选修三基因工程的基本操作过程(第一课时).doc

张渚高级中学高二生物备课组选修三 1.2 基因工程的基本操作过程（第一课时）【学习目标】简述基因工程基本操作程序，以及各步骤的一般方法、原理。【重、难点】重点：基因工程基本操作程序的四个步骤难点：（1）从基因文库中获取目的基因。（2）利用PCR技术扩增目的基因。【学习过程】一、基因工程的基本操作程序主要包括四个步骤： ； ； ； 。二、目的基因的获取基因工程概念中的“更符合人们需要”的那个基因就是目的基因了，只有有了目的基因，我们才能赋予一种生物以另一种生物的遗传特性，所以基因工程的基本操作的第一个环节就是目的基因的获取。【思考】到底什么是目的基因呢？1、从基因文库中获得目的基因基因文库：用多种限制性核酸内切酶或者机械的方法，将某种生物的细胞DNA切成不同片段，并把所有片段随即地分别连接到用同种限制性核酸内切酶切过的基因载体上，然后分别转移到适当受体细胞（如细菌）中，通过细胞增殖而构成的各个片段的无性繁殖体系。【思考】为什么要构建基因文库？直接从含目的基因的生物体内提取不行吗？提示：构建基因文库是获取目的基因的方法之一，并不是唯一的方式。如果所需的目的基因序列已知，就可以通过PCR方式从含有该目的基因的生物的DNA中，直接获得，也可以通过反转录，用PCR方式从mRNA中获得，不一定要构建基因文库。但如果所需目的基因的序列完全不知，或只知道目的基因序列的一段，或想从一种生物体内获得许多目的基因，或者想知道这种生物与另一种生物之间有多少基因不同，或者想知道一种生物在个体发育的不同阶段表达的基因有什么不同，或者想得到一种生物的全基因组序列，往往就需要构建基因文库。图示过程：【思考】如何构建基因组文库和cDNA文库？ 基因组文库 cDNA文库【知识拓展】如何从基因文库中得到我们所需要目的基因？从基因文库中找到目的基因是一件比较复杂的事情，要根据目的基因已有的某些信息来进行，下面介绍一种根据基因的部分核苷酸序列找到目的基因的方法：第一步，通过PCR方法将目的基因已知部分核苷酸序列扩增出来，进行放射性同位素标记（也可以用别的物质标记，如生物素、荧光素等），即用标记了放射性同位素的目的DNA片段作为探针，与扩增出来的DNA杂交。第二步，将基因文库中的所有菌落转移至硝酸纤维膜上（也可以用其他类型的膜），然后，通过处理溶解消化掉细菌中的蛋白质，并使DNA固定在膜上。第三步，按Southern杂交的方法进行杂交第四步，在X光底片上出现黑斑的菌落含有所需要的目的基因（若选用别的标记方法，有阳性信号的菌落则含有所需要的基因）第五步，从该菌落中再提取目的基因获取目的基因的依据有 等2、利用PCR技术扩增目的基因PCR是聚合酶链式反应的缩写，它是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。通过这一技术，可以获取大量的目的基因。利用PCR技术获取目的基因的前提是：要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根据这一序列合成引物。扩增过程：（观察多媒体动画，绘制具体的扩增示意图）【讨论】通过上述PCR技术扩增过程的学习，总结一下PCR技术中所用的原理以及需要具备哪些条件。【比较】PCR技术与生物体内DNA复制DNA复制PCR技术区别解旋方式场所酶温度条件合成的对象联系3、人工合成目的基因利用氨基酸的序列合成DNA的方法目前仅限于合成核苷酸相对较少的一些简单基因，而且必须事先知道他们的核苷酸序列。对于许多复杂、目前上不知道核苷酸序列的基因就不能用这种方法合成。人工合成目的基因的方法主要有两种：一种是反转录法双链DNA即目的基因合成单链DNA反转录目的基因的mRNA该方法专一性强，目的基因不含内含子。但操作过程麻烦，mRNA生存时间短，技术要求高另一种是化学合成法化学合成推测推测目的基因结构基因的核苷酸序列mRNA的核苷酸序列蛋白质的氨基酸序列该方法专一性强，目的基因不含内含子，可合成自然界不存在的新基因。目前，对于许多复杂的、尚不知道核苷酸序列的基因不能用此法合成（注：真核细胞的基因编码区含有不能表达的内含子，因此，不能直接用于基因的扩增和表达。获得真核细胞中的目的基因时，一般用人工合成的方法）【比较】提取目的基因的方法【巩固训练】1、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、2、下列获取目的基因的方法中需要模板链的是 （ ） 从基因文库中获取目的基因 利用PCR技术扩增目的基因 反转录法 通过DNA合成仪利用化学方法人工合成A、 B、 C、 D、3、从基因文库中获取目的基因的根据是 A、基因的核苷酸序列 B、基因的功能 B、基因的转录产物mRNA D、以上都是4、在遗传研究中，常用信使RNA进行基因的克隆（即形成许多完全相同的DNA）来获取目的基因，这种快速克隆基因的步骤依次是 DNA复制 转录 逆转录 翻译A、 B、 C、 D、5、有关PCR技术的说法，不正确的是A、PCR是一项在生物体外复制特定的DNA片段的核酸合成技术B、PCR的原理是DNA双链复制C、利用PCR获取目的基因的前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列D、PCR扩增中必须有解旋酶才能解开双链DNA6、在已知某小片段基因碱基序列的情况下，获得该基因的最佳方法是 （ ）A、用mRNA为模板逆转录合成NDAB、以4种脱氧核苷酸为原料人工合成C、将供体DNA片段转入受体细胞中，再进一步筛选D、先建立基因文库，再从中筛选7、聚合酶链式反应（PCR）是生物学家在实验室以少量样品制备大量DNA的生化技术，反应系统中包括微量样品基因、DNA聚合酶、引物、4种脱氧核苷酸等。反应中新合成的DNA又可作为下一轮循环反应的模板，其过程如图所示，据图回答下列问题：游离核苷酸溶液中的DNA样品循环重复DNA互补链分离开来以脱氧核苷酸溶液为原料合成DNA的互补链（1）为什么通过此反应产生的DNA与样品完全一样？（2）每次此循环反应完成时产生两分子DNA，如果该DNA样品有1000个脱氧核苷酸，已知它的一条单链上碱基A:T:C:G=1：2:3:4，则五次循环后将产生 个DNA，需要胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数目至少是 个（3）指出此过程与转录过程的三个不同点 ； ； 。含目的基因的菌株8、从根本上解决水稻中的高植酸问题，可将植酸酶基因导入水稻，培育低植酸转基因水稻品种。如图是获取植酸酶基因的流程。基因组文库DNA酵母菌目的基因含目的基因的菌株cDNA文库cDNAmRNA目的基因（1）图