人教版选修三 基因工程的基本操作程序 课件（75张）.ppt

基因工程的概念 基因重组 生物体外 基因 dna 分子水平 剪切 拼接 导入 表达 新的生物类型和生物产品 分子手术刀 分子缝合针 分子运输车 限制性核酸内切酶 dna连接酶 载体 一 限制性核酸内切酶 分子手术刀 1 来源 限制性核酸内切酶 又称限制酶主要从原核生物中分离纯化 2 作用特点 特异性 识别特定核苷酸序列 使每条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开 产生黏性末端或平末端 3 作用结果 二 分子缝合针 dna连接酶 1 种类 e colidna连接酶 t4dna连接酶 2 作用 恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键 3 结果 形成重组dna分子 连接酶类型总结 e colidna连接酶 t4dna连接酶 来源 功能 大肠杆菌 t4噬菌体 恢复磷酸二酯键 只能连接黏性末端 能连接黏性末端和平末端 效率较低 相同点 差别 三 分子运输车 载体 2 运载体的种类 1 质粒 2 噬菌体的衍生物 3 某些动植物病毒 1 作用 将外源基因送入受体细胞 常用的载体 质粒 1 2基因工程的基本操作程序 基因工程基本操作的四个步骤 1 目的基因的获取 2 基因表达载体的构建 3 将目的基因导入受体细胞 4 目的基因的检测与鉴定 得到转基因生物 一 目的基因的获取 一 目的基因主要是 1 编码蛋白质的基因 二 获取目的基因的常用方法有哪些 1 从基因文库中获取 2 利用pcr技术扩增 3 人工合成 请阅读p8 p9 2 具有调控作用的因子 请阅读p9 11 1 从基因文库中直接获取 1 基因文库 概念见p9 2 基因文库的分类 种类 基因组文库 含有一种生物的全部基因 部分基因文库 只包含了一种生物的部分基因 如 cdna文库 按外源dna片段的来源分类 将含有某种生物不同基因的许多dna片断 导入到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基因 称为基因文库 二 获取目的基因的常用方法有哪些 基因组文库的构建 3 基因文库的构建方法 通过对受体菌的培养而储存基因 cdna文库的构建 反转录法 以目的基因转录成的信使rna为模板 反转录成互补的单链dna 然后在酶的作用下合成双链dna 从而获得所需的基因 目的基因的mrna 单链dna 反转录酶 dna聚合酶 双链dna 目的基因 基因组文库和部分基因组文库 cdna文库 比较 怎样从基因文库中得到我们所需的目的基因呢 依据 目的基因的有关信息 如 根据基因的核苷酸序列基因的功能基因在染色体上的位置基因的转录产物mrna基因翻译产物蛋白质等特性 4 从基因文库中得到目的基因的方法 2 利用pcr技术扩增目的基因p11 概念 pcr全称为 是一项在生物 复制 的核酸合成技术 条件 等 原理 方式 以 方式扩增 即 n为扩增循环的次数 结果 多聚合酶链式反应 体外 特定dna片段 dna复制 四种脱氧核苷酸 一对引物 dna聚合酶 指数 2n 使目的基因的片段在短时间内成百万倍地扩增 要有一段已知目的基因的核苷酸序列 前提条件 过程 a dna变性 90 95 双链dna模板在热作用下 断裂 形成 b 退火 复性55 65 系统温度降低 引物与dna模板结合 形成局部 c 延伸 70 75 在taq酶的作用下 合成与模板互补的 氢键 单链dna 双链 dna链 特别提醒 从酶的角度分析pcr技术扩增dna与dna体内复制的不同点 提示 pcr技术扩增dna不需要解旋酶 pcr技术需要的dna聚合酶应具有热稳定性 热稳定dna聚合酶 taq聚合酶 能在高温下保持其活性 是pcr技术关键的工具之一 pcr技术扩增与dna复制的比较 碱基互补配对 四种脱氧核苷酸 模板 能量 酶 dna在高温下变性解旋 解旋酶催化 体外复制 细胞核内 热稳定的dna聚合酶 细胞内的dna聚合酶 大量的dna片段 形成整个dna分子 3 人工合成法 p11 如果基因比较小 核苷酸序列又已知 可以通过dna合成仪用化学方法直接人工合成 以rna为模板 在逆转录酶的作用下人工合成 1 提取目的基因方法的比较 2 pcr技术与生物体内dna复制的比较 特别提醒 1 基因工程操作中 只有使用受体生物自身基因的启动子才比较有利于基因的表达 2 通过cdna文库获得的目的基因没有启动子 只将编码序列导入受体细胞中无法转录 3 热稳定dna聚合酶 taq聚合酶 能在高温下保持其活性 是pcr技术关键的工具之一 二 基因表达载体的构建p11 1 目的 1 使目的基因在受体细胞中稳定存在 并且可以遗传给下一代 2 使目的基因能够表达和发挥作用 基因工程的核心 2 构建过程 质粒 dna分子 限制酶处理 两个切口获得目的基因 dna连接酶 重组dna分子 重组质粒 同一种 一个切口两个黏性末端 二 基因表达载体的构建 基因工程的核心 3 基因表达载体的组成 目的基因 启动子 终止子 标记基因 它们各自的作用是什么 位于基因的首端的一段特殊的dna片断 它是rna聚合酶识别和结合的部位 有了它才能驱动基因转录出mrna 最终获得蛋白质 为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因 从而将有目的基因的细胞筛选出来 位于基因的尾端的一段特殊的dna片断 能终止mrna的转录 启动子 终止子 标记基因 4 基因表达载体的功能 通过基因表达载体将目的基因导入受体细胞 载体与表达载体的区别 二者都有标记基因和复制原点两部分dna片段 表达载体在载体基础上增加了目的基因 启动子 终止子三部分结构 用到的工具酶 既用到限制酶切割载体 又用到dna连接酶将目的基因和载体拼接 两种酶作用的化学键都是磷酸二酯键 启动子 终止子对于目的基因表达必不可少 目的基因不能单独进入受体细胞 必需以表达载体的方式携带进去 注意 1 切割目的基因和运载体时并非只能用一种酶 但无论用几种酶 一般都用相同种类的酶切割目的基因和运载体 2 启动子 起始密码 终止子 终止密码 启动子和终止子位于基因结构的非编码区 起始密码和终止密码位于mrna上 三 将目的基因导入受体细胞p11 13 一 转化概念 二 方法 将目的基因导入植物细胞 将目的基因导入动物细胞 将目的基因导入微生物细胞 基因枪法 花粉管通道法 显微注射法 感受态细胞 目的基因进入 内 并且在受体细胞内维持 和 的过程 受体细胞 稳定 表达 1 农杆菌转化法 易感染双子叶植物和裸子植物 对大多数单子叶植物没有感染能力 ti质粒上的t dna可以转移到受体细胞 并整合到受体细胞染色体的dna上 1 将目的基因导入植物细胞的方法 农杆菌特点 原理 ti质粒目的基因 构建 表达载体 植物细胞 植物细胞染色dna 新性状 农杆菌 过程 优点 比较经济和有效 基因枪法又称微弹轰击法 是利用压缩气体产生的动力 将包裹在金属颗粒表面的表达载体dna打入受体细胞中 使目的基因与其整合并表达的方法 2 基因枪法 适用于单子叶植物 植物花粉在柱头上萌发后 花粉管要穿过花柱直通胚囊 花粉管通道法就是在植物受粉后 花粉形成的花粉管还未愈合前 剪去柱头 然后 滴加dna 含目的基因 使目的基因借助花粉管通道进入受体细胞 3 花粉通道法 胚珠 花药 花丝 柱头 花柱 子房壁 子房 雄蕊 雌蕊 方法 程序 新性状动物 2 将目的基因导入动物细胞 显微注射法 常用的受体细胞 受精卵 原核生物特点 3 将目的基因导入微生物细胞 繁殖快 单细胞 遗传物质少 方法 用ca2 处理 增加细菌细胞壁的通透性 将目的基因导入受体细胞的方法比较 1 完成基因表达载体的构建 需要限制性核酸内切酶和dna连接酶 连接产物有目的基因 目的基因 目的基因 运载体和运载体 运载体三种 2 将基因表达载体 重组质粒 导入农杆菌的常用方法是ca2 处理法 ca2 或cacl2溶液 对微生物细胞的作用是增加细胞壁的通透性 动物体细胞全能性受到限制 不能发育为一个新个体 为什么动物的体细胞不能作为受体细胞 特别提醒 四 目的基因的检测与鉴定 检查是否成功 一 检测 二 鉴定 个体生物学水平 1 检测转基因生物染色体的dna上是否插入了目的基因 2 检测目的基因是否转录出了mrna 3 检测目的基因是否翻译成蛋白质 一 检测 1 检测转基因生物染色体的dna上是否插入了目的基因 首先取出转基因生物的基因组dna 用含目的基因的dna片段用放射性同位素等作标记 以此做探针 使探针和转基因生物的基因组杂交 若显示出杂交带 表明染色体已插入染色体dna中 1 方法 dna分子杂交技术 2 过程 基因探针 是一段带有检测标记 且序列已知的 与目的基因互补的核酸序列 基因探针通过分子杂交与目的基因结合 产生杂交信号 能从浩翰的基因组中把目的基因显示出来 dna分子杂交示意图 采用一定的技术手段 将两种生物的dna分子的单链放在一起 如果这两个单链具有互补的碱基序列 那么 互补的碱基序列就会结合在一起 形成杂合双链区 在没有互补碱基序列的部位 仍然是两条游离的单链 2 检测目的基因是否转录出了mrna 方法 分子杂交技术 用上述探针和转基因生物的mrna杂交 若出现杂交带 表明目的基因转录出了mrna 过程 提取 抗原 抗体杂交 bt毒素蛋白 将bt毒蛋白注射小鼠体内 从小鼠血管抽出血液分离出抗bt毒素的抗体 抗体 蛋白质 出现杂交带 脱分化 组织培养 3 检测目的基因是否翻译成蛋白质 方法 若不能表达 要对抗虫基因再进行修饰 怎样检验抗虫基因在棉细胞内是否表达呢 没有抗虫基因的棉植株 有抗虫基因的棉植株 棉铃虫 虫没有死 虫被杀死 没有表达 目的基因表达 二 鉴定 个体生物学水平 抗虫鉴定 抗病鉴定 活性鉴定等 四 目的基因的检测与鉴定 检查是否成功 检测 鉴定 检测转基因生物染色体的dna上是否插入了目的基因 检测目的基因是否转录出了mrna 检测目的基因是否翻译成蛋白质 抗虫鉴定 抗病鉴定 活性鉴定等 方法 方法 方法 dna分子杂交 分子杂交 注意与上不同之处 抗原抗体杂交 利用大肠杆菌可以生产出人的胰岛素 联系前面有关细胞器功能的知识 结合基因工程操作程序的基本思路 思考一下 若要生产人的糖蛋白 可以用大肠杆菌吗 有些蛋白质肽链上有共价结合的糖链 这些糖链是在内质网和高尔基复合体上加工完成的 内质网和高尔基复合体存在于真核细胞中 大肠杆菌不存在这两种细胞器 因此 在大肠杆菌中生产这种糖蛋白是不可能的 寻根问底 归纳 基因工程的基本操作程序 获取目的基因从基因文库利用pcr化学方法人工合成构建基因表达载体目的基因 启动子 终止子 标记基因将目的基因导入受体细胞农杆菌转化法 显微注射法 用ca2 处理细胞目的基因的检测与鉴定检测 是否插入 转录 翻译鉴定 下列叙述错误的是 a 从基因组文库中获取的某种生物的部分基因 可以实现物种间的基因交流b 基因探针是指用放射性同位素或荧光分子等标记的含目的基因dna分子c 基因治疗主要是对有基因缺陷的细胞进行替换d 用人胰高血糖素基因制成的dna探针 检测人胰岛b细胞中的mrna 可形成杂交分子 d a 构建基因组dna文库时 首先需分离细胞的 a 染色体dnab 线粒体dnac mrnad trna 下列不属于基因工程中获取目的基因的方法的是 a 从基因文库中获取b 利用限制酶在受体细胞中获得c 利用dna合成仪人工直接进行合成d 利用pcr技术扩增实现大量生产 下列关于基因文库的说法中 不正确的是 a 某果蝇x染色体上的所有基因组成的文库是部分基因文库b 取出果蝇某细胞中全部mrna 通过反转录产生的全部dna片段称为该果蝇的基因组文库c cdna文库中的基因可以在不同物种间进行交流d 可以根据基因的碱基序列 基因的功能 基因在染色体上的位置 基因的转录产物mrna 以及基因的表达产物蛋白质等特性来获取目的基因 b b 由于质粒与目的基因具有相同的黏性末端 结合过程中不可能出现下列哪种情况 a 形成环状的外源dnab 可能形成环状的载体dnac 可能重组dnad 只出现重组dna c d 下列基因工程操作步骤中 未发生碱基互补配对的是 a 基因表达载体的构建b pcr技术获得目的基因c dna分子杂交技术d 抗原抗体杂交技术 科学家通过基因工程的方法 将血清白蛋白基因导入动物细胞 并通过动物分泌的乳汁来生产血清白蛋白 以下有关基因工程的叙述 错误的是 a 基因工程能定向地改变生物的遗传性状b 采用反转录的方法得到的目的基因与天然存在的目的基因完全一样c 将目的基因导入动物细胞最有效的方法是显微注射法d 用同一种限制酶 分别处理质粒和含目的基因dna 可产生相同黏性末端而形成重组dna分子 b 下列关于基因工程的说法正确的是 a 基因工程的设计和施工是在dna分子水平上进行的b 目前基因工程中所有的目的基因都是从供体细胞中直接分离得到的c 基因工程能使科学家打破物种界限 但是不能定向地改造生物性状d 只要检测出受体细胞中含有目的基因 目的基因就一定能成功地进行表达 b a 在基因表达载体的构建中 下列说法正确的是 a 一个表达载体的组成只包括启动子 终止子b 只有存在启动子才能驱动基因转录出mrnac 基因表达载体的构建是在生物体的细胞内完成的d 终止密码子的作用是使转录在所需要的地方停止 c 甲 乙两图表示从细菌细胞中获取目的基因的两种方法 以下说法中错误的是 a 甲方法可建立该细菌的基因组文库b 乙方法可建立该细菌的cdna文库c 甲方法需dna水解酶参与d 乙方法需要反转录酶参与 b 据图分析 下列有关基因工程的说法错误的是 a 用限制酶 和酶 同时切割目的基因和质粒可防止二者任意结合b 重组质粒中包含启动子和终止密码子c 质粒上有复制原点d 标记基因的作用是便于目的基因的鉴定和筛选 基因工程中因受体细胞不同 目的基因导入的方法也不同 下列叙述不正确的是 a 将目的基因导入棉花细胞内常用花粉管通道法b 将目的基因导入老鼠细胞内常用显微注射法c 将目的基因导入大肠杆菌内常用感受态细胞转化法d 将目的基因导入小麦细胞内常用农杆菌转化法 目的基因与运载体结合所需的条件有 同一种限制酶 具有抗性基因的质粒 rna聚合酶 目的基因 dna连接酶 四种脱氧核苷酸 a b c d d d 在自然条件下 农杆菌感染双子叶植物和裸子植物 因此农杆菌转化法是将目的基因导入植物细胞最常用的方法 但大多数单子叶植物不能用 d错误 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 逆转录法 通过dna合成仪利用化学方法人工合成 a b c d d d 下列技术依据dna分子杂交原理的是 用dna分子探针诊断疾病 b淋巴细胞与骨髓瘤细胞杂交 检测目的基因的表达终产物 快速灵敏地检测饮用水中病毒的含量 a b c d 如图是利用基因工程技术生产可食用疫苗的部分过程 其中pst sma ecor apa 为四种限制性核酸内切酶 下列有关说法中正确的是 a 图示过程是基因工程的核心步骤 所需的限制性核酸内切酶均来自原核生物b 图示中构建基因表达载体时 需用到一种限制性核酸内切酶c 一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的核糖核苷酸序列d 抗卡那霉素基因的存在有利于将含有抗原基因的细胞筛选出来 d 此表达载体构建时需要用到ecor pst 限制性核酸内切酶 b错误 c 下列关于核酸分子杂交和抗原 抗体杂交的叙述 正确的是 a 核酸分子杂交是指两条脱氧核苷酸链的杂交b 抗原 抗体杂交的原理为碱基互补配对原则c 核酸分子杂交可检测目的基因的存在和转录d 抗原 抗体杂交中目的基因产物常作为抗体 a 核酸分子杂交是指两条核苷酸链的杂交 a错误 b 抗原 抗体杂交的原理为抗体与抗原特异性结合 b错误 c 核酸分子杂交可检测目的基因的存在和转录 c正确 d 抗原 抗体杂交中目的基因产物常作为抗原 d错误 如图1表示含有目的基因的dna片段和部分碱基序列 图2表示一种质粒的结构和部分碱基序列 现有msp bamh mbo sma 4种限制性核酸内切酶切割的碱基序列和酶切位点分别为c cgg g gatcc gatc ccc ggg 下列叙述正确的是 a 上述4种限制性核酸内切酶中bamh mbo 切出的粘性末端不相同b bamh mbo 酶切dna后加dna连接酶重新拼接 都能被mbo 再次切割c msp sma 切出的两个末端可以用dna连接酶相互连接d 最终构建的基因表达载体上会同时含有抗生素a b抗性基因 b 科学家运用基因工程技术将人的胰岛素基因与大肠杆菌的质粒dna分子重组 并且在大肠杆菌体内获得成功表达 如图所示a处为胰岛素基因与大肠杆菌质粒dna结合的位置 它们彼此能结合的依据是 a 基因自由组合定律b 半保留复制原则c 基因分离定律d 碱基互补配对原则 d 如图为重组质粒形成示意图 将此重组质粒导入大肠杆菌 然后将大肠杆菌放在四种培养基中培养 a 无抗生素的培养基 b 含四环素的培养基 c 含氨苄青霉素的培养基 d 含四环素和氨苄青霉素的培养基 含重组质粒的大肠杆菌能生长的是 a ab a和cc a和bd b和c b 科学家培育出了某种抗虫玉米 这种转基因玉米能高效合成一种多肽类的消化酶抑制剂 让害虫无法消化食物而死 通过下图是该转基因玉米的培育过程 相关叙述正确的是 a 人类通常食用煮熟的玉米 该抑制剂被高温破坏后不会影响人体b 只要在 幼苗中检测到消化酶抑制剂基因 就标志着成功培育出了抗虫玉米新品种c 图中 在基因工程中依次叫做基因表达载体 目的基因d 人食用该转基因玉米后 该抑制剂基因能直接在人体细胞内表达 使人无法消化食物而患病 a mse pst ecor 三种限制酶的识别序列及切割位点分别是 gaat