2012高二生物：1.2 基因工程的基本操作程序 课件（人教版选修3）.ppt

1、12 基因工程的基本操作程序课标领航1阐述基因工程的原理。2掌握并理解基因工程的基本操作程序。3尝试设计某一转基因生物的研制过程。【重点】基因工程的原理及基本操作程序。【难点】基因文库；PCK扩增过程；目的基因的检测。看到这幅图，联系基因工程，你有何感想？让植物和动物合为一体可能不好实现，但我们能不能通过基因工程技术，让这一愿望实现呢？实际上，基因工程技术已经实现了人们的许多看似异想天开的愿望或构想。情景导航基础自主梳理一、基因工程的基本操作程序1目的基因的获取。2_的构建。3将目的基因导入_。4目的基因的检测与鉴定。基因表达载体受体细胞二、目的基因的获取1目的基因：主要是指编码_的结构基因。

2、2获取方法(1)从基因文库中获取基因文库：将含有某种生物不同基因的许多_片段，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同基因。蛋白质DNA所有思考感悟1怎样从基因文库中得到我们需要的目的基因？【提示】可以根据目的基因的有关信息，例如，根据基因的核苷酸序列、基因的功能、基因在染色体上的位置、基因的转录产物mRNA，以及基因的翻译产物蛋白质等特性来获取目的基因。(2)利用PCR技术扩增目的基因含义 一项在生物体外_的核酸合成技术原理 DNA_前提条件有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根据这一序列合成_扩增过程目的基因DNA受热变性解旋为_引物与单链相应互补序列结合在_作用下延伸形成

3、新的DNA分子循环重复以指数形式扩增结果 以指数形式扩增：2n复制特定DNA片段双链复制引物单链DNA聚合酶(3)人工合成法：如果基因较小，核苷酸序列又已知，可以通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成。目的基因目的基因首端RNA聚合酶终止子2功能：(1)使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代。(2)使目的基因_表达和发挥作用。能够思考感悟2如何把导入了目的基因的受体细胞筛选出来？【提示】以四环素抗性基因为例，程序如下：四、将目的基因导入受体细胞1转化：_进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和_的过程。2导入植物细胞(1)方法：_、基因枪法、花粉管通道法。(2)农杆菌特点易感染

4、双子叶植物和祼子植物。Ti质粒上的_可转移至受体细胞，并且整合到受体细胞染色体DNA上。目的基因表达农杆菌转化法TDNA3导入动物细胞(1)方法：_注射技术。(2)常用受体细胞：受精卵。4导入微生物细胞(1)原核生物特点：繁殖快、多为_、遗传物质相对较少等。(2)对受体细胞的常用处理方法：用_处理细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态(这种细胞称为感受态细胞)。显微单细胞Ca2思考感悟3从细胞器的功能上分析，若通过基因工程生产人的糖蛋白，可以用大肠杆菌吗？【提示】不可以，糖蛋白上的糖链是在内质网和高尔基体上加工完成的，而内质网和高尔基体存在于真核细胞中，大肠杆菌是原核生物，细

5、胞中不含有这两种细胞器。五、目的基因的检测与鉴定1检测及方法(1)检测转基因生物染色体的DNA上是否插入了目的基因，采用DNA分子杂交技术。(2)检测目的基因是否_，采用分子杂交技术。(3)检测目的基因是否_，采用抗原抗体杂交。2鉴定：除了_外，还需要进行个体生物学水平的鉴定，如抗虫、抗病鉴定等。转录出mRNA翻译成蛋白质分子检测核心要点突破目的基因的获取要点一1两种基因文库的主要区别如下表文库类型cDNA文库基因组文库文库大小小大基因中启动子无有基因中内含子无有基因多少部分基因全部基因物种间的基因交流可以部分基因可以特别提醒细胞中成熟的mRNA是需要在转录后将非编码区转录出的序列切除的，只留

6、下编码区序列，因而从这样的mRNA反转录来的cDNA不会有启动子序列。对于真核生物在转录后的加工过程中还要将内含子部分转录出的序列也切除掉，所以真核生物的cDNA中也不会有内含子序列。cDNA是反转录获得的双链DNA。生物之间进行基因交流，只有使用受体生物自身基因的启动子比较有利于基因的表达。通过cDNA文库获得的目的基因没有启动子，只将编码序列导入受体生物中无法转录。2DNA复制、PCR技术和基因克隆的比较DNA复制PCR技术基因克隆场所细胞核生物体外细胞内酶解旋酶、DNA聚合酶Taq酶限制酶、DNA连接酶载体不需要不需要需要遵循原则 碱基互补配对碱基互补配对碱基互补配对结果DNA分子DNA

7、分子片段DNA分子片段3提取目的基因方法的比较途径从基因文库中直接分离目的基因人工合基因(真核细胞)方法鸟枪法逆转录法根据已知氨基酸序列合成DNA途径从基因文库中直接分离目的基因人工合基因(真核细胞)过程供体细胞中的DNA限制酶许多DNA片段连接表达载体导入受体细胞外源DNA扩增，产生特定性状分离目的基因目的基因的mRNA 逆转录单链DNA合成 双链DNA(即目的基因)蛋白质的氨基酸序列推测mRNA的核苷酸序列推测结构基因的核苷酸序列化学合成目的基因途径从基因文库中直接分离目的基因人工合基因(真核细胞)优点操作简单专一性强专一性强，可产生自然界不存在的新基因缺点工作量大，盲目性大，专一性差操作

8、过程较复杂，技术要求过高适用范围狭小1970年，特明和巴尔的摩证实了RNA病毒能依赖RNA合成DNA的过程，并发现了催化此过程的酶。下面为形成cDNA的过程和PCR扩增过程示意图。请根据图解回答下列问题：例例11(1)催化过程的酶是_；核酸酶H的作用是_。(2)过程也称为DNA的变性，此过程在温度高达90 95 时 才 能 完 成，说 明 DNA分 子 具 有_性。(3)由图中信息分析可知，催化过程的酶都是_，两 者 在 作 用 特 性 上 的 区 别 是_。(4)如果RNA单链中有碱基100个，其中A占25%，U占15%，则通过该过程合成的一个双链DNA片段中有胞嘧啶_个。【尝试解答】(1)

9、反转录酶(或逆转录酶)分解RNA(2)稳定(3)DNA聚合酶 催化过程的酶耐高温(4)60【解析】根据图示可以看出，该过程是RNA在逆转录酶的催化作用下形成cDNA(负链DNA)，构成RNADNA中间体。中间体中的RNA再经过RNA酶H水解，而以剩下的负链DNA复制成双链DNA的过程。过程是由RNA合成DNA的过程，需要逆转录酶进行催化。过程是以单链DNA复制获得双链DNA的过程需要DNA聚合酶催化。属于双链DNA复制的过程，需要DNA聚合酶催化。过程在7075 环境下进行，所需要的酶应该能够耐高温。【互动探究】(1)上述过程中需要限制酶和DNA连接酶吗？(2)由mRNA逆转录形成的DNA具有

10、启动子吗？【提示】(1)不需要。(2)无。【探规寻律】(1)PCR技术不需要解旋酶，但需利用9095 高温使DNA分子解旋。(2)PCR技术的前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根据这一序列合成引物。(3)PCR技术是对已知目的基因的扩增；从基因库中获取目的基因，是先找出含有目的基因的细胞，再通过一定的技术手段获取目的基因。基因表达载体的构建和导入受体细胞要点二1基因表达载体的构建特别提醒用限制酶切割载体和含目的基因的DNA分子时，可以使用不同的限制性核酸内切酶,但是必须切出相同黏性末端。不同基因可以拼接的原因：不同生物的基因具有相同的结构和化学组成，都是双螺旋结构，都由四种脱氧核糖核

11、苷酸组成，都遵循相同的碱基互补配对原则：AT，GC。2目的基因的导入(1)不同受体细胞的常用导入方法生物种类 植物细胞动物细胞微生物细胞常用方法 农杆菌转化法显微注射法Ca2处理法受体细胞体细胞受精卵原核细胞生物种类植物细胞动物细胞微生物细胞转化过程目的基因插入Ti质粒的TDNA上导入植物细胞整合到受体细胞的DNA表达目的基因表达载体提纯取卵(受精卵)显微注射受精卵发育获得具有新性状的动物Ca2处理细胞感受态细胞表达载体与感受态细胞混合感受态细胞吸收DNA分子(2)目的基因导入受体细胞不同生物的受体细胞不同：植物一般为体细胞，动物一般为受精卵，微生物一般为大肠杆菌。上图中发生与发生相比，会使目

12、的基因的遗传特性得以稳定维持和表达，原因是在进行细胞分裂时，细胞核上的DNA经复制后平均分配到两个子细胞中，保证了亲子代遗传性状的稳定性，而细胞分裂时，细胞质是不均分的，子细胞不一定含有目的基因。(2011年高考海南卷)回答有关基因工程的问题：(1)构建基因工程表达载体时，用不同类型的限制酶切割DNA后，可能产生黏性末端，也可能产生_末端。若要在限制酶切割目的基因和质粒后使其直接进行连接，则应选择能使二者产生_(相同、不同)黏性末端的限制酶。例例22(2)利用大肠杆菌生产人胰岛素时，构建的表达载体含有人胰岛素基因及其启动子等，其中启动子的作用是_。在表达载体转化大肠杆菌时，常用_处理大肠杆菌，

13、以利于表达载体进入；为了检测胰岛素基因是否转录出了mRNA，可用标记的胰岛素基因片段作探针与mRNA杂交，该杂交技术称为_。为了检测胰岛素基因转录的mRNA是否翻译成_，常用抗原抗体杂交技术。(3)如果要将某目的基因通过农杆菌转化法导入植物细 胞，先 要 将 目 的 基 因 插 入 农 杆 菌 Ti质 粒 的_中,然后用该农杆菌感染植物细胞,通过DNA重组将目的基因插入植物细胞的_上。【尝试解答】(1)平相同(2)RNA聚合酶识别和结合的位点，有了它才能驱动基因转录出mRNA，最终获得所需要的蛋白质Ca2DNA分子杂交技术 人胰岛素(3)TDNA 染色体的DNA【解析】(1)限制酶能识别特定的

14、DNA序列，并在特定位点上切割DNA，形成黏性末端或平末端；要使目的基因和质粒直接进行连接，应使用同一种限制酶进行切割，使二者产生相同的黏性末端。(2)启动子为DNA序列，其具有RNA聚合酶结合位点，能启动转录，合成RNA；将基因表达载体导入大肠杆菌时，常用Ca2 处理；检测目的基因时，常用分子杂交技术检测目的基因或相应的mRNA，或采用抗原抗体杂交技术鉴定相应的蛋白质。(3)用农杆菌转化法将目的基因导入植物细胞时，首先将目的基因导入农杆菌Ti质粒的TDNA中，再利用农杆菌侵染植物细胞，通过DNA重组将目的基因插入植物细胞的染色体的DNA上。【误区警示】(1)切割质粒和目的基因的限制酶必需是同一种酶，以获得互补的末端，利于重组质粒的构建。(2)目的基因的首端和尾端需加上启动子和终止子。组成：目的基因启动子终止子标记基因(3)由于受体细胞有植物、动物、微生物之分，以及目的基因导入受体细胞的方法不同，因此，基因表达载体的构建也会有所差别，不可能是千篇一律的。跟踪训练(2011年江苏无锡高二检测)如图为基因表达载体的模式图，下列有关基因工程中载体的说法错误的是()A基因工程的核心步骤是基因表达载体构建B任何基因表达载体的构建都是一样的，没有差别C图中启动子位于基因的首端，是RNA聚合酶识别和结合的部位D抗生素抗性基因的作用是作为标记基因，用于鉴别受体细胞中是否导入了目的基因答案：B