3.1.1 重组DNA技术的基本工具-2023-2024学年高二生物同步优选备课一点通（人教版2019选择性必修3）

第3章 基因工程 第1节 重组DNA技术的基本工具 从社会中来 番木瓜容易受番木瓜环斑病毒的侵害。当番木瓜受到这种病毒感染后，产量会大大下降。科学家通过精心设计用“分子工具”培育出了转基因番木瓜，它可以抵御番木瓜环斑病毒。DNA双螺旋的直径只有2nm,对如此微小的分子进行操作，是一项非常精细的工作，更需要专门的“分子工具”。那么，科学家究竟用到了哪些“分子工具”？这些“分子工具”各具有什么特征呢？ 非转基因番木瓜 转基因番木瓜 什么是基因工程？ 基因工程 是按照人们的愿望，通过转基因等技术，赋予生物新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。从技术操作层面看，由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫做重组DNA技术。 1.原理： 2.操作对象： 3.操作水平 4.结果： 基因 分子水平 基因重组 赋予生物新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物制品。 基因工程发展历程 1961年尼伦伯格和马太破译了第一个编码氨基酸的密码子。截至1966年，64个密码子均被破译成功。 1970年科学家在细菌中发现了第一个限制性核酸内切酶（简称限制酶） 1953年沃森和克里克建立了DNA双螺旋结构模型并提出了遗传物质自我复制的假说。 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。 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。这些发现为DNA的切割、连接以及功能基因的获得创造了条件。 基因工程发展历程 1950年埃特曼发明了一种测定氨基酸序列的方法。2年后，桑格首次完成了对胰岛素氨基酸序列的测定。 1958年梅塞尔森和斯塔尔用实验证明了DNA的半保留复制。随后不久，克里克提出中心法则。 1944年艾弗里等人通过肺炎链球菌的转化实验，不仅证明了遗传物质是DNA，还证明了DNA可以在同种生物的不同个体之间转移。 1972年伯格首先在体外进行了DNA改造的研究，成功地构建了第一个体外重组DNA分子。 1973年，科学家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，并实现物种间的基因交流。至此，基因工程正式问世。 基因工程发展历程 1977年，桑格等科学家发明了DNA序列分析的方法，为基因序列图的绘制提供了可能。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。基因工程药物成为世界各国研究和投资开发的热点。 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。此后，基因工程进入了迅速发展的阶段。 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，为获取目的基因提供了有效手段。 1990年，人类基因组计划启动。2003年，该计划的测序任务顺利完成。 21世纪以来，科学家发明了多种高通量测序技术，可以实现低成本测定大量核酸序列，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—CRISPR（成簇规律间隔短回文重复）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。 “分子手术刀” 准确切割DNA分子 “分子缝合针” 将DNA片段连接起来 “分子运输车” 将体外重组好的DNA分子导入受体细胞 “工欲善其事，必先利其器”。在培育转基因番木瓜时，既要在体外对含有所需基因的DNA分子“切割”、改造和“拼接”；又要将重组DNA分子导入番木瓜体内，并使其表达。 DNA分子极小，实现这些精确操作需要哪些“分子工具”呢？ 1.来源： 主要是从原核生物中分离纯化来的。 3.作用： 4.作用部位： 特定部位的磷酸二酯键 6.结果： 形成黏性末端和平末端。 2.种类： 数千种 能够识别双链DNA分子的特定核苷酸序列，并使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开。 5.识别序列： 大多数：由6个核苷酸组成， 少数：由4个、8个或其他数量的核苷酸组成。 自主阅读课本P71，思考以下问题： 自学 一、限制性内切核酸酶（限制酶)——“分子手术刀” 9 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ G 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ A 3’端 5’端 3’端 5’端 1.限制酶作用部位： 一、限制性内切核酸酶（限制酶)——“分子手术刀” 点学 限制酶所识别序列的特点是：呈现碱基互补对称，无论是奇数个碱基还是偶数个碱基，都可以找到一条中心轴线，中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列的，称为回文序列。 在切割部位，一条链正向读的碱基顺序与另一条链反向读的顺序完全一致。 能被限制