基因工程的工具

基因工程的工具第1頁/共53頁補(bǔ)：原核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)非編碼區(qū)非編碼區(qū)編碼區(qū)編碼區(qū)上游編碼區(qū)下游與RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)啟動(dòng)子終止子①不編碼蛋白質(zhì)。：編碼蛋白質(zhì),連續(xù)不間斷編碼區(qū)非編碼區(qū)原核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)②調(diào)控遺傳信息表達(dá),上游的RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn):啟動(dòng)子第2頁/共53頁真核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)與RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)內(nèi)含子外顯子啟動(dòng)子終止子編碼區(qū)上游編碼區(qū)下游真核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)編碼區(qū)非編碼區(qū)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：有調(diào)控作用,上游有RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)(啟動(dòng)子)。非編碼序列：包括非編碼區(qū)和內(nèi)含子非編碼序列：包括非編碼區(qū)和內(nèi)含子第3頁/共53頁原核細(xì)胞真核細(xì)胞不同點(diǎn)編碼區(qū)是_____的，邊_________邊_________編碼區(qū)是間隔的、_____的，先_____后_____相同點(diǎn)都由能夠編碼蛋白質(zhì)的______和具有調(diào)控作用的______區(qū)組成的原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)比較連續(xù)不連續(xù)編碼區(qū)非編碼轉(zhuǎn)錄翻譯轉(zhuǎn)錄翻譯第4頁/共53頁1．下列關(guān)于基因結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)中，正確的是（）A．大豆基因中內(nèi)含子是能夠編碼蛋白質(zhì)的序列B．乳酸菌與酵母菌基因結(jié)構(gòu)中都存在外顯子和內(nèi)含子C．大腸桿菌基因與RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)位于編碼區(qū)的下游D．水稻細(xì)胞基因的編碼區(qū)中存在非編碼序列2．（多選）原核細(xì)胞與真核細(xì)胞基因結(jié)構(gòu)的共同特點(diǎn)是（）A．編碼區(qū)都有能編碼蛋白質(zhì)的序列B．編碼區(qū)都是連續(xù)的C．非編碼區(qū)都能調(diào)控遺傳信息的表達(dá)D．非編碼區(qū)都有RNA聚合酶結(jié)合的位點(diǎn)DACD第5頁/共53頁第6頁/共53頁基因工程的基本操作程序1、目的基因的獲取2、基因表達(dá)載體的構(gòu)建3、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞4、目的基因的檢測(cè)與鑒定第7頁/共53頁1.基因工程的操作步驟正確的操作順序是①使目的基因與運(yùn)載體相結(jié)合②將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞③檢測(cè)目的基因的表達(dá)是否符合特定性狀要求④提取目的基因A．③②④① B．②④①③C．④①②③ D．③④①②第8頁/共53頁目前被較廣泛提取使用的目的基因有：蘇云金桿菌抗蟲基因、人胰島素基因、人干擾素基因、種子貯藏蛋白基因、植物抗病基因等?；虿僮鞯幕静襟E一、提取目的基因——將需要的基因從供體生物

的細(xì)胞內(nèi)提取出來。供體生物細(xì)胞取出DNA用限制酶剪去多余部分目的基因限制酶第9頁/共53頁一、提取目的基因1、目的基因主要是指______________________編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因請(qǐng)舉出三個(gè)以上的例子2、獲取目的基因的常用方法（1）從基因文庫中獲取（2）利用PCR技術(shù)擴(kuò)增（3）人工合成第10頁/共53頁(1)從基因文庫中獲取目的基因什么是基因文庫？什么是部分基因文庫？怎樣從基因文庫中得到我們所需的目的基因？目的基因的有關(guān)信息與什么相聯(lián)系？第11頁/共53頁概念：基因文庫（genelibrary）基因組文庫部分基因文庫（如cDNA文庫）

將含有某種生物不同基因的許多DNA片段,導(dǎo)入受體菌的群體中儲(chǔ)存,各個(gè)受體菌分別含有這種生物的不同的基因,稱為基因文庫(genelibrary)第12頁/共53頁基因組文庫:

基因文庫中包含了一種生物所有的基因,這種基因文庫叫做基因組文庫.部分基因文庫:

基因文庫中包含了一種生物的一部分基因,這種基因文庫叫做部分基因文庫.第13頁/共53頁基因組文庫與部分基因文庫的關(guān)系第14頁/共53頁第15頁/共53頁思考：基因文庫如何構(gòu)建？

將某種生物體內(nèi)的DNA全部提取出來，選用適當(dāng)?shù)南拗泼?，將DNA切成一定范圍大小的DNA片段，然后，將這些DNA片段分別與載體連接起來，導(dǎo)入受體菌的群體中儲(chǔ)存，每個(gè)受體菌都含有了一段不同的DNA片段。也就是說，這個(gè)群體包含了這種生物的所有基因，這樣就構(gòu)建成了生物的基因組文庫。這種方法稱——直接分離法（或鳥槍法）

如果用某種生物發(fā)育的某個(gè)時(shí)期的mRNA反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的多種互補(bǔ)DNA（也叫cDNA）片段，與載體連接后儲(chǔ)存在一個(gè)受體菌群中，那么，這個(gè)受體菌群體就構(gòu)成了這種生物的cDNA文庫。這種方法稱——反轉(zhuǎn)錄法第16頁/共53頁

基因組DNA文庫的構(gòu)建①鳥槍法：(直接分離法)用限制酶切成許多片斷該法最大的缺點(diǎn)是帶有很大的盲目性，工作量大，成功率低。且不能將真核生物的基因轉(zhuǎn)移到原核生物中去。第17頁/共53頁cDNA文庫的構(gòu)建mRNA

反轉(zhuǎn)錄cDNA(互補(bǔ)DNA）

DNA聚合酶雙鏈DNA②反轉(zhuǎn)錄法：基因重組反轉(zhuǎn)錄酶mRNAcDNA第18頁/共53頁基因組DNA文庫cDNA文庫基因組DNA文庫與cDNA文庫的比較第19頁/共53頁（3）如何從基因文庫中得到所需要的基因？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

基因翻譯產(chǎn)物蛋白質(zhì)等特性。第20頁/共53頁1、構(gòu)建基因組DNA文庫時(shí)，首先應(yīng)分離細(xì)胞的A、染色體DNA

B、線粒體DNAC、總mRNA

D、tRNA2、目的基因可從基因文庫中獲得，下列有關(guān)基因文庫的描述正確的是A、某生物的全套基因就是一個(gè)基因文庫B、將含有某種生物不同的許多DNA片段，導(dǎo)入某個(gè)生物體內(nèi)，則這個(gè)生物就是一個(gè)基因文庫C、含有一種生物所有基因的基因文庫叫做基因組文庫D、含有一種生物的一部分基因的基因文庫叫cDNA文庫AC第21頁/共53頁2、利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因PCR——聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是一項(xiàng)生物體外復(fù)制特定DNA片段的核酸合成技術(shù)。通過此技術(shù)，可獲取大量的目的基因。第22頁/共53頁P(yáng)CR技術(shù)原理：前提：原料方式PCR擴(kuò)增儀DNA復(fù)制一段已知目的基因的核苷酸序列：以_____方式擴(kuò)增，即____（n為擴(kuò)增循環(huán)的次數(shù)）指數(shù)2n模板DNA；DNA引物；四種脫氧核苷酸；熱穩(wěn)定DNA聚合酶（Taq酶）；離子第23頁/共53頁

過程變性、退火、延伸三步曲變性：加熱至90～95℃雙鏈DNA解鏈成為單鏈DNA退火：冷卻至55～60℃部分引物與模板的單鏈DNA的特定互補(bǔ)部位相配對(duì)和結(jié)合延伸：加熱至70～75℃以目的基因?yàn)槟０澹铣苫パa(bǔ)的新DNA鏈變性退火延伸第24頁/共53頁1、在遺傳工程中，若有一個(gè)控制有利性狀的DNA分子片段為ATGTG／TACAC，要使其數(shù)量增多，可用PCR技術(shù)進(jìn)行人工復(fù)制，復(fù)制時(shí)應(yīng)給予的條件是①雙鏈DNA分子為模板②ATGTG或TACAC模板鏈③四種脫氧核苷酸④四種核苷酸⑤DNA聚合酶⑥熱穩(wěn)定DNA聚合酶⑦引物⑧溫度變化⑨恒溫A．①③④⑦⑧⑨B．①②④⑥⑦⑧C．①②⑤⑥⑦⑨D．①③⑤⑥⑦⑧D2、在基因工程中，把選出的目的基因（共1000個(gè)脫氧核苷酸對(duì)，其中腺嘌嶺脫氧核苷酸是460個(gè)）放入DNA擴(kuò)增儀中擴(kuò)增4代，那么，在擴(kuò)增儀中應(yīng)放入胞嘧啶脫氧核苷酸的個(gè)數(shù)是A.540個(gè) B.8100個(gè) C.17280個(gè) D.7560個(gè)B第25頁/共53頁3、人工合成——根據(jù)已知的氨基酸序列合成DNA蛋白質(zhì)的氨基酸序列mRNA的核苷酸序列結(jié)構(gòu)基因的核苷酸序列推測(cè)推測(cè)目的基因化學(xué)合成第26頁/共53頁1、在已知序列信息的情況下，獲取目的基因的最方便方法是A、化學(xué)合成法

B、基因組文庫法C、cDNA文庫法

D、聚合酶鏈反應(yīng)2、下列獲取目的基因的方法中需要模板鏈的是①從基因文庫中獲取目的基因②利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因③反轉(zhuǎn)錄法④通過DNA合成儀利用化學(xué)方法人工合成A．①②③④B．①②③C．②③④ D．②③AD第27頁/共53頁(二)基因表達(dá)載體的構(gòu)建——核心（1）用一定的_________切割質(zhì)粒，使其出現(xiàn)一個(gè)切口，露出____________。（2）用___________切斷目的基因，使其產(chǎn)生_________________。（3）將切下的目的基因片段插入質(zhì)粒的______處，再加入適量___________，形成了一個(gè)重組

DNA分子（重組質(zhì)粒）限制酶黏性末端同一種限制酶的黏性末端切口DNA連接酶相同1.過程:第28頁/共53頁質(zhì)粒目的基因限制酶處理一個(gè)切口兩個(gè)黏性末端兩個(gè)切口獲得目的基因DNA連接酶表達(dá)載體同一種1.過程:1.目的基因與運(yùn)載體結(jié)合所需的條件有①同一種限制酶②具有抗性基因的質(zhì)粒③RNA聚合酶④目的基因⑤DNA連接酶⑥四種脫氧核苷酸⑦ATPA．①②③④⑤⑥⑦B．①②④⑤⑥⑦C．①②③④⑤D．①②④⑤⑦D第29頁/共53頁2、基因表達(dá)載體的作用a、使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在并遺傳給子代b、同時(shí)使目的基因能表達(dá)和發(fā)揮作用思考：作為基因工程表達(dá)載體，只需含有目的基因就可以完成任務(wù)嗎？為什么？第30頁/共53頁不可以。因?yàn)槟康幕蛟诒磉_(dá)載體中得到表達(dá)并發(fā)揮作用，還需要有其他控制元件，如啟動(dòng)子、終止子和標(biāo)記基因等。必須構(gòu)建上述元件的主要理由是：（1）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(dòng)子才能比較有利于基因的表達(dá)；（2）通過cDNA文庫獲得的目的基因沒有啟動(dòng)子，只將編碼序列導(dǎo)入受體生物中無法轉(zhuǎn)錄；（3）目的基因是否導(dǎo)入受體生物中需要有篩選標(biāo)記；（4）為了增強(qiáng)目的基因的表達(dá)水平，往往還要增加一些其他調(diào)控元件，如增強(qiáng)子等；（5）有時(shí)需要確定目的基因表達(dá)的產(chǎn)物存在于細(xì)胞的什么部位，往往要加上可以標(biāo)識(shí)存在部位的基因（或做成目的基因與標(biāo)識(shí)基因的融合基因），如綠色熒光蛋白基因等。第31頁/共53頁3.基因表達(dá)載體的組成：它們有什么作用？a、目的基因b、啟動(dòng)子c、終止子d、標(biāo)記基因位于基因的首端,是mRNA結(jié)合位點(diǎn)位于基因的末端,終止轉(zhuǎn)錄檢測(cè)目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞第32頁/共53頁1、（多選）一個(gè)基因表達(dá)載體的構(gòu)建應(yīng)包括A．目的基因B．啟動(dòng)子C．終止子D．標(biāo)記基因ABCD2、下列關(guān)于基因表達(dá)載體的敘述不正確的是A．啟動(dòng)子是與RNA聚合酶識(shí)別和結(jié)合的部位，是起始密碼B．啟動(dòng)子和終止子都是特殊結(jié)構(gòu)的DNA短片段，對(duì)mRNA的轉(zhuǎn)錄起調(diào)控作用C．標(biāo)記基因是為了鑒別受體細(xì)胞中是否有目的基因從而便于篩選D．基因表達(dá)載體的構(gòu)建視受體細(xì)胞及導(dǎo)入方式不同而有所差別A第33頁/共53頁常用的受體細(xì)胞：

有大腸桿菌、枯草桿菌、土壤農(nóng)桿菌、酵母菌和動(dòng)植物細(xì)胞等。將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的原理借鑒細(xì)菌或病毒侵染細(xì)胞的途徑。三、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞第34頁/共53頁1、將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞（1）農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法特點(diǎn):能感染雙子葉植物和祼子植物,對(duì)單子葉植物無感染能力Ti質(zhì)粒的T—DNA可轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞并整合到其染色體上轉(zhuǎn)化過程:Ti質(zhì)粒目的基因構(gòu)建表達(dá)載體導(dǎo)入植物細(xì)胞插入植物細(xì)胞染色DNA表達(dá)新性狀轉(zhuǎn)入農(nóng)桿菌第35頁/共53頁（2）基因槍法

基因槍法又稱微彈轟擊法，是利用壓縮氣體產(chǎn)生的動(dòng)力，將包裹在金屬顆粒表面的表達(dá)載體DNA打入受體細(xì)胞中，使目的基因與其整合并表達(dá)的方法。第36頁/共53頁（3）花粉通道發(fā)

植物花粉在柱頭上萌發(fā)后，花粉管要穿過花柱直通胚囊?；ǚ酃芡ǖ婪ň褪窃谥参锸芊酆螅ǚ坌纬傻幕ǚ酃苓€未愈合前，剪去柱頭，然后，滴加DNA（含目的基因），使目的基因借助花粉管通道進(jìn)入受體細(xì)胞。第37頁/共53頁2、將目的基因?qū)雱?dòng)物細(xì)胞方法:顯微注射技術(shù)操作程序:提純含目的基因表達(dá)載體取受精卵顯微注射移植到子宮受精卵發(fā)育新性狀動(dòng)物第38頁/共53頁3、將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞常用法：Ca2+處理常用菌：大腸桿菌微生物作受體細(xì)胞原因：繁殖快、多為單細(xì)胞、遺傳物質(zhì)相對(duì)少過程：Ca2+處理大腸桿菌感受態(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第39頁/共53頁1、基因工程中科學(xué)家常用細(xì)菌、酵母菌等微生物作為受體細(xì)胞，原因是A．結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便B．繁殖速度快C．遺傳物質(zhì)含量少、簡(jiǎn)單D．性狀穩(wěn)定、變異少2、基因工程常用的受體細(xì)胞有①大腸桿菌②枯草桿菌③支原體④動(dòng)植物細(xì)胞A．①②③④B．①②③C．②③④D．①②④BD3、基因工程是在DNA分子水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)施工的，在基因操作的基本步驟中，不進(jìn)行堿基互補(bǔ)配對(duì)的步驟是A.人工合成基因B.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D.目的基因的檢測(cè)和表達(dá)C第40頁/共53頁8.采用基因工程的方法培育抗蟲棉，下列導(dǎo)入目的基因的做法正確的是①將毒素蛋白質(zhì)注射到棉受精卵中②將編碼毒素蛋白的DNA序列注射到棉受精卵中③將編碼毒素蛋白的DNA序列與細(xì)菌質(zhì)粒重組，注射到棉的子房并進(jìn)入受精卵中④將編碼毒素蛋白的DNA序列與質(zhì)粒重組，導(dǎo)人細(xì)菌感染棉的體細(xì)胞，再進(jìn)行組織培養(yǎng)A．①②B．②③C．③④D．①④C第41頁/共53頁(四)目的基因的檢測(cè)與鑒定檢測(cè)①導(dǎo)入檢測(cè)：目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞方法——DNA分子雜交②表達(dá)檢測(cè)轉(zhuǎn)錄檢測(cè)——分子雜交翻譯檢測(cè)——抗原抗體雜交分子檢測(cè)法鑒定抗蟲鑒定抗病鑒定活性鑒定等個(gè)體水平的鑒定第42頁/共53頁知識(shí)延伸——DNA分子雜交技術(shù)

該方法是根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，把互補(bǔ)的雙鏈DNA解開，把單股的DNA小片段用同位素、熒光分子或化學(xué)發(fā)光催化劑等進(jìn)行標(biāo)記，之后同被檢測(cè)的DNA中的同源互補(bǔ)序列雜交，從而檢出所要查明的DNA或基因。第43頁/共53頁返回第44頁/共53頁DNA附著在膜上硝化纖維素加探針報(bào)告基因（含熒光素分子）變性DNA雜交（如檢測(cè)SARS病毒等）abcd第45頁/共53頁1.利用大腸桿菌可以生產(chǎn)出人的胰島素，聯(lián)系前面有關(guān)細(xì)胞器功能的知識(shí)，結(jié)合基因工程操作程序的基本思路，思考一下，若要生產(chǎn)人的糖蛋白，可以用大腸桿菌嗎？有些蛋白質(zhì)肽鏈上有共價(jià)結(jié)合的糖鏈，這些糖鏈?zhǔn)窃趦?nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基復(fù)合體上加工完成的，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基復(fù)合體存在于真核細(xì)胞中，大腸桿菌不存在這兩種細(xì)胞器，因此，在大腸桿菌中生產(chǎn)這種糖蛋白是不可能的。2.β-珠蛋白是動(dòng)物血紅蛋白的重要組成成分。當(dāng)它的成分異常時(shí)，動(dòng)物有可能患某種疾病，如鐮刀形細(xì)胞貧血癥。假如讓你用基因工程的方法，使大腸桿菌生產(chǎn)出鼠的β-珠蛋白，想一想，應(yīng)如何進(jìn)行設(shè)計(jì)？尋根問底：第46頁/共53頁1.利用大腸桿菌可以生產(chǎn)出人的胰島素，聯(lián)系前面有關(guān)細(xì)胞器功能的知識(shí)，結(jié)合基因工程操作程序的基本思路，思考一下，若要生產(chǎn)人的糖蛋白，可以用大腸桿菌嗎？有些蛋白質(zhì)肽鏈上有共價(jià)結(jié)合的糖鏈，這些糖鏈?zhǔn)窃趦?nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基復(fù)合體上加工完成的，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基復(fù)合體存在于真核細(xì)胞中，大腸桿菌不存在這兩種細(xì)胞器，因此，在大腸桿菌中生產(chǎn)這種糖蛋白是不可能的。2.β-珠蛋白是動(dòng)物血紅蛋白的重要組成成分。當(dāng)它的成分異常時(shí)，動(dòng)物有可能患某種疾病，如鐮刀形細(xì)胞貧血癥。假如讓你用基因工程的方法，使大腸桿菌生產(chǎn)出鼠的β-珠蛋白，想一想，應(yīng)如何進(jìn)行設(shè)計(jì)？尋根問底：第47頁/共53頁復(fù)習(xí)題1.將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞有哪些方法?(試舉例說明)2.簡(jiǎn)述農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法3.根據(jù)農(nóng)桿菌可將目的基因?qū)腚p子葉植物的機(jī)理,你能分析出不能導(dǎo)入單子葉植物的原因嗎?若將一個(gè)抗病基因?qū)胄←溨?理論上講你應(yīng)該怎樣做?①要選擇合適的農(nóng)桿菌菌株，因?yàn)椴皇撬械霓r(nóng)桿菌菌株都可以侵染單子葉植物；②要加趨化和誘導(dǎo)的物質(zhì)，一般為乙酰丁香酮等，目的是使農(nóng)桿菌向植物組織的受傷部位靠攏（趨化性）和激活農(nóng)桿菌的Vir區(qū)（誘導(dǎo)）的基因，使T-DNA轉(zhuǎn)移并插入到染色體DNA上。第48頁/共53頁4）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(shí)