微生物基因重组58页PPT

《基因的重组》PPT课件
探索基因重组的奥秘，了解基因组的变异和基因重组的重要性。
什么是基因重组？
基因的重组是指基因序列的重新组合，通常在同一染色体内发生，也可以在 不同染色体之间发生。
基因重组的类型
1 同源重组
两个DNA分子的同源区域（相同序列）发生交换。
2 非同源重组
两个DNA分子的不同源区域（不同序列）发生交换。
应用广泛
基因重组技术在遗传工程、 转基因技术和基因治疗领域 有着广泛的应用。
实际意义
合理掌握基因重组的方法和 应用具有实际意义，可组的应用
1 遗传工程
通过基因重组技术，将外源基因引入目标生物体，实现基因的改良和功能增强。
2 转基因技术
利用基因重组技术，将外源基因导入植物或动物，以获得特定的性状或生产特定的产物。
3 基因治疗
利用基因重组技术，修复或替代患者体内缺陷基因，达到治疗或预防遗传病的目的。
总结
重要性
基因重组是一种重要的基因 变异形式，推动物种进化和 适应能力。
基因重组的作用
1 创造新的基因组合
导致个体的不同表型表现。
2 促进物种的适应性进化
增加遗传多样性，增强物种的适应能力。
基因重组的影响
1 诱导肿瘤
2 引起基因突变
基因重组可能导致细胞的 异常增殖，从而引发肿瘤。
基因重组的错误可以导致 基因突变，影响基因的正 常功能。
3 导致遗传病
某些基因重组事件可能导 致遗传病的发生。

.
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外源DNA被降解，转导失败。
(2)局限性转导（specialized transduction）
温和噬菌体感染
整合到细菌染色体的特定位点上
宿主细胞发生溶源化
溶源菌因诱导而发生裂解时， 在前噬菌体二侧的少数宿主 基因因偶尔发生的不正常切 割而连在噬菌体DNA上
部分缺陷的温和噬菌体
把供体菌的少数特定基因转移到受. 体菌中
的转化现象
目前已知有二十多个种的细菌具有自然转化的能力
进行自然转化，需要二方面必要的条件：
建立了感受态的受体细胞
外源. 游离DNA分子
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枯草芽孢杆菌的自然转化过程（革兰氏阳性菌的转化模型）
分泌感受态因子
与细胞表面受 体M相互作用
使细胞表面的 DNA结合蛋白 及核酸酶裸露出 来，使其具有与 DNA结合的活 性
b）决定因素也各有不同；
.
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(2)人工转化
在自然转化的基础上发展和建立的一项细菌基因重组手段， 是基因工程的奠基石和基础技术。
不是由细菌自身的基因所控制；
用多种不同的技术处理受体细胞，使其人为地处于一 种可以摄取外源DNA的“人工感受态”。
用CaCl2处理细胞，电穿孔等是常用的人工转化手段。
质粒的转化效率高；
含有F因子的细胞：“雄性”菌株（F+），其细胞表面有性菌毛 不含F因子的细胞：“雌性”菌株. （F-），细胞表面没有性菌毛7
F因子为附加体质粒 既可以脱离染色体在细胞内独立存. 在，也可插入（整合）到染色8 体上
F因子的四种细胞形式
a）F-菌株， 不含F因子，没有性菌毛，但可以通过 接合作用接收 F因子而变成雄性菌株（F+）；
.

选取新鲜材料，研磨迅速彻底，研磨好的材料应与 CTAB 抽 提液充分混匀；
若提取产物有颜色，可能是材料中含有较多的多酚类物质， 添加巯基乙醇，尽可能选取幼嫩的材料；
收集 CTAB 与核酸形成的复合物时不要离心过度，否则沉淀 再溶解难；
为了获得具有生物活性的天然核 酸，在分离制备过程中必须采用 温和的条件，避免过酸过碱、剧 烈地搅拌，防止热变性，同时还 要避免核酸降解酶类的降解。
将上清液移入新的1.5mL离心管内，加 600µL异丙醇。颠倒混匀， 可见 DNA絮状沉淀。沉淀核酸
12000r/min，离心 1min，倒掉上清液，将离心管倒置干燥。 将沉淀 回溶于20µL TE 缓冲液待测。
2021/3/28
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南京农业大学 生命科学学院
3. 植物总DNA的提取
❖ 注意事项：
可加少量Rnase降解RNA。
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南京农业大学 生命科学学院
第一节 核酸的分离纯化检测
4. 细菌质粒DNA的提取
❖ 细菌质粒染色体外小型（1-200kb）的共价、闭合、环状的双链 DNA分子（cccDNA），能自主复制并能稳定遗传的遗传因子。 常编码一些对宿主有利酶的基因，这些基因的表型包括抗生素抗 性、产生抗生素、限制酶、修饰酶等。常用作基因重组的载体。
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❖ 核酸的浓度与纯度的测定
A. 紫外分光光度法测定DNA和RNA的含量
前提：核酸样品要较纯，无显著蛋白质、酚、琼脂糖及其他 核酸污染。测定浓度应大于0.25 μg/ml 。
结论：在波长260nm紫外光下，1OD值的吸光度相当于双链 DNA浓度为50μg/ml；单链DNA为37μg/ml；RNA为40μg/ml。

2、基因重组发生在 A．减数分裂形成配子的过程中
A
B．受精作用形成受精卵的过程中
C．有丝分裂形成子细胞的过程中
D．通过嫁接，砧木和接穗愈合的过程中
3、某自花传粉植物连续几代开红花，一次开出
一朵白花，白花的后代全开白花，其原因是 A
A．基因突变 B．基因重组
C．基因分离 D．环境影响
4、上眼睑下垂是一种显性遗传病,某一男性患者,
1、在一个DNA分子中如果插入了一个碱基
对，则
D
A.不能转录
B.不能翻译
C.在转录时造成插入点以前的遗传密码改变
D.在转录时造成插入点以后的遗传密码改变
精典例题
2、人类能遗传给后代的基因突变
常发生在
C
A.减数第一次分裂
B.四分体时期
C.减数第一次分裂的间期
D.有丝分裂间期
小试牛刀
1A、．生基物因变重异组的根本来B．源染是色体数D 目变异 C．染色体结构变异 D．基因突变
1、细菌和病毒存在基因重组这种变异吗？
不存在
2、基因重组能否产生新基因？ 非同源染色体上的 非等位基因自由组合 不能
能产生新的基因型吗？ 3、你能从基因重组的角度解释人群中个体性状的多种多样吗？
发生时期：________________________ B．基因重组产生原来没有的新基因
能
“一母生九仔，连母十个样”，这种个体的差异，主要是什么原因产生的?
B、无基因突变,性状不遗传给此人
3、你能从基因重组的角度解释人群中个体 C．基因分离 D．环境影响
减数第一次分裂的前期（四分体时期），同源染色体上的非姐妹染色体之间发生交叉互换. 1、在一个DNA分子中如果插入了一个碱基对，则

加的良好发展趋势
3 Genome shuffling技术改组酵母菌
4 Genome shuffling技术改组霉菌
1 Genome shuffling技术改组细菌
在乳酸发酵生产中，乳酸菌同时具有底物抑制和 产物抑制的发酵特征，因此通过提高乳酸菌的耐 糖性和耐酸性，进而提高乳酸产量是乳酸生产中 的一个重要研究方向
无需菌种背景知识比传统诱变选育更快速有效191比传统诱变选育更快速有效传统诱变通常是将每一轮产生的突变体库中筛选出的最优的1株菌作为下一轮诱变的出发菌株而genomeshuffling则是将一次诱变获得的若干正性突变株共同作为出发菌株经过递推式的多轮融合实现较大范围内的基因重组效率更快更高并可以基本避免诱变选育中因多次诱变导致的钝化反应和饱和现象在一定程度上克服了诱变选育存在的缺点20212能提高子代菌株的遗传多样性基因组改组技术源于原生质体融合技术但两者最大区别在于基因组改组技术使用多亲本而非双亲本并且进行多轮递推式融合能产生各种各样的突变组合这将大大增加子代筛选群体内遗传多样性从而提高了获得优良性状的菌株的几率
四、特点及其应用
（4）无须对菌种遗传背景十分清楚，有效地 对由“多基因”调控的性状进行改良。
四、特点及其应用
Genome shuffling技术在工业微生物菌种选育中的应用
1 Genome shuffling技术改组细菌
2 Genome shuffling技术改组放线菌
目前，Genome shuffling技术在细菌、 放线菌、酵母菌和霉 菌等多种类的工业微 生物中都有应用的实 例，且呈现出日益增
优的1株菌作为下一轮诱变的出发菌株，而Genomeshuffling则是将一次诱变获得的若干正性突变株共同作为出发 菌株，经过递推式的多轮融合实现较大范围内的基因重组， 效率更快更高，并可以基本避免诱变选育中因多次诱变导 致的“钝化”反应和“饱和现象”，在一定程度上克服了 诱变选育存在的缺点

表现型
（改变）
基因型
（改变）
+ 环境条件
（改变）
可遗传的变异
（如：色盲）
来源
诱因
基因突变 染色体变异
基因重组
思考：通过美容手术，纹成弯弯的 柳叶眉，这种柳叶眉能遗传吗？
基因突变和基因重组
第五章 基因突变及其他变异
学习目标 引言
新课讲授 课堂小结 随堂练习 课后作业
退出
第一节 基因突变和基因重组
基因突 变
（四）旁栏思考题
因为紫外线和X射线易诱发基因突变，使 人患癌症。
• （五）批判性思维
• 这种看法不正确。对于生物个体而言，发生 自然突变的频率是很低的。但是，一个物种 往往是由许多个体组成的，就整个物种来看， 在漫长的进化历程中产生的突变还是很多的， 其中有不少突变是有利突变，对生物的进化 有重要意义。因此，基因突变能够为生物进 化提供原材料。
基因__内__部__结__构_改变，它_____能___产新生的基因
发生时期：_细_胞__分__裂__间_期__（__D_N__A_复__制__时__）_
特点：①普遍性、 ②随机性、
④多数有害、⑤不定向性。
③____突__变_率__低、
2．基因重组：
控制不同性状的_____________，_______新基因，可
3、基因突变的特点
①普遍性:自然界的物种中广泛存在(所有生物
都可能发生)
②随机性:可发生在任何时期 ③突变率低:自然界突变率很低：10－ 5- 10-8 ④有害性:(打破对环境的适应性)多数有害,少数 有利 ⑤不定向性：A＝a1或A＝ a2
基因突变的结果： 产生它的等位基因
思考与讨论
1、基因突变的普遍性与低频率性是否矛盾 ？

1.基因突变的特点
（1）基因突变在生物界具有普遍性。如棉花的短果枝、水稻 的矮秆和糯性、人的色盲、血友病、糖尿病、白化病等都是基因突
（2）基因突变是随机发生的、不定向的，即具有随机性和不 定向性，它可以发生在生物个体发育的任何时期和任何细胞中，同 一DNA分子的不同部位。一个基因可以向不同的方向发生突变，产 生一个以上的等位基因，而且基因突变的方向和环境没有明确的因 果关系。
③某些基因突变，对应蛋白质个别位置的氨基酸改变，但并不
④若突变发生在内含子区域（即基因的非编码区），生
（2 少数基因突变可引起生物性状改变，如人类镰刀型细胞
自然界中，一种生物某一基因及其三种突变基因决定
根据上述氨基酸序列确定这三种突变基因DNA分子的改变是 （
A.突变基因l和2为一个碱基的替换，突变基因3为一个碱基的增添 B.突变基因2和3为一个碱基的替换，突变基因1为一个碱基的增添 C.突变基因1为一个碱基的替换，突变基因2和3为一个碱基的增添 D.突变基因2为一个碱基的替换，突变基因l和3为一个碱基的增添
DNA分子复制时，减数第一次分裂过程中，同
由于外界理化因 源染色体的非姐妹染色单体
素或自身生理因 间交叉互换，以及非同源染
素引起的基因结 色体上非等位基因的自由组
构的改变
合
项目
基因突变
条件
外界条件的剧 变和内部因素 的相互作用
生物变异的根
区 别
意义
本来源，也是 生物进化的原 始材料
发生 可能性很小
2.能力方面：课标高考试题对本章的层级考查，集中在理解能 力、信息获取能力和综合应用能力等层次。
一、基因突变 1.概念：DNA分子中发生碱基对的替换 、增添和缺 失 ，而引起的基因结构的改变（注：这种变化在显微镜下

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6、基因重组的应用
在生产上的应用
1.杂交育种
简述用纯种黄色圆粒豌豆和绿色皱粒豌豆培育纯种绿色圆粒豌豆的过程。 要求写出遗传图解并加以适当的文字解释。
2.基因工程
;.
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杂交育种：
原理:
基因重组
方法: 优点:
杂交——自交——筛选 操作简单、能根据人的预见把位于两个生物体上的优良性状集于一身。
缺点：
“一母生九仔，连母十个样”，这种个体的差异，主要是什么原因产生的? 基因重组
1
基因重组： 是指生物体在进行有性生殖的过程中，控制不同性状的基因重新组合
的过程。
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第2节 基因重组 一、细菌的基因重组 二、高等生物的基因重组 三、基因的人工重组—基因工程
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二、高等生物的基因重组 1.类型:
①基因的自由组合: (减I后期）
减数第一次分裂前期的四分体时期的交叉互 换； 减数第一次分裂后期，非同源染色体上的非 等位基因自由组合。
条件 意义
外界环境条件的变化和内部 因素的相互作用。
新基因产生的途径，是生物变异的 根本来源,是生物进化的原始材料。
有性生殖过程中进行减数分裂形成生殖细 胞。
是生物变异的重要来源，是形成生物多样性 的重要原因，对生物的进化也具有重要的意 义
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1．基因突变：
基发因生时___期__：内___部____结_改_构_变__，__它__________(能__或__否__)_产_ 生新的能基因
特点：①普遍性、 ②随细机胞性分、裂③间_期__（__D_N__A__复_、制时） ④少利多害性、⑤不定向性。
2．基因重组：
低频性
控制不同性状的_____________，_______新基因，可形成新的________。

生物学意义
转座重组有助于基因组的 多样性和进化，但也可能 导致基因表达的异常和疾 病的发生。
03 基因重组的机制
重组酶的作用
识别DNA序列
重组酶能够识别DNA上的 特定位点，为重组过程提 供起始点。
催化DNA链断裂
重组酶能够催化DNA链断 裂，形成单链缺口，为重 组提供必要的结构基础。
催化碱基配对
同源重组是生物进化的重要机制之一 ，有助于维持基因组的稳定性，同时 也可以修复DNA损伤。
机制
同源重组依赖于RecA蛋白等分子伴侣 的参与，通过寻找同源序列，形成异 源二聚体，再通过DNA链的断裂、交 换和重连完成重组。
非同源重组
定义
非同源重组是指两条没有同源 序列的DNA分子之间发生的
重组过程。
些罕见病。
基因克隆
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通过基因重组技术将目的基因克隆到载体中，实现基因的高效
表达和纯化。
克隆技术
动物克隆
利用基因重组技术复制动物个体，实现快速繁殖和拯救濒危物种 。
植物克隆
通过基因重组技术繁殖植物，实现植物的快速繁殖和品种改良。
细胞克隆
通过基因重组技术培养特定细胞系，用于药物筛选、疾病研究等 。
疾病治疗与预防
伦理考量
在编辑人类基因时，需要权衡潜在的 健康益处与潜在的风险和副作用，以 及涉及的伦理问题，如潜在的基因歧 视和人类进化干预。
基因重组与生物多样性
生物多样性影响
基因重组可能导致生物多样性减少，因为重组可能导致物种的基因库减少，降低 物种适应环境变化的能力。
伦理考量
需要关注基因重组对生物多样性的影响，并采取措施确保生物多样性的保护和维 持。
疫苗研发
利用基因重组技术生产疫苗，预防和控制传染病。