基因工程理論和工具ppt課件

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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(wèn)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(jí)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(shí)現(xiàn)？,7,基礎(chǔ)理論的重大突破,1867年孟德?tīng)柛鶕?jù)豌豆雜交實(shí)驗(yàn)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(lái)補(bǔ)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(guò)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(dòng)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(shí)決定蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)(編碼序列),RNA聚合酶,識(shí)別并結(jié)合特定位點(diǎn),催化編碼區(qū)轉(zhuǎn)錄,RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn),轉(zhuǎn)錄終止信號(hào),,啟動(dòng)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(guó)分子遺傳學(xué)家盧里亞發(fā)現(xiàn)大腸桿菌能將某些外來(lái)的噬菌體DNA分子切割成大小不同的片段。,這說(shuō)明細(xì)菌中存在具有哪種特殊功能的物質(zhì)？ 對(duì)于細(xì)菌的意義？對(duì)于轉(zhuǎn)基因計(jì)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(huì)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(xiǎn)，怎么辦？,可以借助工具轉(zhuǎn)運(yùn)基因,14,1.運(yùn)載體—分子運(yùn)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(dòng)植物病毒—入動(dòng)、植物細(xì)胞,目的基因,二、基因工程的工具,15,運(yùn)載體必須具備哪些特點(diǎn)？,有復(fù)制原點(diǎn)，能夠在宿主細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定保存； 具有多個(gè)酶切點(diǎn)，以便與外源基因連接； 具有標(biāo)記基因，便于進(jìn)行篩選； 對(duì)受體細(xì)胞無(wú)傷害。,細(xì)菌質(zhì)粒,16,,構(gòu)建一個(gè)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(lái)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(guò)程,限制性內(nèi)切酶作用特點(diǎn)？,19,,磷酸二酯鍵,,,20,作用特點(diǎn)：,識(shí)別特定堿基序列，并在特定位點(diǎn)切割,C C C G G G,G G G C C C,,,,,EcoRⅠ,SamⅠ,,,,,21,作用結(jié)果：,,EcoRⅠ,,,黏性末端,,黏性末端,,,22,3.作用結(jié)果：,,SmaⅠ,,,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(shí)別序列,SmaI,AluI,AGCT TCGA,CCCGGG GGGCCC,,,,,,,限制酶名稱,限制酶名稱,識(shí)別序列,識(shí)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(diǎn)：識(shí)別特定堿基序列，有特定切點(diǎn) 結(jié)果： 產(chǎn)生黏性末端或平末端 來(lái)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(lái)，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 Ⅰ,,28,基因工程中的工具,1）分子手術(shù)刀、分子縫合針、分子運(yùn)輸車 分別指誰(shuí)？ 2）限制性內(nèi)切酶作用特點(diǎn)是什么？ 切開(kāi)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(lái)發(fā)現(xiàn)了DNA連接酶。,技術(shù)創(chuàng)新使基因工程的實(shí)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(gè)體外重組DNA分子。,1973年，轉(zhuǎn)基因大腸桿菌問(wèn)世，1980年，第一個(gè)轉(zhuǎn)基因小鼠誕生，1983年，第一個(gè)轉(zhuǎn)基因煙草問(wèn)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(gè)完成體外DNA重組的科學(xué)家，他意識(shí)到這項(xiàng)技術(shù)可能會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的影響。 為了讓科學(xué)家有足夠時(shí)間討論這項(xiàng)技術(shù)的安全性，毅然停止實(shí)驗(yàn)一年，待確認(rèn)可以采取一定措施保證在實(shí)驗(yàn)室可以安全開(kāi)展技術(shù)后，才重新開(kāi)始他鐘愛(ài)的工作，充分展示了一個(gè)科學(xué)家的人格魅力。,31,