人教版选修全一册基因工程简介教学设计.doc

基因工程简介（7月13日）第三节：基因工程简介一、基因工程的概念：1、别名：基因拼接技术、DNA重组技术2、操作环境：生物体外3、操作水平：基因（分子）水平4、基因过程：剪切拼接导入检测5、目的：定向改造生物体的遗传性状，获得人类所需要的基因产物。（可使生物发生定向的变异）6、变异类型：基因重组二、基因操作的工具：1、基因的剪刀限制性内切酶（限制酶）（1）存在：主要存在于微生物中（2）作用：识别特定的核苷酸序列，并在特定的切点切割DNA（3）特点：具有特异性（4）切割的具体部位：脱氧核糖与磷酸之间的磷酸二酯键（5）种类：200多种ATGCTACGGCATTCGAAGTCTACGATGCCGTAAGCTTCAG注：黏性末端：被限制酶切开的碱基互补配对的两个DNA片段。如下：2、基因的针线DNA连接酶功能：把两条DNA末端之间的缝隙缝合起来。（即：将被限制切断的磷酸二酯键连接起来）注：限制酶和DNA连接酶的作用部位都是脱氧核糖与磷酸之间的磷酸二酯键。即相当于螺旋梯的“扶手”而不是碱基对之间的氢键。（碱基对之间的氢键属于分子间的作用力，它的形成不需要酶的催化）3、基因的运输工具运载体（1）常见种类质粒（最常用的运载体）、噬菌体、动植物的病毒等（2）作为运载体应具备的条件能在宿主细胞中复制并稳定的保存。具有多个限制酶的切点，便于与外源基因连接。具有某些标记基因，便于筛选。特别提醒：（1）运载体应具有多个限制的酶的切点，但对于同一种限制酶来说，运载体上最好只有相应的一个切点。（2）运载体上至少应有一个标记基因。（3）最常用的运载体质粒本质：小型的环状DNA分子。所含基因：抗药性基因、固氮基因、抗生素基因等。特点：对宿主细胞的生存无决定性作用，能在宿主细胞中存在并复制。三、基因操作的基本步骤：（四步曲）1、提取目的基因：（1）目的基因：即外源基因（控制合成人们所需产物的基因）。（2）提取方法：直接分离法常用“鸟枪法”人工合成法反转录法、据氨基酸序列化学合成法特别提醒：（1）“鸟枪法”为什么一般不适用于获取真核生物细胞中的基因？原因是：真核细胞的基因编码区含有不能表达的内含子。这样会导致基因的长度加大，若用“鸟枪法”提取，很容易使基因的结构破坏，而得不能完整的目的基因。（2）不管用哪种方法获取目的基因，都严格遵循碱基互补配对原则。（3）PCR技术DNA扩增技术，可在短时间内对目的基因进行大量的扩增（复制）。（4）据氨基酸序列合成出的目的基因可能有多种，但这并不影响目的基因表达的产物。（5）通过人工合成法提取的目的基因，因得到的仅仅是基因的外显子片段，要对此进行修饰（加上调控序列非编码区）才能进行下一步的操作。2、目的基因与运载体结合（重组）质粒DNA分子（含有目的基因）用同一种限制酶切割一个切口两个黏性末端两个切口获得目的基因用DNA连接酶缝合重组质粒（重组DNA分子）特别提醒：（1）此过程仍要遵循碱基互补配对原则（2）目的基因与运载体的结合可能出现三种情况： 目的基因与目的基因结合。 质粒与目的基因结合。 质粒与质粒相结合。因此，需对受体细胞是否导入重组质粒进行检测，检测方法：据质粒（运载体）上的标记基因的产物来判断是否成功导入重组质粒（运载体）。【例1】基因工程中，需使用特定的限制酶切割目的基因和质粒，便于重组和筛选。已知限制酶的识别序列和切点是GGATCC，限制酶的识别序列和切点是GATC。根据图示判断下列操作正确的是（ ）GeneGeneGATCCTAGGGATCCCCTAGG目的基因GGATCCCCTAGGGATCCTAG（注：Gene和Gene表示两种标记基因）表示两A 质粒用限制酶切割，目的基因用限制酶切割B 质粒用限制酶切割，目的基因用限制酶切割C 质粒和目的基因均用限制酶切割D 质粒和目的基因均用限制酶切割3、将目的基因导入受体细胞CaCl2处理重组质粒（重组DNA分子）受体细胞（细菌为例）细胞壁通透性增大目的基因随受体细胞的繁殖而复制特别提醒：（1）此过程不需遵循碱基互补配对原则。（2）据基因操作的目的不同，可选用不同的受体细胞。生产基因工程药品（如胰岛素），受体细胞一般采用细菌，利用细菌繁殖速度快的特点，可在短时间内获得大量基因工程的产品。培育转基因动物，受体细胞一般选用受精卵。培育转基因植物，受体细胞可选用受精卵或体细胞，若用体细胞，则一定要进行植物组织培养，即可获得转基因植物。4、目的基因的检测与表达在受体细胞中，真正能够摄入重组DNA分子的受体细胞是很少的，因此，必须通过一定的手段对受体细胞中是否导入了目的基因进行检测。重组DNA分子进入受体细胞后，受体细胞必须表达出特定的性状，才能说明目的基因完成了表达过程，基因工程操作才能算是成功了。【例2】已知某限制酶在一线性DNA分子上有3个切点，如图箭头所示，若线性DNA分子在3个酶切点上都被该酶要断，则会产生a、b、c、d四种不同长度的DNA片断，现有多个上述线性DNA分子，若在每个DNA分子上至少有一个酶切点被该酶切断，则从理论上讲，经该酶酶切后，这些线性DNA分子最多能产生长度不同的DNA片段种类数是（ ）A3 B4 C9 D12 abcdtetREcoRBamHIToriampRP【例3】图为某种质粒简图，小箭头所指分别为限制酶EcoR、BamHI的酶切点，ampR为青霉素抗性基因，tetR为四环素抗性基因，P为启动子，T为终止子，ori为复制起点，已知目的基因的两端分别有包括EcoR、BamHI在内的多种酶切位点。据图回答：（1）将含有目的基因的DNA与质粒分别用EcoR酶切，酶切产物用DNA连接酶进行连接后，其中由两个DNA片段之间连接形成的产物有_、_、_三种。若要从这些连接产物中分离出重组质粒，需要对这些连接产物进行_。（2）用上述3种连接产物与无任何抗药性的原核宿主细胞进行转化实验，之后将这些宿主细胞接种到含四环素的培养基中，能生长的原核宿主细胞所含有的连接产物是_；若接种到含青霉素的培养基中，能生长的原核宿主细胞所含有的连接产物是_。（3）目的基因表达时，RNA聚合酶识别和结合的位点是_，其合成的产物是_。（4）在上述实验中，为了防止目的基因和质粒表达运载体在酶切后产生的末端发生任意连接，酶切时应选用的酶是_。答案：（1）目的基因运载体、运载体运载体、目基因目的基因，分离纯化；（2）运载体运载体、目的基因运载体；（3）启动子、mRNA；（4）EcoR和BamHI【例4】现有一长度为1000碱基对（bp）的DNA分子，用限制酶EcoR酶切后得到的DNA分子仍是1000 bp，用Kpn单独酶切得到400bp和600bp两种长度的DNA分子，用EcoR和Kpn同时酶切后得到200 bp和600 bp两种长度的DNA分子。该DNA分子的酶切图谱正确的是（ ）600 200 200EcoRKpn KpnEcoRKpn EcoR Kpn600 200 200EcoR400400200KpnEcoREcoR200200KpnKpn600DABClacZ基因氨苄青霉素抗性基因人体基因试管试管试管（培养扩大重组细菌）选择培养基人体DNA大肠杆菌【例5】大肠杆菌pUC118质粒的某限制酶唯一酶切序列，位于该质粒的lacZ基因中，lacZ基因中如果没有插入外源基因，lacZ基因便可表达出b-半乳糖苷酶，当培养基中含有IPTG和X-gal时，X-gal便会被b-半乳糖苷酶水解成蓝色，大肠杆菌将形成蓝色菌落；如果lacZ基因中插入了外源基因，带有pUC118质粒的大肠杆菌便不能表达b-半乳糖苷酶，培养基中的X-gal不会被水解成蓝色，大肠杆菌将形成白色菌落。pUC118还携带了氨苄青霉素抗性基因。右图是利用lacZ基因的插入失活筛选重组质粒示意图。据图回答下列问题：(1) 作为受体大肠杆菌应_，以方便筛选已导入重组质粒的受体大肠杆菌。取用_溶液处理(增加其细胞壁的通透性)过的受体大肠杆菌，置于试管中，并加入在试管中制备好的DNA。(2) 图中的选择培养基中除含有大肠杆菌必需的葡萄糖、氮源、无机盐、水、生长因子等营养物质外，还应加入_等物质，用以筛选导入了重组质粒的受体大肠杆菌。（3）将上述处理后的大肠杆菌置于图中选择培养基上培养，以检测受体大肠杆菌是否导入重组质粒，请预测菌落的颜色，并分析结果： 。 。 （3）应如何设计检测受体大肠杆菌是否导入重组质粒培养的对照实验？ 。答案：(1) 不含氨苄青霉素抗性基因(或对氨苄青霉素敏感) 氯化钙(CaCl2) (2) IPTG、X-gal、氨苄青霉素 (3) 如果长出蓝色菌落，说明自连的运载体pUC118质粒已转入受体菌，但目的基因没有接入运载体（或说明重组质粒没导入受体大肠杆菌） 如果长出白色菌落，说明重组质粒已导入受体大肠杆菌 （4）将未与重组质粒混合的受体大肠杆菌放入与实验组相同的培养基上培养【例6】目的基因导入受体细胞后，是否可以稳定维持和表达其遗传特性，只有通过检测与鉴定才能知道。下述检测与鉴定方法错误的是（ ）A采用DNA分子杂交技术检测转基因生物的染色体DNA上是否插入目的基因B采用同位素示踪技术检测目的基因是否转录出了mRNAC用相应的抗体进行抗原一抗体杂交检测目的基因是否翻译成蛋白质D做抗虫或抗病的接种实验检测转基因植物是否有抗性以及抗性的程度【例7】、用DNA连接酶把被限制性内切酶（识别序列和切点是GATC）切割过的运载体和被限制性内切酶（识别序列和切点是GGATCC）切割过的目的基因连接起来后，该重组DNA分子能够再被限制性内切酶切割开的概率是（ ）A1/2 B7/16 C1/16 D1/4【例8】假设有以下一项实验：用限制酶 Hind，BamH和二者的混合物分别降解一个 4kb（1kb即1千个碱基对）大小的线性DNA 分子，降解产物分别进行凝胶电泳，在电场的作用下，降解产物分开，如下图所示。（ ）据此分析，这两种限制性内切酶在该DNA 分子上的限制位点数目是以下哪一组AHind1个，BamH2个 BHind2个，BamH3个CHind2个BamH1个DHind和BamH各有2个【例9】下面是5种限制性内切酶对DNA分子的识别序列和剪切位点图(表示剪切点、切出的断面为黏性末端)： 请指出下列哪组表达正确（ ）A限制酶2和4识别的序列都包含4个碱基对B限制酶3和5识别的序列都包含5个碱基对C限制酶1和3剪出的黏性末端相同 D限制酶l和2剪出的黏性末端相同答案：6、 7、 8、 9、四、区分“基因治疗”、“基因诊断”、“DNA探针”1、基因治疗基因治疗是把键康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。其原理是把键康的外源基因导入含有基因缺陷的细胞中，在有基因缺陷的细胞中既含有缺陷基因，又含有通过基因工程导入的健康基因。因此，在病人体内两种基因都能够表达，健康基因的表达产物掩盖了缺陷基因的表达产物，人为治愈有基因缺陷的疾病。2、基因诊断基因诊断是用放射性同位素（如32P）、荧光分子等标记的DNA分子做探针，利用DNA分子杂交原理，鉴定被检测标本上的遗传信息，达到检测疾病的目的。基因诊断是一种快速简便的方法。如，用珠蛋白的DNA探针可以检测出镰刀型贫血症，用苯丙氨酸羟化酶基因探针可以检测出苯丙酸尿症。此外，基因诊断技术在肿瘤诊断中的应用也取得了重要成果。3、DNA探针由于DNA双链的核苷酸顺序是彼此互补的，当DNA分子杂交时，首先将双链DNA加热或提高PH，使双链解开（这一过程称变性，相