基因工程及其应用(完美版)
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常用的运载体(carrying)有两类： 1）细菌细胞质的质粒( plasmid) 2）噬菌体(bacteriophages) 或某些动植物病毒 (virus)
• 目的基因(如人的胰岛素基因)怎样才能 导入受体细胞(如大肠杆菌细胞)？
基因操作(gene engineering)的工具
• 大肠杆菌的质粒 (plasmid)：
键步骤有哪些？
转基因大肠杆菌 (能分泌胰岛素)
• 培育转基因大肠杆菌的关键步骤：
1.ONE
胰岛素基 因从人体 细胞内提 取出来
2.TWO
胰岛素基 因与运载 体DNA连 接
3.THREE
胰岛素基因 导入受体 (大肠杆菌) 细胞
基因的“剪刀” 基因的“针线” 基因的运载体
基因操作(gene engineering)的工具
2.分子针线—DNA连接酶 (DNA linking-enzyme)
积极思考 DNA连接酶连接的是两个脱氧 核苷酸(deoxyribonucleotide) 分子的什么部位？
3、基因的“针线” ——DNA连接酶 指
（1）作用对象：两个具有相同粘性末端的DNA片段。 （2）作用位置：脱氧核糖与磷酸之间的缺口（磷酸 二酯键）。 （3）作用结果：形成重组DNA。
用限制酶切 断成许多片段
⑵人工合成基因法 DNA合成仪
有两种方法： ①逆转录法：以信使
RNA为模板，在逆转ห้องสมุดไป่ตู้酶 的作用下将脱氧核苷酸合 成合成DNA(基因)。
②直接合成法：根据 蛋白质的氨基酸顺序推算 出信使RNA核苷酸顺序， 再据此推算出基因DNA的 脱氧核苷酸顺序。用游离 脱氧核苷酸直接合成相应 的基因。
2、目的基因与运载体结合
用与提取目的基 因相同的限制酶切割 质粒使之出现一个切 口，将目的基因插入 切口处，让目的基因 的黏性末端与切口上 的黏性末端互补配对 后，在连拉酶的作用 下连接形成重组DNA 分子。
3、将目的基因导入受 体细胞并使之扩增
导入 扩增
要让目的基因表达， 必须将它导入受体细胞 并进行扩增。
G AA TT C
G AA TT C
C TT AA G
C TT AA G
用同种限制酶切割
G AA TT C
G AA TT C
C TT AA G
C TT AA G
基因的针线：DNA连接酶
G AA TT C
C TT AA G
基因操作(gene engineering)的工具
3.基因的运输工具——运载体 (carrying)
无表达产物
无表达产物
有表达产物
无表达产物
细菌的检测，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。
多细胞生物的检测，将每个受体细胞单独培 养并诱导发育成完整个体，检测这些个体是否摄 入目的基因，摄入的基因是否表达（是否表现出 相应的性状）。淘汰无变化的个体，保留有相应 变化的个体进一步培养、研究。
运载体 (carrying)应该 具有什么特
点呢?
❖ 运载体需具备的特点： ❖ 1能够在宿主细胞内复制并稳定保存； ❖ ２具有多个限制酶切点以便与外源基因
相连； ❖ ３具有标记基因，便于进行筛选．
基因工程(gene engineering)的 “四步曲”
1 提取目的基因
2 目的基因与运载体结合 3 将目的基因导入受体细胞
例：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。
基因工程(gene engineering)
原 理：基因重组 操作水平 DNA分子水平 结： 果：定向地改造生物的遗传性
状，获得人类所需要的品 种。
培育转基因大肠杆菌的简要过程：
普通大肠杆菌
人体组织细胞
(不能分泌胰岛素)
提取
与运载体DNA拼接
胰岛素基因
导入
大肠杆菌(含胰岛素基因)
你认为上述培育转 基因大肠杆菌的关
阅读教材 P102，解决以下问题：
什么叫基因工程? 基因工程的基本操作步骤有哪些? 归纳出科学家实施基因工程 的总体思路
基因工程(gene engineering)
❖ 又称基因拼接技术,或重组DNA 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，定向的改造生物的遗 传性状。
提取目的基因的方法
⑴直接分离基因——鸟枪法
将供体生物的DNA用限制酶 切割为许多片段，再用运载体将 这些片段都运载到受体生物的不 同细胞中去。只要有一个细胞获 得了需要的目的基因并得以表达， 基因工程就算成功了。
该法最大的缺点是带有很大 的盲目性，工作量大，成功率低。 且不能将真核生物的基因转移到 原核生物中去。
第2节 基因工程及其应用
设想
能否能否让热 带鱼也能发光?
能发光的水母 不能发光的热带斑马鱼
基因“嫁接”
能产生人胰岛素的大肠杆菌
在猴子的未受精卵中加入 附加基因，并利用它成功培育 出健康活泼的小猴“安迪”。
通过对“安迪”的研究我 们可以简单地引进如老年性痴 呆病的基因、帕金森病基因等， 加快针对这类疾病疫苗的开发 研究。
为获得目的基因的 表达产物时，通常以大 肠杆菌等无害易得的细 菌为受体。为改进某种 生物时，将欲改进的生 物细胞为受体。
4、目的基因的检测和表达
前三步的处理十分繁锁，为保证目的基因得到有 效利用，通常用大量的受体细胞来接受不多的目的基 因。这样，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。
4 目的基因的检测和表达
二、基因操作的基本步骤
１、提取目的基因——将 需要的基因从供体生物 的细胞内提取出来。
目前被较广泛提取 使用的目的基因有：苏 云金杆菌抗虫基因、人 胰岛素基因、人干扰素 基因、种子贮藏蛋白基 因、植物抗病基因等。
供体生物细胞
取出 DNA 用限制酶剪 去多余部分
限制酶
目的基因
1.基因的剪刀—限制性核酸内切酶 积极思考
如:EcoRI 1、该限制酶只能识别GAATTC的序 列，说明了限制酶具有的特性 是 专一性 。
2、 EcoRI限制酶识别了GAATTC的序列后， 将会发生什么样的变化？
思考:
被同一种限制酶切断的几个DNA是否 具有相同的黏性末端？
基因操作(gene engineering)的工具
• 目的基因(如人的胰岛素基因)怎样才能 导入受体细胞(如大肠杆菌细胞)？
基因操作(gene engineering)的工具
• 大肠杆菌的质粒 (plasmid)：
键步骤有哪些？
转基因大肠杆菌 (能分泌胰岛素)
• 培育转基因大肠杆菌的关键步骤：
1.ONE
胰岛素基 因从人体 细胞内提 取出来
2.TWO
胰岛素基 因与运载 体DNA连 接
3.THREE
胰岛素基因 导入受体 (大肠杆菌) 细胞
基因的“剪刀” 基因的“针线” 基因的运载体
基因操作(gene engineering)的工具
2.分子针线—DNA连接酶 (DNA linking-enzyme)
积极思考 DNA连接酶连接的是两个脱氧 核苷酸(deoxyribonucleotide) 分子的什么部位？
3、基因的“针线” ——DNA连接酶 指
（1）作用对象：两个具有相同粘性末端的DNA片段。 （2）作用位置：脱氧核糖与磷酸之间的缺口（磷酸 二酯键）。 （3）作用结果：形成重组DNA。
用限制酶切 断成许多片段
⑵人工合成基因法 DNA合成仪
有两种方法： ①逆转录法：以信使
RNA为模板，在逆转ห้องสมุดไป่ตู้酶 的作用下将脱氧核苷酸合 成合成DNA(基因)。
②直接合成法：根据 蛋白质的氨基酸顺序推算 出信使RNA核苷酸顺序， 再据此推算出基因DNA的 脱氧核苷酸顺序。用游离 脱氧核苷酸直接合成相应 的基因。
2、目的基因与运载体结合
用与提取目的基 因相同的限制酶切割 质粒使之出现一个切 口，将目的基因插入 切口处，让目的基因 的黏性末端与切口上 的黏性末端互补配对 后，在连拉酶的作用 下连接形成重组DNA 分子。
3、将目的基因导入受 体细胞并使之扩增
导入 扩增
要让目的基因表达， 必须将它导入受体细胞 并进行扩增。
G AA TT C
G AA TT C
C TT AA G
C TT AA G
用同种限制酶切割
G AA TT C
G AA TT C
C TT AA G
C TT AA G
基因的针线：DNA连接酶
G AA TT C
C TT AA G
基因操作(gene engineering)的工具
3.基因的运输工具——运载体 (carrying)
无表达产物
无表达产物
有表达产物
无表达产物
细菌的检测，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。
多细胞生物的检测，将每个受体细胞单独培 养并诱导发育成完整个体，检测这些个体是否摄 入目的基因，摄入的基因是否表达（是否表现出 相应的性状）。淘汰无变化的个体，保留有相应 变化的个体进一步培养、研究。
运载体 (carrying)应该 具有什么特
点呢?
❖ 运载体需具备的特点： ❖ 1能够在宿主细胞内复制并稳定保存； ❖ ２具有多个限制酶切点以便与外源基因
相连； ❖ ３具有标记基因，便于进行筛选．
基因工程(gene engineering)的 “四步曲”
1 提取目的基因
2 目的基因与运载体结合 3 将目的基因导入受体细胞
例：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。
基因工程(gene engineering)
原 理：基因重组 操作水平 DNA分子水平 结： 果：定向地改造生物的遗传性
状，获得人类所需要的品 种。
培育转基因大肠杆菌的简要过程：
普通大肠杆菌
人体组织细胞
(不能分泌胰岛素)
提取
与运载体DNA拼接
胰岛素基因
导入
大肠杆菌(含胰岛素基因)
你认为上述培育转 基因大肠杆菌的关
阅读教材 P102，解决以下问题：
什么叫基因工程? 基因工程的基本操作步骤有哪些? 归纳出科学家实施基因工程 的总体思路
基因工程(gene engineering)
❖ 又称基因拼接技术,或重组DNA 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，定向的改造生物的遗 传性状。
提取目的基因的方法
⑴直接分离基因——鸟枪法
将供体生物的DNA用限制酶 切割为许多片段，再用运载体将 这些片段都运载到受体生物的不 同细胞中去。只要有一个细胞获 得了需要的目的基因并得以表达， 基因工程就算成功了。
该法最大的缺点是带有很大 的盲目性，工作量大，成功率低。 且不能将真核生物的基因转移到 原核生物中去。
第2节 基因工程及其应用
设想
能否能否让热 带鱼也能发光?
能发光的水母 不能发光的热带斑马鱼
基因“嫁接”
能产生人胰岛素的大肠杆菌
在猴子的未受精卵中加入 附加基因，并利用它成功培育 出健康活泼的小猴“安迪”。
通过对“安迪”的研究我 们可以简单地引进如老年性痴 呆病的基因、帕金森病基因等， 加快针对这类疾病疫苗的开发 研究。
为获得目的基因的 表达产物时，通常以大 肠杆菌等无害易得的细 菌为受体。为改进某种 生物时，将欲改进的生 物细胞为受体。
4、目的基因的检测和表达
前三步的处理十分繁锁，为保证目的基因得到有 效利用，通常用大量的受体细胞来接受不多的目的基 因。这样，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。
4 目的基因的检测和表达
二、基因操作的基本步骤
１、提取目的基因——将 需要的基因从供体生物 的细胞内提取出来。
目前被较广泛提取 使用的目的基因有：苏 云金杆菌抗虫基因、人 胰岛素基因、人干扰素 基因、种子贮藏蛋白基 因、植物抗病基因等。
供体生物细胞
取出 DNA 用限制酶剪 去多余部分
限制酶
目的基因
1.基因的剪刀—限制性核酸内切酶 积极思考
如:EcoRI 1、该限制酶只能识别GAATTC的序 列，说明了限制酶具有的特性 是 专一性 。
2、 EcoRI限制酶识别了GAATTC的序列后， 将会发生什么样的变化？
思考:
被同一种限制酶切断的几个DNA是否 具有相同的黏性末端？
基因操作(gene engineering)的工具