高中生物人教版 (2019)选择性必修3第1节 重组DNA技术的基本工具授课课件ppt

这是一份高中生物人教版 (2019)选择性必修3第1节 重组DNA技术的基本工具授课课件ppt，共35页。PPT课件主要包含了为了棉花姓“中国”，科技探索之路，基因工程的诞生和发展，基因工程，生物体外，DNA分子水平，人类需要的基因产物，基因重组，从社会中来，学生活动１等内容，欢迎下载使用。

1998年中棉所成功培育出我国第一个国审抗虫杂交棉新品种——中棉所29，使低龄棉铃虫的死亡率超过90%；2002年成功培育出我国第一个双价转基因抗虫棉新品种——中棉所41，该品种能够缓解棉铃虫抗药性，
我国成为世界第二个拥有抗虫基因自主知识产权的国家！
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。
第三章 基因工程
第1节 重组DNA技术的基本工具
　　指按照人们的愿望, 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。由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫作DNA重组技术。
操作环境： 操作对象： 操作水平： 工程原理： 工程产物：
1、不同生物的基因为什么能拼接？
2、外源基因为什么能在受体细胞中表达？
(1)DNA的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸。(2)DNA分子都遵循碱基互补配对原则(3)双链DNA分子的空间结构都是规则的双螺旋结构。
(1)基因是控制生物性状的遗传物质的结构和功能单位。(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。
基因工程诞生的理论基础
番木瓜容易受番木瓜环斑病毒的侵袭。当番木瓜被这种病毒感染后，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2 nm，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,科学家究竞用到了哪些“分子工具”?这些“分子工具”各具有什么特征呢?
在培育转基因番木瓜时，首先要在体外对含有所需要基因的DNA分子进行“切割”、改造和“拼接”。
重组DNA技术的基本工具
将DNA片段再连接起来
然后，将重组DNA分子导入番木瓜体细胞内，并使其在细胞中表达。
将体外重组好的DNA分子导入受体细胞
一、限制性内切核酸酶——“分子手术刀”
能识别双链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。（因此具有专一性）
（限制酶不是一种酶，而是一类酶）
特定切点上的磷酸二酯键
绝大多数是6个核苷酸序列
识别序列都可以找到一条中轴线，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，即在切割位点，DNA一条链和它的反向互补链的序列一样。
图中为限制酶识别位点，三角标示酶切位置。观察不同限制酶的识别序列，分析限制酶的识别序列在碱基的排列顺序上有什么特点?
5’…G3’…CTTAA
AATTC…3’G…5’
5’…CCC3’…GGG
GGG…3’CCC…5’
5’…C3’…GGGCC
CCGGG…3’C…5’
5’…G3’…CCTAG
GATCC…3’G…5’
5’…A3’…TCTAG
GATCT…3’A…5’
1.所有限制酶的切割结果都是黏性末端?2.有没有哪些限制酶的切割产生了相同的黏性末端？
1.你能推测限制酶存在于原核生物中的作用是什么吗？
原核生物中的限制酶可以切割外源DNA，但对自身的DNA不起作用，起到保护自身的目的。破坏外源DNA，保护自我
2.为什么限制酶不剪切细菌本身的DNA？
如EcRI 限制酶识别GAATTC，而细菌缺乏此序列
经过长期的进化，含有某种限制酶的细菌，其DNA分子中或者不具备这种限制酶的识别序列，或者通过甲基化酶将甲基转移到限制酶所识别序列的碱基上，使限制酶不能将其切开。这样尽管细菌中含有 某种限制酶，也不会使自身的DNA被切断，还可以防止外源DNA的入侵。
原核生物DNA分子中不存在限制酶的识别序列或识别序列已经被修饰。
拓展思维：1.要想从一个DNA分子中获得某个特定的基因需要有几个酶切位点？产生几个末端？
使用EcRⅠ酶剪切目的基因
用同种限制酶切割(EcRⅠ)
拓展思维：2.把两种来源不同的DNA进行重组，应该怎样处理？
E.cli DNA连接酶
DNA连接酶——“分子缝合针”
E·cli DNA连接酶
能连接黏性末端和平末端(效率较低)
将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键，形成重组DNA分子。
DNA连接酶作用示意图：
两DNA片段要具有互补的黏性末端才能拼起来
可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，
注意：DNA连接酶可连接双链DNA中的两条单链缺口，但不能连接单链DNA！
E·cli DNA连接酶的缝合作用
既可以“缝合”DNA互补的粘性末端，又可以“缝合”双链DNA片段的平末端，但效率较低。
A A T T G
旁栏思考：DNA连接酶和DNA聚合酶是一回事吗？为什么？
只能将单个核苷酸连接到已有的核苷酸链上，形成磷酸二酯键
DNA聚合酶作用示意图：
DNA连接酶和DNA聚合酶的比较
都能催化形成磷酸二酯键
需要DNA的一条链作模板
形成完整的重组DNA分子
只能将单个核苷酸连接到已有的DNA片段上，形成磷酸二酯键
在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键
基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”
（1）作为运载工具，将目的基因导入受体细胞中。（2）在受体细胞内对目的基因进行大量复制
①能够在受体细胞中复制并稳定地保存。②具一个或多个限制酶切点，以便与外源基因连接。③具有某些标记基因，便于进行鉴定和选择。④必须是安全的 ，对受体细胞无害。
①作为运载工具，将外源基因导入受体细胞中②在受体细胞内对外源基因进行大量复制
①细菌的质粒②病毒：噬菌体、动植物病毒等。
有标记基因的存在，可用含青霉素的培养基鉴别。
能复制并带着插入的目的基因一起复制
1、来源：质粒主要存在于细菌和真菌体内。2、本质：独立于拟核或细胞核外，具有自我复制能力的双链环状DNA分子。3、有一个至多个限制酶切割位点，并含有一些抗生素抗性基因（如图）,如四环素抗性基因、氨苄青霉素抗性基因等，这些基因可以作为鉴定和筛选重组DNA的标记基因。
在基因工程中使用的载体除质粒外，还有噬菌体、动植物病毒等。它们的来源不同，在大小、结构、复制方式以及可以插入外源DNA片段的大小也有很大差别。
在基因工程操作中，真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒的基础上进行过人工改造的。
①主要存在于原核生物中②具有专一性(识别序列)③切开DNA分子的磷酸二酯键④产生黏末端或平末端
E.cliDNA连接酶T4 DNA连接酶
质粒、λ噬菌体衍生物、动植物病毒
①能在宿主细胞中自我复制②并稳定存在③具一种至多种限制酶切点④具标记基因
DNA不溶于酒精，但某些蛋白质溶于酒精，利用这一原理，可以初步分离DNA与蛋白质。（分离提取DNA）
在一定温度下，DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色
DNA、RNA、蛋白质和脂质等在物理和化学性质方面存在差异，可以利用这些差异，选用适当的物理或化学方法对它们进行提取。
DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，它能溶于2ml/L的NaCl溶液。（溶解提纯DNA）
DNA含量相对较高的生物组织，如新鲜洋葱、香蕉、菠菜、菜花和猪肝、鸡血等。
不能选择哺乳动物成熟的红细胞，因为哺乳动物成熟的红细胞中没有细胞核和线粒体，几乎不含DNA。
①研磨液②体积分数为95%的酒精③2ml/L 的NaCl溶液④二苯胺试剂⑤蒸馏水
——破坏细胞，释放出细胞内的物质，维持DNA稳定，提高DNA溶解度
——鉴定DNA，要现配现用,用棕色瓶保存。鉴定时需沸水浴加热5分钟，溶液的蓝色的深浅与溶液中DNA含量的多少相关。
——滴入NaCl溶液中，使浓度下降至0.14ml/L，析出DNA
称取 ，切碎，放入研钵，倒入 ，充分研磨。
方法一：在漏斗中垫上纱布过滤研磨液，4℃冰箱中静置后取 ；或将研磨液倒入塑料离心管中离心，取 。方法二：直接将研磨液倒入塑料离心管中，1500 r/min的转速下离心5 min，取上清液。
思考：（1）过滤能否用滤纸代替纱布？（2）第一次过滤后DNA在沉淀中还是上清液中？
不可以，因为DNA会被吸附到滤纸上而大量损失，最终影响提取的DNA量。
在上清液中加入体积相等的、 溶液, 静置2~3min，溶液中出现的 就是粗提取的DNA 。
方法一：用玻璃棒沿一个方向搅拌，卷起丝状物；方法二：将溶液倒入塑料离心管中离心，取沉淀物晾干。
（3）析出时为什么要选用预冷的酒精溶液？ 可抑制核酸水解酶的活性，抑制DNA降解；抑制分子运动，使DNA易形成沉淀；有利于增加DNA分子的柔韧性，减少其断裂。（4）搅拌时需要如何操作？ 应用玻璃棒沿一个方向缓慢搅拌，避免破坏DNA。（5）还有什么方法可以代替冷却的酒精析出DNA？ 离心后取沉淀物。
2 ml/L的NaCl溶液
加4 mL二苯胺，混匀
DNA在沸水浴的情况下 遇二苯胺会被染成蓝色