高中生物 1.2 基因工程的基本操作程序课件 新人教版选修3

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1、目标导航,预习导引,目标导航,预习导引,一,二,三,四,基因工程的基本操作程序主要包括四个步骤:目的基因的获取、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。 一、目的基因的获取 1.目的基因主要是指编码蛋白质的基因。 2.获取目的基因的常用方法有以下几种: (1)从基因文库中获取目的基因。 基因文库:将含有某种生物不同基因的许多DNA片段导入受体菌的群体中储存,各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因。 基因文库种类:基因文库包括两种基因组文库,即包含了一种生物所有基因的文库;部分基因文库,即只包含一种生物一部分基因的文库,如cDNA文库。,目标导航,预习导引,一,二,三,

2、四,(2)利用PCR技术扩增目的基因。 PCR的含义:是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。 目的:获取大量的目的基因。 原理:DNA双链复制。 过程:第一步,加热至9095 ,DNA解链; 第二步,冷却到5560 ,引物结合到互补DNA链上; 第三步,加热至7075 ,Taq酶从引物起始进行互补链的合成。 如此重复循环多次。 特点:指数形式扩增。 (3)用化学方法人工合成。 如果基因比较小,核苷酸序列又已知,也可以通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成。,目标导航,预习导引,一,二,三,四,为什么要构建基因文库? 提示构建基因文库是获取目的基因的方法之一,并不是唯一的方式。如果所

3、需要的目的基因序列已知,基因又比较小,可以通过DNA合成仪用化学方法直接合成。但如果所需要的目的基因的序列完全不知,或只知道目的基因序列的一段,或想从一种生物体内获得许多基因,或者想知道这种生物与另一种生物之间有多少基因不同,或者想知道一种生物在个体发育的不同阶段表达的基因有什么不同,或者想得到一种生物的全基因组序列,往往就需要构建基因文库。,目标导航,预习导引,一,二,三,四,二、基因表达载体的构建 1.目的:使目的基因在受体细胞中稳定存在,并且可以遗传给下一代,同时使目的基因能够表达和发挥作用。 2.基因表达载体的组成:目的基因、启动子、终止子和标记基因等。 3.由于受体细胞不同,以及目的

4、基因导入受体细胞的方法不同。因此,基因表达载体的构建也有所差别。,目标导航,预习导引,一,二,三,四,如何把导入了目的基因的受体细胞筛选出来? 提示以标记基因是四环素抗性基因为例,过程如下:,目标导航,预习导引,一,二,三,四,三、将目的基因导入受体细胞 1.转化:目的基因进入受体细胞内,并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。 2.常用的转化方法 (1)将目的基因导入植物细胞:采用最多的方法是农杆菌转化法。除此之外,还有基因枪法和花粉管通道法等。 (2)将目的基因导入动物细胞:最常用的方法是显微注射技术。此方法的受体细胞多是受精卵。 (3)将目的基因导入微生物细胞:早期的基因工程都用原核生物作

5、为受体细胞,其中以大肠杆菌应用最为广泛。大肠杆菌细胞最常用的转化方法是:先用Ca2+处理细胞,使其成为感受态细胞,再将重组表达载体DNA分子溶于缓冲液中与感受态细胞混合,在一定的温度下促进感受态细胞吸收DNA分子,完成转化过程。,目标导航,预习导引,一,二,三,四,从细胞器的功能上分析,若通过基因工程生产人的糖蛋白,可以用大肠杆菌作受体细胞吗? 提示不可以。糖蛋白上的糖链是在内质网和高尔基体上加工完成的,而内质网和高尔基体存在于真核细胞中,大肠杆菌是原核生物,细胞中不含有这两种细胞器。,目标导航,预习导引,一,二,三,四,四、目的基因的检测与鉴定 1.首先要检测转基因生物的染色体DNA上是否插

6、入了目的基因,方法是采用DNA分子杂交技术。 2.其次还要检测目的基因是否转录出了mRNA,方法是采用标记的目的基因作探针与mRNA杂交。 3.最后检测目的基因是否翻译成蛋白质,方法是从转基因生物中提取蛋白质,用相应的抗体进行抗原抗体杂交。 4.有时还需进行个体生物学水平的鉴定。如转基因抗虫植物是否具有抗性以及抗性的程度。 苏云金芽孢杆菌的抗虫基因导入棉花植株后是否已表达,最简单的检测方法是什么? 提示做抗虫实验,观察棉花植株是否具有抗虫特性。,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,一、获取目的基因与基因表达载体的构建 1.cDNA文库与基因组文库的主要区别,一,二,知识精要,典题例解,迁移应

7、用,2.几种获取目的基因的方法的比较,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,3.基因表达载体的构建,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,(2)构建方法(以质粒为例):,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,【例1】 天然的玫瑰没有蓝色花,这是由于缺少控制蓝色色素合成的基因B,而开蓝色花的矮牵牛中存在序列已知的基因B。现用基因工程技术培育蓝玫瑰,下列操作正确的是() A.提取矮牵牛蓝色花的mRNA,经反转录获得互补的DNA,再扩增基因B B.利用限制酶从开蓝色花的矮牵牛的基因文库中获取基因B C.利用DNA聚合酶将基因B与质粒连接后导入玫瑰细胞 D.将基因B直接导入大肠杆菌,然后感染并转入玫瑰

8、细胞,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,解析由题意知:控制蓝色色素合成的基因B是目的基因,提取矮牵牛蓝色花的mRNA,经反转录获得互补的DNA,再扩增基因B,然后导入天然的玫瑰细胞中,经培育该受体细胞即能获得蓝玫瑰,A项正确。限制酶是将某DNA分子上的目的基因切割下来,而不是获取目的基因,B项错误。将目的基因B与质粒连接需用DNA连接酶,而不是DNA聚合酶,C项错误。基因B需与质粒连接形成基因表达载体再导入农杆菌,然后感染并转入玫瑰细胞,而不能将基因B直接导入大肠杆菌,D项错误。 答案A,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,下列对构建基因表达载体的叙

9、述,不正确的是 () A.需要限制酶和DNA连接酶参与 B.基因表达载体中含有启动子和终止密码子 C.通常用抗生素抗性基因作为标记基因 D.基因表达载体的构建是基因工程的核心 解析基因表达载体的构建关系到目的基因在受体细胞中能否表达,它是基因工程的核心,它的构建需要限制酶和DNA连接酶参与,它的结构应由启动子、目的基因、终止子、标记基因等组成。终止密码子是指位于mRNA上的不编码氨基酸的三个相邻碱基,是翻译结束的位点,而终止子位于基因的尾端,是一段有特殊结构的DNA短片段,它是转录结束的位点。 答案B,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,一,二,知识精要

10、,典题例解,迁移应用,二、目的基因导入受体细胞及检测与鉴定 1.目的基因导入受体细胞的常用方法,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,2.目的基因的检测与鉴定的方法比较,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,【例2】 阅读如下资料,并回答下列问题。 科学家将牛生长激素基因导入小鼠受精卵中,得到了体型巨大的“超级小鼠”。科学家采用农杆菌转化法培育出转基因烟草。 (1)将基因表达载体导入小鼠的受精卵中常用法。 (2)构建基因表达载体常用的工具酶是和。 (3)在培育有些转基因植物时,常用农杆菌转化法,农杆菌的作用是。,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,解析(

11、1)将基因表达载体导入动物受精卵常用的方法是显微注射法。(2)构建基因表达载体常用的工具酶是限制性核酸内切酶和DNA连接酶。(3)在培育转基因植物时常用农杆菌转化法,因为农杆菌能在自然条件下感染双子叶植物和裸子植物。 答案(1)显微注射 (2)限制性核酸内切酶DNA连接酶 (3)感染植物,将目的基因转移到受体细胞中,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,利用外源基因在受体细胞中表达,可生产人类所需的产品。下列选项中能说明目的基因完成表达的是() A.棉花细胞中检测到载体上的标记基因 B.山羊乳腺细胞中检测到人生长激素的

12、基因 C.大肠杆菌中检测到人胰岛素基因的mRNA D.酵母菌细胞中提取到人的干扰素 解析基因的表达即基因控制蛋白质的合成,包括转录和翻译,仅仅转录出mRNA还不能叫表达,只有合成了相应的蛋白质才能证明目的基因完成了在受体细胞中的表达。 答案D,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,农杆菌转化法分析,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,(1)完成基因表达载体的构建,需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶。 (2)基因表达载体(重组质粒)导入农杆菌的常用方法是用Ca2+处理。 (3)目的基因能够在受体细胞内稳定维持和表达的关键是目的基因插入受体细胞染色体DNA上。 (4)由受体细胞形成植株通常需要用

13、到植物组织培养技术。,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,基因工程的基本操作程序,1.混淆:启动子与终止子、起始密码子与终止密码子的区别 (1)启动子和终止子都在DNA上,在遗传信息转录时起作用。启动子是启动转录的开始,终止子是DNA分子上决定转录停止的一段DNA序列,其组成单位都是脱氧核苷酸。 (2)起始密码子和终止密码子都是mRNA上三个相邻碱基。起始密码子决定翻译的开始,终止密码子决定翻译的停止。,【例1】 据图分析,下列有关基因工程的叙述,错误的是() A.用限制酶和酶同时切割目的基因和质粒可防止二者任意结合 B.重组质粒中包含启动子和终止子 C.与启动子结合的应该是DNA聚合酶 D

14、.标记基因的作用是便于目的基因的检测,解析限制酶和酶识别的核苷酸序列不同,所以用限制酶和酶同时切割目的基因和质粒可防止二者任意结合,A项正确;基因表达载体主要由启动子、终止子、标记基因和目的基因组成,B项正确;启动子和终止子都是一段有特殊结构的DNA片段,其中启动子是RNA聚合酶的结合位点,能启动转录过程,而终止子能终止转录过程,C项错误;重组DNA分子上的标记基因可用于目的基因的检测与鉴定,D项正确。 答案C,2.混淆:不同分子检测的原理、场所、探针的异同 (1)原理:进行转录水平的检测原理与复制水平的检测原理是相似的,只是被检测的物质不再是转基因生物的基因组DNA,而是转基因生物的细胞内的

15、mRNA;进行翻译水平的检测,则是利用抗原与抗体特异性结合的原理。 (2)场所:不论是复制水平、转录水平还是翻译水平的检测,都是在体外进行的。 (3)探针:在DNA分子、mRNA分子上检测目的基因是否插入、目的基因是否转录时,用的探针都是放射性同位素等标记的含有目的基因的DNA片段。,【例2】 (2016全国丙,40)图(a)中的三个DNA片段上依次表示出了EcoR、BamH和Sau3A三种限制性内切酶的识别序列与切割位点,图(b)为某种表达载体的示意图(载体上的EcoR、Sau3A的切点是唯一的)。 图(a) 图(b),根据基因工程的有关知识,回答下列问题。 (1)经BamH 酶切后得到的目

16、的基因可以与上述表达载体被酶切后的产物连接,理由是。 (2)若某人利用图(b)所示的表达载体获得了甲、乙、丙三种含有目的基因的重组子,如图(c)所示。这三种重组子中,不能在宿主细胞中表达目的基因产物的有,不能表达的原因是。,图(c),(3)DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来的酶,常见的有和,其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是。,解析本题考查限制酶的特点及基因表达载体的构建。 (1)由题图(a)可知,限制酶Sau3A与BamH切割后形成的黏性末端相同,所以经BamH酶切割后得到的目的基因可以与题图(b)所示表达载体被Sau3A酶切后的产物连接。 (2)在基因表达载体中,启动子应位于目的基因的首端,终止子应位于目的基因的尾端,这样目的基因才能表达。图中甲、丙均不符合,所以不能表达目的基因的产物。 (3)常见的DNA连接酶有Ecoli DNA连接酶和T4 DNA连接酶,其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是T4 DNA连接酶,但其对平末端的连接效率较低。,答案(1)Sau3A两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端 (2)甲和丙甲中目的基因插入在启动子的上游,丙中目的基因插入在终止子的下游,二者的目的基因均不能被转录(其他合理答案也可) (3)Ecoli DNA连接酶T4 DNA连接酶T4 DNA连接酶(其他合理答案也可),