4.6基因突变 和基因工程(2课时)

A a A a
常见突变性状：
棉花
果蝇
正常枝——短果枝
红眼——白眼
短腿安康羊（中）
长翅——残翅
家鸽 羽毛白色——灰红色
玉米白化苗
人
正常色觉——色盲
正常肤色——白化病
人类多指
你认为突变都有哪些特点？
(四)基因突变的特点
①普遍性: 自然界的物种中广泛存在 ②随机性: 可发生在生物个体发育的任何时期、任何部位
4、基因突变的根本原因是： D A· 染色体上的DNA变成了蛋白质 B· 染色体上的DNA变成了RNA C· 染色体上的DNA减少了或增多了 D· 染色体上的DNA结构发生了改变
5. 下图中，基因A与a1a2a3之间的
a1
a2 a3
关系，不能表现的是 (
A. 基因突变是不定向的
D )
A
B. 等位基因的出现是基因突变的结果 C. 正常基因与致病基因可以转化 D. 图中基因的遗传遵循自由组合定律
（二）、基因工程操作工具
1、基因“剪刀”----限制性内切酶（限制酶）
（1）功能：一种限制酶只能识别一种特定的核 苷酸序列，切割特定DNA切点，具特异性，并 裂解磷酸二酯键。
EcoRⅠ
5′
粘性末端
3′
GAATTC 3′ CTTAAG SmaⅠ
Байду номын сангаас5′
3′ GGGCCC
5′ CCCGGG
3′
5′
AATTC G 平口末端 5′ CCC GGG 3′ GGG CCC
条件
意义
发生 可能
突变频率低，但普遍存在
有性生殖中非常普遍
四、基因工程
（一）概念：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 操作环境 结果（优点）
基因重组 生物体外
定向地改造生物的遗传性状，打破 物种界限，能克服远缘杂交不亲和 的障碍
产生了新基因，出现了新性状。 不产生新基因，而是产生重组的基因 型，使不同性状重新组合。
发生 时间 及原 因
细胞分裂间期 由于外界理化因素或自 身生理因素引起的碱基 对的替换、缺失或增添
外界环境条件的变化和 内部因素的相互作用。 新基因产生的途径，是生物 变异的根本来源,是生物进化 的原始材料。
减数第一次分裂前期的四分体时期 的交叉互换； 减数第一次分裂后期，非同源染色 体上的非等位基因自由组合。 有性生殖过程中进行减数分裂形 成生殖细胞。 是生物变异的重要来源，是形成生 物多样性的重要原因，对生物的进 化也具有重要的意义
（二）基因突变的概念 DNA片段
A A T C C G C T T A G G C G
T C G C C G C A T C C G C 缺失 A C T G A G C G G C G T A G G C G
思考： A T C A C C G G C C 哪一种基因突变对生 T A G T G G C C G G 物性状的影响最小？
C T T AA G
3、基因的运输工具——运载体
(1)化学本质：DNA
(2)作为运载体必须具备哪些条件？
1）能够在宿主细胞中复制并稳定地保存。 2）具多个限制酶切点，以便与外源基因连接。 3）具有某些标记基因，便于进行筛选。 标记基因：运载体 上且用于鉴定筛选 的基因。 标记基因一般都是抗生素抗性基因，只要在相应的抗生 素培养基上培养筛选就可以，能活下来的就是目的基因 已经进入受体细胞。
2.下列有关基因突变的说法，不正确的是( B ) A. 自然条件下，一种生物的突变率是很低的 B. 生物所发生的基因突变一般都是有利的 C. 基因突变在自然界的中广泛存在 D. 基因突变可产生新的基因，是生物变异的 根本来源
3.诱发突变与自然突变相比，正确的是 D A．都是有利的 B．都是定向的 C．都是隐性突变 D．诱发突变率高
无表达产物
无表达产物
有表达产物
无表达产物
思考：受体细胞摄入DNA分子后就说明目的基 因完成了表达吗？
方法：用棉铃饲喂棉铃虫，如虫吃后不出现中毒症 状，说明未摄入目的基因或摄入目的基因未表达。 如虫吃后中毒死亡，则说明摄入了抗虫基因并得到 表达。
一、基因工程与作物育种
生长快、肉质好的转基因 鱼(中国) 转鱼抗寒基因 的番茄
3、根据突变原因，可分为
①自然突变：在自然状态下发生的基因突变（内因）
②诱发突变：在人工条件下诱发的突变（外因）
（六） 基因突变的意义
产生新的“等位基因”的途径 • 生物变异的根本来源 • 生物进化的原始材料
（七）、人工诱变在育种上的应用
诱变意义: 是创造动、植物新品种和微生物新类 型的重要方法
（1）常用的方法： 物理因素：X射线、γ 射线、紫外线、激光等 化学因素：亚硝酸、硫酸二乙酯等 ①提高突变率，缩短育种周期 （2）优点： ②大幅度改良某些性状 （3）缺点:
①成功率低,有利变异少 ②需大量处理材料，有很大盲目性
练习
1. 一种植物在正常情况下只开红花，但偶然会出现 一朵白花，如果将白花种子种下去，它的后代全 部开白花，出现这种现象的原因是( C ） A. 自然杂交 B. 自然选择 C. 基因突变 D. 基因重组
一、基因突变
（一）实例
镰刀型细胞贫血症
资料：1910年，一个黑人青年到医院看病，检查发现他患的是 当时人们尚未认识的一种特殊的贫血症，他的红细胞不是正常 的圆饼状，而是弯曲的镰刀状，人们称这种病为镰刀型细胞贫 血症。这种病患者一旦缺氧，红细胞变成长镰刀型。病重时， 红细胞受机械损伤而破裂的现象，引起严重贫血而造成死亡。
基因重组能否产生新的基因？ 新的性状？
不能
不能
4、结果:
5、意义: 是生物变异的重要来源，对生物的进化 具有重要意义
6.适用的范围： ① 有性生殖过程（杂交育种）
可以产生新的基因组合 即：产生新的基因型
② 基因工程(重组DNA技术)
基因突变
本质 结果 基因结构改变
基因重组
基因结构不变，不同基因重新组合。
（三）、基因工程基本步骤：
第一步： 获取目的基因
方法： 1、直接分离
2、人工合成
第二步： 目的基因与运载体结合（体外进行）
注意：要用同一种限制酶切取目的基因 和运载体，并用DNA连接酶连接。 作用：将目的基因送入受体细胞
第三步： 将目的基因导入受体细胞 主要借鉴细菌或病毒侵染细胞的方法
1、常用微生物作受体细胞的原因： 微生物增殖快、代谢快、目的产物多
第四步: 目的基因的检测和表达
1、检测：通过检测标记基因的有无，来判断目的基因是否导入。
2、表达：通过特定性状或蛋白质的产生与否来确定目的基因是 否表达。如棉花抗虫性状的表现
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。
5′
G 3′ CTTAA
3′
5′ 3′
5′
（2）结果：产生两个带有相同黏性末端或平口末 端的DNA片段 （3）要想从DNA上切下某个基因,应切2个切口, 产生4个黏性末端 （4）限制酶不是一种酶，而是一类酶，目前已 发现的限制酶有4000多种。
2、基因的“针线” ——DNA连接酶
连接酶的作用：
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。
人类的并指
镰刀形红细胞
高产大豆
有 利 的 基 因 突 变
高产青霉菌株
有 利 的 基 因 突 变
灰 老 鼠 黑 老 鼠
AY (黄毛)
如老鼠灰毛基因A+突变
a (黑毛)
基因突变是不定向的—多向性
黄老鼠
(五)基因突变的类型
1、根据突变的方向，可分为 (1)显性突变：aa→Aa (2)隐性突变：AA→Aa 2、按突变后对生物个体的影响分为 有利突变、有害突变和对生物既无利也无害(及 中性突变)。自然选择淘汰有害变异，保留有利和中 性变异。对生物体而言，多数为有害突变。
二、生物变异的类型
仅仅由环境不同引起，遗传物 不遗传的变异： 质没有改变，不能遗传给后代。 基因突变 可遗传的变异： 基因重组
遗传物质发生了改变， 染色体变异 能遗传给后代。
生物体遗传性状的改变就是生物的变异.
裹脚
柳叶眉
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“一母生九仔，连母十个样”，这种个 体的差异，主要是什么原因产生的?
基因重组
1.物理因素:紫外线,X射线及其他辐射
2.化学因素:亚硝酸,碱基类似物等 3.生物因素:某些病毒 • 内因(自发突变) 1.DNA复制时偶尔发生错误
2.DNA的碱基组成发生改变
（三）基因突变的结果
A a
一个基因突变后产 生的是它的等位基 因，改变了基因的 结构，不改变基因 的数量，位置。
A A a a
转黄瓜抗青枯病基因的甜椒
普通热带斑马鱼是不发荧光的
能发 荧光 的热 带斑 马鱼
2、基因工程与医药卫生：
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%!
DNA 决 mRNA 定 氨基酸 蛋白质
G A A 突变 G T A CAT CTT GAA 谷氨酸 正常 GUA 缬氨酸 异常
根本原因
控制血红 蛋白的基 因发生了 基因突变
A 替换 T T A
即镰刀型细胞贫血症是由 DNA分子中碱基对替换 引起的一种遗传病。