专题基因工程DNA重组技术的基本工具.pptx

抗虫基因来自苏云金杆菌。抗虫基因来自苏云金杆菌。抗虫基因导入作物后抗虫基因导入作物后能编码一种毒蛋白，使害虫致死。能编码一种毒蛋白，使害虫致死。抗虫棉抗虫棉 基因工程基因工程 基因工程是指按照人们的愿基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过望，进行严格的设计，通过体外体外DNADNA重组重组和和转基因转基因等技术，等技术，赋予赋予生物以新的遗传特性生物以新的遗传特性，创造出更，创造出更符合人们需要的新的生物类型和符合人们需要的新的生物类型和生物产品。由于基因工程是在生物产品。由于基因工程是在DNADNA分子水平分子水平上进行设计和施工上进行设计和施工的，因此又叫做的，因此又叫做DNADNA重组技术。重组技术。甲生物甲生物取出优秀取出优秀基因基因乙生物乙生物表达表达新类型新类型新的生物产品新的生物产品概念（概念（P3P3）:原理：原理：基因重组基因重组目的：目的：定向改造生物的遗传性状。定向改造生物的遗传性状。意义：意义：克服远缘杂交不亲和的障碍克服远缘杂交不亲和的障碍（打破物种间的生殖隔离）。（打破物种间的生殖隔离）。（目的基因）（目的基因）问题探讨问题探讨 用用基因工程基因工程培育培育抗虫棉抗虫棉需要哪些需要哪些基本基本工具工具?1.1DNA1.1DNA重组技术的基本工具重组技术的基本工具 一、一、“分子手术刀分子手术刀”限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶（限制酶限制酶）DNADNA连接酶连接酶基因进入受体细胞的载体基因进入受体细胞的载体二、二、“分子缝合针分子缝合针”三、三、“分子运输车分子运输车”来源来源种类种类作用作用作用结果作用结果阅读课本阅读课本4-54-5页页“限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶分分子手术刀子手术刀”的相关内容，填写下表的相关内容，填写下表自主学习自主学习主要主要从从原核生物原核生物中分离纯化而来中分离纯化而来已经分离出大约已经分离出大约40004000种种1 1、识别双链、识别双链DNADNA分子的某种分子的某种特定核特定核苷酸序列苷酸序列2 2、使每一条链中、使每一条链中特定部位特定部位的两个的两个核苷酸之间的核苷酸之间的磷酸二酯键磷酸二酯键断开。断开。形成两种末端：黏性末端或平末端形成两种末端：黏性末端或平末端形成两种末端：黏性末端或平末端形成两种末端：黏性末端或平末端一、一、“分子手术刀分子手术刀”限制酶限制酶(特异性特异性)12345脱氧核苷酸的结构脱氧核苷酸的结构 G1234512345 A3,5-3,5-磷酸二磷酸二酯键酯键3端5端3端5端磷酸二酯键磷酸二酯键氢键氢键 GAAGTACTTAAGGCATGGGCCCGGATT CT TCATGAATTCCGTACCCGGGCCTAA EcoREcoR限制酶限制酶酶切位点酶切位点GGCATGGGAATTCCGTACCC黏性末端黏性末端CTTCATG GAAGTACTTAA平末端平末端SmaSma限制酶限制酶酶切位点酶切位点 GGGCCTAA CCCGGATT中轴线中轴线中轴线中轴线分子缝合针：分子缝合针：DNADNA连接酶连接酶G A A T T CC T T A A GG A A T T CC T T A A GG C T T A A A A T T C GG C T T A A A A T T C GG C T T A A A A T T C G用同种限制酶切割用同种限制酶切割DNA1DNA2重组重组DNADNA分子分子 DNADNA连接酶连接的是两个脱氧核苷酸分子的连接酶连接的是两个脱氧核苷酸分子的什么部位？什么部位？二、二、“分子缝合针分子缝合针”DNADNA连接酶连接酶CTTAAGAATTCG磷酸二酯键磷酸二酯键13类型来源功能相同点差别EcoliDNA连接酶T4DNA连接酶大肠杆菌T4噬菌体恢复磷酸二酯键只能连接黏性末端能连接黏性末端和平末端(效率较低)阅读课本第阅读课本第5 5页页“分子缝合针分子缝合针”DNADNA连接酶的相关内容，填写下表连接酶的相关内容，填写下表自主学习自主学习二、二、“分子缝合针分子缝合针”DNADNA连接酶连接酶两两DNADNA片段要具有片段要具有互补互补的黏性末端的黏性末端才能拼起来才能拼起来DNADNA连接酶的缝合作用连接酶的缝合作用可把黏性末端之间的可把黏性末端之间的缝隙缝隙“缝合缝合”起来起来，DNADNA连接酶与连接酶与DNADNA聚合酶是一回事吗？聚合酶是一回事吗？T T4 4 DNA DNA连接酶还可把平末端之间的缝隙连接酶还可把平末端之间的缝隙“缝合缝合”起来，但效率较低起来，但效率较低DNADNA连接酶的缝合作用连接酶的缝合作用寻根问底寻根问底：（：（P6P6）DNA连接酶连接酶DNA聚合酶聚合酶相相同同点点作用实质作用实质化学本质化学本质不不同同点点模板模板作用对象作用对象 作用结果作用结果用途用途都能催化形成都能催化形成磷酸二酯键磷酸二酯键都是蛋白质都是蛋白质不需要不需要需要需要形成完整的重形成完整的重组组DNA分子分子形成形成DNA的一条的一条链链基因工程基因工程DNA复制复制DNADNA连接酶与连接酶与DNADNA聚合酶的比较聚合酶的比较只能将只能将单个核苷单个核苷酸酸连接到已有的连接到已有的DNADNA片段上，形片段上，形成磷酸二酯键成磷酸二酯键在在两个两个DNADNA片段片段之间之间形成磷酸形成磷酸二酯键二酯键1.如图，就下列与核酸相关酶的作用机理填空：限制酶 解旋酶 DNA连接酶 DNA聚合酶 RNA聚合酶baA.切断a处的酶为_B.连接a处的酶为_C.切断b处的酶为_D.连接b处的酶为_无名称名称应用应用DNADNA连接酶连接酶限制酶限制酶解旋酶解旋酶DNADNA聚合酶聚合酶RNARNA聚合酶聚合酶基因工程基因工程DNADNA复制复制DNADNA复制复制及转录及转录转录转录（5 5）载体）载体DNADNA分子就大小适中，以便于提取和操作。分子就大小适中，以便于提取和操作。基因进入受体细胞的基因进入受体细胞的载体载体质粒，质粒，噬菌体的衍生物，动植物病毒等。噬菌体的衍生物，动植物病毒等。三、三、“分子运输车分子运输车”2 2、载体必须具备的条件、载体必须具备的条件：（：（P6P6想一想）想一想）（3 3）具有某些标记基因，便于进行筛选。（如抗菌素）具有某些标记基因，便于进行筛选。（如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等）的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等）（2 2）具有一至多个限制酶切点，以便与目的基因连接；）具有一至多个限制酶切点，以便与目的基因连接；（1 1）能够在宿主细胞中复制并稳定地保存；）能够在宿主细胞中复制并稳定地保存；（4 4）对受体细胞无害。）对受体细胞无害。1 1、载体的作用：、载体的作用：（1 1）将外源基因转移到受体细胞中去。）将外源基因转移到受体细胞中去。（2 2）利用载体在受体细胞内对外源基因进行大量复制。）利用载体在受体细胞内对外源基因进行大量复制。3 3、常用的载体有：、常用的载体有：（1 1）假如目的基因导入受体细胞后不能复制或不能转）假如目的基因导入受体细胞后不能复制或不能转录，转基因生物能有预想的效果吗？录，转基因生物能有预想的效果吗？（2 2）作为分子运输车）作为分子运输车载体，如果没有切割位点将载体，如果没有切割位点将会怎样？会怎样？（3 3）目的基因有没有进入受体细胞，如何去发现？）目的基因有没有进入受体细胞，如何去发现？（4 4）霍乱菌的质粒多个限制酶切点，你会用它来做分）霍乱菌的质粒多个限制酶切点，你会用它来做分子运输车吗？子运输车吗？有标记基因的存有标记基因的存在，可用含青霉在，可用含青霉素的培养基鉴别。素的培养基鉴别。有切割位点有切割位点能复制并带着能复制并带着插入的目的基插入的目的基因一起复制因一起复制质粒质粒裸露的、结构简单的、独立于细菌拟核裸露的、结构简单的、独立于细菌拟核DNADNA之之外，并具有外，并具有自我复制能力自我复制能力的很小的的很小的双链环状双链环状DNADNA分子分子。最常用运载体最常用运载体质粒质粒思考与探究（思考与探究（P7P7）：）：2 2、天然的质粒、天然的质粒DNADNA分子可以直接用分子可以直接用做基因工程载体做基因工程载体吗？为什么？吗？为什么？实际上天然质粒实际上天然质粒实际上天然质粒实际上天然质粒DNADNADNADNA分分分分子并不完全具备载体子并不完全具备载体子并不完全具备载体子并不完全具备载体必需具备的条件，都必需具备的条件，都必需具备的条件，都必需具备的条件，都要进行人工改造后才要进行人工改造后才要进行人工改造后才要进行人工改造后才能用于基因工程操作。能用于基因工程操作。能用于基因工程操作。能用于基因工程操作。用用_切割目的基因，切割目的基因，使其产生使其产生 。用一定的用一定的 切割质粒，切割质粒，使其出现一个切口，产生使其出现一个切口，产生_。(基因工程的核心基因工程的核心)将切下的目的基因片段插入质粒的将切下的目的基因片段插入质粒的_处，再加处，再加入适量入适量_，形成了一个重组，形成了一个重组DNADNA分子分子(重组质重组质粒粒)。限制酶限制酶黏性末端黏性末端同种限制酶同种限制酶同种同种黏性末端黏性末端切口切口DNADNA连接酶连接酶基因表达载体的构建基因表达载体的构建小结基因工程基因工程的工具的工具限制酶限制酶主要存在于原核生物中主要存在于原核生物中具有专一性具有专一性切开切开DNA分子的分子的磷酸二酯键磷酸二酯键DNA连连接酶接酶连接磷酸二酯键连接磷酸二酯键种类种类E.coliDNA连接酶连接酶T4 DNADNA连接酶连接酶载体载体具备的具备的条件条件能在宿主细胞中自能在宿主细胞中自我复制并稳定存在我复制并稳定存在具一至多个限制酶切位点具一至多个限制酶切位点具标记基因具标记基因对受体细胞无害对受体细胞无害质粒、质粒、噬菌体衍生物、动植物病毒噬菌体衍生物、动植物病毒3 3、关于限制酶的说法中，正确的是（、关于限制酶的说法中，正确的是（）A A、限制酶是一种酶，只识别、限制酶是一种酶，只识别GAATTCGAATTC碱基序列碱基序列B B、EcoRIEcoRI切割的是切割的是GAGA之间的氢键之间的氢键C C限制酶一般不切割自身的限制酶一般不切割自身的DNADNA分子，只切割外源分子，只切割外源DNADNAD D限制酶只存在于原核生物中限制酶只存在于原核生物中2 2、要使目的基因与对应的载体重组，所需的两种酶是：、要使目的基因与对应的载体重组，所需的两种酶是：(1)(1)限制酶限制酶(2)DNA(2)DNA连接酶连接酶(3)(3)解旋酶解旋酶(4)DNA(4)DNA聚合酶聚合酶A A、(1)(2)(3)B(1)(2)(3)B、(1)(2)(4)C(1)(2)(4)C、(1)(2)D(1)(2)D、(1)(3)(1)(3)1 1、2020世纪世纪7070年代，创立了一种新兴的生物技术年代，创立了一种新兴的生物技术基因工程，实施该工程的最终目的是（基因工程，实施该工程的最终目的是（）A A、定向提取生物体的、定向提取生物体的DNADNA分子分子 B B、定向地对、定向地对DNADNA分子进行人工剪切分子进行人工剪切C C、在生物体外对、在生物体外对DNADNA分子进行改造分子进行改造 D D、定向地改造生物的遗传性状、定向地改造生物的遗传性状 DCC4 4、关于质粒的叙述正确的是、关于质粒的叙述正确的是()()A A、质粒是能够自我复制的环状、质粒是能够自我复制的环状DNADNA分子分子 B B、质粒是唯一的载体、质粒是唯一的载体C C、重组质粒是目的基因、重组质粒是目的基因 D D、质粒可在宿主外单独复制、质粒可在宿主外单独复制5 5、作为基因的运输工具、作为基因的运输工具载体，必须具备的条件载体，必须具备的条件及理由是及理由是()()A A、能够在宿主细胞中稳定地保存下来并大量复制，、能够在宿主细胞中稳定地保存下来并大量复制，以便提供大量的目的基因以便提供大量的目的基因B B、具有多个限制酶切点，以便于目的基因的表达、具有多个限制酶切点，以便于目的基因的表达C C具有某些标记基因，以便为目的基因的表达提供具有某些标记基因，以便为目的基因的表达提供条件条件D D、能够在宿主细胞中复制并稳定保存，以便于进行、能够在宿主细胞中复制并稳定保存，以便于进行筛选筛选AADNA(DNA(基因基因)蛋白质蛋白质mRNAmRNA转录转录翻译翻译基基因因指指导导蛋蛋白白质质合合成成的的过过程程 已知标记基因有抗四环素基因和抗氨苄青霉素的基因，已知标记基因有抗四环素基因和抗氨苄青霉素的基因，现探现探讨某细菌的质粒中有无标记基因或标记基因是什么讨某细菌的质粒中有无标记基因或标记基因是什么？请设计实验、？请设计实验、预期实验结果，并得出相应的实验结论。预期实验结果，并得出相应的实验结论。A组B组C组D组结 论预期一预期二预期三预期四既既含有抗四环素基因含有抗四环素基因 也也含有抗氨苄青霉素基因含有抗氨苄青霉素基因只含有抗四环素基因只含有抗四环素基因只含有抗氨苄青霉素基因只含有抗氨苄青霉素基因既既不含有不含有抗四环素基因抗四环素基因 也也不含有不含有抗氨苄青霉素基因抗氨苄青霉素基因不添加抗生素添加一定浓度的四环素添加一定浓度的氨苄青霉素添加一定浓度的两种抗生素ABCD什么是内含子和外显子？什么是内含子和外显子？原核细胞基因原核细胞基因原核细胞基因原核细胞基因的编码区是的编码区是的编码区是的编码区是连续连续连续连续的，的，的，的，真核细胞基因真核细胞基因真核细胞基因真核细胞基因的编码区是的编码区是的编码区是的编码区是间隔的、不连续的间隔的、不连续的间隔的、不连续的间隔的、不连续的.真核生物基因的结构特点是：真核生物基因的结构特点是：真核生物基因的结构特点是：真核生物基因的结构特点是：“编码区是间隔的、编码区是间隔的、编码区是间隔的、编码区是间隔的、不连续的。不连续的。不连续的。不连续的。”也就是说：能够编码蛋白质的序列被也就是说：能够编码蛋白质的序列被也就是说：能够编码蛋白质的序列被也就是说：能够编码蛋白质的序列被不能编码蛋白质的序列分隔开来，成为一种断裂的不能编码蛋白质的序列分隔开来，成为一种断裂的不能编码蛋白质的序列分隔开来，成为一种断裂的不能编码蛋白质的序列分隔开来，成为一种断裂的形式。其中，形式。其中，形式。其中，形式。其中，能够编码蛋白质的序列叫外显子，不能够编码蛋白质的序列叫外显子，不能够编码蛋白质的序列叫外显子，不能够编码蛋白质的序列叫外显子，不能编码蛋白质的序列叫内含子。能编码蛋白质的序列叫内含子。能编码蛋白质的序列叫内含子。能编码蛋白质的序列叫内含子。真核基因包括编码区和非编码区，编码区又分真核基因包括编码区和非编码区，编码区又分真核基因包括编码区和非编码区，编码区又分真核基因包括编码区和非编码区，编码区又分为外显子和内含子为外显子和内含子为外显子和内含子为外显子和内含子,内含子不翻译蛋白质。内含子不翻译蛋白质。内含子不翻译蛋白质。内含子不翻译蛋白质。知识拓展知识拓展中轴线在在G G与与A A之之间切割间切割大肠杆菌的一种限制酶(EcoR)只能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。EcoRIEcoRI限制酶的作用限制酶的作用黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端EcoRIEcoRI限制酶的切割限制酶的切割 被限制酶切开的被限制酶切开的DNA两条两条单链的切口，带有几个单链的切口，带有几个伸出的伸出的核苷酸核苷酸，他们之间正好互补配他们之间正好互补配对，这样的切口叫对，这样的切口叫黏性末端黏性末端。SmaISmaI只能识别CCCGGG序列，并在C和G之间切开。中轴线SmaISmaI限制酶的作用限制酶的作用在G与C之间切割平末端平末端平末端平末端平末端平末端平末端平末端SmaISmaI限制酶的切割限制酶的切割当限制酶当限制酶从识别序列的中心轴线处切开时，从识别序列的中心轴线处切开时，切开的切开的DNADNA两条单链的切口，是平整的，这样的切口叫两条单链的切口，是平整的，这样的切口叫平末端平末端。“分子手术刀分子手术刀”切点：切点：主要在原核生物中主要在原核生物中分布：分布：特点：特点：磷酸二酯键磷酸二酯键特异性，特异性，一种一种限制酶只限制酶只能识别双链能识别双链DNADNA分子的分子的某种特定核苷酸序列某种特定核苷酸序列，并在并在特定的切点特定的切点上切割上切割DNADNA分子。分子。EcoEcoR R限制酶只识别限制酶只识别GAATTCGAATTC，并在，并在GAGA间切割间切割SmaSma限制酶只识别限制酶只识别CCCGGGCCCGGG，并在，并在GCGC间切割。间切割。例如：例如：限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶(简称简称限制酶限制酶)载体的作用载体的作用载体的必载体的必要条件要条件载体的种类载体的种类阅读课本第阅读课本第6 6页页“分子运输车分子运输车”运运载体的相关内容，填写下表载体的相关内容，填写下表自主学习自主学习1 1）能够在宿主细胞中）能够在宿主细胞中）能够在宿主细胞中）能够在宿主细胞中复制复制复制复制并稳定地并稳定地并稳定地并稳定地保存保存保存保存。2 2）具多个）具多个）具多个）具多个限制酶切点限制酶切点限制酶切点限制酶切点，以，以，以，以便与外源基因连接便与外源基因连接便与外源基因连接便与外源基因连接。3 3）具有某些）具有某些）具有某些）具有某些标记基因标记基因标记基因标记基因便于进行便于进行便于进行便于进行鉴定鉴定鉴定鉴定和和和和选择选择选择选择。4 4）必须是）必须是）必须是）必须是安全安全安全安全的的的的 ，对受体细胞，对受体细胞，对受体细胞，对受体细胞无害无害无害无害。5 5）载体）载体）载体）载体DNA DNA 分子应分子应分子应分子应大小适中大小适中大小适中大小适中，以便于，以便于，以便于，以便于提取提取提取提取和和和和操作操作操作操作1 1）作为）作为）作为）作为运载工具运载工具运载工具运载工具，将目的基因导入受体细胞中，将目的基因导入受体细胞中，将目的基因导入受体细胞中，将目的基因导入受体细胞中2 2）在受体细胞内对目的基因进行）在受体细胞内对目的基因进行）在受体细胞内对目的基因进行）在受体细胞内对目的基因进行大量复制大量复制大量复制大量复制细菌的质粒细菌的质粒病毒：病毒：噬菌体衍生物噬菌体衍生物噬菌体衍生物噬菌体衍生物、动植物病毒等。、动植物病毒等。质粒质粒病毒病毒 (噬菌体和动植物病毒噬菌体和动植物病毒)基因的载体基因的载体“分子运输车分子运输车”