高中生物 专题1 基因工程1.2基因工程的基本操作程序精讲导学课件 新人教版选修3.ppt

1 2基因工程的基本操作程序 一 基因工程的基本操作程序目的基因的获取 的构建 将 导入受体细胞 目的基因的 基因表达载体 目的基因 检测与鉴定 二 目的基因的获取1 目的基因 1 主要是指 的基因 2 一些具有 的因子 编码蛋白质 调控作用 2 获取方法 1 从基因文库中获取 基因文库 基因文库基因组文库 含有一种生物 的基因部分基因文库 含有一种生物的 基因 如cdna文库 所有 一部分 2 利用pcr技术扩增目的基因 含义 是一项在生物体外 的核酸合成技术 原理 条件 dna模板 四种脱氧核苷酸 复制特定dna片段 dna双链复制 引物 taq酶 过程 目的基因dna受热 后解链为单链 与单链相应互补序列结合 在 作用下进行 重复循环多次 结果 每次循环后目的基因的量增加一倍 即成 形式扩增 约为2n 变性 引物 dna聚合酶 延伸 指数 3 人工合成法 条件 基因比较小 又已知 方法 通过 用化学方法直接人工合成 核苷酸序列 dna合成仪 三 基因表达载体的构建1 构建基因表达载体的目的 1 使目的基因在 中稳定存在 并且可以 给下一代 2 使目的基因能够 和 受体细胞 遗传 表达 发挥作用 2 基因表达载体组成 3 基因表达载体的功能 通过基因表达载体将 导入受体细胞 启动子 终止子 标记 目的基因 四 将目的基因导入受体细胞1 转化含义 进入受体细胞内 并且在受体细胞内 和 的过程 目的基因 维持稳定 表达 2 转化方法 1 导入植物细胞 方法 2 导入动物细胞 双子叶植物或 植物基因枪法 花粉管通道法 农杆菌转化法 裸子 单子叶植物 方法 常用受体细胞 显微注射技术 受精卵 3 导入微生物细胞 方法 a 用 处理细胞 使细胞处于一种能吸收周围环境中dna分子的生理状态 这种细胞称为 b 感受态细胞吸收 受体细胞 原核细胞 使用最广泛的是大肠杆菌细胞 原核生物的特点 繁殖快 多为单细胞 等 ca2 感受态细胞 重组表达载体dna分子 遗传物质相对较少 五 目的基因的检测与鉴定1 分子水平检测 连线检测目标与其采用的检测方法2 个体生物学水平鉴定 1 判断正误 1 所有的目的基因都可从基因文库中直接获得 分析 有些目的基因不能直接从基因文库中获得 如自然界中不存在 需人工合成的目的基因 2 pcr技术中dna解链温度 90 95 越高 dna中a与t碱基对比例越高 分析 dna分子中a与t之间有2个氢键 c与g之间有3个氢键 如果模板dna中c g碱基对的比例高 则解链时需要的温度也相对高 3 标记基因的作用是为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因 从而将含有目的基因的细胞筛选出来 4 基因工程四步曲中都涉及碱基互补配对 分析 基因工程四步曲中只有第三步 将目的基因导入受体细胞 没有发生碱基互补配对 其他三步都涉及碱基互补配对 2 问题思考 1 为什么要用同一种限制酶切割质粒和含目的基因的dna分子 提示 目的是产生相同的黏性末端 便于两者完成拼接 2 用于构建基因表达载体的质粒为什么必须具有启动子和终止子 提示 导入到受体细胞的目的基因的表达需要调控序列 因此在插入目的基因的部位之前需有启动子 之后需有终止子 一 目的基因的获取1 基因文库 基因组文库 cdna文库 1 基因文库的含义 将含有某种生物不同基因的许多dna片段 导入受体菌的群体中储存 各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因 称为基因文库 2 基因文库的分类 基因组文库 包含一种生物所有基因的文库 部分基因文库 只包含一种生物的一部分基因的文库 如cdna文库 3 cdna文库与基因组文库的主要区别 2 提取目的基因的方法比较 3 pcr技术与生物体内dna复制的比较 典例训练1 2012 浙江高考 天然的玫瑰没有蓝色花 这是由于缺少控制蓝色色素合成的基因b 而开蓝色花的矮牵牛中存在序列已知的基因b 现用基因工程技术培育蓝玫瑰 下列操作正确的是 a 提取矮牵牛蓝色花的mrna 经反转录获得互补的dna 再扩增基因bb 利用限制酶从开蓝色花的矮牵牛的基因文库中获取基因bc 利用dna聚合酶将基因b与质粒连接后导入玫瑰细胞d 将基因b直接导入大肠杆菌 然后感染并转入玫瑰细胞 解题关键 解答本题的关键是明确获取目的基因的方法 基因工程的工具及基因工程操作的基本步骤 解析 选a 由题意知 控制蓝色色素合成的基因b是目的基因 提取矮牵牛蓝色花的mrna 经反转录获得互补的dna 再扩增基因b 然后导入天然的玫瑰细胞中 经培育该受体细胞即能获得蓝玫瑰 故选项a正确 限制酶用于切割目的基因而不是获取目的基因 将目的基因b与质粒连接需用dna连接酶 而不是dna聚合酶 基因b需与质粒连接形成基因表达载体再导入农杆菌 然后感染并转入玫瑰细胞 而不能将基因b直接导入大肠杆菌 变式训练 下列属于获取目的基因的方法的是 利用mrna反转录形成 从基因组文库中提取 从受体细胞中提取 利用pcr技术合成 利用dna转录形成 人工合成a b c d 解析 选d 目的基因的获取可以从基因文库中提取 也可以用mrna反转录形成dna的一条链 然后合成dna分子 对于一些已知一段核苷酸序列的目的基因 可用pcr技术扩增合成 对于一些短小而无模板且已知核苷酸序列的目的基因可用人工合成法 受体细胞是目的基因表达的场所 不能从中提取目的基因 dna转录出的是rna 不能得到目的基因 二 基因表达载体的构建1 组成 2 构建方法 易错提醒 启动子和终止子 起始密码子与终止密码子的区别 1 启动子和终止子都在dna上 在遗传信息转录时起作用 启动子是启动转录的开始 终止子是dna分子上决定转录停止的一段dna序列 其组成单位都是脱氧核苷酸 2 起始密码子和终止密码子都是mrna上三个相邻碱基 起始密码子决定翻译的开始 终止密码子决定翻译的停止 典例训练2 2013 聊城高二检测 下列关于基因表达载体的构建描述错误的是 a 基因表达载体的构建是基因工程的核心b 基因表达载体的构建包括目的基因 启动子 终止子 标记基因等部分c 目的基因主要是指编码蛋白质的结构基因d 构建的基因表达载体都是相同的 解题关键 解答本题的关键是明确以下两点 1 基因表达载体的组成 2 构建基因表达载体的目的 方法 解析 选d 基因表达载体的构建是基因工程的第二步 也是基因工程的核心 一个基因表达载体的组成除目的基因外还必须具有启动子 终止子 标记基因等部分 目的基因主要是指编码蛋白质的结构基因 由于受体细胞不同 基因表达载体的构建也会有差别 不可能都是相同的 三 目的基因导入受体细胞1 目的基因导入受体细胞的过程 2 目的基因导入受体细胞的常用方法 思维拓展 1 目的基因导入受体细胞后不一定都能够维持稳定和遗传 目的基因能否在植株细胞内稳定保存并表达的关键是目的基因是否插入到受体细胞染色体上的dna中 图中过程b与过程a相比 b会使目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达 而a细胞分裂时 细胞质是不均分的 子细胞不一定含有目的基因 2 ca2 促进转化的原因 ca2 或cacl2溶液 对微生物细胞的作用是增加细胞壁的通透性 典例训练3 农杆菌是一种在土壤中生活的微生物 能在自然条件下感染植物 因而在植物基因工程中得到了广泛的运用 下图为农杆菌转化法的示意图 试回答下列问题 1 一般情况下农杆菌不能感染的植物是 利用农杆菌自然条件下感染植物的特点 能实现 具体原理是在农杆菌的ti质粒上存在t dna片段 它具有可转移至受体细胞并整合到受体细胞上的特点 因此只要将携带外源基因的dna片段插入到 部位 即可 2 根据t dna这一转移特点 推测该dna片段上可能含有控制 酶 合成的基因 3 图中c过程中 能促进农杆菌向植物细胞转移的物质是类化合物 4 植物基因工程中除了农杆菌转化法之外 还可采取 至少写出两种 解题关键 解答本题的关键有 1 分析农杆菌能感染双子叶植物和裸子植物的本质 2 分析农杆菌中ti质粒中的t dna特点及其整合到染色体dna的实质 解析 1 一般农杆菌不能感染的植物是单子叶植物 可感染双子叶植物和裸子植物 利用其感染性 可实现目的基因导入植物细胞 真正可转移至受体细胞并整合到受体细胞染色体的dna上的是农杆菌t dna片段 因此目的基因必须插入到该部位才能成功 2 根据t dna这一转移特点 可以推测该dna片段能控制合成dna连接酶 限制酶以实现与双子叶植物细胞染色体dna的整合 3 植物细胞受伤后可产生酚类物质 促进农杆菌向植物细胞转移 4 植物基因工程中除了农杆菌转化法之外 还有基因枪法和花粉管通道法等 答案 1 单子叶植物目的基因导入植物细胞染色体的dnat dna片段 内部 2 dna连接酶 限制酶 3 酚 4 基因枪法 花粉管通道法 互动探究 1 怎样操作能使农杆菌感染单子叶植物 提示 可在单子叶植物受损处涂加酚类物质来吸引农杆菌 2 根据题干分析 为什么动植物病毒也可作为基因工程的载体 提示 病毒能够侵染正常细胞 有的病毒还能将自己的核酸整合到宿主细胞的染色体上 所以可以作为基因工程的载体 四 目的基因的检测与鉴定1 操作目的 检测和鉴定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是基因工程最为关键的一步 2 目的基因检测与鉴定的方法比较 易错提醒 关于不同分子检测的原理 场所 探针的异同 1 进行转录水平的检测原理与复制水平的检测原理是相似的 只是被检测的物质不再是转基因生物的基因组dna 而是转基因生物的细胞内的mrna 进行翻译水平的检测 则是利用抗原与抗体特异性结合的原理 2 不论是复制水平 转录水平还是翻译水平的检测 都是在体外进行的 3 在dna分子 mrna分子上检测目的基因是否插入 目的基因是否转录时 用的探针都是放射性同位素等标记的含有目的基因的dna片段 典例训练4 回答有关基因工程的问题 1 构建基因工程表达载体时 用不同类型的限制酶切割dna后 可能产生黏性末端 也可能产生末端 若要在限制酶切割目的基因和质粒后使其直接进行连接 则应选择能使二者产生 相同 不同 黏性末端的限制酶 2 利用大肠杆菌生产人胰岛素时 构建的表达载体含有人胰岛素基因及其启动子等 其中启动子的作用是 在用表达载体转化大肠杆菌时 常用处理大肠杆菌 以利于表达载体进入 为了检测胰岛素基因是否转录出了mrna 可用标记的胰岛素基因片段作探针与mrna杂交 该杂交技术称为 为了检测胰岛素基因转录的mrna是否翻译成 常用抗原 抗体杂交技术 解题关键 本题考查基因工程的基本工具和操作过程 解答本题时应明确以下两点 1 明确基因工程的基本工具中限制酶和dna连接酶的作用特点 理解载体的结构组成和各组分的作用 2 理解基因工程的操作过程 将目的基因导入受体细胞后还需要进一步检测和鉴定目的基因是否成功表达 解析 1 限制酶切割产生两种末端 黏性末端和平末端 若用dna连接酶连接两个末端 两个末端必须是相同的 2 基因工程检测的方法 检测目的基因是否导入 使用dna分子杂交技术 检测目的基因是否转录 使用分子杂交技术 检测是否形成蛋白质 使用抗原 抗体杂交技术 答案 1 平相同 2 rna聚合酶识别和结合的部位ca2 分子杂交技术蛋白质 规律方法 解答基因工程基本操作程序题目的一般步骤 三辨 三找 一析 一理 1 三辨 分辨限制酶的种类及识别序列和切割位点 在切割目的基因和载体时 一般用同一种限制酶切割 也可用不同的限制酶切割 但两种限制酶切割后产生的黏性末端中碱基要互补配对 2 三找 找出标记基因 目的