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文檔簡介

基因工程及其應(yīng)用能發(fā)熒光的熱帶斑馬魚?能發(fā)光的水母轉(zhuǎn)魚抗寒基因的番茄轉(zhuǎn)基因鮭魚同時具有高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和抗逆性等優(yōu)良品質(zhì)的農(nóng)作物新品種.抗蟲害的玉米思考:1、為什么能把一種生物的基因“嫁接”到另一種生物上?2、推測這種“嫁接”怎樣能實現(xiàn)?3、這種“嫁接”對品種的改良有什么意義?基因工程:又叫做基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)。通俗的說,就是按照人們的意愿,把一種生物的某種基因提取出來,加以修飾改造,然后放到另一種生物的細(xì)胞里,定向地改造生物的遺傳性狀。原理:操作水平:結(jié)果:一、基因工程目的基因供體細(xì)胞受體細(xì)胞基因重組DNA分子水平定向地改造生物的遺傳性狀,獲得人類所需要的品種。獲得新性狀1、基因的指“

限制性核酸內(nèi)切酶

”一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列,并在特定切點切割特點:這個特點說明了:酶具有專一性二、基因操作的工具限制性內(nèi)切酶(EcoRⅠ)作用過程點擊播放如:EcoRI限制酶“”

被同一種限制酶切斷的幾個DNA是否具有相同的黏性末端?思考:GAATTCCGTAGAATTCGGATT嘗試寫出下列序列受EcoRI限制酶作用后的黏性末端CTTCATGAATTCCCTAAGAAGTACTTAAGGGATTCTTAAGGCATCTTAAGCCTAACTTCATGAATTCCCTAAGAAGTACTTAAGGGATT練一練GGCATCTTAAAATTCCGTAG2、基因的針線──DNA連接酶連接酶的作用是:將互補配對的兩個黏性末端連接起來,使之成為一個完整的DNA分子。其作用與限制性內(nèi)切酶相反,作用點相同基因的針線:DNA連接酶

G

AA

TT

CC

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GG

AA

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CC

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AA

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GGC

TT

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AA

TT

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G用同種限制酶切割DNA連接酶的作用過程點擊播放3、基因的運輸工具——運載體A:常用的運載體:質(zhì)粒、噬菌體和動植物病毒等標(biāo)記基因,便于進(jìn)行檢測。

質(zhì)粒存在于許多細(xì)菌和酵母菌等生物中,是細(xì)胞染色體外能夠自主復(fù)制的很小的環(huán)狀DNA分子。

標(biāo)記基因,便于進(jìn)行檢測。

其中質(zhì)粒存在于許多細(xì)菌和酵母菌等生物中,是擬核或細(xì)胞核外能夠自主復(fù)制的很小的環(huán)狀DNA分子.

B、它們的共同特點是:都有侵染或進(jìn)入宿主細(xì)胞的能力基因工程的工具限制酶主要存在于原核生物中具有專一性(識別序列)切開DNA分子的磷酸二酯鍵DNA連接酶連接磷酸二酯鍵種類E.coliDNA連接酶T4

DNA連接酶運載工具具備的條件結(jié)構(gòu)簡單,大小適中能在宿主細(xì)胞中自我復(fù)制并穩(wěn)定存在具一個多個限制酶切位點具標(biāo)記基因質(zhì)粒、λ噬菌體衍生物、動植物病毒基因工程的基本操作程序原核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)(補充內(nèi)容)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)合位點啟動子終止子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),上游有啟動子,下游有終止子啟動子真核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)(補充內(nèi)容)編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)與RNA聚合酶結(jié)合位點內(nèi)含子外顯子啟動子終止子編碼區(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,上游有啟動子,下游有終止子非編碼序列:包括非編碼區(qū)和內(nèi)含子原核細(xì)胞真核細(xì)胞不同點編碼區(qū)是_____的編碼區(qū)是間隔的、_____的相同點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、目的基因的檢測與鑒定

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、目的基因的獲取——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1、目的基因主要是指______________________編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因目的基因的獲取方法人工合成基因反轉(zhuǎn)錄法根據(jù)已知的氨基酸序列合成DNA從基因文庫中獲取基因組文庫cDNA文庫PCR技術(shù):使目的基因的片段在短時間內(nèi)成百萬倍地擴增。(圖文表述復(fù)雜,掠去)1.從基因文庫中獲取目的基因:(1)基因文庫:

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存,各個受體菌分別含有這種生物的不同的基因,稱為基因文庫(genelibrary)(2)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.(3)部分基因文庫(如cDNA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.1)逆轉(zhuǎn)錄法:以目的基因轉(zhuǎn)錄成的信使RNA為模板,反轉(zhuǎn)錄成互補的單鏈DNA,然后在酶的作用下合成雙鏈DNA,從而獲得所需的基因。目的基因的mRNA單鏈DNA(cDNA)雙鏈DNA(即目的基因)逆轉(zhuǎn)錄合成2.人工合成基因法2)根據(jù)已知的氨基酸序列合成DNA法:

根據(jù)已知蛋白質(zhì)的氨基酸序列,推測出相應(yīng)的信使RNA序列,然后按照堿基互補配對原則,推測出它的結(jié)構(gòu)基因的核苷酸序列,再通過化學(xué)方法,以單核苷酸為原料合成目的基因。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推測目的基因化學(xué)合成用DNA合成儀PCR技術(shù)原理:前提:原料方式PCR擴增儀DNA復(fù)制一段已知目的基因的核苷酸序列:以_____方式擴增,即____(n為擴增循環(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

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的特定互補部位相配對和結(jié)合延伸:加熱至70~75℃以目的基因為模板,合成互補的新DNA鏈變性退火延伸1、在遺傳工程中,若有一個控制有利性狀的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.①③④⑦⑨B.①④⑥⑦⑧C.②⑤⑥⑦⑨D.①③⑥⑦⑧D2、在基因工程中,把選出的目的基因(共1000個脫氧核苷酸對,其中腺嘌呤脫氧核苷酸是460個)放入DNA擴增儀中擴增4代,那么,在擴增儀中應(yīng)放入胞嘧啶脫氧核苷酸的個數(shù)是A.540個 B.8100個 C.17280個 D.7560個B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:質(zhì)粒目的基因限制酶處理一個切口兩個黏性末端兩個切口獲得目的基因DNA連接酶表達(dá)載體同種1.過程: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?不可以。因為目的基因在表達(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,如增強子等;(5)有時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)識存在部位的基因(或做成目的基因與標(biāo)識基因的融合基因),如綠色熒光蛋白基因等。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)合位點位于基因的末端,終止轉(zhuǎn)錄檢測目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞1、(多選)一個基因表達(dá)載體的構(gòu)建應(yīng)包括A.目的基因B.啟動子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.啟動子是與RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位,是起始密碼B.啟動子和終止子都是特殊結(jié)構(gòu)的DNA短片段,對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A3、目前轉(zhuǎn)基因工程可以A.打破地理隔離但不能突破生殖隔離B.打破生殖隔離但不能突破地理隔離C.完全突破地理隔離和生殖隔離D.部分突破地理隔離和生殖隔離C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1、將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞(1)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法特點:能感染雙子葉植物和祼子植物,對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(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。(3)花粉通道法

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?,花粉形成的花粉管還未愈合前,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。2、將目的基因?qū)雱游锛?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)育新性狀動物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DNA1、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)簡單、操作方便B.繁殖速度快C.遺傳物質(zhì)含量少、簡單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)計施工的,在基因操作的基本步驟中,不進(jìn)行堿基互補配對的步驟是A.人工合成基因B.目的基因與運載體結(jié)合C.將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞D.目的基因的檢測和表達(dá)C4.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)入細(xì)菌感染棉的體細(xì)胞,再進(jìn)行組織培養(yǎng)A.①②B.②③C.③④D.①④C5.下列屬于基因工程中導(dǎo)入目的基因方法的是①農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法②基因槍法③花粉管道法④顯微注射法⑤胚胎移植⑥D(zhuǎn)NA分子雜交法A.①②③④⑤⑥B.①②③④⑤C.①②③④D.①③④⑤⑥C(四)目的基因的檢測與鑒定檢測①導(dǎo)入檢測: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)檢測轉(zhuǎn)錄檢測——分子雜交翻譯檢測——抗原抗體雜交分子檢測法鑒定抗蟲鑒定抗病鑒定活性鑒定等個體水平的鑒定知識延伸——DNA分子雜交技術(shù)

該方法是根據(jù)堿基互補配對原則,把互補的雙鏈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,之后同被檢測的DNA中的同源互補序列雜交,從而檢出所要查明的DNA或基因。返回1、用β-珠蛋白的DNA探針可以檢測出的遺傳病是A.鐮刀狀細(xì)胞貧血癥B.白血病C.壞血病D.苯丙酮尿癥A2、應(yīng)用基因工程技術(shù)診斷疾病的過程中必須使用基因探針才能達(dá)到檢測疾病的目的。這里的基因探針是A.用于檢測疾病的醫(yī)療器械B.用放射性同位素或熒光分子等標(biāo)記的DNA分子C.合成β-珠蛋白的DNAD.合成苯丙羥化酶的DNA片段B?思維拓展:

細(xì)菌和人是差異非常大的兩種生物,通過基因重組后,細(xì)菌能夠合成人體的胰島素,這說明了什么?這可不是普通的細(xì)菌,它是嫁接了人胰島素基因的工程菌,能大量合成人胰島素。人和細(xì)菌共用一套遺傳密碼所有生物共用一套遺傳密碼四、基因工程的應(yīng)用基因工程與作物育種轉(zhuǎn)魚抗寒基因的番茄我國生產(chǎn)的

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