA,CCCGGG GGGCCC,限制酶名稱,限制酶名稱,識別序列,識別序列,回文序列,GCGGCCGC CGCCGGCG,24,限制性核酸內(nèi)切酶,作用：切割DNA中磷酸二酯鍵 特點：識別特定堿基序列，有特定切點 結(jié)果： 產(chǎn)生黏性末端或平末端 來源：主要在微生物中 種類：現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)4000多種,25,基因的針線：DNA連接酶,26,3.DNA連接酶 將DNA片段連接起來，形成重組DNA分子 催化形成磷酸二酯鍵,27,目的基因所在片段,CTTAA,G,AATTC,G,CTTAA,AATTC,G,G,PSt ,28,基因工程中的工具,1）分子手術(shù)刀、分子縫合針、分子運輸車 分別指誰？ 2）限制性內(nèi)切酶作用特點是什么？ 切開的是什么鍵？ 3）寫出與-CTGCA 連接的另一DNA分子端部 -G 4) DNA連接酶有連接單鏈DNA的作用嗎？ 能連接形成RNA嗎？,29,穆里斯,桑格,1970年，阿爾伯、內(nèi)森斯、史密斯在細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)了限制性內(nèi)切酶，后來發(fā)現(xiàn)了DNA連接酶。,技術(shù)創(chuàng)新使基因工程的實施成為可能,1965年桑格等科學(xué)家發(fā)明了蛋白質(zhì)和DNA序列分析方法。,1972年，伯格成功地構(gòu)建了第一個體外重組DNA分子。,1973年，轉(zhuǎn)基因大腸桿菌問世，1980年，第一個轉(zhuǎn)基因小鼠誕生，1983年，第一個轉(zhuǎn)基因煙草問世。,伯格,穆里斯,1988年，穆里斯發(fā)明了PCR技術(shù)。,30,資料： 博格是第一個完成體外DNA重組的科學(xué)家，他意識到這項技術(shù)可能會帶來嚴(yán)重的影響。 為了讓科學(xué)家有足夠時間討論這項技術(shù)的安全性，毅然停止實驗一年，待確認(rèn)可以采取一定措施保證在實驗室可以安全開展技術(shù)后，才重新開始他鐘愛的工作，充分展示了一個科學(xué)家的人格魅力。,31,