4.1基因工程赋予生物新的遗传特性第1课时课件-2023-2024学年高二下学期生物浙科版选择性必修3

第四章 基因工程 第一节 基因工程赋予生物新的遗传特性 第一课时 稻瘟病是水稻重要病害之一，可引起大幅度减产，严重时减产40%～50%，甚至颗粒无收。严重影响到粮食安全。科学家通过精心设计，用“分子工具”培育出了转基因水稻，它可以有效抵御稻瘟病菌的感染。 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，你认为科学家需要用到哪些“分子工具”？这些“分子工具”各具有什么特征呢？ 转基因水稻(左）与野生型水稻(右） 1.基因工程的概念： 指有意识地把一个人们所需的基因转入另一个生物体中，使后者获得新的遗传性状或表达所需要产物的技术。 （1）别名： （2）原理： （3）操作对象： （4）操作水平： （5）结果： 重组DNA技术 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 一、基因工程是在多个生物学分支学科的基础上发展而来 思考1：为什么不同生物的DNA分子能拼接起来？ 思考2：为什么一种生物的基因可以在另一种生物细胞内表达？ （1）基因是控制生物性状的独立遗传单位。 （2）遗传信息的传递都遵循中心法则。 （3）生物界共用一套遗传密码。 （1）DNA的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸。 （2）双链DNA分子的空间结构都是规则的双螺旋结构。 一、基因工程是在多个生物学分支学科的基础上发展而来 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可以在同种生物个体间转移。 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19666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） 1972年，伯格首先在体外进行了DNA的改造，成功构建了第一个体外重组DNA分子。 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。 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。 1973年，科学家证明了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，并实现了物种间的基因交流。至此，基因工程正式问世。 1985年，穆里斯等人发明PCR,为获取目的基因提供了有效手段。 2、基因工程的建立过程 一、基因工程是在多个生物学分支学科的基础上发展而来 （一）限制性内切核酸酶——“分子手术刀” 简称：限制酶 （1）来源： 主要存在于细菌等微生物中。 （2）作用： 识别双链DNA上特定的一小段核苷酸序列，并催化其中特定的两个核苷酸之间的磷酸二酯键水解，使DNA双链在特定的位置断开。 （3）作用部位： 特定部位的磷酸二酯键 A T C G T A G C 5’ 3’ 5’ 3’ 磷酸二酯键 EcoRⅠ 5’…G-A-A-T-T-C…3’ 3’…C-T-T-A-A-G…5’ SmaⅠ 5’…C-C-C-G-G-G…3’ 3’…G-G-G-C-C-C…5’ 二、对DNA进行剪切、连接和复制是实现重组DNA技术的基础 不同限制酶的识别序列一般也各不相同。 5.作用结果(切割产物) 例如，发现于大肠杆菌中的限制酶EcoR Ⅰ的识别序列如图所示，两条链从5’→3’方向的识别序列均为GAATTC。 DNA片段末端通常有两种形式——黏性末端和平末端 （4）识别序列 识别序列通常是4～8个核苷酸对，以6个核苷酸对最为常见 二、对DNA进行剪切、连接和复制是实现重组DNA技术的基础 限制酶所识别的序列的特点是：呈现碱基互补对称，无论是6个碱基还是4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。 7 黏性末端 黏性末端 2024/3/23 实例1—EcoRⅠ限制酶： 识别序列为GAATTC， 切割部位为GA之间的磷酸二酯键。 实例2——SmaⅠ限制酶： 识别序列为CCCGGG 切割部位为CG之间的磷酸二酯键。 形成黏性末端 平末端 形成平末端 二、对DNA进行剪切、连接和复制是实现重组DNA技术的基础 （6）限制酶的命名： 用生物属名的头一个字母与种加词的头两个字母，组成了3个字母的略语，以此来表示这个酶是从哪种生物中分离出来的。例如，一种限制酶是从大肠杆菌( Escherichia coli)的R型菌株分离来的