高中生物 精讲优练课型 专题1 基因工程 1.2 基因工程的基本操作程序同课异构课件 新人教版选修3.ppt

1.2 基因工程的基本操作程序,一、基因工程的四大操作步骤 _的获取 _的构建 将目的基因导入_ 目的基因的_与鉴定,基因表达载体,受体细胞,检测,目的基因,二、目的基因的获取 1.目的基因： (1)主要是指_的基因。 (2)一些具有_的因子。,编码蛋白质,调控作用,2.获取方法： (1)从基因文库中获取。 基因组文库：含有一种生物_的基因。 部分基因文库：含有一种生物的_基因，如cDNA文库。 (2)利用PCR技术扩增目的基因。 含义：是一项在生物体外_的核酸合成技术。 原理：_。 条件：_、DNA模板、_、四种脱氧核苷酸。,所有,一部分,复制特定DNA片段,DNA双链复制,引物,Taq酶,过程。 a.目的基因DNA受热_后解链为单链(9095)。 b._与单链相应互补序列结合(5560)。 c.在_作用下进行_(7075)。 d.重复循环多次。 结果：每次循环后目的基因的量增加一倍，即成_形式 扩增(约为2n)。 (3)人工合成法。 条件：基因比较小，_已知。 方法：通过_用化学方法直接人工合成。,变性,引物,DNA聚合酶,延伸,指数,核苷酸序列,DNA合成仪,三、基因表达载体的构建核心 1.构建基因表达载体的目的： (1)使目的基因在_中稳定存在，并且可以_给 下一代。 (2)使目的基因能够_和_。,受体细胞,遗传,表达,发挥作用,2.基因表达载体的组成： 3.基因表达载体的功能：通过基因表达载体将_导入 受体细胞。,启动子,终止子,标记,目的基因,四、将目的基因导入受体细胞 1.转化含义：_进入受体细胞内，并且在受体细胞内 _和_的过程。 2.转化方法： (1)导入植物细胞。 最常用方法。 _：双子叶植物或_植物。 其他方法。 a.基因枪法：_。 b.花粉管通道法。,目的基因,维持稳定,表达,农杆菌转化法,裸子,单子叶植物,(2)导入动物细胞。 常用方法：_技术。 常用受体细胞：_。 (3)导入微生物细胞。 方法。 a.用_处理细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分 子的生理状态(这种细胞称为_)。 b.感受态细胞吸收_。 受体细胞：原核细胞(使用最广泛的是大肠杆菌)。 原核生物的特点：繁殖快、多为单细胞、_ 等。,显微注射,受精卵,Ca2+,感受态细胞,重组表达载体DNA分子,遗传物质相对较少,五、目的基因的检测与鉴定 1.分子水平检测： 检测目标与其采用的检测方法(连线) 2.个体生物学水平鉴定：接种法、产物功能活性比较法。,【微点拨】 1.为什么说并不是所有目的基因都可以从基因文库中获得？ 提示：自然界中不存在、需人工合成的目的基因，不能从基因文库中获得。 2.PCR技术中，为什么模板DNA中A与T碱基对比例越高，解链温度相对越低？ 提示：DNA分子中A与T之间有2个氢键，G与C之间有3个氢键，所以模板DNA中A与T碱基对越多，形成的氢键相对越少，解链需要的温度相对越低。,3.基因表达载体中标记基因的作用是什么？ 提示：鉴别、筛选含有目的基因的受体细胞。 4.将目的基因导入受体细胞的步骤中，导入的是基因表达载体而不是单独的目的基因，为什么？ 提示：单独的目的基因不能在受体细胞内稳定存在和表达，也不能遗传给下一代。 5.基因工程的四个步骤中，都涉及碱基互补配对吗？为什么？ 提示：不是。“将目的基因导入受体细胞”不涉及，其他3个步骤都涉及碱基互补配对。,1.下列对目的基因获取的理解，不正确的是( ) A.目的基因可以从自然界中分离，也可以人工合成 B.目的基因主要指编码蛋白质的基因 C.基因文库就是基因组文库 D.cDNA文库只含有某种生物的一部分基因 【解析】选C。目的基因可以从自然界中已有的物种中分离出来，也可以人工合成。目的基因主要指编码蛋白质的基因。基因文库分为基因组文库和部分基因文库，cDNA文库是部分基因文库。,2.在基因工程技术中，需要用到CaCl2处理的环节是( ) A.目的基因的提取和导入 B.目的基因与载体结合 C.将目的基因导入受体细胞 D.目的基因的检测与表达 【解析】选C。将目的基因导入原核生物受体细胞时，首先用Ca2+处理细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，然后在一定条件下促进感受态细胞吸收DNA分子，完成转化。,3.在基因工程的操作过程中，获得重组质粒不需要( ) DNA连接酶 同一种限制酶 RNA聚合酶 具有标记基因的质粒 目的基因 4种脱氧核苷酸 A. B. C. D. 【解析】选A。在基因工程的操作过程中，需要用同一种限制酶切割目的基因与载体，并用DNA连接酶将两者的黏性末端(或平末端)连接起来，所选择的质粒必须具有标记基因，以便进行目的基因的检测。,4.下列有关基因表达载体的构建的说法不正确的是( ) A.基因表达载体的构建是实施基因工程的核心 B.构建基因表达载体的目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在，可以遗传给下一代，同时使其能够表达和发挥作用 C.启动子存在于基因的编码区，是RNA聚合酶识别和结合的部位，能驱动转录 D.标记基因的作用是鉴定受体细胞中是否含有目的基因,【解析】选C。基因表达载体的构建是实施基因工程的第二步，也是基因工程的核心；构建基因表达载体的目的是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；启动子存在于基因的非编码区，是RNA聚合酶识别和结合的部位，有了它才能驱动基因转录，最终翻译出蛋白质；载体上的标记基因的作用是鉴定受体细胞中是否含有目的基因。所以只有C项是错误的。,5.检测转基因生物染色体DNA上是否插入了目的基因的常用方法是( ) A.DNA分子杂交技术 B.荧光分子标记技术 C.放射性同位素标记技术 D.显微注射技术 【解析】选A。检测目的基因常采用DNA分子杂交技术，即在含有目的基因的DNA片段上用放射性同位素等进行标记，以此作为探针，并使探针与基因组DNA杂交，若显示出杂交带，则表明目的基因已插入染色体DNA中。,6.以下有关基因工程的叙述，正确的是( ) A.利用PCR技术可以大量扩增目的基因 B.目的基因导入受体细胞最常用的方法是农杆菌转化法 C.用同一种限制酶分别切割载体和目的基因的目的是能够产生不同的黏性末端 D.利用载体上标记基因的相关特性就可检测出目的基因已导入受体细胞并成功表达,【解析】选A。PCR是一种体外迅速扩增DNA片段的技术。农杆菌转化法是将目的基因导入植物细胞最常用的方法；用同一种限制酶分别切割载体和目的基因的目的是能够产生相同的黏性末端，便于两者连接；利用载体上标记基因的相关特性就可检测出目的基因已导入受体细胞，但不能确定目的基因是否得以表达。,一、获取目的基因及基因表达载体的构建 1.cDNA文库与基因组文库的主要区别：,2.获取目的基因的方法比较： (1)过程比较。 基因组文库： 供体生物 全部DNA DNA片段 受体菌群 目的基因 cDNA文库： 供体生物 mRNA cDNA 受体菌群 目的基因 PCR技术： 目的基因 单链DNA 双链DNA 大量目的基因,人工合成： 蛋白质的 氨基酸序列,目的 基因,DNA 核苷酸序列,mRNA 核苷酸序列,(2)四种方法的比较：,3.基因表达载体的构建： (1)组成,位置：基因的首端 功能：是RNA聚合酶识别和结合的部位， 驱动基因转录出mRNA 位置：基因的尾端 功能：终止转录,目的基因 启动子,终止子,标记基因：鉴别受体细胞中是否含有目的基因,(2)构建方法：,【易错提醒】 启动子和终止子、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。,1.(2012浙江高考)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细胞,【解题关键】明确获取目的基因的方法、基因工程的工具及基因工程操作的基本步骤。 【解析】选A。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，故选项A正确。限制酶用于切割目的基因而不是获取目的基因；将目的基因B与质粒连接需用DNA连接酶，而不是DNA聚合酶；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。,2.(2014聊城高二检测)下列关于基因表达载体的构建描述错误的是( ) A.基因表达载体的构建是基因工程的核心 B.基因表达载体的组成包括目的基因、启动子、终止子、标记基因等部分 C.目的基因主要是指编码蛋白质的结构基因 D.构建的基因表达载体都是相同的,【解题关键】解答本题需要明确以下两点： (1)基因表达载体的组成； (2)构建基因表达载体的目的、方法。 【解析】选D。基因表达载体的构建是实施基因工程的第二步，也是基因工程的核心；一个基因表达载体的组成，除目的基因外，还必须具有启动子、终止子、标记基因等部分；目的基因主要是指编码蛋白质的结构基因；由于受体细胞不同，基因表达载体也会有差别，不可能都是相同的。,【变式备选】下列属于获取目的基因的方法的是( ) 利用mRNA反转录形成 从基因组文库中提取 从受体细胞中提取 利用PCR技术合成 利用DNA转录形成 人工合成 A. B. C. D.,【解析】选D。目的基因的获取可以从基因文库中提取，也可以用mRNA反转录形成DNA的一条链，然后合成DNA分子；对于一些已知一段核苷酸序列的目的基因，可用PCR技术扩增合成；对于一些短小而无模板且已知核苷酸序列的目的基因可用人工合成法。受体细胞是目的基因表达的场所，不能从中提取目的基因；DNA转录出的是RNA，不能得到目的基因。,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：,2.农杆菌转化法分析：,(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)重组的基因表达载体(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需要用到植物组织培养技术。,3.目的基因检测与鉴定的方法比较：,【易错提醒】 关于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。,1.(2013新课标全国卷改编)阅读如下资料： 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。 回答下列问题： (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 。,【解题关键】解答本题需明确目的基因导入受体细胞的常用方法： (1)动物基因工程：显微注射法。 (2)植物基因工程：农杆菌转化法。 【解析】(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)农杆菌可感染植物，将目的基因转移到受体细胞中,2.(2011海南高考改编)回答有关基因工程的问题： (1)构建基因工程表达载体时，用不同类型的限制酶切割DNA后，可能产生黏性末端，也可能产生 末端。若要在限制酶切割目的基因和质粒后使其直接进行连接，则应选择能使二者产生 (相同、不同)黏性末端的限制酶。,(2)利用大肠杆菌生产人胰岛素时，构建的表达载体含有人胰岛素基因及其启动子等，其中启动子的作用是 。在用表达载体转化大肠杆菌时，常用 处理大肠杆菌，以利于表达载体进入；为了检测胰岛素基因是否转录出了mRNA，可用标记的胰岛素基因片段作探针与mRNA杂交，该杂交技术称为 。为了检测胰岛素基因转录的mRNA是否翻译成 ，常用抗原抗体杂交技术。,【解题关键】本题考查基因工程的基本工具和操作过程，解答本题时应明确以下两点： (1)明确基因工程的基本工具中限制酶和DNA连接酶的作用特点，理解载体的结构组成和各组分的作用。 (2)理解基因工程的操作过程，将目的基因导入受体细胞后还需要进一步检测和鉴定目的基因是否成功表达。,【解析】(1)限制酶切割产生两种末端：黏性末端和平末端。若用DNA连接酶连接两个末端，两个末端必须是相同的。 (2)基因工程检测的方法：检测目的基因是否导入，使用DNA分子杂交技术；检测目的基因是否转录，使用分子杂交技术；检测是否形成蛋白质，使用抗原抗体杂交技术。 答案：(1)平 相同 (2)RNA聚合酶识别和结合的部位 Ca2+ 分子杂交技术 蛋白质,【互动探究】题1怎样检测牛生长激素基因是否导入小鼠受精卵中？ 提示：(1)制备含有牛生长激素基因的分子探针。 (2)提取小鼠的基因组DNA。 (3)使分子探针与基因组DNA杂交。 (4)若出现杂交带，说明已导入；否则，未导入。,【方法规律】解答基因工程基本操作程序题目的一般步骤三辨、三找、一析、一理 (1)三辨：分辨限制酶的种类及识别序列和切割位点。在切割目的基因和载体时，一般用同一种限制酶切割，也可用不同的限制酶切割，但两种限制酶切割后产生的黏性末端中碱基要互补配对。 (2)三找：找出标记基因、目的基因及其插入位点。一般来说，质粒中至少有一个标记基因，如抗生素抗性基因。明确目的基因的插入位点是在标记基因内部还是在标记基因之外。,(3)一析：分析目的基因插入质粒后是否破坏了标记基因。如果质粒中有一个标记基因，插入后一般不破坏标记基因；如果质粒中有两个标记基因，则需看标记基因中是否有插入位点，如果某一标记基因中有插入位点，则目的基因插入质粒后该标记基因被破坏。 (4)一理：理清判断目的基因是否导入受体细胞的方法。 一般用含有某种抗生素的培养基培养受体菌，如果有两种抗生素抗性基因，还需判断用哪一种抗生素来检测。,