高二生物基因工程的基本操作程序

1、高二生物基因工程的基本操作程序第1頁，共43頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)8分，星期四課標(biāo)領(lǐng)航1闡述基因工程的原理。2掌握并理解基因工程的基本操作程序。3嘗試設(shè)計(jì)某一轉(zhuǎn)基因生物的研制過程?！局攸c(diǎn)】基因工程的原理及基本操作程序?！倦y點(diǎn)】基因文庫；PCK擴(kuò)增過程；目的基因的檢測。第2頁，共43頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)8分，星期四看到這幅圖，聯(lián)系基因工程，你有何感想？讓植物和動物合為一體可能不好實(shí)現(xiàn)，但我們能不能通過基因工程技術(shù)，讓這一愿望實(shí)現(xiàn)呢？實(shí)際上，基因工程技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了人們的許多看似異想天開的愿望或構(gòu)想。情景導(dǎo)航第3頁，共43頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)8分，星期四核心要

2、點(diǎn)突破基礎(chǔ)自主梳理知能過關(guān)演練12基因工程的基本操作程序第4頁，共43頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)8分，星期四基礎(chǔ)自主梳理一、基因工程的基本操作程序1目的基因的獲取。2_的構(gòu)建。3將目的基因?qū)隷。4目的基因的檢測與鑒定?；虮磉_(dá)載體受體細(xì)胞第5頁，共43頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)8分，星期四二、目的基因的獲取1目的基因：主要是指編碼_的結(jié)構(gòu)基因。2獲取方法(1)從基因文庫中獲取基因文庫：將含有某種生物不同基因的許多_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基因。蛋白質(zhì)DNA第6頁，共43頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)8分，星期四所有第7頁，共43頁，2

3、022年，5月20日，19點(diǎn)8分，星期四思考感悟1怎樣從基因文庫中得到我們需要的目的基因？【提示】可以根據(jù)目的基因的有關(guān)信息，例如，根據(jù)基因的核苷酸序列、基因的功能、基因在染色體上的位置、基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物mRNA，以及基因的翻譯產(chǎn)物蛋白質(zhì)等特性來獲取目的基因。第8頁，共43頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)8分，星期四(2)利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因含義一項(xiàng)在生物體外_的核酸合成技術(shù)原理DNA_前提條件有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_擴(kuò)增過程目的基因DNA受熱變性解旋為_引物與單鏈相應(yīng)互補(bǔ)序列結(jié)合在_作用下延伸形成新的DNA分子循環(huán)重復(fù)以指數(shù)形式擴(kuò)增結(jié)果以指數(shù)形式擴(kuò)增：2n

4、復(fù)制特定DNA片段雙鏈復(fù)制引物單鏈DNA聚合酶第9頁，共43頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)8分，星期四(3)人工合成法：如果基因較小，核苷酸序列又已知，可以通過DNA合成儀用化學(xué)方法直接人工合成。第10頁，共43頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)8分，星期四目的基因目的基因首端RNA聚合酶終止子第11頁，共43頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)8分，星期四2功能：(1)使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳給下一代。(2)使目的基因_表達(dá)和發(fā)揮作用。能夠第12頁，共43頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)8分，星期四思考感悟2如何把導(dǎo)入了目的基因的受體細(xì)胞篩選出來？【提示】以四環(huán)素抗性

5、基因?yàn)槔?，程序如下：?3頁，共43頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)8分，星期四四、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞1轉(zhuǎn)化：_進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi)，并且在受體細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和_的過程。2導(dǎo)入植物細(xì)胞(1)方法：_、基因槍法、花粉管通道法。(2)農(nóng)桿菌特點(diǎn)易感染雙子葉植物和祼子植物。Ti質(zhì)粒上的_可轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞，并且整合到受體細(xì)胞染色體DNA上。目的基因表達(dá)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法TDNA第14頁，共43頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)8分，星期四3導(dǎo)入動物細(xì)胞(1)方法：_注射技術(shù)。(2)常用受體細(xì)胞：受精卵。4導(dǎo)入微生物細(xì)胞(1)原核生物特點(diǎn)：繁殖快、多為_、遺傳物質(zhì)相對較少等。(2)對受體細(xì)胞的常用處理方法：用

6、_處理細(xì)胞，使細(xì)胞處于一種能吸收周圍環(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)。顯微單細(xì)胞Ca2第15頁，共43頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)8分，星期四思考感悟3從細(xì)胞器的功能上分析，若通過基因工程生產(chǎn)人的糖蛋白，可以用大腸桿菌嗎？【提示】不可以，糖蛋白上的糖鏈?zhǔn)窃趦?nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體上加工完成的，而內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體存在于真核細(xì)胞中，大腸桿菌是原核生物，細(xì)胞中不含有這兩種細(xì)胞器。第16頁，共43頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)8分，星期四五、目的基因的檢測與鑒定1檢測及方法(1)檢測轉(zhuǎn)基因生物染色體的DNA上是否插入了目的基因，采用DNA分子雜交技術(shù)。(2)檢測目的基因是否_，采

7、用分子雜交技術(shù)。(3)檢測目的基因是否_，采用抗原抗體雜交。2鑒定：除了_外，還需要進(jìn)行個體生物學(xué)水平的鑒定，如抗蟲、抗病鑒定等。轉(zhuǎn)錄出mRNA翻譯成蛋白質(zhì)分子檢測第17頁，共43頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)8分，星期四核心要點(diǎn)突破目的基因的獲取1兩種基因文庫的主要區(qū)別如下表文庫類型cDNA文庫基因組文庫文庫大小小大基因中啟動子無有基因中內(nèi)含子無有基因多少部分基因全部基因物種間的基因交流可以部分基因可以第18頁，共43頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)8分，星期四特別提醒 細(xì)胞中成熟的mRNA是需要在轉(zhuǎn)錄后將非編碼區(qū)轉(zhuǎn)錄出的序列切除的，只留下編碼區(qū)序列，因而從這樣的mRNA反轉(zhuǎn)錄來的cD

8、NA不會有啟動子序列。對于真核生物在轉(zhuǎn)錄后的加工過程中還要將內(nèi)含子部分轉(zhuǎn)錄出的序列也切除掉，所以真核生物的cDNA中也不會有內(nèi)含子序列。cDNA是反轉(zhuǎn)錄獲得的雙鏈DNA。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子比較有利于基因的表達(dá)。通過cDNA文庫獲得的目的基因沒有啟動子，只將編碼序列導(dǎo)入受體生物中無法轉(zhuǎn)錄。第19頁，共43頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)8分，星期四2DNA復(fù)制、PCR技術(shù)和基因克隆的比較DNA復(fù)制PCR技術(shù)基因克隆場所細(xì)胞核生物體外細(xì)胞內(nèi)酶解旋酶、DNA聚合酶Taq酶限制酶、DNA連接酶載體不需要不需要需要遵循原則堿基互補(bǔ)配對堿基互補(bǔ)配對堿基互補(bǔ)配對結(jié)果DN

9、A分子DNA分子片段DNA分子片段第20頁，共43頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)8分，星期四3提取目的基因方法的比較途徑從基因文庫中直接分離目的基因人工合基因(真核細(xì)胞)方法鳥槍法逆轉(zhuǎn)錄法根據(jù)已知氨基酸序列合成DNA第21頁，共43頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)8分，星期四途徑從基因文庫中直接分離目的基因人工合基因(真核細(xì)胞)過程供體細(xì)胞中的DNA限制酶許多DNA片段連接表達(dá)載體導(dǎo)入受體細(xì)胞外源DNA擴(kuò)增，產(chǎn)生特定性狀分離目的基因目的基因的mRNA 逆轉(zhuǎn)錄單鏈DNA合成雙鏈DNA(即目的基因)蛋白質(zhì)的氨基酸序列推測mRNA的核苷酸序列推測結(jié)構(gòu)基因的核苷酸序列 化學(xué)合成目的基因第22頁，

10、共43頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)8分，星期四途徑從基因文庫中直接分離目的基因人工合基因(真核細(xì)胞)優(yōu)點(diǎn)操作簡單專一性強(qiáng)專一性強(qiáng)，可產(chǎn)生自然界不存在的新基因缺點(diǎn)工作量大，盲目性大，專一性差操作過程較復(fù)雜，技術(shù)要求過高適用范圍狹小第23頁，共43頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)8分，星期四 1970年，特明和巴爾的摩證實(shí)了RNA病毒能依賴RNA合成DNA的過程，并發(fā)現(xiàn)了催化此過程的酶。下面為形成cDNA的過程和PCR擴(kuò)增過程示意圖。請根據(jù)圖解回答下列問題：例1第24頁，共43頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)8分，星期四(1)催化過程的酶是_；核酸酶H的作用是_。(2)過程也稱為DNA的

11、變性，此過程在溫度高達(dá)9095 時才能完成，說明DNA分子具有_性。(3)由圖中信息分析可知，催化過程的酶都是_，兩者在作用特性上的區(qū)別是_。(4)如果RNA單鏈中有堿基100個，其中A占25%，U占15%，則通過該過程合成的一個雙鏈DNA片段中有胞嘧啶_個。第25頁，共43頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)8分，星期四【嘗試解答】(1)反轉(zhuǎn)錄酶(或逆轉(zhuǎn)錄酶)分解RNA(2)穩(wěn)定(3)DNA聚合酶催化過程的酶耐高溫(4)60第26頁，共43頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)8分，星期四【解析】根據(jù)圖示可以看出，該過程是RNA在逆轉(zhuǎn)錄酶的催化作用下形成cDNA(負(fù)鏈DNA)，構(gòu)成RNADNA中間

12、體。中間體中的RNA再經(jīng)過RNA酶H水解，而以剩下的負(fù)鏈DNA復(fù)制成雙鏈DNA的過程。過程是由RNA合成DNA的過程，需要逆轉(zhuǎn)錄酶進(jìn)行催化。過程是以單鏈DNA復(fù)制獲得雙鏈DNA的過程需要DNA聚合酶催化。屬于雙鏈DNA復(fù)制的過程，需要DNA聚合酶催化。過程在7075 環(huán)境下進(jìn)行，所需要的酶應(yīng)該能夠耐高溫。第27頁，共43頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)8分，星期四【互動探究】(1)上述過程中需要限制酶和DNA連接酶嗎？(2)由mRNA逆轉(zhuǎn)錄形成的DNA具有啟動子嗎？【提示】(1)不需要。(2)無。【探規(guī)尋律】(1)PCR技術(shù)不需要解旋酶，但需利用9095 高溫使DNA分子解旋。(2)PCR技

13、術(shù)的前提是要有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。(3)PCR技術(shù)是對已知目的基因的擴(kuò)增；從基因庫中獲取目的基因，是先找出含有目的基因的細(xì)胞，再通過一定的技術(shù)手段獲取目的基因。第28頁，共43頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)8分，星期四基因表達(dá)載體的構(gòu)建和導(dǎo)入受體細(xì)胞1基因表達(dá)載體的構(gòu)建第29頁，共43頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)8分，星期四特別提醒 用限制酶切割載體和含目的基因的DNA分子時，可以使用不同的限制性核酸內(nèi)切酶,但是必須切出相同黏性末端。不同基因可以拼接的原因：不同生物的基因具有相同的結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成，都是雙螺旋結(jié)構(gòu)，都由四種脫氧核糖核苷酸組成，都遵循相

14、同的堿基互補(bǔ)配對原則：AT，GC。第30頁，共43頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)8分，星期四2目的基因的導(dǎo)入(1)不同受體細(xì)胞的常用導(dǎo)入方法生物種類植物細(xì)胞動物細(xì)胞微生物細(xì)胞常用方法農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法顯微注射法Ca2處理法受體細(xì)胞體細(xì)胞受精卵原核細(xì)胞第31頁，共43頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)8分，星期四生物種類植物細(xì)胞動物細(xì)胞微生物細(xì)胞轉(zhuǎn)化過程目的基因插入Ti質(zhì)粒的TDNA上導(dǎo)入植物細(xì)胞整合到受體細(xì)胞的DNA表達(dá)目的基因表達(dá)載體提純?nèi)÷?受精卵)顯微注射受精卵發(fā)育獲得具有新性狀的動物Ca2處理細(xì)胞感受態(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分子第32頁，共43頁，2022年，5

15、月20日，19點(diǎn)8分，星期四(2)目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞第33頁，共43頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)8分，星期四不同生物的受體細(xì)胞不同：植物一般為體細(xì)胞，動物一般為受精卵，微生物一般為大腸桿菌。上圖中發(fā)生與發(fā)生相比，會使目的基因的遺傳特性得以穩(wěn)定維持和表達(dá)，原因是在進(jìn)行細(xì)胞分裂時，細(xì)胞核上的DNA經(jīng)復(fù)制后平均分配到兩個子細(xì)胞中，保證了親子代遺傳性狀的穩(wěn)定性，而細(xì)胞分裂時，細(xì)胞質(zhì)是不均分的，子細(xì)胞不一定含有目的基因。第34頁，共43頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)8分，星期四 (2011年高考海南卷)回答有關(guān)基因工程的問題：(1)構(gòu)建基因工程表達(dá)載體時，用不同類型的限制酶切割DNA后，可能

16、產(chǎn)生黏性末端，也可能產(chǎn)生_末端。若要在限制酶切割目的基因和質(zhì)粒后使其直接進(jìn)行連接，則應(yīng)選擇能使二者產(chǎn)生_(相同、不同)黏性末端的限制酶。例2第35頁，共43頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)8分，星期四(2)利用大腸桿菌生產(chǎn)人胰島素時，構(gòu)建的表達(dá)載體含有人胰島素基因及其啟動子等，其中啟動子的作用是_。在表達(dá)載體轉(zhuǎn)化大腸桿菌時，常用_處理大腸桿菌，以利于表達(dá)載體進(jìn)入；為了檢測胰島素基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA，可用標(biāo)記的胰島素基因片段作探針與mRNA雜交，該雜交技術(shù)稱為_。為了檢測胰島素基因轉(zhuǎn)錄的mRNA是否翻譯成_，常用抗原抗體雜交技術(shù)。第36頁，共43頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)8分，星期

17、四(3)如果要將某目的基因通過農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法導(dǎo)入植物細(xì)胞，先要將目的基因插入農(nóng)桿菌Ti質(zhì)粒的_中,然后用該農(nóng)桿菌感染植物細(xì)胞,通過DNA重組將目的基因插入植物細(xì)胞的_上?！緡L試解答】(1)平相同(2)RNA聚合酶識別和結(jié)合的位點(diǎn)，有了它才能驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄出mRNA，最終獲得所需要的蛋白質(zhì)Ca2DNA分子雜交技術(shù)人胰島素(3)TDNA染色體的DNA第37頁，共43頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)8分，星期四【解析】(1)限制酶能識別特定的DNA序列，并在特定位點(diǎn)上切割DNA，形成黏性末端或平末端；要使目的基因和質(zhì)粒直接進(jìn)行連接，應(yīng)使用同一種限制酶進(jìn)行切割，使二者產(chǎn)生相同的黏性末端。(2)啟動子為D

18、NA序列，其具有RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)，能啟動轉(zhuǎn)錄，合成RNA；將基因表達(dá)載體導(dǎo)入大腸桿菌時，常用Ca2 處理；檢測目的基因時，常用第38頁，共43頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)8分，星期四分子雜交技術(shù)檢測目的基因或相應(yīng)的mRNA，或采用抗原抗體雜交技術(shù)鑒定相應(yīng)的蛋白質(zhì)。(3)用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞時，首先將目的基因?qū)朕r(nóng)桿菌Ti質(zhì)粒的TDNA中，再利用農(nóng)桿菌侵染植物細(xì)胞，通過DNA重組將目的基因插入植物細(xì)胞的染色體的DNA上。第39頁，共43頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)8分，星期四【誤區(qū)警示】(1)切割質(zhì)粒和目的基因的限制酶必需是同一種酶，以獲得互補(bǔ)的末端，利于重組質(zhì)粒的構(gòu)建。(2)目的基因的首端和尾端需加上啟動子和終止子。組成：目的基因啟動子終止子標(biāo)記基因第40頁，共43頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)8分，星期四(3)由于受體細(xì)胞有植物、動物、微生物之分，以及目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的方