高中生物 1.2 基因工程的基本操作程序課件 新人教版選修3.ppt

基因工程的基本操作程序 基因工程的基本操作程序主要包括四個(gè)基本步驟 1 目的基因的獲取2 基因表達(dá)載體的構(gòu)建3 將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞4 目的基因的檢測(cè)與鑒定 步驟一 目的基因的獲取 目的基因是人們所需要轉(zhuǎn)移或改造的基因 獲取目的基因是實(shí)施基因工程的第一步 如蘇云金芽孢桿菌的抗蟲(chóng)基因 還有植物的抗病 抗病毒 抗細(xì)菌 基因 種子貯藏蛋白的基因 以及人的胰島素基因 干擾素基因等 目的基因的提取方法 直接分離基因人工合成基因 反轉(zhuǎn)錄法根據(jù)已知的氨基酸序列合成dna 鳥(niǎo)槍法 1 鳥(niǎo)槍法 散彈射擊法 用限制酶將供體細(xì)胞中的dna切成許多片段 將這些片段分別載入運(yùn)載體 然后通過(guò)運(yùn)載體分別轉(zhuǎn)入不同的受體細(xì)胞 讓供體細(xì)胞提供的外源dna的所有片段分別在各個(gè)受體細(xì)胞中大量復(fù)制 即擴(kuò)增 從中找出含有目的基因的細(xì)胞 再利用一定發(fā)方法將目的基因的dna片段分離出來(lái) 1 反轉(zhuǎn)錄法 以目的基因轉(zhuǎn)錄成的信使rna為模板 反轉(zhuǎn)錄成互補(bǔ)的單鏈dna 然后在酶的作用下合成雙鏈dna 從而獲得所需的基因 目的基因的mrna 單鏈dna cdna 雙鏈dna 即目的基因 反轉(zhuǎn)錄 合成 2 人工合成基因法 2 根據(jù)已知的氨基酸序列合成dna法 根據(jù)已知蛋白質(zhì)的氨基酸序列 推測(cè)出相應(yīng)的信使rna序列 然后按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則 推測(cè)出它的結(jié)構(gòu)基因的核苷酸序列 再通過(guò)化學(xué)方法 以單核苷酸為原料合成目的基因 蛋白質(zhì)的氨基酸序列 mrna的核苷酸序列 結(jié)構(gòu)基因的核苷酸序列 推測(cè) 推測(cè) 目的基因 化學(xué)合成 上述三種目的基因提取的方法有何優(yōu)缺點(diǎn) 操作簡(jiǎn)便廣泛使用 工作量大 盲目 分離出來(lái)的有時(shí)并非一個(gè)基因 專一性強(qiáng) 操作過(guò)程麻煩 mrna很不穩(wěn)定 要求的技術(shù)條件較高 專一性最強(qiáng) 僅限于合成核苷酸對(duì)較少的簡(jiǎn)單基因 哪些新技術(shù)能大大簡(jiǎn)化基因工程的操作技術(shù) 1 dna序列自動(dòng)測(cè)序儀 2 pcr技術(shù) 對(duì)提取出來(lái)的基因進(jìn)行核苷酸序列分析 使目的基因的片段在短時(shí)間內(nèi)成百萬(wàn)倍地?cái)U(kuò)增 3 從基因文庫(kù)中獲取目的基因 基因文庫(kù) 將含有某種生物不同基因的許多dna片段 導(dǎo)入受體菌的群體中儲(chǔ)存 各個(gè)受體菌分別含有這種生物的不同的基因 稱為基因文庫(kù) genelibrary 基因組文庫(kù) 基因文庫(kù)中包含了一種生物所有的基因 這種基因文庫(kù)叫做基因組文庫(kù) 部分基因文庫(kù) 基因文庫(kù)中包含了一種生物的一部分基因 這種基因文庫(kù)叫做部分基因文庫(kù) 用dna重組技術(shù)將某種生物的總dna用特定的限制性內(nèi)切酶切割成一個(gè)個(gè)片段 然后將這些片段隨機(jī)地連接在某些質(zhì)?；蚱渌d體上 再將它們轉(zhuǎn)移到適當(dāng)?shù)乃拗骷?xì)胞中 通過(guò)細(xì)胞的增殖而構(gòu)成各個(gè)片段的無(wú)性繁殖系 克隆 當(dāng)這些克隆多到可以包括某種生物的全部基因時(shí) 這一批克隆的總體就稱為該種生物的基因文庫(kù) 這一定義也適用于線粒體dna和葉綠體dna 分別稱為某種生物的線粒體基因文庫(kù)或葉綠體基因文庫(kù) 為了有效地保存基因文庫(kù) 可通過(guò)細(xì)菌在固體培養(yǎng)基上繁殖而使包含各個(gè)特定dna片段的細(xì)菌增多 通過(guò)分子雜交的方法 可以篩選出包含有所需基因的dna片段的細(xì)菌 或噬菌體 經(jīng)過(guò)擴(kuò)增得到大量這樣的細(xì)菌 或噬菌體 從中便可分離出所需基因的dna片段 建立和使用基因文庫(kù)是分離高等真核生物基因的有效手段 對(duì)于基因定位和基因工程的研究都很有用 步驟二 基因表達(dá)載體的構(gòu)建 1 用一定的限制酶切割質(zhì)粒 使其出現(xiàn)一個(gè)切口 露出黏性末端 2 用同一種限制酶切斷目的基因 使其產(chǎn)生相同的黏性末端 3 將切下的目的基因片段插入質(zhì)粒的切口處 再加入適量dna連接酶 形成了一個(gè)重組dna分子 重組質(zhì)粒 目的基因與運(yùn)載體的結(jié)合過(guò)程 實(shí)際上是不同來(lái)源的基因重組的過(guò)程 常用的受體細(xì)胞 有大腸桿菌 枯草桿菌 土壤農(nóng)桿菌 酵母菌和動(dòng)植物細(xì)胞等 將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的原理 借鑒細(xì)菌或病毒侵染細(xì)胞的途徑 步驟三 目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 直接導(dǎo)入法有電擊 顯微注射 直接吸收 基因槍等方法 1 電擊法 借助電擊儀高壓脈沖把目的基因打入宿主細(xì)胞 2 顯微注射法 利用微量注射器在顯微鏡下直接把目的基因注入宿主細(xì)胞 3 直接吸收法 把目的基因和宿主細(xì)胞混在一起 讓其吸收 4 基因槍法 在金屬微粒上涂一層目的基因 然后發(fā)射到宿主細(xì)胞中 間接導(dǎo)入法常用的載體是質(zhì)粒 噬菌體 科斯質(zhì)粒 1 質(zhì)粒是細(xì)菌染色體dna以外的環(huán)狀雙鏈dna分子 它能自我復(fù)制 也可整合到細(xì)胞染色體dna中與其一起表達(dá) 質(zhì)粒通常還含有標(biāo)記基因 這可以從細(xì)胞的表型特征來(lái)識(shí)別 2 噬菌體是一種細(xì)菌病毒 其環(huán)狀雙鏈dna可以作為目的基因的載體 3 科斯質(zhì)粒是一種雜種質(zhì)粒 含有質(zhì)粒和 噬菌體的部分順序 很適合用作真核生物基因的載體 1 將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞 2 將目的基因?qū)雱?dòng)物細(xì)胞 3 將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞 大腸桿菌細(xì)胞最常用的轉(zhuǎn)化方法是 首先用ca2 處理細(xì)胞 以增大細(xì)菌細(xì)胞壁的通透性 使細(xì)胞處于一種能吸收周?chē)h(huán)境中dna分子的生理狀態(tài) 這種細(xì)胞稱為感受態(tài)細(xì)胞 第二步是將重組表達(dá)載體dna分子溶于緩沖液中與感受態(tài)細(xì)胞混合 在一定的溫度下促進(jìn)感受態(tài)細(xì)胞吸收dna分子 完成轉(zhuǎn)化過(guò)程 第二步目的基因在受體細(xì)胞內(nèi) 隨其繁殖而復(fù)制 由于細(xì)菌繁殖的速度非?？?在很短的時(shí)間內(nèi)就能獲得大量的目的基因 1 將細(xì)菌用cacl2處理 以增大細(xì)菌細(xì)胞壁的通透性 2 使含有目的基因的重組質(zhì)粒進(jìn)入受體細(xì)胞 3 目的基因在受體細(xì)胞內(nèi) 隨其繁殖而復(fù)制 由于細(xì)菌繁殖的速度非常快 在很短的時(shí)間內(nèi)就能獲得大量的目的基因 步驟四 目的基因的檢測(cè)與鑒定 不能 受體細(xì)胞必須表現(xiàn)出特定的性狀 才能說(shuō)明目的基因完成了表達(dá) 受體細(xì)胞攝入dna分子后就說(shuō)明目的基因完成了表達(dá)嗎 若不能表達(dá) 要對(duì)抗蟲(chóng)基因再進(jìn)行修飾 前三步的處理十分繁鎖 為保證目的基因得到有效利用 通常用大量的受體細(xì)胞來(lái)接受不多的目的基因 這樣 處理的受體細(xì)胞中真正攝入了目的基因的很少 必須將它從中檢測(cè)出來(lái) 細(xì)菌的檢測(cè) 將每個(gè)受體細(xì)胞單獨(dú)培養(yǎng)形成菌落 檢測(cè)菌落中是否有目的基因的表達(dá)產(chǎn)物 淘汰無(wú)表達(dá)產(chǎn)物的菌落 保留有表達(dá)產(chǎn)物的進(jìn)一步培養(yǎng) 研究 多細(xì)胞生物的檢測(cè) 將每個(gè)受體細(xì)胞單獨(dú)培養(yǎng)并誘導(dǎo)發(fā)育成完整個(gè)體 檢測(cè)這些個(gè)體是否攝入目的基因 攝入的基因是否表達(dá) 是否表現(xiàn)出相應(yīng)的性狀 淘汰無(wú)變化的個(gè)體 保留有相應(yīng)變化的個(gè)體進(jìn)一步培養(yǎng) 研究 例 用棉鈴飼喂棉鈴蟲(chóng) 如蟲(chóng)吃后不出現(xiàn)中毒癥狀 說(shuō)明未攝入目的基因或攝入目的基因未表達(dá) 如蟲(chóng)吃后中毒死亡 則說(shuō)明攝入了抗蟲(chóng)基因并得到表達(dá) 1 以下說(shuō)法正確的是 a 所有的限制酶只能識(shí)別一種特定的核苷酸序列b 質(zhì)粒是基因工程中唯一的運(yùn)載體c 運(yùn)載體必須具備的條件之一是 具有多個(gè)限制酶切點(diǎn) 以便與外源基因連接d 基因控制的性狀都能在后代表現(xiàn)出來(lái) c 練習(xí) 2 不屬于質(zhì)粒被選為基因運(yùn)載體的理由是a 能復(fù)制 b 有多個(gè)限制酶切點(diǎn)c 具有標(biāo)記基因d 它是環(huán)狀dna d 練習(xí) 3 有關(guān)基因工程的敘述中 錯(cuò)誤的是 a dna連接酶將黏性末端的堿基對(duì)連接起來(lái)b 限制性內(nèi)切酶用于目的基因的獲得c 目的基因須由運(yùn)載體導(dǎo)入受體細(xì)胞d 人工合成目的基因不用限制性內(nèi)切酶 a 練習(xí) 4 有關(guān)基因工程的敘述正確的是 a 限制酶只在獲得目的基因時(shí)才用