1.1DNA重组技术的基本工具课件2022-2023学年高二下学期生物人教版选修3

选修三 现代生物科技专题 专题一 基因工程 专题二 细胞工程 专题三 胚胎工程 专题四 生物技术的安全性和伦理问题 专题五 生态工程 第一节 基因工程概述 第1课时 1、简述基因工程的诞生历程; 2、说出基因工程的概念; 3、说出基因工程所需的两种工具酶的作用 学习目标 DNA(基因) mRNA 蛋白质(性状) 转录 翻译 1.什么是基因? 2.基因如何控制生物性状? 基因是有遗传效应的DNA片段。 温故知新 1982年,第一个基因工程药物——重组人胰岛素被批准上市 目的基因的获取 基因表达载体的构建 将目的基因导入受体细胞 目的基因及其表达产物的检测鉴定 1944年艾弗里等人证明了DNA可以在同种生物的不同个体之间转移。 1950年埃特曼发明了一种测定氨基酸序列的方法。 1958年梅塞尔森和斯塔尔用实验证明了DNA的半保留复制。 1953年沃森和克里克建立了DNA双螺旋结构模型。 1961年尼伦伯格和马太破译了第一个编码氨基酸的密码子。 1967年,科学家发现,在细菌拟核DNA之外的质粒有自我复制能力,并可以在细菌细胞间转移。 1970年科学家在细菌中发现了第一个限制性内切核酸酶(简称限制酶)。 20世纪70年代初,多种限制酶、DNA连接酶和逆转录酶被相继发现。 1972年,伯格成功构建了第一个体外重组DNA分子。 1973年,证明质粒可以作为基因工程的载体,构建重组DNA,导入受体细胞,使外源基因在原核细胞中成功表达,基因工程正式问世。 1977年,桑格等科学家发明了DNA序列分析的方法。此后,DNA合成仪的问世为体外合成DNA提供了方便。 1982年,第一个基因工程药物-重组人胰岛素被批准上市。 1983年,科学家采用农杆菌转化法培育出世界上第一例转基因烟草。 1984年,我国科学家朱作言领导的团队培育出世界上第一条转基因鱼。 1985年,穆里斯等人发明了PCR。 1990年,人类基因组计划启动。2003年完成 21世纪以来,科学家发明了多种高通量测序技术,加速了人们对基因组序列的了解。 2013年,华人科学家张锋及其团队首次报道利用最新的基因组编辑技术编辑了哺乳动物基因组。该技术可以实现对特定基因的定点插入、敲除或替换。 科技探索之路 基因工程的诞生和发展 艾弗里证明DNA是遗传物质,DNA可从一种生物个体转移到另一种生物个体。 一、基因工程的诞生和发展 沃森、克里克建立了DNA的双螺旋结构模型 梅塞尔森、斯塔尔证明DNA的半保留复制 克里克等提出 中心法则 DNA RNA 蛋白质 转录 翻译 逆转录 复制 基因是控制生物性状的结构和功能单位,具有相对独立性。 1963年尼伦伯格和马太破译编码氨基酸的遗传密码, 1966年霍拉纳用实验加以证明。 理论基础 DNA是遗传物质的证明 DNA双螺旋结构和中心法则的确立 遗传密码的破译 技术保障 基因工程工具 的发现和应用 限制性核酸内切酶 DNA连接酶 基因载体(如质粒) 一、基因工程的诞生和发展 (1)不同生物的DNA分子能拼接起来的原因分析 (2)外源基因能够在受体内表达,并使受体表现出相应性状的原因分析 积极思维:基因工程操作的理论基础? ①基本组成单位相同:都是四种脱氧核苷酸。 ②双链DNA分子的空间结构相同:都是规则的双螺旋结构。 ③DNA碱基对之间的关系相同:均遵循严格的碱基互补配对原则。 ①基因是控制生物体性状的结构和功能单位,具有相对独立性。 ②遗传信息的传递方向都遵循中心法则。 ③生物界共用一套遗传密码。 为什么不同生物的基因可以相互“嫁接”并能成功表达? 二、基因工程的概念 基因工程是指在生物体外,通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”,对生物的基因进行改造和重新组合,然后导入受体细胞,使重组基因在受体细胞中表达,产生出人类所需要的基因产物的技术。基因工程又称DNA重组技术。 基因工程的别名 操作环境 操作对象 操作水平 原理 基本过程 结果 DNA重组技术 体外 基因 DNA分子水平 基因重组 剪切 →拼接 →导入 →表达 人类需要的基因产物 优点 定向改造生物性状 克服远缘杂交不亲和障碍,育种周期短 我国常见转基因食品 重组DNA技术的基本工具 提取 抗虫基因 棉花细胞 苏云金芽孢杆菌 (有抗虫特征) 普通棉花 (无抗虫特征) 与运载体DNA拼接,导入 (含抗虫基因) 棉花植株 (有抗虫特征) 基因工程培育抗虫棉的简要过程 重组DNA技术的基本工具 如何将苏云金芽孢杆菌细胞内的抗虫基因从它的DNA分子中切割下来? 如何将切下来的抗虫基因与运载体DNA连接起来? 如何将重组的DNA运送到棉花细胞? 需要切割DNA的工具(分子手术刀) 需要连接DNA片断的工具 (分子缝合针) 需要基因转移的工具(分子运输车) ——限制性核酸内切酶 ——DNA连接酶