1.2《基因工程的基本操作程序》(新人教版選修3)ppt課件.ppt

基因工程的基本操作程序 1 原核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu) 補(bǔ)充內(nèi)容 非編碼區(qū) 非編碼區(qū) 編碼區(qū) 編碼區(qū)上游 編碼區(qū)下游 與RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn) 啟動(dòng)子 終止子 不編碼蛋白質(zhì) 編碼蛋白質(zhì) 連續(xù)不間斷 編碼區(qū) 非編碼區(qū) 原核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu) 調(diào)控遺傳信息表達(dá) 上游有啟動(dòng)子 下游有終止子 啟動(dòng)子 2 真核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu) 補(bǔ)充內(nèi)容 編碼區(qū) 與RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn) 內(nèi)含子 外顯子 啟動(dòng)子 終止子 編碼區(qū)上游 編碼區(qū)下游 真核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu) 編碼區(qū) 非編碼區(qū) 外顯子 能編碼蛋白質(zhì)的序列內(nèi)含子 不能編碼蛋白質(zhì)的序列 有調(diào)控作用 上游有啟動(dòng)子 下游有終止子 非編碼序列 包括非編碼區(qū)和內(nèi)含子 3 原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)比較 連續(xù) 不連續(xù) 編碼區(qū) 非編碼 4 5 一 目的基因的獲取 1 目的基因主要是指 編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因 請(qǐng)舉出三個(gè)以上的例子 2 獲取目的基因的常用方法 1 從基因文庫(kù)中獲取 2 利用PCR技術(shù)擴(kuò)增 3 人工合成 6 1 從基因文庫(kù)中獲取目的基因 什么是基因文庫(kù) 基因組文庫(kù) 部分基因文庫(kù) 如何構(gòu)建基因文庫(kù) 怎樣從基因文庫(kù)中得到我們所需的目的基因 7 概念 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 8 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) 9 提取某種生物的全部DNA 用適當(dāng)?shù)南拗泼盖?一定大小的DNA片段 將DNA片段與載體連接 導(dǎo)入受體菌中儲(chǔ)存 基因組文庫(kù) 基因文庫(kù)的構(gòu)建方法之 1 直接分離法 10 某種生物的單鏈mRNA 單鏈互補(bǔ)DNA 雙鏈cDNA片段 導(dǎo)入受體菌中儲(chǔ)存 與載體連接 cDNA文庫(kù) 反 逆 轉(zhuǎn)錄酶 DNA聚合酶 反轉(zhuǎn)錄法 cDNA的合成流程圖解 基因文庫(kù)的構(gòu)建方法之 11 3 如何從基因文庫(kù)中得到所需要的基因 依據(jù) 目的基因的有關(guān)信息 如 基因的核苷酸序列基因在染色體上的位置基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物mRNA基因翻譯產(chǎn)物蛋白質(zhì) 12 2 利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因 PCR 聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是一項(xiàng)生物體外復(fù)制特定DNA片段的核酸合成技術(shù) 通過(guò)此技術(shù) 可獲取大量的目的基因 13 四種脫氧核苷酸 dNTP 一對(duì)引物 熱穩(wěn)定DNA聚合酶 Taq酶 模板DNA 需含有目的基因 條件 兩段寡核苷酸序列 與目的基因的起始段互補(bǔ) 一段已知目的基因的核苷酸序列 以便根據(jù)這一序列合成引物 前提 14 過(guò)程 高溫變性 解旋為單鏈 低溫退火 引物與單鏈互補(bǔ)結(jié)合 適溫延伸 在Taq酶的作用下合成與模板互補(bǔ)的DNA雙鏈 重復(fù)循環(huán) 15 2 具體過(guò)程 16 17 PCR技術(shù)擴(kuò)增與DNA復(fù)制的比較 堿基互補(bǔ)配對(duì) 四種脫氧核苷酸 模板 能量 酶 DNA在高溫下變性解旋 解旋酶催化 體外復(fù)制 細(xì)胞核內(nèi) 熱穩(wěn)定的DNA聚合酶 細(xì)胞內(nèi)的DNA聚合酶 大量的DNA片段 形成整個(gè)DNA分子 18 3 人工合成 根據(jù)已知的氨基酸序列合成DNA 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 19 1 在已知序列信息的情況下 獲取目的基因的最方便方法是A 化學(xué)合成法B 基因組文庫(kù)法C cDNA文庫(kù)法D 聚合酶鏈反應(yīng) 2 下列獲取目的基因的方法中需要模板鏈的是 從基因文庫(kù)中獲取目的基因 利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因 反轉(zhuǎn)錄法 通過(guò)DNA合成儀利用化學(xué)方法人工合成A B C D A D 20 二 基因表達(dá)載體的構(gòu)建 核心 1 用一定的 切割質(zhì)粒 使其出現(xiàn)一個(gè)切口 露出 2 用 切斷目的基因 使其產(chǎn)生 3 將切下的目的基因片段插入質(zhì)粒的 處 再加入適量 形成了一個(gè)重組DNA分子 重組質(zhì)粒 限制酶 黏性末端 同一種限制酶 的黏性末端 切口 DNA連接酶 相同 1 過(guò)程 21 質(zhì)粒 目的基因 限制酶處理 一個(gè)切口兩個(gè)黏性末端 兩個(gè)切口獲得目的基因 DNA連接酶 表達(dá)載體 同種 1 過(guò)程 22 a 使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在并遺傳給子代 b 同時(shí)使目的基因能表達(dá)和發(fā)揮作用 思考 作為基因工程表達(dá)載體 只需含有目的基因就可以完成任務(wù)嗎 為什么 23 不可以 因?yàn)槟康幕蛟诒磉_(dá)載體中得到表達(dá)并發(fā)揮作用 還需要有其他控制元件 如啟動(dòng)子 終止子和標(biāo)記基因等 必須構(gòu)建上述元件的主要理由是 1 生物之間進(jìn)行基因交流 只有使用受體生物自身基因的啟動(dòng)子才能比較有利于基因的表達(dá) 2 通過(guò)cDNA文庫(kù)獲得的目的基因沒有啟動(dòng)子 只將編碼序列導(dǎo)入受體生物中無(wú)法轉(zhuǎn)錄 3 目的基因是否導(dǎo)入受體生物中需要有篩選標(biāo)記 4 為了增強(qiáng)目的基因的表達(dá)水平 往往還要增加一些其他調(diào)控元件 如增強(qiáng)子等 5 有時(shí)需要確定目的基因表達(dá)的產(chǎn)物存在于細(xì)胞的什么部位 往往要加上可以標(biāo)識(shí)存在部位的基因 或做成目的基因與標(biāo)識(shí)基因的融合基因 如綠色熒光蛋白基因等 24 3 基因表達(dá)載體的組成 它們有什么作用 a 目的基因 b 啟動(dòng)子 c 終止子 d 標(biāo)記基因 位于基因的首端 是mRNA結(jié)合位點(diǎn) 位于基因的末端 終止轉(zhuǎn)錄 檢測(cè)目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞 25 1 多選 一個(gè)基因表達(dá)載體的構(gòu)建應(yīng)包括A 目的基因B 啟動(dòng)子C 終止子D 標(biāo)記基因 ABCD 2 下列關(guān)于基因表達(dá)載體的敘述不正確的是A 啟動(dòng)子是與RNA聚合酶識(shí)別和結(jié)合的部位 是起始密碼B 啟動(dòng)子和終止子都是特殊結(jié)構(gòu)的DNA短片段 對(duì)mRNA的轉(zhuǎn)錄起調(diào)控作用C 標(biāo)記基因是為了鑒別受體細(xì)胞中是否有目的基因從而便于篩選D 基因表達(dá)載體的構(gòu)建視受體細(xì)胞及導(dǎo)入方式不同而有所差別 A 3 目前轉(zhuǎn)基因工程可以A 打破地理隔離但不能突破生殖隔離B 打破生殖隔離但不能突破地理隔離C 完全突破地理隔離和生殖隔離D 部分突破地理隔離和生殖隔離 C 26 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 三 將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 27 1 將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞 1 農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法 特點(diǎn) 能感染雙子葉植物和祼子植物 對(duì)單子葉植物無(wú)感染能力 Ti質(zhì)粒的T DNA可轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞并整合到其染色體上 轉(zhuǎn)化過(guò)程 Ti質(zhì)粒目的基因 構(gòu)建 表達(dá)載體 植物細(xì)胞 植物細(xì)胞染色DNA 新性狀 農(nóng)桿菌 28 2 基因槍法 基因槍法又稱微彈轟擊法 是利用壓縮氣體產(chǎn)生的動(dòng)力 將包裹在金屬顆粒表面的表達(dá)載體DNA打入受體細(xì)胞中 使目的基因與其整合并表達(dá)的方法 29 3 花粉通道法 植物花粉在柱頭上萌發(fā)后 花粉管要穿過(guò)花柱直通胚囊 花粉管通道法就是在植物受粉后 花粉形成的花粉管還未愈合前 剪去柱頭 然后 滴加DNA 含目的基因 使目的基因借助花粉管通道進(jìn)入受體細(xì)胞 30 2 將目的基因?qū)雱?dòng)物細(xì)胞 方法 顯微注射技術(shù) 操作程序 提純含目的基因表達(dá)載體 取受精卵 顯微注射 移植到子宮 受精卵發(fā)育 新性狀動(dòng)物 31 3 將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞 常用法 Ca2 處理 常用菌 大腸桿菌 微生物作受體細(xì)胞原因 繁殖快 多為單細(xì)胞 遺傳物質(zhì)相對(duì)少 過(guò)程 Ca2 處理大腸桿菌 感受態(tài)細(xì)胞 表達(dá)載體與感受態(tài)細(xì)胞混合 感受態(tài)細(xì)胞吸收DNA 32 1 基因工程中科學(xué)家常用細(xì)菌 酵母菌等微生物作為受體細(xì)胞 原因是A 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 操作方便B 繁殖速度快C 遺傳物質(zhì)含量少 簡(jiǎn)單D 性狀穩(wěn)定 變異少2 基因工程常用的受體細(xì)胞有 大腸桿菌 枯草桿菌 支原體 動(dòng)植物細(xì)胞A B C D B D 3 基因工程是在DNA分子水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)施工的 在基因操作的基本步驟中 不進(jìn)行堿基互補(bǔ)配對(duì)的步驟是A 人工合成基因B 目的基因與運(yùn)載體結(jié)合C 將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞D 目的基因的檢測(cè)和表達(dá) C 33 4 采用基因工程的方法培育抗蟲棉 下列導(dǎo)入目的基因的做法正確的是 將毒素蛋白質(zhì)注射到棉受精卵中 將編碼毒素蛋白的DNA序列注射到棉受精卵中 將編碼毒素蛋白的DNA序列與細(xì)菌質(zhì)粒重組 注射到棉的子房并進(jìn)入受精卵中 將編碼毒素蛋白的DNA序列與質(zhì)粒重組 導(dǎo)入細(xì)菌感染棉的體細(xì)胞 再進(jìn)行組織培養(yǎng)A B C D C 5 下列屬于基因工程中導(dǎo)入目的基因方法的是 農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法 基因槍法 花粉管道法 顯微注射法 胚胎移植 DNA分子雜交法A B C D C 34 四 目的基因的檢測(cè)與鑒定 檢測(cè) 導(dǎo)入檢測(cè) 目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞 方法 DNA分子雜交 表達(dá)檢測(cè) 轉(zhuǎn)錄檢測(cè) 分子雜交 翻譯檢測(cè) 抗原抗體雜交 分子檢測(cè)法 鑒定 抗蟲鑒定抗病鑒定活性鑒定等 個(gè)體水平的鑒定 35 知識(shí)延伸 DNA分子雜交技術(shù) 該方法是根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則 把互補(bǔ)的雙鏈DNA解開 把單股的DNA小片段用同位素 熒光分子或化學(xué)發(fā)光催化劑等進(jìn)行標(biāo)記 之后同被檢測(cè)的DNA中的同源互補(bǔ)序列雜交 從而檢出所要查明的DNA或基因 36 返回 37 1 用 珠蛋白的DNA探針可以檢測(cè)出的遺傳病是A 鐮刀狀細(xì)胞貧血癥B 白血病C 壞血病D 苯丙酮尿癥 A 2 應(yīng)用基因工程技術(shù)診斷疾病的過(guò)程中必須使用基因探針才能達(dá)到檢測(cè)疾病的目的 這里的基因探針是A 用于檢測(cè)疾病的醫(yī)療器械B 用放射性同位素或熒光分子等標(biāo)記的DNA分子C 合成 珠蛋白的DNAD 合成苯丙羥化酶的DNA片段 B 38 思考與探究 2 根據(jù)農(nóng)桿菌可將目的基因?qū)腚p子葉植物的機(jī)理 你能分析出不能導(dǎo)入單子葉植物的原因嗎 若將一個(gè)抗病基因?qū)胄←溨?理論上講你應(yīng)該怎樣做 要選擇合適的農(nóng)桿菌菌株 因?yàn)椴皇撬械霓r(nóng)桿菌菌株都可以侵染單子葉植物 要加趨化和誘導(dǎo)的物質(zhì) 一般為乙酰丁香酮等 目的是使農(nóng)桿菌向植物組織的受傷部位靠攏 趨化性 和激活農(nóng)桿菌的Vir區(qū) 誘導(dǎo) 的基因 使T DNA轉(zhuǎn)移并插入到染色體DNA上 3 利用大腸桿菌可以生產(chǎn)出人的胰島素 聯(lián)系前面有關(guān)細(xì)胞器功能的知識(shí) 結(jié)合基因工程操作程序的基本思路 思考一下 若要生產(chǎn)人的糖蛋白 可以用大腸桿菌嗎 有些蛋白質(zhì)肽鏈上有共價(jià)結(jié)合的糖鏈 這些糖鏈?zhǔn)窃趦?nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基復(fù)合體上加工完成的 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基復(fù)合體存在于真核細(xì)胞中 大腸桿菌不存在這兩種細(xì)胞器 因此 在大腸桿菌中生產(chǎn)這種糖蛋白是不可能的 39 4 珠蛋白是動(dòng)物血紅蛋白的重要組成成分 當(dāng)它的成分異常時(shí) 動(dòng)物有可能患某種疾病 如鐮刀形細(xì)胞貧血癥 假如讓你用基因工程的方法 使大腸桿菌生產(chǎn)出鼠的 珠蛋白 想一想 應(yīng)如何進(jìn)行設(shè)計(jì) 1 從小鼠中克隆出 珠蛋白基因的編碼序列 cDNA 2 將cDNA前接上在大腸桿菌中可以適用的啟動(dòng)子 另外加上抗四環(huán)素的基因 構(gòu)建成一個(gè)表達(dá)載體 3 將表達(dá)載體導(dǎo)入無(wú)四環(huán)素抗性的大腸桿菌中 然后在含有四環(huán)素的培養(yǎng)基上培養(yǎng)大腸桿菌 如果表達(dá)載體未進(jìn)入大腸桿菌中 大腸桿菌會(huì)不含有抗四環(huán)素基因而死掉 如果培養(yǎng)基上長(zhǎng)出大腸桿菌菌落 則表明 珠蛋白基因已進(jìn)入其中 4 培養(yǎng)進(jìn)入了 珠蛋白基因的大腸桿菌 收集菌體 破碎后從中提取 珠蛋白 40 復(fù)習(xí)題 1 將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞有哪些方法 試舉例說(shuō)明 2 簡(jiǎn)述農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法 41 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B 重組質(zhì)粒的形成在細(xì)胞內(nèi)完成C 質(zhì)粒都可作為運(yùn)載體D 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)可為合成目的基因提供資料 D 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 42 5 基因工程是在DNA分子水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)施工的 在基因操作的基本步驟中 不進(jìn)行堿基互補(bǔ)配對(duì)的步驟是A 人工合成目的基因B 目的基因的檢測(cè)和表達(dá)C 將目的基因?qū)胧荏w細(xì)