基因工程的基本操作程序新人教版選修

1、1 1、原核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)、原核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)非編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)編碼區(qū)編碼區(qū)編碼區(qū)上游編碼區(qū)上游 編碼區(qū)下游編碼區(qū)下游 與與RNARNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)聚合酶結(jié)合位點(diǎn)啟動子啟動子終止子終止子RNARNA聚合酶聚合酶: :能夠識別啟動子上結(jié)合位點(diǎn)的一種能夠識別啟動子上結(jié)合位點(diǎn)的一種蛋白酶蛋白酶. . RNA RNA聚合酶能夠識別調(diào)控序列中的結(jié)合位點(diǎn)，聚合酶能夠識別調(diào)控序列中的結(jié)合位點(diǎn)，并與其結(jié)合。并與其結(jié)合。 轉(zhuǎn)錄開始后，轉(zhuǎn)錄開始后，RNARNA聚合酶沿聚合酶沿DNADNA分子移動，并分子移動，并以以DNADNA分子的一條鏈為模板合成分子的一條鏈為模板合成RNARNA。 轉(zhuǎn)錄完畢后，

2、轉(zhuǎn)錄完畢后，RNARNA鏈釋放出來，緊接著鏈釋放出來，緊接著RNARNA聚聚合酶也從合酶也從DNADNA模板鏈上脫落下來。模板鏈上脫落下來。不能轉(zhuǎn)錄為信使不能轉(zhuǎn)錄為信使RNARNA，不能，不能 編碼蛋白質(zhì)。編碼蛋白質(zhì)。：能轉(zhuǎn)錄相應(yīng)的信使：能轉(zhuǎn)錄相應(yīng)的信使RNARNA，能，能 編碼蛋白質(zhì)編碼蛋白質(zhì) 編碼區(qū)編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)原核原核細(xì)胞細(xì)胞的的 基因基因結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 有調(diào)控遺傳信息表達(dá)的核有調(diào)控遺傳信息表達(dá)的核 苷酸序列苷酸序列. .包括啟動子和終止子包括啟動子和終止子非編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)編碼區(qū)編碼區(qū)編碼區(qū)上游編碼區(qū)上游 編碼區(qū)下游編碼區(qū)下游 啟動子啟動子終止子終止子2 2、真核細(xì)胞的

3、基因結(jié)構(gòu)、真核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)編碼區(qū)編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)與與RNARNA聚合酶聚合酶結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合位點(diǎn)內(nèi)含子內(nèi)含子 外顯子外顯子 能夠編碼蛋白質(zhì)的序列叫做外顯子能夠編碼蛋白質(zhì)的序列叫做外顯子 不能夠編碼蛋白質(zhì)的序列叫做內(nèi)不能夠編碼蛋白質(zhì)的序列叫做內(nèi)含子含子啟動子啟動子終止子終止子編碼區(qū)上游編碼區(qū)上游 編碼區(qū)下游編碼區(qū)下游 內(nèi)含子：內(nèi)含子： 外顯子：外顯子： 真核真核細(xì)胞細(xì)胞的的 基因基因結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)編碼區(qū)編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)外顯子：能編碼蛋白質(zhì)的序列外顯子：能編碼蛋白質(zhì)的序列內(nèi)含子：不能編碼蛋白質(zhì)的序列內(nèi)含子：不能編碼蛋白質(zhì)的序列：有調(diào)控作用的核苷酸序列，：有調(diào)控作用的核苷酸序列，

4、 包括位于編碼區(qū)上游的包括位于編碼區(qū)上游的RNARNA 聚合酶結(jié)合位點(diǎn)（啟動子）。聚合酶結(jié)合位點(diǎn)（啟動子）。非編碼序列：非編碼序列： 包括非編碼區(qū)和內(nèi)含子包括非編碼區(qū)和內(nèi)含子原核細(xì)胞原核細(xì)胞真核細(xì)胞真核細(xì)胞不同點(diǎn)不同點(diǎn)編碼區(qū)是編碼區(qū)是_的的編碼區(qū)是間隔的、編碼區(qū)是間隔的、_的的相同點(diǎn)相同點(diǎn)都由能夠編碼蛋白質(zhì)的都由能夠編碼蛋白質(zhì)的_和具和具有調(diào)控作用的有調(diào)控作用的_區(qū)組成的區(qū)組成的3 3、原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)比較、原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)比較思思考考編碼相同數(shù)目氨基酸的蛋白質(zhì)，原核編碼相同數(shù)目氨基酸的蛋白質(zhì)，原核細(xì)胞與真核細(xì)胞基因結(jié)構(gòu)一樣長嗎？細(xì)胞與真核細(xì)胞基因結(jié)構(gòu)一樣長嗎？連續(xù)連續(xù)

5、不連續(xù)不連續(xù)編碼區(qū)編碼區(qū)非編碼非編碼1.2 1.2 基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序基因工程基本操作的四個步驟基因工程基本操作的四個步驟1 1、目的基因的獲取、目的基因的獲取2 2、基因表達(dá)載體的構(gòu)建、基因表達(dá)載體的構(gòu)建3 3、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞4 4、目的基因的檢測與鑒定、目的基因的檢測與鑒定一、目的基因的獲取一、目的基因的獲取( (一一) )、目的基因主要是、目的基因主要是_編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因請舉出三個以上的例子請舉出三個以上的例子（二）、獲取目的基因的常用方法有哪些（二）、獲取目的基因的常用方法有哪些? ?1 1、從基因文庫中

6、獲取、從基因文庫中獲取2 2、利用、利用PCRPCR技術(shù)擴(kuò)增技術(shù)擴(kuò)增3 3、人工合成、人工合成請閱讀請閱讀P9P9第一和二兩段第一和二兩段1 1、從基因文庫中獲取目的基因、從基因文庫中獲取目的基因 將含有某種生物不同基因的許多DNA片斷，導(dǎo)入到受體菌的群體中，各個受體菌分別含有這種生物的不同基因，稱為基因文庫基因文庫 基因組文庫部分基因文庫（如:cDNA文庫）（1 1）. .基因文庫基因文庫基因組文庫的構(gòu)建（2 2）基因文庫的構(gòu)建方法）基因文庫的構(gòu)建方法通過對受體菌的培養(yǎng)而儲存基因 cDNA文庫的構(gòu)建-反轉(zhuǎn)錄法：反轉(zhuǎn)錄法： 以目的基因轉(zhuǎn)以目的基因轉(zhuǎn)錄成的信使錄成的信使RNARNA為模為模板，反

7、轉(zhuǎn)錄成互補(bǔ)板，反轉(zhuǎn)錄成互補(bǔ)的單鏈的單鏈DNADNA，然后在，然后在酶的作用下合成雙酶的作用下合成雙鏈鏈DNADNA，從而獲得所，從而獲得所需的基因。需的基因。目的基因的目的基因的mRNAmRNA單鏈單鏈DNADNA反轉(zhuǎn)錄酶反轉(zhuǎn)錄酶DNADNA聚合酶聚合酶雙鏈雙鏈DNADNA( (目的基因目的基因) )基因組文庫和部分基因組文庫(cDNA文庫)比較怎樣從基因文庫中得怎樣從基因文庫中得到我們所需的目的基到我們所需的目的基因呢因呢? ?依據(jù)：目的基因的有關(guān)信息。依據(jù)：目的基因的有關(guān)信息。如：根據(jù)基因的核苷酸序列如：根據(jù)基因的核苷酸序列 基因的功能基因的功能 基因在染色體上的位置基因在染色體上的位置

8、基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物mRNAmRNA 基因翻譯產(chǎn)物蛋白質(zhì)等特性基因翻譯產(chǎn)物蛋白質(zhì)等特性從基因文庫中得到目的基因的方法2 2、利用、利用PCRPCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因技術(shù)擴(kuò)增目的基因 概念概念：PCRPCR全稱為全稱為_，是一項，是一項 在生物在生物_復(fù)制復(fù)制_的核酸合成技術(shù)的核酸合成技術(shù) 條件：條件：_、 _、_ _ 、 _. _. 原理：原理：_方式：方式：以以_方式擴(kuò)增，即方式擴(kuò)增，即_（n n為擴(kuò)增為擴(kuò)增循循 環(huán)的次數(shù)）環(huán)的次數(shù)）結(jié)果：結(jié)果：聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)體外體外特定特定DNADNA片段片段DNADNA復(fù)制復(fù)制已知基因的核苷酸序列已知基因的核苷酸序列四種脫氧核苷酸四種

9、脫氧核苷酸一對引物一對引物DNADNA聚合酶聚合酶指數(shù)指數(shù)2 2n n使目的基因的片段在短時間內(nèi)成百萬倍地擴(kuò)增使目的基因的片段在短時間內(nèi)成百萬倍地擴(kuò)增過程：過程：a a、DNADNA變性變性（90-9590-95）：雙鏈）：雙鏈DNADNA模板模板 在熱作用下，在熱作用下，_斷裂，形成斷裂，形成_b b、退火、退火（復(fù)性55-6555-65）：系統(tǒng)溫度降低，引）：系統(tǒng)溫度降低，引 物與物與DNADNA模板結(jié)合，形成局部模板結(jié)合，形成局部_。 c c、延伸、延伸（70-7570-75）：在）：在TaqTaq酶的作用下，酶的作用下，合成與模板互補(bǔ)的合成與模板互補(bǔ)的_。 氫鍵氫鍵單鏈單鏈DNADNA

10、雙鏈雙鏈DNADNA鏈鏈3、人工合成法：基因較小，核苷酸序列已知，可以利用DNA合成儀人工合成二、基因表達(dá)載體的構(gòu)建二、基因表達(dá)載體的構(gòu)建 基因工程的核心基因工程的核心1、目的：所需物質(zhì)：使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，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，同時使目的并且可以遺傳給下一代，同時使目的基因能夠表達(dá)和發(fā)揮作用?；蚰軌虮磉_(dá)和發(fā)揮作用。它們各自的作用是什么?2 2、基因表達(dá)載體的組成：、基因表達(dá)載體的組成：復(fù)制原點(diǎn)復(fù)制原點(diǎn)+ +目的基因目的基因+ +啟動子啟動子+ +終止子終止子+ +標(biāo)記基因標(biāo)記基因它們各自的作用是什么?啟動子：啟動子：位于基因的首端的位于基因的首端

11、的一段特殊的一段特殊的DNADNA片斷，它是片斷，它是RNARNA聚合酶識別和結(jié)合的部聚合酶識別和結(jié)合的部位，有了它才能位，有了它才能驅(qū)動基因轉(zhuǎn)驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄出錄出mRNAmRNA，最終獲得蛋白質(zhì)，最終獲得蛋白質(zhì)終止子：終止子：位于基因的尾端的位于基因的尾端的一段特殊的一段特殊的DNADNA片斷，片斷，能終能終止止mRNAmRNA的轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄標(biāo)記基因標(biāo)記基因的作用是的作用是為了為了鑒別鑒別受體細(xì)胞中是否含有目的基受體細(xì)胞中是否含有目的基因，從而將有目的基因的細(xì)因，從而將有目的基因的細(xì)胞篩選出來胞篩選出來載體載體與與表達(dá)載體表達(dá)載體的區(qū)別：二者都有標(biāo)記基因的區(qū)別：二者都有標(biāo)記基因和復(fù)制原點(diǎn)兩部分和

12、復(fù)制原點(diǎn)兩部分DNADNA片段。表達(dá)載體在載體片段。表達(dá)載體在載體基礎(chǔ)上增加了目的基因、啟動子、終止子三部基礎(chǔ)上增加了目的基因、啟動子、終止子三部分結(jié)構(gòu)分結(jié)構(gòu)用到的工具酶：用到的工具酶：既用到限制酶切割載體，又既用到限制酶切割載體，又用到用到DNADNA連接酶將目的基因和載體拼接，兩種連接酶將目的基因和載體拼接，兩種酶作用的化學(xué)鍵都是磷酸二酯鍵酶作用的化學(xué)鍵都是磷酸二酯鍵啟動子、終止子啟動子、終止子對于目的基因表達(dá)必不可少對于目的基因表達(dá)必不可少目的基因不能單獨(dú)進(jìn)入受體細(xì)胞，目的基因不能單獨(dú)進(jìn)入受體細(xì)胞，必需以表必需以表達(dá)載體的方式攜帶進(jìn)去。達(dá)載體的方式攜帶進(jìn)去。注意注意三、將目的基因?qū)胧荏w

13、細(xì)胞三、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞（一）轉(zhuǎn)化：（一）轉(zhuǎn)化： （二）方法（二）方法將目的基因?qū)雽⒛康幕驅(qū)胫参锛?xì)胞植物細(xì)胞將目的基因?qū)雽⒛康幕驅(qū)雱游锛?xì)胞動物細(xì)胞將目的基因?qū)雽⒛康幕驅(qū)胛⑸锛?xì)胞微生物細(xì)胞農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法基因槍法基因槍法花粉管通道法花粉管通道法顯微注射法顯微注射法感受態(tài)細(xì)胞感受態(tài)細(xì)胞目的基因進(jìn)入目的基因進(jìn)入_內(nèi)，并且在內(nèi)，并且在 受體細(xì)胞內(nèi)維持受體細(xì)胞內(nèi)維持_和和_的過程的過程受體細(xì)胞受體細(xì)胞穩(wěn)定穩(wěn)定表達(dá)表達(dá)1 1、將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞的方法：（1 1）農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法 農(nóng)桿菌特點(diǎn)：易感染雙子葉植物和裸子植物，對大多數(shù)單子葉植物沒有感染能力原理：Ti質(zhì)粒上的T-D

14、NA可以轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞，并整合到受體細(xì)胞染色體的DNA上。過程：（2）基因槍法（3）花粉管通道法2 2、將目的基因?qū)雱游锛?xì)胞、將目的基因?qū)雱游锛?xì)胞方法：顯微注射法方法：顯微注射法程序：程序：目的基因表達(dá)載體提純 取卵（受精卵） 顯微注射 受精卵 新性狀動物3 3、將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞、將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞原核生物特點(diǎn)：繁殖快、單細(xì)胞、遺傳物質(zhì)少原核生物特點(diǎn)：繁殖快、單細(xì)胞、遺傳物質(zhì)少方法：方法： 用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分子四、目的基因的檢測與鑒定四、目的基因的檢測與鑒定檢查是否成功檢查是否成功（一）、檢測1 1、檢測轉(zhuǎn)基因生物

15、染色體的DNADNA上是否插入了目的基因.首先取出轉(zhuǎn)基因生物的基因組DNA.用含目的基因的DNA片段用放射性同位素等作標(biāo)記,以此做探針.使探針和轉(zhuǎn)基因生物的基因組雜交,若顯示出雜交帶,表明目的基因已插入染色體DNA中（1）方法: :DNADNA分子雜交（2）過程:歸納步驟DNADNA分子雜交示意圖分子雜交示意圖 采用一定的技術(shù)手段，將采用一定的技術(shù)手段，將兩種兩種生物的生物的DNADNA分分子的子的單鏈單鏈放在一起，如果這兩個單鏈具放在一起，如果這兩個單鏈具有互補(bǔ)有互補(bǔ)的堿基序列的堿基序列，那么，互補(bǔ)的堿基序列就會結(jié)合，那么，互補(bǔ)的堿基序列就會結(jié)合在一起，在一起，形成雜交帶形成雜交帶；在；在沒

16、有沒有互補(bǔ)堿基序列的互補(bǔ)堿基序列的部位，部位，仍仍然然是是兩條兩條游離的單鏈游離的單鏈。 P P1515思考與探究思考與探究（二）、鑒定（個體生物學(xué)水平）2 2、檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNAmRNA3 3、檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)抗蟲鑒定、抗病鑒定、活性鑒定等方法: :分子雜交方法: :抗原抗體雜交過程:用上述探針和轉(zhuǎn)基因生物的mRNA雜交,若出現(xiàn)雜交帶,表明目的基因轉(zhuǎn)錄出了mRNA歸納步驟歸納歸納: 基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序1.1.獲取目的基因u從基因文庫u利用PCRPCRu化學(xué)方法人工合成2.2.構(gòu)建基因表達(dá)載體u目的基因、啟動子、終止子、標(biāo)記基因3.3.將目的

17、基因?qū)胧荏w細(xì)胞u農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、顯微注射法4.4.目的基因的檢測與鑒定u檢測：是否插入、轉(zhuǎn)錄、翻譯u鑒定：練習(xí)1：(2008理綜山東卷)為擴(kuò)大可耕地面積，增加糧食產(chǎn)量，黃河三角洲等鹽堿地的開發(fā)利用備受關(guān)注。我國科學(xué)家應(yīng)用耐鹽基因培育出了耐鹽水稻新品系。（1）獲得耐鹽基因后，構(gòu)建重組DNA分子所用的限制性內(nèi)切酶作用于圖中的 處，DNA連接酶作用于 處。（填“a”或“b”）練習(xí)1：(2008理綜山東卷)為擴(kuò)大可耕地面積，增加糧食產(chǎn)量，黃河三角洲等鹽堿地的開發(fā)利用備受關(guān)注。我國科學(xué)家應(yīng)用耐鹽基因培育出了耐鹽水稻新品系。（2）將重組DNA分子導(dǎo)入水稻受體細(xì)胞的常用方法有農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法和 法。（3）由導(dǎo)入

18、目的基因的水稻細(xì)胞培養(yǎng)成植株需要利用 技術(shù)，該技術(shù)的核心是 和 。（4）為了確定耐鹽轉(zhuǎn)基因水稻是否培育成功，既要用放射性同位素標(biāo)記的 作探針進(jìn)行分子雜交檢測，又要用 方法從個體水平鑒定水稻植株的耐鹽性。答案：（1）a a （2）基因槍法（花粉管通道法）（3）植物組織培養(yǎng)（1分） 脫分化（去分化） 再分化（4）耐鹽基因（目的基因） 一定濃度鹽水澆灌（移栽到鹽堿地中） 1）以下說法正確的是）以下說法正確的是 （ ） A、所有的限制酶只能識別一種特定的核苷、所有的限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列酸序列 B、質(zhì)粒是基因工程中唯一的運(yùn)載體、質(zhì)粒是基因工程中唯一的運(yùn)載體 C、運(yùn)載體必須具備的條件之一是：

19、具有多、運(yùn)載體必須具備的條件之一是：具有多個限制酶切點(diǎn)，以便與外源基因連接個限制酶切點(diǎn)，以便與外源基因連接 D、基因控制的性狀都能在后代表現(xiàn)出來、基因控制的性狀都能在后代表現(xiàn)出來C C2）不屬于質(zhì)粒被選為基因運(yùn)載體的理由是）不屬于質(zhì)粒被選為基因運(yùn)載體的理由是 A、能復(fù)制、能復(fù)制 （ ） B、有多個限制酶切點(diǎn)、有多個限制酶切點(diǎn) C、具有標(biāo)記基因、具有標(biāo)記基因 D、它是環(huán)狀、它是環(huán)狀DNA3）有關(guān)基因工程的敘述中，錯誤的是（）有關(guān)基因工程的敘述中，錯誤的是（ ） A、DNA連接酶將黏性末端的堿基對連接起來連接酶將黏性末端的堿基對連接起來 B、 限制性內(nèi)切酶用于目的基因的獲得限制性內(nèi)切酶用于目的基因

20、的獲得 C、目的基因須由運(yùn)載體導(dǎo)入受體細(xì)胞、目的基因須由運(yùn)載體導(dǎo)入受體細(xì)胞 D、 人工合成目的基因不用限制性內(nèi)切酶人工合成目的基因不用限制性內(nèi)切酶4）有關(guān)基因工程的敘述正確的是）有關(guān)基因工程的敘述正確的是 （ ） A、限制酶只在獲得目的基因時才用、限制酶只在獲得目的基因時才用 B、重組質(zhì)粒的形成在細(xì)胞內(nèi)完成、重組質(zhì)粒的形成在細(xì)胞內(nèi)完成 C、質(zhì)粒都可作為運(yùn)載體、質(zhì)粒都可作為運(yùn)載體 D、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)可為合成目的基因提供、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)可為合成目的基因提供 資料資料5）基因工程是在）基因工程是在DNA分子水平上進(jìn)行設(shè)計分子水平上進(jìn)行設(shè)計施工的。在基因操作的基本步驟中，不進(jìn)行施工的。在基因操作的基本步驟

21、中，不進(jìn)行堿基互補(bǔ)配對的步驟是堿基互補(bǔ)配對的步驟是 （ ） A、人工合成目的基因、人工合成目的基因 B、目的基因與運(yùn)載體結(jié)合、目的基因與運(yùn)載體結(jié)合 C、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 D、目的基因的檢測和表達(dá)、目的基因的檢測和表達(dá)( (四四) )目的基因的檢測與鑒定目的基因的檢測與鑒定檢查是否成功檢查是否成功檢測檢測鑒定鑒定檢測轉(zhuǎn)基因生物染色體的檢測轉(zhuǎn)基因生物染色體的DNA DNA 上是否插入了目的基因上是否插入了目的基因檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNAmRNA檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)抗蟲鑒定、抗病鑒定、活性鑒定等抗蟲鑒定、抗病鑒定、活性鑒定等方法方法方法方法方法方法DNADNA分子雜交分子雜交分子雜交分子雜交（注意與上不同之處）（