高中生物 1.1.1基因工程的原理课件 中图版选修3 .ppt

第一节基因工程的原理 基因工程的工具1 与dna相关的酶 1 五种dna相关酶的比较 dna分子 磷酸二酯键 黏性末端或平末端 dna片段 磷酸二酯键 磷酸二酯键 重组dna分子 子代dna dna分子 dna分子 磷酸二酯键 碱基对间的氢键 形成脱氧核苷酸单链 游离的脱氧核苷酸 脱氧核苷酸 2 限制性内切酶和dna连接酶之间的关系图示 2 作为载体的条件 高考警示钟 1 切割质粒需使用限制性内切酶1次 切割目的基因则需要使用相同的限制性内切酶2次 因为质粒是环状dna 而目的基因在dna分子上 2 质粒dna分子上限制性内切酶切割位点的选择必须保证至少有一个标记基因是完整的 如果标记基因全部被切开则不便于鉴定与筛选 3 基因工程中的载体与细胞膜上物质运输的载体不同 基因工程中的载体是dna分子 能将目的基因导入受体细胞内 膜载体是蛋白质 与细胞膜的通透性有关 基因工程的基本操作程序1 目的基因的获得 1 从基因文库中获取目的基因 如从基因组文库或cdna文库中获取 2 利用pcr技术扩增目的基因 利用dna复制的原理在体外特异性的复制某dna片段以获得呈指数方式增加的目的基因 3 人工合成法 反转录法或通过dna合成仪用化学方法直接人工合成 2 重组载体的构建 1 基因表达载体组成 启动子 终止子 是基因转录的起点和终点 在转录过程中起调控作用 标记基因 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 如抗生素抗性基因 目的基因 能控制特定性状的外源基因 载体 质粒 dna分子 含目的基因 同一种限制性内切酶切割 带有黏性末端切口 带有相同黏性末端的目的基因片段 dna连接酶 重组dna 环状重组质粒 2 重组载体的构建步骤 3 重组载体的导入和筛选 农杆菌转化法 基因枪法 花粉管通道法 显微注射技术 感受态细胞法 体细胞 受精卵 原核细胞 将目的基因插入到ti质粒的t dna上 农杆菌 导入植物细胞 整合到受体细胞的dna上 表达 将含有目的基因的表达载体提纯 取卵 受精卵 显微注射 受精卵发育 获得具有新性状的动物 ca2 处理细胞 感受态细胞 重组表达载体dna分子与感受态细胞混合 感受态细胞吸收dna分子 目的基因是否插入 蛋白质 mrna 个体 抗性实验 抗原 抗体杂交 核酸分子杂交 dna分子杂交 是否出现了杂交带 是否出现特异性结合 抗性是否存在 转录 翻译 4 目的基因的表达与鉴定 高考警示钟 1 目的基因的插入位点不是随意的基因表达需要启动子与终止子的调控 所以目的基因应插入到启动子与终止子之间的部位 2 基因工程操作过程中只有第三步 将目的基因导入受体细胞 没有碱基互补配对现象第一步存在反转录法获得dna 第二步存在黏性末端连接现象 第四步检测存在分子水平杂交方法 基因工程的基本工具 典例训练1 2010 江苏高考 下表中列出了几种限制性内切酶的识别序列及其切割位点 图1 图2中箭头表示相关限制性内切酶的酶切位点 请回答下列问题 1 一个图1所示的质粒分子经sma 切割前后 分别含有 个游离的磷酸基团 2 若对图中质粒进行改造 插入的sma 酶切位点越多 质粒的热稳定性越 3 用图中的质粒和外源dna构建重组质粒 不能使用sma 切割 原因是 4 与只使用ecor 相比较 使用bamh 和hind 两种限制性内切酶同时处理质粒 外源dna的优点在于可以防止 5 为了获取重组质粒 将切割后的质粒与目的基因片段混合 并加入 酶 6 重组质粒中抗生素抗性基因的作用是为了 7 为了从cdna文库中分离获取蔗糖转运蛋白基因 将重组质粒导入丧失吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体 然后在 的培养基中培养 以完成目的基因表达的初步检测 解题指南 1 考查实质 限制性内切酶作用的位点及特点 2 解题关键 1 一种限制性内切酶有特定的切割位点 2 抗生素抗性基因作为标记基因被破坏后 不能鉴定和筛选目的基因 解析 本题以基因工程为载体 主要考查比较 判断 推理 分析 综合思维能力以及识别图表等能力 1 该质粒为环状dna 经sma 切割前 不含有游离的磷酸基团 经sma 切割后形成平末端 含有2个游离的磷酸基团 2 sma 识别的是cccggg序列 在c与g之间切割 sma 酶切位点越多 c g碱基对越多 因c与g之间的氢键 3个 比a与t之间的氢键 2个 数量多 故质粒的热稳定性越高 3 据图1可知 sma 切割位点在抗生素抗性基因 标记基因 中 据图2可知 sma 切割位点在目的基因中 因此使用sma 切割会破坏质粒的抗性基因 外源dna中的目的基因 4 用同一种限制性内切酶处理质粒和外源dna 再用dna连接酶连接时 往往会有三种连接形式 目的基因 质粒 目的基因 目的基因 环化 质粒 质粒 环化 后两种是我们不需要的 因而要进行筛选 用两种限制性内切酶处理质粒和外源dna 因形成的黏性末端不同可避免上述情况的发生 5 连接质粒与目的基因的工具酶是dna连接酶 6 抗生素抗性基因是标记基因的一种 标记基因的作用是供重组dna鉴定和筛选 7 可根据目的基因是否表达成预期的蛋白质进行目的基因的检测 本题中预期的蛋白质是蔗糖转运蛋白 因而可在蔗糖为惟一含碳营养物质的培养基中培养 以完成目的基因表达的初步检测 答案 1 0 2 2 高 3 sma 会破坏质粒的抗性基因 外源dna中的目的基因 4 质粒和含目的基因的外源dna片段自身环化 5 dna连接 6 鉴定和筛选含有目的基因的细胞 7 蔗糖为惟一含碳营养物质 互动探究 1 图1所示的质粒分子若由n个脱氧核苷酸脱水形成 则总共脱去几分子水 提示 n 2 若以原题中 6 作为原理 采用什么方法来确定重组质粒是否被导入 提示 将受体细胞培养在含相应抗生素的选择培养基中 若正常生长 则说明被导入 否则 说明没有导入 基因工程的操作过程 典例训练2 2011 山东高考改编 人类疾病的转基因动物模型常用于致病机理的探讨及治疗药物的筛选 利用正常大鼠制备遗传性高血压转基因模型大鼠的流程如图所示 1 图中的高血压相关基因作为 质粒作为 二者需用 切割后连接成重组载体 该过程与质粒上含有 有关 2 重组dna导入的受体细胞是大鼠的 细胞 常用的方法是 在dna重组过程中核心的操作是 3 子代大鼠如果 和 即可分别在分子水平和个体水平上说明高血压相关基因已成功表达 然后可用其建立高血压转基因动物模型 4 在上述转基因大鼠的培育过程中 所用到的主要胚胎工程技术是体外受精 早期胚胎培养和 解题指南 1 考查实质 本题主要考查基因工程的操作程序 涉及到胚胎工程技术 2 解题关键 高血压相关基因与质粒形成重组dna后导入到受精卵细胞中 是dna重组技术 解析 1 根据题干中 利用正常大鼠制备遗传性高血压转基因模型大鼠 推出 目的基因为与高血压相关的基因 为使目的基因与载体结合需用同一种限制性内切酶切割 2 重组dna分子导入受体细胞中 植物细胞 动物细胞和微生物细胞导入目的基因的方式不同 动物细胞主要用显微注射技术将重组dna分子导入细胞中 基因工程操作的第二步 即基因表达载体的构建是整个过程中的关键 3 如果检测到相应蛋白质 即可在分子水平说明目的基因已经表达 如果检测子代大鼠已患高血压 即可在个体水平说明目的基因已经表达 4 在上述转基因大鼠的培育过程中 所用到的主要胚胎工程技术是体外受精 早期胚胎培养和胚胎移植 早期胚胎需要移植入体内 以提供一个稳定的环境和充足的营养供应 答案 1 目的基因载体同一种限制性内切酶限制性内切酶的切割位点 2 受精卵显微注射技术基因表达载体的构建 3 检测到相应蛋白质已患高血压 4 胚胎移植 互动探究 1 如果把鼠换成植物 则导入受体细胞的常用方法改变吗 提示 农杆菌转化法 基因枪法 花粉管通道法 分析 植物细胞与动物细胞具有不同的特点 导入的方法是根据操作的需要进行的 如利用农杆菌易感染植物的特性 2 分子水平检测除蛋白质检测外还有什么检测方法 提示 dna分子杂交 核酸分子杂交 分析 利用dna探针检测目的基因或相应的mrna存在与否 说明目的基因是否存在或是否转录 1 2011 海南高考 回答有关基因工程的问题 1 构建基因工程表达载体时 用不同类型的限制性内切酶切割dna后 可能产生黏性末端 也可能产生 末端 若要在限制性内切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 黏性末端的限制性内切酶 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 3 如果要将某目的基因通过农杆菌转化法导入植物细胞 先要将目的基因插入农杆菌ti质粒的 中 然后用该农杆菌感染植物细胞 通过dna重组将目的基因插入植物细胞的 上 解析 1 限制性内切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 3 基因工程的目的是获得稳定遗传的新品种 因此要把目的基因插入到染色体的dna分子中 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 3 t dna染色体dna 2 2012 烟台模拟 降钙素是一种多肽类激素 临床上用于治疗骨质疏松症等 人的降钙素活性很低 半衰期较短 某科学机构为了研发一种活性高 半衰期长的新型降钙素 从预期新型降钙素的功能出发 推测相应的脱氧核苷酸序列 并人工合成了两条各含72个碱基的dna单链 两条链通过18个碱基对形成部分双链dna片段 再利用klenow酶补平 获得双链dna 过程如图 在此过程中发现 合成较长的核苷酸单链易产生缺失碱基的现象 分析回答下列问题 1 klenow酶是一种 酶 合成的双链dna有 个碱基对 2 获得的双链dna经ecor 识别序列和切割位点 g aattc 和bamh 识别序列和切割位点 g gatcc 双酶切后插入到大肠杆菌质粒中 筛选含重组质粒的大肠杆菌并进行dna测序验证 大肠杆菌是理想的受体细胞 这是因为它 设计ecor 和bamh 双酶切的目的是 要进行重组质粒的鉴定和选择 需要大肠杆菌质粒中含有 3 经dna测序表明 最初获得的多个重组质粒 均未发现完全正确的基因序列 最可能的原因是 4 上述制备该新型降钙素 运用的现代生物工程技术是 解析 klenow酶催化了原料按照模板链通过碱基互补配对相连 故属于dna聚合酶 合成双链后碱基对数是72 2 18 大肠杆菌具有繁殖快 代谢旺盛等特点 若只用一种限制性内切酶处理 则目的基因和载体的末端可以任意连接 可形成多种重组体 环状dna等 用两种限制性内切酶处理后可保证目的基因和载体定向连接 题干中已给出提示 合成较长的核苷酸单链易产生缺失碱基的现象 答案 1 dna聚合126 2 繁殖快 单细胞 遗传物质相对较少 保证目的基因和载体定向连接 或防止目的基因和载体在酶切后产生的末端发生任意连接 标记基因 3 合成的核苷酸单链仍较长 产生缺失碱基 或脱氧核苷酸 的现象 4 蛋白质工程 3 2012 安庆模拟 如图为利用生物技术获得生物新品种的过程 据图回答 1 在基因工程中 a表示目的基因 如果直接从苏云金杆菌中获得抗虫基因 过程使用的酶所具备的特点是 2 b c为转基因绵羊的培育过程 其中 用到的生物技术主要有 和 3 b d过程中 若使用的棉花受体细胞为体细胞 所表示的生物技术的核心是 要确定目的基因 抗虫基因 导入受体细胞后 是否能表达 需进行检测和鉴定 请写出在个体水平上的鉴定过程 解析 过程使用的酶是限制性内切酶 需要用到早期胚胎培养 胚胎移植等技术 过程是由植物细胞得到植株的过程 利用的是植物组织培养技术 个体水平的鉴定就是看植株个体是否表现出抗虫性状 答案 1 能够识别某种特定的核苷酸序列 并在特定的位点切割 2 早期胚胎培养胚胎移植 3 脱分化 再分化让害虫吞食转基因棉花的叶子 观察害虫的存活情况 以确定转基因棉花是否具有抗虫性状 4 2012 济南模拟 最新研究发现 一种植物激素 油菜素内酯能促进农药在植物体内的降解和代谢 研究人员发现 用油菜素内酯处理后 许多参与农药降解的基因 如p450和gst 的表达和酶活性都得到提高 在这些基因的 指导 下合成的蛋白酶能把农药逐渐转化为水溶性物质或低毒无毒物质 有的则被直接排出体外 某课题组进一步进行了如下的实验操作 请回答 1 获得油菜素内酯基因的方法有 第 步用pcr技术扩增基因时用到的耐高温的酶通常是指 步骤 用到的酶有 2 图中导入重组质粒的方法是 在导入之前应用 处理 3 导入重组质粒以后 往往还需要进行检测和筛选 可用 制成探针 检测是否导入了重组基因 在培养基中加入 可将含有目的基因的细胞筛选出来 4 请你为该课题命名 5 请你说说该研究发现的生态学意义 解析 1 油菜素内酯基因是目的基因 获得目的基因的方法有 从基因组中获取 人工合成目的基因 pcr技术中耐高温的酶是dna聚合酶 taq酶 步骤 用到的是对质粒进行剪切和拼接 要用到限制性内切酶和dna连接酶 2 将重组质粒导入受体细菌中 采用ca2 转化法