-农业基因工程.pptVIP

第三章 农业基因工程 第一节 基因工程的物质基础 第二节 基因工程操作程序 第三节 转基因植物与植物改良 第四节 转基因动物及应用 第一节 基因工程的物质基础 一、基因工程的诞生 二、基因工程的含义 三、基因工程工具酶 四、基因工程载体 一、基因工程的诞生 理论基础：三大发现 20C40S，基因载体是DNA ——遗传物质基础问题； 20C50S，DNA双螺旋结构和半保留复制 ——基因的自我复制和传递问题； 20C50-60S，中心法则和操纵子学说 ——遗传信息的流向和表达问题。 技术基础：三大发明 工具酶 载体 反转录酶 二、基因工程的含义 基因工程（gene engineering） 指将某种生物的基因经过体外修饰或直接导入另一种生物细胞或个体，从而改变生物的遗传性状或创造新的生物类型。 这种人为在遗传物质的分子水平上改造和设计生物的结构和功能的生物技术，就是所谓的基因工程，也称DNA重组技术。 基因工程的优势 生物技术的核心技术 基因交换不受生物物种亲缘关系的限制。 生物基因可在人、动物、植物和微生物四大系统间进行交换，人类可以构思并创造出世界上前所未有的生物新类型。 三、基因工程工具酶 基因工程操作需要在分子水平上对DNA分子进行剪接、重组和转运，需要借助一些工具。 1、限制性内切酶 2、DNA连接酶 3、DNA聚合酶 4、反转录酶 1、限制性内切酶 限制性内切酶就是一类能够识别双链DNA分子中某种特定核苷酸序列，并由此切割DNA双链结构的酶。 1970，Smith和Wilcox，Hind Ⅱ 1972，Boyer，EcoRⅠ 300种微生物→→500种限制性内切酶→→基因体外分析研究→→人工重组。 2、DNA连接酶 作用：能把不同DNA片段结合到一起。 1967，首次发现，但活性不高 1970，Khorana，T4 DNA连接酶，高活性 3、DNA聚合酶 DNA聚合酶能以单链DNA为模板合成互补的DNA链。 TaqDNA聚合酶：耐高温，70℃以上合成DNA。 这为体外人工大量复制目标DNA片段提供了极大的方便。 4、反转录酶 反转录酶也是一种DNA聚合酶，但它不是以DNA为模板，而是以mRNA为模板进行DNA的合成。 由于这一过程正好与mRNA的转录过程相反，故而称为反转录酶。 反转录酶使得基因工程学家们能通过细胞质中的mRNA来认识和分离目标基因。 1970，Baltimore和Temin，各自发现。 四、基因工程载体 载体：将外源DNA携带进入宿主细胞的运载工具。 基因载体的实质：一类小型的DNA分子。 其作用：将目的基因转移到受体细胞，并使其在受体细胞中得到转录和表达。 1946，Lederberg，细菌F因子 1973，Cohen，首次将质粒作为基因载体。 理想载体的特点 ①自我复制能力； ②大小要适度，能从外部进入细胞； ③稳定安全可靠，不易降解； ④要有遗传标记和选择性的识别标记。 载体的分类 （1）根据克隆外源DNA的方式： 插入型载体：指在载体的克隆位点上用限制性内切酶酶切后，将外源DNA插入，再用连接酶连接。绝大多数的载体都属于此类。 置换型载体：指载体的某一片段用限制性内切酶切除，代之以外源DNA片段。噬菌体属于此类。 （2）根据载体的用途： 克隆载体：指克隆了外源DNA后，转入宿主细胞中进行增殖，使克隆的DNA片段在数量上大大扩增。 表达载体：将外源DNA在宿主细胞中表达产生蛋白质。 常用基因载体 ①质粒 ②噬菌体 ③病毒 ④转座子 ⑤人工载体 ①质粒 质粒是独立与染色体之外的能自主复制的双链环状DNA分子，也叫“核外遗传体或核外染色体”。 质粒所携带外源DNA片段比较小（10Kb）。 Ti质粒：高等植物基因工程常用。 ②噬菌体 噬菌体所能负载的DNA片段较大。 λ噬菌体：双链线性DNA。 原核生物常用。 ③病毒 SV40（猿猴病毒），双链环状DNA 广泛应用： 微生物和哺乳动物体细胞基因工程。 ④转座子 能在基因组中频繁转移，主要成分也都是不同的DNA。 ⑤人工载体 YAC（酵母人工染色体） Yeast artificial chromosome BAC（细菌人工染色体） Bacterial artificial chromosome MAC（哺乳动物人工染色体） Mammalian artificial chromosome 第二节 基因工程操作