高二生物人教版選修3課件：專題1 12 基因工程的基本操作程序

1、專題1 1.2基因工程的基本操作程序 目標(biāo)導(dǎo)航 1.結(jié)合教材圖16，整體把握并說出基因工程的基本操作程序。 2.理解獲取目的基因的途徑及基因表達(dá)載體的構(gòu)建。 3.理解目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的方法、檢測與鑒定目的基因的方法。 1 預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué) 挑戰(zhàn)自我，點(diǎn)點(diǎn)落實(shí) 2 課堂講義 重點(diǎn)難點(diǎn)，個(gè)個(gè)擊破 3 對點(diǎn)練習(xí) 即時(shí)訓(xùn)練，體驗(yàn)成功 預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué) 挑戰(zhàn)自我，點(diǎn)點(diǎn)落實(shí) 一、目的基因的獲取(閱讀P811) 1.基因工程的基本操作程序 (1) 的獲取。 (2)的構(gòu)建。 (3)將目的基因?qū)?。 (4)目的基因的 。 目的基因 基因表達(dá)載體 受體細(xì)胞 檢測與鑒定 5 1.2 基因工程的基本操作程序 2.目的基因的獲取

2、 (1)目的基因 主要是指 的基因，也可以是一些具有的 因子。 (2)常見方法 從基因文庫中獲取 基因文庫的種類 編碼蛋白質(zhì)調(diào)控作用 基因組文庫 cDNA文庫 6 1.2 基因工程的基本操作程序 利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因 a原理： 。 b條件： 、DNA模板、四種脫氧核苷酸。 c過程：目的基因DNA受熱變性后解鏈為單鏈，與單鏈相 應(yīng)互補(bǔ)序列結(jié)合，然后在 作用下進(jìn)行延伸，如此重復(fù) 循環(huán)多次。 d結(jié)果：每一次循環(huán)后，目的基因的量可以，即成指 數(shù)形式擴(kuò)增(約為2n，n為擴(kuò)增循環(huán)的次數(shù))。 DNA雙鏈復(fù)制 引物Taq酶 引物 DNA聚合酶 增加一倍 7 1.2 基因工程的基本操作程序 人工合成法：如

3、果基因比較小， 又已知， 可借助用化學(xué)方法直接人工合成。 核苷酸序列 DNA合成儀 8 1.2 基因工程的基本操作程序 二、基因表達(dá)載體的構(gòu)建(閱讀P11) 1.基因表達(dá)載體的功能 使目的基因在受體細(xì)胞中 ，并且可以遺傳給下一代， 使目的基因能夠 和發(fā)揮作用。 2.基因表達(dá)載體的構(gòu)成 穩(wěn)定存在 表達(dá) 啟動子 首端 RNA聚合酶 轉(zhuǎn)錄 尾端 RNA聚合酶 終止子 標(biāo)記 轉(zhuǎn)錄 目的基因 9 1.2 基因工程的基本操作程序 3.基因表達(dá)載體的構(gòu)建過程 一般用同一種 酶分別切割載體和目的基因，再用 酶把兩者連接。 限制 DNA連接 10 1.2 基因工程的基本操作程序 三、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞(閱讀

4、P1113) 1.轉(zhuǎn)化的概念 目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi)，并且在受體細(xì)胞內(nèi)的 過程。 2.轉(zhuǎn)化的方法 (1)導(dǎo)入植物細(xì)胞 法：將目的基因?qū)腚p子葉植物和祼子植物。 法：將目的基因?qū)雴巫尤~植物常用的方法。 法：我國科學(xué)家獨(dú)創(chuàng)的一種方法。 維持穩(wěn)定和表達(dá) 農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化 基因槍 花粉管通道 11 1.2 基因工程的基本操作程序 (2)導(dǎo)入動物細(xì)胞 方法： 技術(shù)。 常用受體細(xì)胞：。 (3)導(dǎo)入微生物細(xì)胞 第一步：首先用 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)胞稱為細(xì)胞。 第二步：將 溶于緩沖液中與 細(xì)胞 混合，在一定的溫度下促進(jìn)感受態(tài)細(xì)胞吸收 ，完成轉(zhuǎn)化 過程。 顯微注射

5、受精卵 Ca2 重組表達(dá)載體DNA分子 感受態(tài) 感受態(tài) DNA分子 12 1.2 基因工程的基本操作程序 四、目的基因的檢測與鑒定(閱讀P1315) 1.分子水平檢測(連線) 13 1.2 基因工程的基本操作程序 2.個(gè)體水平鑒定 包括抗蟲、抗病的 實(shí)驗(yàn)，以確定是否有抗性及抗性程度。 基因工程產(chǎn)品需要與天然產(chǎn)品活性進(jìn)行比較等。 接種 14 1.2 基因工程的基本操作程序 預(yù)習(xí)診斷 判斷正誤： (1)所有的目的基因都可從基因文庫中直接獲得。() (2)利用PCR技術(shù)能合成目的基因。() (3)標(biāo)記基因的作用是為了鑒別受體細(xì)胞中是否含有目的基因， 從而將含有目的基因的細(xì)胞篩選出來。() (4)目的

6、基因?qū)腚p子葉植物一般采用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法。() 15 1.2 基因工程的基本操作程序 (5)一種生物的cDNA文庫可以有許多種，但基因組文庫只有一種。 () (6)基因表達(dá)載體中需要含有起始密碼、終止密碼、目的基因、標(biāo) 記基因。() (7)常用卵細(xì)胞作為動物的受體細(xì)胞。() (8)檢測轉(zhuǎn)基因生物的染色體上是否插入了目的基因是目的基因能 否在真核生物中穩(wěn)定遺傳的關(guān)鍵。() (9)檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA是檢測目的基因是否發(fā)揮功能 作用的第一步。() 一、目的基因的獲取 課堂講義 重點(diǎn)難點(diǎn)，個(gè)個(gè)擊破 1.幾種獲取目的基因方法的比較 方法 基因文庫的構(gòu)建 PCR技術(shù)擴(kuò)增 人工合成 基因組文庫 部

7、分基因文庫 (如cDNA文庫) 17 1.2 基因工程的基本操作程序 過 程 18 1.2 基因工程的基本操作程序 優(yōu) 點(diǎn) 操作簡單專一性強(qiáng) 可在短時(shí)間內(nèi) 大量擴(kuò)增目的 基因 專一性強(qiáng)， 可產(chǎn)生自然 界中不存在 的新基因 缺 點(diǎn) 工作量大、 盲目性大、 專一性差 操作過程較麻煩， 技術(shù)要求過高 需要嚴(yán)格控制 溫度、技術(shù)要 求高 適用范圍小 19 1.2 基因工程的基本操作程序 2.PCR技術(shù)與DNA復(fù)制的比較 比較項(xiàng)目DNA復(fù)制PCR技術(shù) 區(qū) 別 解旋方式解旋酶催化DNA在高溫下變性解旋 場所細(xì)胞內(nèi)(主要在細(xì)胞核內(nèi)) 細(xì)胞外(主要在PCR擴(kuò)增 儀中) 酶解旋酶、DNA聚合酶耐熱的DNA聚合酶

8、溫度細(xì)胞內(nèi)溫和條件 控制溫度，需90 95 高溫 結(jié)果合成DNA分子合成DNA片段或基因 20 1.2 基因工程的基本操作程序 聯(lián)系 (1)模板：均需要脫氧核苷酸雙鏈作為模板 (2)原料：均為四種脫氧核苷酸 (3)酶：均需DNA聚合酶 (4)引物：都需要引物，使DNA聚合酶從引物的3 端開始連接脫氧核苷酸 21 1.2 基因工程的基本操作程序 思維激活 1.基因組文庫和部分基因文庫有什么區(qū)別？ 答案基因組文庫包含一種生物的全部基因，部分基因文庫 只包含一種生物的一部分基因。 2.怎樣從基因文庫中得到我們所需的目的基因呢？ 答案根據(jù)目的基因的有關(guān)信息，例如，根據(jù)基因的核苷酸 序列、功能、在染色體

9、上的位置、轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物mRNA以及基因 表達(dá)產(chǎn)物蛋白質(zhì)等特性來獲取目的基因。 22 1.2 基因工程的基本操作程序 3.PCR過程中需要解旋酶嗎？所需要的DNA聚合酶應(yīng)具有什 么特點(diǎn)？ 答案PCR過程中，DNA雙鏈解開是在高溫下完成的，不需 要解旋酶；由于PCR過程溫度較高，所以需要能耐高溫的 DNA聚合酶。 4.什么樣的基因適合用DNA合成儀直接人工合成？ 答案基因比較小，核苷酸序列又已知。 23 1.2 基因工程的基本操作程序 應(yīng)用示例 1.下列獲取目的基因的方法中需要模板鏈的是() 從基因文庫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DNA合成儀利用化學(xué)方法人工合成 A B C

10、D 24 1.2 基因工程的基本操作程序 問題導(dǎo)析 (1)PCR利用的是 原理，將雙鏈DNA 之間的打開，變成DNA，作為聚合反應(yīng)的模板。 (2) 則是以目的基因轉(zhuǎn)錄成的信使RNA為模板，在 逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下，先反轉(zhuǎn)錄形成互補(bǔ)的單鏈DNA，再合成 雙鏈的DNA。則均不需要模板。 答案D DNA雙鏈復(fù)制 氫鍵單鏈 反轉(zhuǎn)錄法 、 25 1.2 基因工程的基本操作程序 一題多變 判斷正誤： (1)目的基因可以從自然界已有物種直接分離，也可人工合成。( ) (2)目的基因就是指編碼蛋白質(zhì)的基因。() (3)真核生物的基因中含有內(nèi)含子，因此常用反轉(zhuǎn)錄法獲取目的基 因。() (4)利用DNA合成儀可以在短

11、時(shí)間內(nèi)大量擴(kuò)增目的基因。() 26 1.2 基因工程的基本操作程序 二、基因表達(dá)載體的構(gòu)建與轉(zhuǎn)化 1.基因表達(dá)載體的構(gòu)建步驟 (1)一般用同一種限制酶切割目的基因和質(zhì)粒，使其產(chǎn)生相同的末端。 (2)將切下的目的基因片段插入質(zhì)粒的切口處，再加入適量DNA連 接酶，形成一個(gè)重組DNA分子(重組質(zhì)粒)。構(gòu)建過程如圖： 27 1.2 基因工程的基本操作程序 特別提醒：該過程把三種工具(兩種工具酶、一種載體)全用 上了，是最核心、最關(guān)鍵的一步，在體外進(jìn)行。 28 1.2 基因工程的基本操作程序 2.將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的方法比較 細(xì)胞類型方法說明特點(diǎn) 植 物 細(xì) 胞 農(nóng)桿菌轉(zhuǎn) 化法 目的基因插入到Ti

12、質(zhì)粒的TDNA 上通過農(nóng)桿菌進(jìn)入植物細(xì) 胞插入到植物細(xì)胞中的染色 體DNA上目的基因表達(dá) 經(jīng)濟(jì)、有效，適合于雙 子葉植物和裸子植物 基因槍法 目的基因包裹在微小的金?；?鎢粒表面用基因槍高速射入 到受體細(xì)胞或組織中目的基 因表達(dá) 成本較高，是單子葉植 物中常用的基因轉(zhuǎn)化方 29 1.2 基因工程的基本操作程序 植物細(xì)胞 花粉管 通法 含目的基因的溶液滴加在柱頭 上(或用含目的基因的溶液處理 花粉粒)花粉粒吸入目的基因 授粉目的基因表達(dá) 簡便、經(jīng)濟(jì)，我 國科學(xué)家獨(dú)創(chuàng) 動物細(xì)胞 顯微注 射技術(shù) 目的基因片段受精卵的核內(nèi) 受精卵經(jīng)胚胎早期培養(yǎng)一段時(shí)間 后移植到雌性動物的輸卵管或子 宮內(nèi)使其發(fā)育成轉(zhuǎn)基

13、因動物 最為有效的將目 的基因?qū)雱游?細(xì)胞的方法 30 1.2 基因工程的基本操作程序 微 生 物 細(xì) 胞 感受態(tài)細(xì) 胞法 Ca2處理微生物細(xì)胞感受態(tài)細(xì)胞 將基因表達(dá)載體在緩沖液中與感 受態(tài)細(xì)胞混合一定溫度下促使感 受態(tài)細(xì)胞吸收DNA分子 簡便、經(jīng)濟(jì)、 有效 31 1.2 基因工程的基本操作程序 歸納提煉 32 1.2 基因工程的基本操作程序 思維激活 1.結(jié)合教材P13資料卡分析，用花粉管通道法導(dǎo)入受體細(xì)胞的目的 基因是否需要和載體結(jié)合？試分析原因。 答案需要。因?yàn)槟康幕蛑挥泻洼d體結(jié)合成基因表達(dá)載體才容 易在受體細(xì)胞中穩(wěn)定維持和表達(dá)。 2.農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法利用了農(nóng)桿菌的什么特性？ 答案農(nóng)桿菌

14、中的Ti質(zhì)粒上的TDNA(可轉(zhuǎn)移的DNA)可轉(zhuǎn)移至受體 細(xì)胞，并且整合到受體細(xì)胞的染色體DNA上。 33 1.2 基因工程的基本操作程序 3.為什么動物的體細(xì)胞一般不作為受體細(xì)胞？ 答案動物體細(xì)胞全能性受到限制，不能發(fā)育為一個(gè)新個(gè)體。 4.為什么微生物細(xì)胞適合作為基因工程的受體細(xì)胞？但若通過基 因工程生產(chǎn)人的糖蛋白，從細(xì)胞器的功能分析是否可用大腸桿菌 作為受體細(xì)胞呢？ 答案微生物細(xì)胞具有繁殖快、多為單細(xì)胞、遺傳物質(zhì)相對較少 的優(yōu)點(diǎn)。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。 34 1.2 基因工

15、程的基本操作程序 5.用于構(gòu)建基因表達(dá)載體的質(zhì)粒為什么必須具有啟動子和終止子？ 啟動子和終止子與起始密碼和終止密碼是一回事嗎？ 答案導(dǎo)入到受體細(xì)胞的目的基因的表達(dá)需要調(diào)控序列，因此在 插入目的基因的部位之前需有啟動子，之后需有終止子。不是一 回事，啟動子和終止子都在DNA上，在遺傳信息轉(zhuǎn)錄時(shí)起作用。 啟動子是啟動轉(zhuǎn)錄的開始，終止子是DNA分子上決定轉(zhuǎn)錄停止的 一段DNA序列，其組成單位都是脫氧核苷酸。而起始密碼子和終 止密碼子都是mRNA上三個(gè)相鄰堿基。起始密碼子決定翻譯的開 始，終止密碼子決定翻譯的停止。 35 1.2 基因工程的基本操作程序 應(yīng)用示例 2.農(nóng)桿菌是一種在土壤中生活的微生物，

16、能在自然條件下感染植 物，因而在植物基因工程中得到了廣泛的運(yùn)用。下圖為農(nóng)桿菌轉(zhuǎn) 化法的示意圖，試回答下列問題： 36 1.2 基因工程的基本操作程序 (1)一般情況下農(nóng)桿菌不能感染的植物是_，利用農(nóng)桿菌 自然條件下感染植物的特點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)_。 具體原理是在農(nóng)桿菌的Ti質(zhì)粒上存在TDNA片段，它具有可轉(zhuǎn)移 至受體細(xì)胞并整合到受體細(xì)胞_上的特點(diǎn)，因此只 要將攜帶外源基因的DNA片段插入到_ (部位)即可。 解析一般農(nóng)桿菌不能感染的植物是單子葉植物，可感染雙子葉 植物和裸子植物。利用其感染性，可實(shí)現(xiàn)目的基因?qū)胫参锛?xì)胞。 真正可轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞并整合到受體細(xì)胞染色體的DNA上的是農(nóng) 桿菌TDNA片段，因

17、此目的基因必須插入到該部位才能成功。 單子葉植物 將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞 染色體的DNA TDNA片段(內(nèi)部) 37 1.2 基因工程的基本操作程序 (2)根據(jù)TDNA這一轉(zhuǎn)移特點(diǎn)，推測該DNA片段上可能含有 控制_(酶)合成的基因。 解析 根據(jù)TDNA這一轉(zhuǎn)移特點(diǎn)，可以推測該DNA片段能控 制合成DNA連接酶、限制酶以實(shí)現(xiàn)與雙子葉植物細(xì)胞染色體 DNA的整合。 DNA連接酶、限制酶 38 1.2 基因工程的基本操作程序 (3)圖中c過程中，能促進(jìn)農(nóng)桿菌向植物細(xì)胞轉(zhuǎn)移的物質(zhì)是_ 類化合物。 解析 植物細(xì)胞受傷后可產(chǎn)生酚類物質(zhì)，促進(jìn)農(nóng)桿菌向植物細(xì) 胞轉(zhuǎn)移。 酚 39 1.2 基因工程的基本操作程

18、序 (4)植物基因工程中除了農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法之外，還可采取 _。(至少寫出兩種) 解析 植物基因工程中除了農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法之外，還有基因槍法 和花粉管通道法等。 基因槍法、花粉管通道法 40 1.2 基因工程的基本操作程序 一題多變 判斷正誤： (1)獲得上述轉(zhuǎn)基因植物的核心步驟是a。() (2)上題圖中過程b可以用Ca2處理細(xì)菌。() (3)用含有重組Ti質(zhì)粒的土壤農(nóng)桿菌去感染植物細(xì)胞，從而把目的 基因?qū)胫参锛?xì)胞，在這個(gè)過程中所有細(xì)胞都導(dǎo)入了目的基因。( ) (4)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法常用的受體細(xì)胞是花粉細(xì)胞。() 41 1.2 基因工程的基本操作程序 (5)在過程a中只需要DNA連接酶的參與。() (6

19、)用含有重組Ti質(zhì)粒的土壤農(nóng)桿菌去感染植物細(xì)胞，要經(jīng)過 植物組織培養(yǎng)才能獲得表現(xiàn)出新性狀的植物。() (7)因病毒能夠侵染正常細(xì)胞，有的病毒還能將自己的核酸整 合到宿主細(xì)胞的染色體上，所以動植物病毒也可作為基因工 程的載體。() 42 1.2 基因工程的基本操作程序 三、目的基因的檢測與鑒定 43 1.2 基因工程的基本操作程序 思維激活 1.目的基因能否在真核生物中穩(wěn)定遺傳的關(guān)鍵是什么？如何 檢測？ 答案目的基因是否插入受體細(xì)胞的染色體DNA上，這是其 能否在真核生物中穩(wěn)定遺傳的關(guān)鍵。檢測方法是采用DNA分 子雜交技術(shù)。 44 1.2 基因工程的基本操作程序 2.什么是基因探針？如何檢測目的

20、基因是否開始發(fā)揮功能？ 答案基因探針是用放射性同位素標(biāo)記的目的基因的單鏈 DNA片段。從轉(zhuǎn)基因生物中提取mRNA，用標(biāo)記的目的基 因作探針，與mRNA雜交，如果顯示出雜交帶，則表明目的 基因轉(zhuǎn)錄出了mRNA，意味著目的基因開始發(fā)揮功能。 45 1.2 基因工程的基本操作程序 3.檢測目的基因是否翻譯出蛋白質(zhì)的方法是什么？其原理是 什么？ 答案抗原抗體雜交法。原理是抗原能與相應(yīng)抗體特異性 結(jié)合。 4.檢測棉花中導(dǎo)入的抗蟲基因是否表達(dá)的最簡便的方法是什 么？ 答案用葉片飼養(yǎng)棉鈴蟲，觀察棉鈴蟲是否死亡。 46 1.2 基因工程的基本操作程序 應(yīng)用示例 3.目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞后，是否可以穩(wěn)定維持和表

21、達(dá)其遺傳特 性，只有通過鑒定和檢測才能知道。下列屬于目的基因檢測和鑒 定的是() 檢測受體細(xì)胞的染色體上是否有目的基因檢測受體細(xì)胞是 否有致病基因檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA檢測目 的基因是否翻譯出了蛋白質(zhì) A B C D 47 1.2 基因工程的基本操作程序 問題導(dǎo)析 (1)目的基因的檢測首先檢測轉(zhuǎn)基因生物的 上是否插入了目的基因。 (2)其次檢測目的基因是否。 (3)最后檢測目的基因是否 。 答案C DNA 轉(zhuǎn)錄出了mRNA 翻譯出了蛋白質(zhì) 48 1.2 基因工程的基本操作程序 一題多變 判斷正誤： (1)如果檢測出標(biāo)記基因表達(dá)的性狀，說明載體已導(dǎo)入受體細(xì)胞。 () (2)檢測目的基因

22、是否翻譯成蛋白質(zhì)是目的基因能否在真核生物中 穩(wěn)定遺傳的關(guān)鍵。() (3)DNA探針用來檢測目的基因是否導(dǎo)入。() (4)鑒定轉(zhuǎn)化的基因是否成功表達(dá)，在分子水平上可應(yīng)用的方法是 抗原抗體雜交。() 49 1.2 基因工程的基本操作程序 課堂 小結(jié) 目的基因的獲取利用PCR技術(shù)擴(kuò)增 人工合成 基因表達(dá)載體 目的基因 檢測與鑒定 50 1.2 基因工程的基本操作程序 對點(diǎn)練習(xí) 1.基因工程的基本操作程序有：使目的基因與載體相結(jié)合； 將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞；檢測目的基因的表達(dá)是否符 合特定性狀要求；提取目的基因。正確的操作順序是( ) A B C D 51 1.2 基因工程的基本操作程序 解析基因工程

23、的主要操作步驟順序是：目的基因的獲取 基因表達(dá)載體的構(gòu)建將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞目的基因 的檢測和鑒定。 答案C 52 1.2 基因工程的基本操作程序 2.如圖為基因表達(dá)載體的模式圖，若結(jié)構(gòu)X是表達(dá)載體所必需 的，則X最可能是 () A氨芐青霉素抗性基因 B啟動子 C限制酶 DDNA連接酶 53 1.2 基因工程的基本操作程序 解析啟動子是該表達(dá)載體所必需的，功能是啟動插入基因 的轉(zhuǎn)錄過程。氨芐青霉素抗性基因可以作為標(biāo)記基因，但不 是必須用它作標(biāo)記基因。限制酶和DNA連接酶都不是表達(dá)載 體所需要的。 答案B 54 1.2 基因工程的基本操作程序 3.下列關(guān)于基因表達(dá)載體導(dǎo)入微生物細(xì)胞的敘述中，不正確的是( ) A常用原核生物作為受體細(xì)胞，是因?yàn)樵松锓敝晨?，且多?單細(xì)胞，遺傳物質(zhì)相對較少 B受體細(xì)胞所處的一種能吸收周圍環(huán)境中DNA分子的生理狀態(tài) 稱為感受態(tài) C感受態(tài)細(xì)胞吸收DNA分子需要適宜的溫度和酸堿度 D感受態(tài)細(xì)胞吸收重組表達(dá)載體DNA分子的液體只要調(diào)節(jié)為適 宜的pH即可，沒必要用緩沖液 55 1.2 基因工程的基本操作程序 解析將基因表達(dá)載體導(dǎo)入微生物細(xì)胞時(shí)，需在一定條件(如 適宜的溫度、pH等)下，