导图社区 高中生物选修三:基因工程
基因工程(genetic engineering)又称基因拼接技术和DNA重组技术,是以分子遗传学为理论基础,以分子生物学和微生物学的现代方法为手段,将不同来源的基因按预先设计的蓝图,在体外构建杂种DNA分子,然后导入活细胞,以改变生物原有的遗传特性、获得新品种、生产新产品的遗传技术。基因工程技术为基因的结构和功能的研究提供了有力的手段。
编辑于2022-06-07 13:30:53基因工程
基本工具
限制性核酸内切酶
来源:
原核生物中分离纯化而来
作用:
识别双链DNA分子的某种特定核苷酸
使磷酸二酯键断裂
DNA链接酶
大肠杆菌
E·coli DNA链接酶
T4噬菌体
T4 DNA链接酶
载体
常见载体:
质粒 λ噬菌体的衍生物 动植物病毒
条件:
一至多个限制酶切割位点
有特殊标记基因
对受体细胞无毒害
应用
植物
抗虫转基因植物
Bt毒蛋白基因
在碱性环境表现毒性
蛋白酶抑制剂基因
阻断or降低蛋白酶活性
刺激分泌过量消化酶
淀粉酶抑制剂基因
抑制淀粉酶活性
植物凝集素基因
影响害虫对营养物质的吸收和利用
抗病转基因植物
病毒外壳蛋白
病毒的复制酶基因
几丁质酶基因 :抗真菌转基因植物 抗毒素合成基因
抗逆转基因植物
转基因改良植物品质
动物
提高生长速度
改善畜产品品质
eg.肠乳糖酶基因 减低牛奶乳糖含量
乳腺生物反应器
乳腺蛋白基因启动子
转基因动物器官移植
药物
转基因工程菌生产的药物
eg.细胞因子 抗体 疫苗 激素
基因治疗
把正常基因导入病人体内, 使该基因的表达产物发挥功能
基因种类
用以取代病变基因:正常基因
与病变基因产生的mRNA互补:反义基因 阻断非正常蛋白质合成
编码可以杀死癌变细胞的蛋白酶基因:自杀基因
蛋白质工程
概念
以 蛋白质分子的结构规律 及其 与生物功能的关系 作为基础 通过 基因修饰 or 基因合成 对现有蛋白质进行改造or制造新蛋白质
以基因工程为基础,是其的应用和延伸
基本途径
预期蛋白质功能
设计预期的蛋白质结构
推测应有的氨基酸序列
找到相对应的脱氧核苷酸序列
基本操作程序
目的基因的获取
从基因文库中获取
cDNA文库
由某种生物发育时期的 mRNA反转录产生的cDNA片段, 与载体连接后储存在一个受体菌群中
基因组文库
提取某种生物体内全部DNA 并用限制酶切成一定的DNA片段 再分别与载体连接,导入受体菌的群体
PCR技术 (多聚酶链式反应) 扩张目的基因
概念:
在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术
原理:
DNA双链复制原理
前提:
有一段已知目的基因的核苷酸序列
(以便合成引物)
过程:
变性:90~95度 解为单链
退火:冷却至55~60度 引物结合到互补DNA上
延伸:加热至70~75度 Taq酶 碱基配对合成互补链 (热稳定DNA聚合酶)
重复循环
化学方法直接获取
前提:基因比较小,核苷酸序列已知
DNA合成仪
基因表达载体的建构
目的:
使目的基因在受体细胞中稳定存在并表达, 发挥作用,且可遗传给下一代
基因表达载体的组成:
复制原点
启动子
一段有特殊结构的DNA片段,位于基因首端 是RNA聚合酶识别和结合的位点
终止子
一段有特殊结构的DNA片段,位于基因尾端
标记基因
鉴别 筛选含有目的基因的受体细胞
目的基因
目的基因导入受体细胞
植物细胞
农杆菌转化法
农杆菌的 Ti质粒上的T-DNA可转移至受体细胞, 并整合到受体细胞染色体上
基因枪法
单子叶植物常用
花粉管通道法
我国科学家独创 简便经济
剪柱头,滴DNA
动物细胞
显微注射技术
冲卵 显微注射 早期胚胎培养
移植到雌性动物输卵管or子宫内
发育成新性状动物
微生物细胞
钙离子 处理细胞 成为感受态细胞
感受态细胞 从含DNA的缓冲液中 吸收的DNA分子
why? 早期基因工程 用原核细胞 作为受体细胞
繁殖快 多为单细胞 遗传物质较少
But没有内质网、高尔基体 合成的蛋白基本无活性
目的基因的检测与鉴定
DNA分子杂交技术
DNA上是否插入目的基因
分子杂交技术
目的基因是否转录出mRNA
抗原-抗体杂交技术
~翻译成蛋白质/成功表达
抗虫or抗病接种实验
个体生物水平鉴定
无启动子 终止子 内含子
放射性同位素 标记目的基因DNA/mRNA片段 作为探针 与DNA/mRNA杂交 出现杂交带
从cDNA文库中提取的目的基因导入载体时 需要导入启动子和终止子
可以跨物种
有内含子的真核生物基因可以在真核生物中表达 不可以在原核生物中表达
经典问题
基因工程的目的
基因工程按照人们的意愿,进行严格设计,并通过体外DNA重组和转基因技术,创造出符合人们需要的新的生物类型和生物产品
基因工程的本质
基因重组
能将目的基因从完整的DNA分子中分离并移至另一生物体内表达,说明
生物的遗传物质是DNA,DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体
不同来源的目的基因能与载体DNA重组并具有功能,说明
基因基本结构相同,都是由四种脱氧核苷酸组成
同一基因在不同供体生物和受体生物中表达出相同蛋白质,说明
生物界共用同一套遗传密码
科研人员采用脓杆菌转化法将重组质粒导入小麦细胞的叶绿体DNA上,与导入小麦叶肉细胞的染色体上相比,生态环境保护角度的优点是?
防止目的基因通过花粉转移到其他植物上,产生优势杂交种,影响生物多样性(防止基因污染)
从cDNA文库中提取的目的基因导入载体时 需要导入启动子和终止子
可以跨物种
有内含子的真核生物基因可以在真核生物中表达 不可以在原核生物中表达