【优化方案】高中生物 第4章第2节 基因工程的操作程序课件 苏教版选修3.ppt

第2节基因工程的操作程序 课前预习学案 课堂互动探究 课标领航 知能优化训练 1 简述基因工程的操作程序2 说明目的基因的获得方法3 理解基因表达载体的构建过程4 掌握将目的基因导入受体细胞的方法5 说明目的基因检测与鉴定的方法 重点 基因工程的操作程序 难点 理解基因表达载体的构建是基因工程的核心 情景导引基因工程技术已广泛应用于工业 农业 医药和治疗等方面 1990年 美国科学家布莱泽尔对一个患腺苷酸氨酶 ada 缺乏症的4岁女孩进行人类历史上首次基因治疗 获得成功 标志 着基因治疗真正在临床上实施 目前基因治疗已从单基因遗传病扩展到多个病种范围 临床试验已达600多个 基因治疗已取得初步成效 那么基因工程是如何进行的呢 让我们一起来学习基因工程的操作程序 课前预习学案 一 目的基因的获得1 目的基因的概念 指人们所需要的 的基因 2 获取方法 进行研究 化学反应 dna自动合成仪 较小 鸟枪法 运载体 受体细胞 思考感悟1 利用pcr仪扩增dna的过程是怎样的 提示 目的基因受热解旋形成单链dna 与引物结合 在dna聚合酶的作用下延伸形成dna 二 基因表达载体的构建1 大肠杆菌质粒dna提取实验 1 原理 方法 碱裂解法 2 实验步骤 取1ml含质粒的大肠杆菌菌液接种到100ml 中 37 摇床振荡培养8 10h 取1 4ml菌液于1 5mlep管中 离心弃上清液 加预冷的 充分混合 lb培养基 溶液 加溶液 轻轻翻转混匀 加预冷溶液 轻轻翻转混匀 离心取 于另一ep管中 加等体积预冷的 混匀 静置 冷冻 上清液 异丙醇或乙醇 不变色 变蓝 同一限制酶 dna连接酶 思考感悟2 为什么非要有载体和目的基因一同进入受体呢 提示 单个基因或dna片段导入另一生物体的细胞后 往往会被细胞内的防御系统消灭掉 这样就大大降低了目的基因的表达效率 三 目的基因的导入1 花粉管通道法 1 概念 指外源基因利用植物受精后花粉萌发形成的花粉管通道进入受体细胞 借助天然的种胚系统形成含目的基因的种胚 2 方法 和 3 适用对象 4 优点 操作简便 易于掌握 不受植物基因型的限制 5 不足 较低 后代的遗传情况 柱头滴加法 花粉粒携带法 任何开花植物 工作效率 复杂 2 利用花粉管通道法将目的基因导入棉花实验 1 原理 授粉后使 能沿着花粉管通道渗入 进入胚囊 转化尚不具备正常细胞壁的 合子或 外源dna 卵细胞 早期胚胎 2 过程 配成溶液 选取待开放的花朵 棉线捆绑花 套袋 分别收获 处理的种子 种植 提取目的基因 人工授粉 涂抹目的基因溶液 转基因 抗虫性检测 3 氯化钙法 1 适用条件 运载体是 受体细胞是 2 原理 氯化钙会使细胞膜的 发生变化 允许含有目的基因的 分子进入感受态细胞 质粒 大肠杆菌 通透性 运载体 重组质粒 目的基因 4 农杆菌介导的 1 农杆菌特点 易感染 植物和裸子植物 而对大多数单子叶植物没有感染能力 ti质粒上的t dna可转移至受体细胞 并整合到受体细胞染色体的dna上 遗传转化法 双子叶 t dna 转化频率 成本 保温 高压放电 四 目的基因的检测与表达产物的测定1 形态检测 1 表达产物有明显 根据目标性状判断目的基因是否表达 2 基因产物无明显 检测 如抗生素抗性基因或荧光标记基因 表达情况 来检测目的基因的表达 表型性状 表型 报告基因 2 分子检测 1 pcr检测采用 对目的基因扩增 判断目的基因是否整合到受体细胞中 pcr技术 2 分子杂交检测用 作探针 与受体细胞dna进行杂交有 则目的基因被导入受体细胞 标记的基因片段 杂交斑点 课堂互动探究 特别提醒 分子检测中的pcr检测和分子杂交检测只能说明目的基因是否整合到受体细胞中 而目的基因是否表达 可用提取目的基因的mrna或分离目的基因编码的蛋白质来检测 基因工程又叫dna重组技术 1 在该技术中 用人工合成方法获得目的基因的途径之一是 以目的基因转录的 为模板 成互补的单链dna 然后在酶的作用下合成 2 基因工程中常用的受体细胞有细菌 真菌 若将真核基因在原核细胞中表达 对该目的基因的基本要求是 3 假设以大肠杆菌质粒作为运载体 并以同一种限制酶切割运载体与目的基因 将切割后的运载体与目的基因片段混合 并加入dna连接酶 连接产物至少有 种环状dna分子 它们分别是 思路点拨 本题考查基因工程的相关知识 熟练掌握基因工程的四个步骤是解答本题的关键 解析 在基因工程中 人工合成目的基因的途径有两条 其中之一就是以mrna为模板经过反转录合成目的基因 基因工程常用的受体有细菌 真菌 动植物细胞 原核生物的基因中无内含子 若将真核生物的基因转入原核生物 需除去内含子部分 在 本题操作过程中 若在含有同一种限制酶切割的运载体和目的基因混合物中 加入dna连接酶将会形成3种环状dna分子 运载体自连而成的环状dna分子 目的基因自连而成的环状dna分子 运载体与目的基因片段相连的环状dan分子 答案 1 信使rna mrna 逆转录 反转录 双链dna 目的基因 2 动植物细胞除去内含子 3 3运载体自连的 目的基因自连的 运载体与目的基因片段相连的环状dna分子 跟踪训练1 我国科技工作者利用基因工程方法成功培育出抗虫棉 下列导入目的基因的做法 正确的是 将毒素蛋白注射到棉受精卵中 将编码毒素蛋白的dna序列 注射到棉受精卵中 将编码毒素蛋白的 dna序列 与细菌质粒重组导入细菌 用该细菌感染棉的体细胞 再进行组织培养 花粉管未愈合前 剪去柱头 滴加编码毒素蛋白的dna序列 使其借助花粉管通道进入受体细胞a b c d 解析 选c 基因工程一般要经历四个步骤 首先获得目的基因 即获得编码毒素蛋白的dna序列 再将其与运载体 质粒 结合 形成重组质粒 然后 把它导入受体细胞 棉的体细胞或受精卵 随着受体细胞繁殖而复制 最终表达出所需要的性状 1 基因表达载体的构建 1 目的基因是指编码蛋白质的结构基因 没有启动子 若只将目的基因导入受体细胞中无法转录 2 目的基因的表达需要调控序列 因而用做载体的质粒插入目的基因时须有启动子 插入后须有终止子 3 目的基因是否导入受体细胞中 需要有筛选标记 标记基因 因此 一个基因表达载体的组成应该包括 启动子 终止子 目的基因 标记基因 特别提醒 终止子是指dna分子上决定转录停止的三个相邻碱基 终止密码子是指mrna分子上决定翻译停止的三个相邻碱基 2 目的基因导入受体细胞 1 不同生物的受体细胞不同 植物为体细胞 动物一般为受精卵 微生物一般为大肠杆菌 2 上图中发生 与发生 相比 会使目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达 原因是在进行细胞分裂时 细胞核上的dna经复制后平均分配到 两个子细胞中 保证了亲子代遗传性状的稳定性 而 细胞分裂时 细胞质是不均分的 子细胞中不一定含有目的基因 3 目的基因在受体细胞中表达 产生相应性状的原因是不同的生物共用一套遗传密码 科学家将大麦细胞中的ltp1基因利用基因工程手段导入啤酒酵母菌中 使其产生ltp1蛋白 使酿出的啤酒泡沫更加丰富 具体的操作过程如图所示 请据图回答问题 1 图中所示的基因工程操作步骤的a和c分别是 2 由图中可以看出 所用的载体甲是 载体甲的化学本质是 3 简要说明获得乙的方法步骤 4 已知甲中含有抗青霉素基因 非ltp1基因的插入位点 而啤酒酵母菌没有青霉素抗性 试说明如何检测和筛选出含有目的基因的啤酒酵母菌 5 转基因啤酒酵母菌合成ltp1蛋白的场所是 原料是 ltp1基因在转基因啤酒酵母菌中的遗传信息传递过程是 思路点拨 本题考查基因工程的工具和主要操作步骤以及基因表达的相关知识 解答本题需熟记如下问题 基因工程的操作步骤 重组质粒的操作要求 基因的复制和表达过程 解析 此题以转基因啤酒酵母菌为例综合考查了基因工程的工具和主要操作步骤以及基因表达的相关知识 由图可知 a过程表示从大麦细胞中提取ltp1基因 目的基因 由于甲为环状dna 应是从大肠杆菌中提取出的质粒 用同种限制酶分别处理ltp1基因和质粒 然后用dna连接酶将处理后 的ltp1基因和质粒连接起来 即可获得重组质粒乙 在啤酒酵母菌的检测和筛选中 可以利用质粒上含有的标记基因进行 最后得到能合成ltp1蛋白的转基因啤酒酵母菌 在转基因啤酒酵母菌细胞中 ltp1基因可以随着质粒的增殖而复制 并且可以进行转录和翻译 合成ltp1蛋白 答案 1 目的基因的获取将目的基因导入受体细胞 2 质粒环状dna 3 用同种限制酶分别处理ltp1基因和质粒 然后用dna连接酶将处理后的ltp1基因和质粒连接起来 即可获得重组质粒乙 4 用含青霉素的培养基培养啤酒酵母菌 如果啤酒酵母菌有青霉素抗性 正常繁殖 说明导入成功 如果啤酒酵母菌没有青霉素抗性 死亡 说明没有导入 5 核糖体氨基酸 互动探究 1 甲适合于作运载体的特点有哪些 2 a过程常用方法有哪些 提示 1 能够自我复制 能使带进去的dna在细胞内复制 具有特殊的标记基因 用于重组dna的鉴定和选择 2 a过程为目的基因的获取 常用方法有 化学合成法 从基因组中直接分离法 特别提醒 分子检测包括pcr检测和分子杂交检测 pcr检测只能检测目的基因是否导入受体细胞 形态检测可以判断目的基因是否表达 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 只有通过鉴定和检测才能知道 下列属于目的基因检测和鉴定的是 检测受体细胞是否有目的基因 检测受体细胞是否有致病基因 检测目的基因是否转录出mrna 检测目的基因是否翻译出蛋白质 a b c d 思路点拨 解答本题必须明确目的基因的鉴定和检测的含义 检测是分析目的基因是否导入受体细胞 鉴定是分析目的基因是否表达 解析 目的基因的检测包括 检测转基因生物的染色体dna上是否插入了目的基因 方法是用dna探针 使dna探针与基因组dna杂交 检测目的基因是否转录出了mrna 方法是用基因探针与mrna杂交 最后检测目的基因是否翻译出蛋白质 方法是进行抗原 抗体杂交 尝试解答 c 跟踪训练2 下列哪项表述说明了目的基因表达成功 a 用dna探针检测目的基因出现杂交带b 用dna探针检测mrna