202X_202X學年高中生物1.2基因工程的基本操作程序課件新人教版選修3

1、1 1. .2 2基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序1.簡述基因工程的原理及基本操作程序。2.能根據(jù)基因工程的操作程序設(shè)計出某一轉(zhuǎn)基因生物的研制過程。一二三四一、目的基因的獲取1.從基因文庫中獲取目的基因?qū)⒑心撤N生物不同基因的許多DNA片段導(dǎo)入受體菌的群體中儲存,各個受體菌分別含有這種生物的不同的基因,稱為基因文庫?；蛭膸彀▋煞N:基因組文庫,即包含一種生物所有基因的文庫;部分基因文庫,即只包含一種生物的一部分基因的文庫,如cDNA文庫。一二三四2.利用PCR技術(shù)擴增目的基因(1)PCR的含義:一項在生物體外復(fù)制特定DNA片段的核酸合成技術(shù)。(2)目的:短時間內(nèi)大量擴增目的基因。

2、(3)原理:DNA雙鏈復(fù)制。(4)過程第一步,加熱至9095 ,DNA解鏈為單鏈。第二步,冷卻至5560 ,引物與單鏈DNA相應(yīng)互補序列結(jié)合。第三步,加熱至7075 ,熱穩(wěn)定DNA聚合酶(Taq酶)從引物起始進行互補鏈的合成。如此重復(fù)循環(huán)多次。(5)特點:指數(shù)形式擴增。一二三四3.用化學方法人工合成如果基因比較小,核苷酸序列又已知,也可以通過DNA合成儀用化學方法直接人工合成。一二三四二、基因表達載體的構(gòu)建基因表達載體的組成:必須有目的基因、啟動子、終止子以及 標記基因等。1.啟動子啟動子是一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段,位于基因的首端,是RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位,可驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄。2.終止子終

3、止子也是一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA短片段,位于基因尾端,使 轉(zhuǎn)錄在需要的地方停止。3.標記基因標記基因的作用是為了鑒別受體細胞中是否含有目的基因,從而將含有目的基因的細胞篩選出來。一二三四三、將目的基因?qū)胧荏w細胞1.轉(zhuǎn)化目的基因進入受體細胞內(nèi),并且在受體細胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達的過程,稱為轉(zhuǎn)化。2.常用的導(dǎo)入方法(1)將目的基因?qū)胫参锛毎?采用最多的方法是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法,其次還有基因槍法和花粉管通道法。(2)將目的基因?qū)雱游锛毎?最常用的方法是顯微注射技術(shù)。此方法的受體細胞多是受精卵。(3)將目的基因?qū)胛⑸锛毎?Ca2+處理法。用Ca2+處理細胞,使細胞處于能吸收周圍環(huán)境中DNA分子的生理狀態(tài)

4、,這種細胞稱為感受態(tài)細胞。將重組表達載體DNA分子溶于緩沖液中與感受態(tài)細胞混合,在一定溫度下促進感受態(tài)細胞吸收DNA分子,完成轉(zhuǎn)化過程。一二三四四、目的基因的檢測與鑒定1.首先要檢測轉(zhuǎn)基因生物的DNA上是否插入了目的基因,方法是采用DNA分子雜交技術(shù)。2.其次還要檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA,方法是采用分子雜交技術(shù)。3.最后檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì),從分子水平檢測的方法是采用抗原抗體雜交技術(shù)。有時還需進行個體生物學水平的鑒定。如需要做抗蟲或抗病的接種實驗等。一二三四一、獲取目的基因的方法比較 一二三四二、基因表達載體的構(gòu)建1.基因表達載體的組成及作用一二三四2.構(gòu)建過程 特別提醒不同基

5、因可以拼接的原因:不同生物的基因具有相同的結(jié)構(gòu)和化學組成,都是雙螺旋結(jié)構(gòu),都由四種脫氧核糖核苷酸組成;都遵循堿基互補配對原則,即AT、GC。一二三四3.注意事項(1)基因表達載體載體:基因表達載體與載體相比增加了目的基因。(2)目的基因的插入位點不是隨意的:基因表達需要啟動子與終止子的調(diào)控,所以目的基因應(yīng)插入啟動子與終止子之間的部位,若目的基因插入啟動子內(nèi)部,啟動子將失去原功能。(3)啟動子起始密碼子,終止子終止密碼子:啟動子和終止子位于DNA片段上,分別控制轉(zhuǎn)錄過程的啟動和終止;起始密碼子和終止密碼子位于mRNA上,分別控制翻譯的啟動和終止。(4)切割目的基因和載體并非只能用同一種限制酶。如

6、果用兩種不同限制酶切割后形成的黏性末端相同,在DNA連接酶的作用下目的基因與載體也可以連接起來。一二三四三、目的基因的導(dǎo)入1.不同受體細胞的常用導(dǎo)入方法一二三四2.農(nóng)桿菌導(dǎo)入法分析 一二三四(1)完成基因表達載體的構(gòu)建,需要限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶。(2)目的基因能否在植株細胞內(nèi)穩(wěn)定維持和表達的關(guān)鍵是目的基因是否插入到受體細胞中染色體的DNA上。(3)由棉株細胞形成抗蟲棉需要運用植物組織培養(yǎng)技術(shù)。特別提醒1.質(zhì)粒和重組質(zhì)粒是兩個不同概念,插入目的基因的質(zhì)粒稱為重組質(zhì)粒。2.(1)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法適用于雙子葉植物和裸子植物,因為在自然條件下,農(nóng)桿菌能感染雙子葉植物和裸子植物,而對大多數(shù)單子葉植

7、物沒有感染能力。(2)單子葉植物常用的基因轉(zhuǎn)化方法是基因槍法。一二三四四、目的基因的檢測與鑒定 題型一題型二題型三題型一 基因文庫【例1】 下列關(guān)于cDNA文庫和基因組文庫的說法,錯誤的是()A.cDNA文庫中的DNA來源于mRNA的逆轉(zhuǎn)錄過程B.如果某種生物的cDNA文庫中的某個基因與該生物的基因組文庫中的某個基因控制的性狀相同,則這兩個基因的結(jié)構(gòu)也完全相同C.cDNA文庫中的基因都沒有啟動子D.一種生物的cDNA文庫可以有許多種,但基因組文庫只有一種解析:由于基因轉(zhuǎn)錄時只有編碼區(qū)段才能轉(zhuǎn)錄,所以以mRNA為模板逆轉(zhuǎn)錄成的DNA就只有外顯子區(qū)段,而缺少內(nèi)含子和啟動子等非編碼區(qū)段,和原來的基因

8、結(jié)構(gòu)不相同。答案:B題型一題型二題型三題型二 基因表達載體的構(gòu)建【例2】 下圖是利用基因工程技術(shù)培育轉(zhuǎn)基因植物,生產(chǎn)可食用疫苗的部分過程示意圖,其中Pst 、Sma 、EcoR、Apa為四種限制酶。下列說法錯誤的是()題型一題型二題型三A.圖示過程是基因工程的核心步驟B.表達載體構(gòu)建時需要用到限制酶SmaC.抗卡那霉素基因的存在有利于將含有抗原基因的細胞篩選出來D.除圖示組成外,表達載體中還應(yīng)該含有啟動子和終止子等結(jié)構(gòu)解析:圖示過程為基因表達載體的構(gòu)建過程,是基因工程的核心步驟。構(gòu)建過程中需要將目的基因完整切割下來,此時要用到限制酶Pst、EcoR?？箍敲顾鼗蚴菢擞浕?用于鑒別和篩選含有

9、目的基因的細胞?；虮磉_載體包括啟動子、目的基因、終止子和標記基因等。答案:B題型一題型二題型三題型三 基因工程操作的具體步驟【例3】 下表中列出了幾種限制酶識別序列及其切割位點,圖1、圖2中箭頭表示相關(guān)限制酶的酶切位點。請回答下列問題。題型一題型二題型三題型一題型二題型三(1)一個圖1所示的質(zhì)粒分子經(jīng)Sma切割前后,分別含有個游離的磷酸基團。 (2)若對圖中質(zhì)粒進行改造,插入的Sma酶切位點越多,質(zhì)粒的熱穩(wěn)定性越。 (3)用圖中的質(zhì)粒和外源DNA構(gòu)建重組質(zhì)粒,不能使用Sma切割,原因是 。 (4)與只使用EcoR相比較,使用BamH和Hind兩種限制酶同時處理質(zhì)粒、外源DNA的優(yōu)點在于可以防止。 (5)為了獲取重組質(zhì)粒,將切割后的質(zhì)粒與目的基因片段混合,并加入酶。 (6)重組質(zhì)粒中抗生素抗性基因的作用是為了。 題型一題型二題型三解析:(1)切割前質(zhì)粒為環(huán)狀,不含游離的磷酸基團。切割后質(zhì)粒變成了一個鏈狀的雙鏈DNA分子,含2個游離的磷酸基團。(2)Sma識別序列中均為GC堿基對,G、C之間含三個氫鍵,熱穩(wěn)定性高。(3)據(jù)題圖可知,Sma既會破壞標記基因,也會破壞