高中生物选修三基因工程基本操作程序

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1、会计学1高中生物选修三基因工程基本操作程序高中生物选修三基因工程基本操作程序不能转录为信使不能转录为信使RNARNA，不，不能能 编码蛋白质。编码蛋白质。：能转录相应的信使：能转录相应的信使RNARNA，能，能 编码蛋白质编码蛋白质 编码区编码区非编码区非编码区原核原核细胞细胞的的 基因基因结构结构有调控遗传信息表达的核有调控遗传信息表达的核 苷酸序列，在该序列中，苷酸序列，在该序列中， 最重要的是位于编码区上最重要的是位于编码区上 游的游的RNARNA聚合酶结合位点聚合酶结合位点。非编码区非编码区非编码区非编码区编码区编码区编码区上游编码区上游 编码区下游编码区下游 启动子启动子终止子终止子

2、第2页/共53页编码区编码区非编码区非编码区非编码区非编码区与与RNARNA聚合酶聚合酶结合位点结合位点内含子内含子 外显子外显子 能够编码蛋白质的序列叫做外显子能够编码蛋白质的序列叫做外显子 不能够编码蛋白质的序列叫做不能够编码蛋白质的序列叫做内含子内含子启动子启动子终止子终止子编码区上游编码区上游 编码区下游编码区下游 内含子：内含子： 外显子：外显子： 2.2.真核细胞的基因结构真核细胞的基因结构第3页/共53页真核真核细胞细胞的的 基因基因结构结构编码区编码区非编码区非编码区外显子：能编码蛋白质的序列外显子：能编码蛋白质的序列内含子：不能编码蛋白质的序列内含子：不能编码蛋白质的序列：有

3、调控作用的核苷酸序列，：有调控作用的核苷酸序列， 包括位于编码区上游的包括位于编码区上游的RNARNA 聚合酶结合位点等。聚合酶结合位点等。非编码序列：非编码序列： 包括非编码区和内含子包括非编码区和内含子第4页/共53页原核细胞原核细胞真核细胞真核细胞不同点不同点编码区是编码区是_的的编码区是间隔的、编码区是间隔的、_的的相同点相同点都由能够编码蛋白质的都由能够编码蛋白质的_和具和具有调控作用的有调控作用的_区组成的区组成的原核细胞与真核细胞的基因结构比较原核细胞与真核细胞的基因结构比较思考思考编码相同数目氨基酸的蛋白质，原核编码相同数目氨基酸的蛋白质，原核细胞与真核细胞基因结构一样长吗？细

4、胞与真核细胞基因结构一样长吗？连续连续不连续不连续编码区编码区非编码非编码第5页/共53页1 1、目的基因的获取、目的基因的获取2 2、基因表达载体的构建、基因表达载体的构建3 3、将目的基因导入受体细胞、将目的基因导入受体细胞4 4、目的基因的检测与鉴定、目的基因的检测与鉴定基因工程基本操作的四个步骤基因工程基本操作的四个步骤第6页/共53页一、目的基因的获取一、目的基因的获取( (一一) )、目的基因主要是、目的基因主要是_编码蛋白质的结构基因编码蛋白质的结构基因请举出三个以上的例子请举出三个以上的例子（二）、获取目的基因的常用方法有哪些（二）、获取目的基因的常用方法有哪些? ?1 1、从

5、基因文库中获取、从基因文库中获取2 2、利用、利用PCRPCR技术扩增技术扩增3 3、人工合成、人工合成请阅读请阅读P9P9第一和二两段第一和二两段第7页/共53页基因文库基因文库 基因组文库基因组文库部分基因文库部分基因文库（如（如:cDNA文库）文库）（1 1）. .基因文库基因文库第8页/共53页某生物体内全部某生物体内全部DNA DNA 许多许多DNADNA片段片段受体菌群体受体菌群体1、从基因文库中获取目的基因、从基因文库中获取目的基因限制酶限制酶与运载体连接与运载体连接 导入导入基因组文库基因组文库某种生物某个时期的某种生物某个时期的mRNAmRNAcDNAcDNA反转录反转录受体

6、菌群体受体菌群体与运载体连接与运载体连接 导入导入部分基因文库部分基因文库（cDNA文库）文库）第9页/共53页第10页/共53页基因组文库的构建基因组文库的构建（2 2）. .基因文库的构建方法基因文库的构建方法通过对受通过对受体菌的培体菌的培养而储存养而储存基因基因第11页/共53页 cDNA文库的构文库的构建建-反转录法：反转录法： 以目的基因转以目的基因转录成的信使录成的信使RNARNA为模为模板，反转录成互补板，反转录成互补的单链的单链DNADNA，然后在，然后在酶的作用下合成双酶的作用下合成双链链DNADNA，从而获得所，从而获得所需的基因。需的基因。目的基因的目的基因的mRNAm

7、RNA单链单链DNADNA反转录酶反转录酶DNADNA聚合聚合酶酶双链双链DNADNA( (目的基因目的基因) )第12页/共53页基因组文库和部分基因组文库基因组文库和部分基因组文库(cDNA文库文库)比较比较第13页/共53页（3 3）构建基因文库的目的）构建基因文库的目的 怎样从基因文库中得到我们所怎样从基因文库中得到我们所需的目的基因呢需的目的基因呢? ? 便于在便于在不知道目的基因核苷酸序列不知道目的基因核苷酸序列的情况下，获得所需的目的基因。的情况下，获得所需的目的基因。第14页/共53页依据：目的基因的有关信息。依据：目的基因的有关信息。如：根据基因的核苷酸序列如：根据基因的核苷

8、酸序列 基因的功能基因的功能 基因在染色体上的位置基因在染色体上的位置 基因的转录产物基因的转录产物mRNAmRNA 基因翻译产物蛋白质等特性基因翻译产物蛋白质等特性（4）从基因文库中得到目的基因的方）从基因文库中得到目的基因的方法法直接分离法直接分离法( (鸟枪法鸟枪法) )第15页/共53页 概念：概念：PCRPCR全称为全称为_，是一项，是一项 在生物在生物_复制复制_的核酸合成技术的核酸合成技术 条件：条件：_、 _、_ _ 、 _._.原理：原理：_方式：以方式：以_方式扩增，即方式扩增，即_（n n为扩增为扩增循循 环的次数）环的次数）结果：结果：多聚酶链式反应多聚酶链式反应体外体

9、外特定特定DNADNA片段片段DNADNA复制复制已知基因的核苷酸序列已知基因的核苷酸序列四种脱氧核苷酸四种脱氧核苷酸一对引物一对引物DNADNA聚合酶聚合酶指数指数2 2n n使目的基因的片段在短时间内成百万倍地扩增使目的基因的片段在短时间内成百万倍地扩增2 2、利用、利用PCRPCR技术扩增目的基因技术扩增目的基因第16页/共53页过程：过程：a a、DNADNA变性变性（90-9590-95）：双链：双链DNADNA模板在热作用下模板在热作用下，_断裂，形成断裂，形成_b b、退火、退火（复性复性55-6555-65）：系统温度降低，：系统温度降低，引物引物与与DNADNA模板结合，形成

10、局部模板结合，形成局部_。 c c、延伸、延伸（70-7570-75）：在）：在TaqTaq酶酶的作用下，合成与模的作用下，合成与模板互补的板互补的_。 氢键氢键单链单链DNADNA双链双链DNADNA链链d.重复步骤：每重复一次，重复步骤：每重复一次，目的基因增加目的基因增加_倍倍一一第17页/共53页过程：过程：第18页/共53页第19页/共53页DNA复制复制PCR技术技术场所场所原理原理条件条件解旋方式解旋方式酶酶特点特点结果结果PCR技术扩增与技术扩增与DNA复制的比较复制的比较碱基互补配对原碱基互补配对原则则碱基互补配对原碱基互补配对原则则四种脱氧核苷酸、模四种脱氧核苷酸、模板、酶

11、、板、酶、ATP四种脱氧核苷酸、四种脱氧核苷酸、模板、酶、模板、酶、引物引物DNA在高温下变性解在高温下变性解旋旋解旋酶催化解旋解旋酶催化解旋半保留复制、半保留复制、边解旋变复制边解旋变复制半保留复制、半保留复制、全解旋再复制全解旋再复制体外复制体外复制主要在细胞核内主要在细胞核内大量的大量的DNA片段片段形成整个形成整个DNA分分子子热稳定的热稳定的DNA聚合酶聚合酶细胞内的细胞内的DNA聚合酶聚合酶、解旋酶、解旋酶、DNA连接连接酶等酶等第20页/共53页蛋白质的氨基酸序蛋白质的氨基酸序列列mRNAmRNA的核苷酸序列的核苷酸序列基因的核苷酸序列基因的核苷酸序列目的基因目的基因化学合成化学

12、合成推测推测推测推测3 3、人工合成法：、人工合成法： 在在基因较小，核苷酸序列已知的情况基因较小，核苷酸序列已知的情况下，下，可以利用可以利用DNA合成仪人工合成合成仪人工合成 化学法合成的目化学法合成的目的基因含的基因含内含子、启内含子、启动子和终止子动子和终止子吗？吗？第21页/共53页二二. . 基因表达载体的构建基因表达载体的构建- -核心核心(3)(3)终止子：是使转录在需要的地方停止终止子：是使转录在需要的地方停止(4)(4)标记基因：是鉴别受体细胞中是否含有目的基因标记基因：是鉴别受体细胞中是否含有目的基因从而将含有目的基因的细胞筛选出来从而将含有目的基因的细胞筛选出来(2)(

13、2)启动子：是启动子：是RNA聚合酶识别和结合部位聚合酶识别和结合部位(1)(1)目的基因目的基因 不同受体细胞，目的基因导入受体细胞的方法不同受体细胞，目的基因导入受体细胞的方法不同，基因表达载体的构建有所差异。不同，基因表达载体的构建有所差异。（5）复制原点：是转录和复制的起点。复制原点：是转录和复制的起点。第22页/共53页二、基因表达载体的构建二、基因表达载体的构建核心核心质粒质粒DNADNA分子分子限制酶处理限制酶处理两个切口两个切口获得目的基因获得目的基因DNADNA连接酶连接酶重组重组DNADNA分子（重组质粒分子（重组质粒）同一种同一种一个切口一个切口两个黏性末端两个黏性末端复

14、制原点复制原点+ +启动子启动子+ +目的基因目的基因+ +终止子终止子+ +标记基因标记基因第23页/共53页寻根问底寻根问底：将生物的所有将生物的所有DNA直接导入受体细胞直接导入受体细胞不是更简便吗？如果这么做，结果会不是更简便吗？如果这么做，结果会怎样？怎样？有人采用总有人采用总DNA注射法进行遗传转化：即将一个生注射法进行遗传转化：即将一个生物中的总物中的总DNA提取出来，通过注射或花粉管通道法提取出来，通过注射或花粉管通道法导入受体细胞，没有进行表达载体的构建。导入受体细胞，没有进行表达载体的构建。这种方法针对性差，完全靠运气，也无法确定这种方法针对性差，完全靠运气，也无法确定什么

15、基因导入了受体细胞。此法目前争议颇多什么基因导入了受体细胞。此法目前争议颇多，严格来说不算基因工程。，严格来说不算基因工程。第24页/共53页 科学家在培育抗虫棉时，起初科学家在培育抗虫棉时，起初把苏云金芽孢杆菌的抗虫基因插入把苏云金芽孢杆菌的抗虫基因插入载体质粒中，然后导入棉花的受精载体质粒中，然后导入棉花的受精卵中，结果抗虫基因在棉花体内没卵中，结果抗虫基因在棉花体内没有表达。有表达。 然后在插入抗虫基因的质粒中插入抗虫基因然后在插入抗虫基因的质粒中插入抗虫基因启动启动子子，导入棉花受精卵，长成的棉花植株还是没有抗虫，导入棉花受精卵，长成的棉花植株还是没有抗虫能力。科学家又在有启动子、抗虫

16、基因的质粒中插入能力。科学家又在有启动子、抗虫基因的质粒中插入抗虫基因抗虫基因终止子终止子，导入棉花受精卵，结果成长的植株，导入棉花受精卵，结果成长的植株，有了抗虫能力。，有了抗虫能力。 资料证明：表达载体构建组成要完整资料证明：表达载体构建组成要完整第25页/共53页载体载体与与表达载体表达载体的区别：二者都有标记基因的区别：二者都有标记基因和复制原点两部分和复制原点两部分DNADNA片段。表达载体在载体片段。表达载体在载体基础上增加了目的基因、启动子、终止子三部基础上增加了目的基因、启动子、终止子三部分结构分结构用到的工具酶：用到的工具酶：既用到限制酶切割载体，又既用到限制酶切割载体，又用

17、到用到DNADNA连接酶将目的基因和载体拼接，两种连接酶将目的基因和载体拼接，两种酶作用的化学键都是磷酸二酯键酶作用的化学键都是磷酸二酯键启动子、终止子启动子、终止子对于目的基因表达必不可少对于目的基因表达必不可少目的基因不能单独进入受体细胞，目的基因不能单独进入受体细胞，必需以表必需以表达载体的方式携带进去。达载体的方式携带进去。注意注意第26页/共53页2.2.下列属于获取目的基因的方法的是下列属于获取目的基因的方法的是( )( )利用利用mRNAmRNA反转录形成反转录形成 从基因组文库中提取从基因组文库中提取从受体细胞中提取从受体细胞中提取 利用利用PCRPCR技术技术 利用利用DNA

18、DNA转录转录 人工合成人工合成A.A. B. B. C. C. D.D.1在已知在已知基因的核苷酸基因的核苷酸序列的情况下，获取目的序列的情况下，获取目的基因的最方便方法是基因的最方便方法是A、化学合成法、化学合成法 B、基因组文库法、基因组文库法 C、CDNA文库法文库法 D、聚合酶链反应、聚合酶链反应第27页/共53页3. 3. 在基因工程中，把选出的一个目的基因（共在基因工程中，把选出的一个目的基因（共10001000个脱氧核苷酸对，其中腺嘌岭脱氧核苷酸是个脱氧核苷酸对，其中腺嘌岭脱氧核苷酸是460460个）放入个）放入DNADNA扩增仪中扩增扩增仪中扩增4 4次，那么，在扩增次，那么

19、，在扩增仪中应放入胞嘧啶脱氧核苷酸的个数是（仪中应放入胞嘧啶脱氧核苷酸的个数是（ ）个个A. 540 B. 8100 C. 17280 D. 7560第28页/共53页 4.目的基因与运载体结合所需的条件有目的基因与运载体结合所需的条件有 同一种限制酶同一种限制酶 具有抗性基因的质粒具有抗性基因的质粒 RNA聚合酶聚合酶 目的基因目的基因 DNA连接酶连接酶 四种脱氧核苷酸四种脱氧核苷酸 ATP A BC D5.（多选）一个基因表达载体的构建应包括（多选）一个基因表达载体的构建应包括 A目的基因目的基因 B启动子启动子 C终止子终止子 D标记基因标记基因ABCDD第29页/共53页第30页/共

20、53页农杆菌转化法：农杆菌转化法：（1）将目的基因导入植物细胞）将目的基因导入植物细胞适用生物适用生物：第31页/共53页Hin d限制性酶限制性酶Hin dIIIHin dIII目的目的DNATi质粒质粒苏云金杆菌苏云金杆菌构建表达载体构建表达载体Bt毒素蛋白基因毒素蛋白基因 苏云金杆菌苏云金杆菌DNA连接酶连接酶 T-DNA (可转移可转移-DNA) 农杆菌转化法的过程：农杆菌转化法的过程：第32页/共53页基因枪法：基因枪法： 利用压缩气体产生的动力利用压缩气体产生的动力 ，将包裹在金属粒，将包裹在金属粒表面的表达载体表面的表达载体DNA打入受体细胞中，使目的基因打入受体细胞中，使目的基

21、因与其整合并表达的方法与其整合并表达的方法操作方法：操作方法：金属粒：金属粒：将目的基因导入单子叶植物细胞将目的基因导入单子叶植物细胞 钨粉粒子和金粉粒子，粒子的直径一般钨粉粒子和金粉粒子，粒子的直径一般在在0.64um 。适用：单子叶植物适用：单子叶植物第33页/共53页第34页/共53页花粉管通道法：花粉管通道法：将目的基因导入植物细胞将目的基因导入植物细胞操作方法：操作方法：特点：特点： 在植物花受粉后，花粉形成花粉管还末愈合前在植物花受粉后，花粉形成花粉管还末愈合前期，剪去柱头，然后，滴入期，剪去柱头，然后，滴入DNA（含目的基因）使（含目的基因）使目的基因借助花粉管通道进入受体细胞目

22、的基因借助花粉管通道进入受体细胞十分简便经济十分简便经济例：例：转基因抗虫棉转基因抗虫棉第35页/共53页胚珠花药花丝柱头花柱子房壁子房雄蕊雌蕊第36页/共53页第37页/共53页_显微注射法：显微注射法：（2）将目的基因导入动物细胞将目的基因导入动物细胞第38页/共53页_感受态细胞法感受态细胞法（3）将目的基因导入微生物细）将目的基因导入微生物细胞胞第39页/共53页（3 3）. .将目的基因导入微生物细胞将目的基因导入微生物细胞 大肠杆菌细胞最常用的转化方法是大肠杆菌细胞最常用的转化方法是: : 首先用首先用CaCa2+ 2+ 处理细胞处理细胞, ,使细胞处于一种能吸收周围环境中使细胞处

23、于一种能吸收周围环境中DNADNA分子的生理状态分子的生理状态, ,这种细胞称为感受态细胞这种细胞称为感受态细胞. . 第二步是将重组表达载体第二步是将重组表达载体DNADNA分子溶于缓分子溶于缓冲液中与感受态细胞混合冲液中与感受态细胞混合, ,在一定的温度下促进感在一定的温度下促进感受态细胞吸收受态细胞吸收DNADNA分子分子, ,完成转化过程完成转化过程. . 第二步第二步第40页/共53页四四 目的基因的检测与鉴定目的基因的检测与鉴定1.检测方法：检测方法：分子杂交技术：分子杂交技术：（1 1）DNA分子与分子与DNA分子的之间杂交分子的之间杂交（2 2）DNA分子与分子与RNA分子的之

24、间杂交分子的之间杂交（3）蛋白质分子（抗原与抗体）之间杂交）蛋白质分子（抗原与抗体）之间杂交2.个体生物学水平的鉴定个体生物学水平的鉴定：抗虫、抗病接种实验，活性比较实验抗虫、抗病接种实验，活性比较实验第41页/共53页转基因生转基因生物的物的DNA探针探针15151414方法：方法：DNA分子杂交技术分子杂交技术第42页/共53页DNADNA分子杂交原理：分子杂交原理：互补的DNA单链能够在一定条件下结合成双链，即能够进行杂交。这种结合是特异的，即严格按照碱基互补配对进行。因此，当用探针和转基因生物的DNA杂交时，如果出现杂交带（用特殊的显影装置可以看见），则说明目的基因已插入受体细胞的染色

25、体DNA中。基因探针：基因探针：是一小段单链的DNA或RNA，带有放射性同位素标记，并能与目的基因的一条链发生碱基互补配对。第43页/共53页第44页/共53页方法：方法：DNA分子杂交技术分子杂交技术探针探针1515转基因生物转基因生物的的mRNA1414第45页/共53页提取提取苏云金杆菌苏云金杆菌Bt毒素蛋白毒素蛋白将将Bt毒蛋白注毒蛋白注射小鼠体内射小鼠体内从小鼠血管抽出血液分离出抗从小鼠血管抽出血液分离出抗Bt毒素的抗体毒素的抗体抗体抗体蛋白蛋白质质 出现出现杂交带杂交带脱分脱分化化组织培养组织培养证明：证明：提取蛋白质与提取蛋白质与Bt毒素蛋白质一样毒素蛋白质一样第46页/共53页

26、例：用棉铃饲喂棉铃虫例：用棉铃饲喂棉铃虫，如虫吃后不出现中毒，如虫吃后不出现中毒症状，说明未摄入目的症状，说明未摄入目的基因或摄入目的基因未基因或摄入目的基因未表达。如虫吃后中毒死表达。如虫吃后中毒死亡，则说明摄入了抗虫亡，则说明摄入了抗虫基因并得到表达。基因并得到表达。（1）多细胞个体）多细胞个体抗虫、抗病接种实验，活性比较实验抗虫、抗病接种实验，活性比较实验第47页/共53页第48页/共53页细菌的检测，将每个受体细胞单独培养形成菌落，检测细菌的检测，将每个受体细胞单独培养形成菌落，检测菌落中是否有目的基因的表达产物。淘汰无表达产物的菌落中是否有目的基因的表达产物。淘汰无表达产物的菌落，保

27、留有表达产物的进一步培养、研究。菌落，保留有表达产物的进一步培养、研究。（2）单细胞生物）单细胞生物无表达产物无表达产物无表达产物无表达产物有表达产物有表达产物无表达产物无表达产物第49页/共53页基基因因工工程程的的基基本本操操作作程程序序目的基因的获取目的基因的获取基因表达载体的构建基因表达载体的构建将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定目的基因的检测与鉴定1、从基因文库中获取目的基因、从基因文库中获取目的基因2、利用、利用PCR技术扩增目的基因技术扩增目的基因3、化学方法人工合成、化学方法人工合成复制原点复制原点 + + 目的基因目的基因 + + 启动子启动子 + + 终止子终止子 + + 标记基因标记基因农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法、显微注射法、农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法、显微注射法、CaCa2+2+处理处理法法DNADNA分子杂交技术、分子杂交技术、抗原分子杂交技术、分子杂交技术、抗原抗体杂交技抗体杂交技术术分子检测外的个体水平鉴定分子检测外的个体水平鉴定第50页/共53页第51页/共53页第52页/共53页感谢您的观看！感谢您的观看！第53页/共53页