基因工程的基本操作程序-（第2課時(shí)） 【高效課堂+精研精講】高中生物人教版選擇性必修3

新人教版·選擇性必修三第3章基因工程制作者：榛子生物第2節(jié)基因工程的基本操作程序(第2課時(shí)）質(zhì)粒1.基因表達(dá)載體的作用①使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在且遺傳給下一代。②使目的基因在受體細(xì)胞中能夠表達(dá)且發(fā)揮作用。2.基因表達(dá)載體的組成復(fù)制原點(diǎn)終止子限制酶切割位點(diǎn)啟動(dòng)子標(biāo)記基因核心工作第2步：基因表達(dá)載體的構(gòu)建2.基因表達(dá)載體的組成復(fù)制原點(diǎn)終止子限制酶切割位點(diǎn)啟動(dòng)子標(biāo)記基因質(zhì)粒位于基因的上游，緊挨轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)，是RNA聚合酶識(shí)別和結(jié)合的部位，具有驅(qū)動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄的作用。位于基因下游，使轉(zhuǎn)錄在所需地方停下來。供目的基因插入載體中。第2步：基因表達(dá)載體的構(gòu)建2.基因表達(dá)載體的組成復(fù)制原點(diǎn)終止子限制酶切割位點(diǎn)啟動(dòng)子標(biāo)記基因質(zhì)粒誘導(dǎo)性啟動(dòng)子誘導(dǎo)物作用激活或抑制目的基因表達(dá)第2步：基因表達(dá)載體的構(gòu)建2.基因表達(dá)載體的組成復(fù)制原點(diǎn)終止子限制酶切割位點(diǎn)啟動(dòng)子標(biāo)記基因質(zhì)粒能夠在受體細(xì)胞中自我復(fù)制或整合到受體DNA上便于重組DNA的篩選第2步：基因表達(dá)載體的構(gòu)建項(xiàng)目啟動(dòng)子終止子起始密碼子終止密碼子化學(xué)成分位置作用DNA片段DNA片段mRNA上三個(gè)相鄰堿基mRNA上三個(gè)相鄰堿基目的基因首端目的基因首端mRNA首端mRNA首端RNA聚合酶識(shí)別和結(jié)合部位，驅(qū)動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄出RNA決定轉(zhuǎn)錄的結(jié)束翻譯的起始信號(hào)翻譯的結(jié)束信號(hào)第2步：基因表達(dá)載體的構(gòu)建啟動(dòng)子、終止子與起始密碼子和終止密碼子的比較3.基因表達(dá)載體的構(gòu)建過程質(zhì)粒限制酶限制酶切割位點(diǎn)首先，用一定的限制酶切割載體，使它出現(xiàn)一個(gè)切口；01第2步：基因表達(dá)載體的構(gòu)建3.基因表達(dá)載體的構(gòu)建過程然后用同種限制酶或能產(chǎn)生相同末端的限制酶切割含有目的基因的DNA片段02限制酶限制酶切割位點(diǎn)獲取目的基因目的基因第2步：基因表達(dá)載體的構(gòu)建3.基因表達(dá)載體的構(gòu)建過程利用DNA連接酶將目的基因片段拼接到載體的切口處，這樣就形成了一個(gè)重組DNA分子。03DNA連接酶重組DNA分子獲取目的基因第2步：基因表達(dá)載體的構(gòu)建3.基因表達(dá)載體的構(gòu)建過程質(zhì)粒限制酶限制酶DNA連接酶同種限制酶或產(chǎn)生相同黏性末端的限制酶切割重組DNA分子限制酶切割位點(diǎn)目的基因限制酶切割位點(diǎn)獲取目的基因第2步：基因表達(dá)載體的構(gòu)建4.“單酶切”與“雙酶切”構(gòu)建基因表達(dá)載體單酶切用同一種限制酶或產(chǎn)生相同黏性末端的限制酶分別切割質(zhì)粒和含有目的基因的DNA片段啟動(dòng)子方向目的基因轉(zhuǎn)錄方向限制酶切割abcdDNA連接酶連接a、b、c、d四個(gè)黏性末端相同第2步：基因表達(dá)載體的構(gòu)建單酶切有什么缺點(diǎn)?啟動(dòng)子方向目的基因轉(zhuǎn)錄方向限制酶切割abcdDNA連接酶連接缺點(diǎn)1：在DNA連接酶的作用下，質(zhì)粒被重新環(huán)化。DNA連接酶連接第2步：基因表達(dá)載體的構(gòu)建啟動(dòng)子方向目的基因轉(zhuǎn)錄方向限制酶切割abcdDNA連接酶連接缺點(diǎn)2：在DNA連接酶的作用下，目的基因被環(huán)化。DNA連接酶連接第2步：基因表達(dá)載體的構(gòu)建單酶切有什么缺點(diǎn)?缺點(diǎn)3：在DNA連接酶的作用下，目的基因與質(zhì)粒反向連接，造成目的基因不能正確表達(dá)。啟動(dòng)子方向目的基因轉(zhuǎn)錄方向限制酶切割abcdDNA連接酶連接反向連接重組DNAadca第2步：基因表達(dá)載體的構(gòu)建單酶切有什么缺點(diǎn)?啟動(dòng)子方向目的基因轉(zhuǎn)錄方向限制酶切割abcdDNA連接酶連接反向連接重組DNAadca缺點(diǎn)1缺點(diǎn)2缺點(diǎn)3質(zhì)粒重新環(huán)化目的基因被環(huán)化第2步：基因表達(dá)載體的構(gòu)建單酶切有什么缺點(diǎn)?用兩種限制酶切割質(zhì)粒和含有目的基因的DNA片段限制酶a切割abDNA連接酶連接限制酶b切割限制酶a切割限制酶b切割ab第2步：基因表達(dá)載體的構(gòu)建雙酶切基因表達(dá)載體導(dǎo)入植物細(xì)胞動(dòng)物細(xì)胞微生物細(xì)胞第3步：將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞構(gòu)建好的基因表達(dá)載體需要通過一定的方式才能進(jìn)入受體細(xì)胞。方法1：花粉管通道法我國科學(xué)家獨(dú)創(chuàng)的一種方法，將Bt基因?qū)朊藁?xì)胞。子房注射用微量注射器將含有目的基因的DNA溶液直接注入子房中。在植物授粉后的一定時(shí)間內(nèi)，剪去柱頭，將DNA溶液滴加到花柱切面上，使目的基因借助花粉管通道進(jìn)入胚囊。第3步：將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞花粉管通道法花柱滴加外源DNA進(jìn)入受精卵，并進(jìn)行隨機(jī)整合。第3步：將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞花柱滴加花粉落到柱頭上，刺激花粉管萌發(fā)并生長至子房01剪去柱頭，將DNA溶液滴加在花柱切面上，使目的基因借助花粉管進(jìn)入囊胚。02優(yōu)點(diǎn)第3步：將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞花柱滴加①利用植物授粉后形成的天然花粉管通道，將外源基因攜帶進(jìn)入胚囊，此時(shí)的受精卵未形成細(xì)胞壁，且正在進(jìn)行活躍的DNA復(fù)制，容易將外源DNA片段整合到受體基因組中。②操作簡單、技術(shù)成本低，免去了組織培養(yǎng)以及誘導(dǎo)再生植株的全套人工培養(yǎng)過程。萌發(fā)的花粉管柱頭花柱子房胚囊卵細(xì)胞轉(zhuǎn)化：是指目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi)，并且在受體細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)的過程。①農(nóng)桿菌是一種在土壤中生活的微生物，能在自然條件下侵染雙子葉植物和裸子植物，而對大多數(shù)單子葉植物沒有侵染能力。第3步：將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞方法2：農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法①農(nóng)桿菌農(nóng)桿菌細(xì)胞內(nèi)含有Ti質(zhì)粒，當(dāng)它侵染植物細(xì)胞后，能將Ti質(zhì)粒上的T-DNA（可轉(zhuǎn)移的DNA）轉(zhuǎn)移到被侵染的細(xì)胞，并且將其整合到細(xì)胞的染色體上。第3步：將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞農(nóng)桿菌Ti質(zhì)粒T-DNA目的基因插入Ti質(zhì)粒的T-DNA中形成重組Ti質(zhì)粒第3步：將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞②農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法的原理轉(zhuǎn)化植物細(xì)胞重組Ti質(zhì)粒轉(zhuǎn)入農(nóng)桿菌目的基因插入植物細(xì)胞中的染色體DNA上目的基因在植物細(xì)胞中穩(wěn)定存在并表達(dá)構(gòu)建表達(dá)載體含目的基因的重組Ti質(zhì)粒轉(zhuǎn)入農(nóng)桿菌導(dǎo)入植物細(xì)胞含重組Ti質(zhì)粒的農(nóng)桿菌植物細(xì)胞將目的基因插入染色體DNA中表現(xiàn)出新性狀的植物目的基因Ti質(zhì)粒第3步：將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞②農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法的原理①兩次拼接第一次拼接：目的基因拼接到Ti質(zhì)粒的T-DNA上第二次拼接：被插入目的基因的T-DNA拼接到受體細(xì)胞染色體的DNA上。第3步：將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞②農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法的原理第1次拼接第2次拼接②兩次導(dǎo)入第一次導(dǎo)入：將目的基因的重組Ti質(zhì)粒導(dǎo)入農(nóng)桿菌第二次拼接：含目的基因的T-DNA導(dǎo)入受體細(xì)胞第3步：將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞②農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法的原理第1次導(dǎo)入第2次導(dǎo)入將目的基因?qū)雱?dòng)物細(xì)胞①導(dǎo)入動(dòng)物細(xì)胞通常選擇受精卵。②導(dǎo)入方法：顯微注射法受精卵注射器固定吸管第3步：將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞繁殖快單細(xì)胞遺傳物質(zhì)少①原核生物作為受體細(xì)胞的優(yōu)點(diǎn)②導(dǎo)入方法（感受態(tài)細(xì)胞法）Ca2+處理大腸桿菌細(xì)胞細(xì)胞處于一種能吸收周圍環(huán)境中DNA分子的狀態(tài)將重組的基因表達(dá)載體導(dǎo)入第3步：將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞將目的基因?qū)朐思?xì)胞如：檢測棉花的染色體DNA上是否插入了Bt基因或檢測Bt基因提取棉花細(xì)胞的DNA通過PCR等技術(shù)檢測第4步：目的基因的檢測與鑒定1.分子水平的檢測①檢測目的基因是否導(dǎo)入用與Bt基因相關(guān)的引物進(jìn)行PCR擴(kuò)增對擴(kuò)增產(chǎn)物進(jìn)行檢測如：檢測Bt基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA提取棉花細(xì)胞mRNA通過PCR等技術(shù)檢測第4步：目的基因的檢測與鑒定1.分子水平的檢測②檢測目的基因是否翻譯出mRNA逆轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生DNA用與Bt基因相關(guān)的引物進(jìn)行PCR擴(kuò)增對擴(kuò)增產(chǎn)物進(jìn)行檢測如：檢測Bt基因是否翻譯出Bt抗蟲蛋白用于抗原-抗體雜交檢測第4步：目的基因的檢測與鑒定1.分子水平的檢測③檢測目的基因是否翻譯從棉花中提取蛋白質(zhì)用相應(yīng)抗體進(jìn)行抗原-抗體雜交檢測第4步：目的基因的檢測與鑒定2.個(gè)體水平的檢測檢測目的基因是否表現(xiàn)出相應(yīng)的性狀如：檢測抗蟲棉是否具有抗蟲性狀采摘抗蟲棉葉片飼喂棉鈴蟲觀察棉鈴蟲存活情況獲取質(zhì)粒噬菌體等載體篩選和獲取目的基因用限制酶切割載體和含有目的基因的DNA片段，然后用DNA連接酶連接，構(gòu)建基因載體將含有目的基因的表達(dá)載體導(dǎo)入受體細(xì)胞檢測和鑒定目的基因是否穩(wěn)定維持和表達(dá)其遺傳特性基因工程的基本操作流程圖1.利用PCR獲取和擴(kuò)增目的基因2.人工合成目的基因3.通過構(gòu)建基因文庫獲取目的基因獲取質(zhì)粒噬菌體等載體篩選和獲取目的基因用限制酶切割載體和含有目的基因的DNA片段，然后用DNA連接酶連接，構(gòu)建基因載體將含有目的基因的表達(dá)載體導(dǎo)入受體細(xì)胞檢測和鑒定目的基因是否穩(wěn)定維持和表達(dá)其遺傳特性3.用限制酶切割載體和含有目的基因的DNA片段4.用DNA連接酶連接基因工程的基本操作流程圖獲取質(zhì)粒噬菌體等載體篩選和獲取目的基因用限制酶切割載體和含有目的基因的DNA片段，然后用DNA連接酶連接，構(gòu)建基因載體將含有目的基因的表達(dá)載體導(dǎo)入受體細(xì)胞檢測和鑒定目的基因是否穩(wěn)定維持和表達(dá)其遺傳特性5.導(dǎo)入植物細(xì)胞：花粉管通道法；農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法

導(dǎo)入動(dòng)物細(xì)胞：顯微注射法

導(dǎo)入原核細(xì)胞：感受態(tài)細(xì)胞法基因工程的基本操作流程圖獲取質(zhì)粒噬菌體等載體篩選和獲取目的基因用限制酶切割載體和含有目的基因的DNA片段，然后用DNA連接酶連接，構(gòu)建基因載體將含有目的基因的表達(dá)載體導(dǎo)入受體細(xì)胞檢測和鑒定目的基因是否穩(wěn)定維持和表達(dá)其遺傳特性6.分子水平上的檢測①檢測目的基因是否導(dǎo)入（PCR等技術(shù)檢測）②檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄（PCR等技術(shù)檢測）③檢測目的基因是否翻譯（抗原-抗體檢測）7.個(gè)體水平檢測基因工程的基本操作流程圖1.研究人員將一種海魚的抗凍蛋白基因afp整合到土壤農(nóng)桿菌的Ti質(zhì)粒上，然后用它侵染番茄細(xì)胞，獲得了抗凍的番茄品種。判斷下列相關(guān)表述是否正確。afp基因是培育抗凍番茄用到的目的基因（）構(gòu)建afp基因的Ti質(zhì)粒需要限制酶、DNA連接酶和核酸酶（）只要檢測出番茄細(xì)胞中含有afp基因，就代表抗凍番茄培育成功（）練習(xí)與應(yīng)用2.利用PCR既可以快速擴(kuò)增特定基因，也可以檢測基因的表達(dá)。下列有關(guān)PCR的敘述錯(cuò)誤的是（）PCR用的DNA聚合酶是一種耐高溫酶變性過程中雙鏈DNA的解開不需要解旋酶復(fù)性過程中引物與模板鏈的結(jié)合遵循堿基互補(bǔ)配對原則延伸過程中需要DNA聚合酶、ATP和4種核糖核苷酸練習(xí)與應(yīng)用D研究人員在研究轉(zhuǎn)基因煙草中外源卡那霉素抗性基因的遺傳穩(wěn)定性時(shí)，發(fā)現(xiàn)44株轉(zhuǎn)基因煙草中有4株該基因的遺傳不符合孟德爾遺傳規(guī)律，在它們的自交后代中出現(xiàn)了較