基因工程操作程序学案 文档.docVIP

基因工程的基本操作程序学案学习目标：写出基因工程的四个操作步骤。解释基因文库、基因组文库、部分基因文库的区别与联系。分析基因工程四个步骤的原理、工具及具体的操作程序。学习重点：基因工程基本操作程序的四个步骤。学习难点：从基因文库中获取目的基因；利用PCR技术扩增目的基因。学习过程：【知识回顾】1.基因工程的概念：2.限制酶、DNA连接酶、DNA聚合酶作用的部位是_，各自的功能是_ _ _ 。3.运载体具备的几个条件？【自主学习】一基因工程的基本操作程序：1.基因工程的基本操作程序主要包括四个步骤： 、 、 、 。 2.基因工程的基本操作程序为什么要分四个步骤，分析每一步骤的必要性。为什么要有“目的基因的获取”这一步？从基因工程的概念所说的“更符合人们需要”，就是目的，那么更符合人们需要的那个基因就是目的基因了。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。为什么要有“表达载体的构建”这一步？单独的DNA片段目的基因是不能稳定遗传的。构建表达载体的目的是为了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，同时使目的基因能表达和发挥作用。为什么要有“目的基因导入受体细胞”这一步？含有目的基因的表达载体只有进入受体细胞，并且维持稳定和表达，才能实现一种生物的基因在另一种生物中的转化。为什么要有“目的基因的检测与鉴定”这一步？这是因为目的基因是否真正插入受体细胞的DNA中，是否能够在受体细胞中稳定遗传和正确表达，只有通过检测、鉴定才能得知。二基本操作程序具体步骤：(一) 目的基因的获取1目的基因：符合人们需要的，编码蛋白质的 。2获取目的基因的方法获取目的基因的方法：(1) 从 中获取目的基因：基因文库：将含有某种生物不同基因的许多 ，导人受体菌的群体中 ，各个受体菌分别含有这种生物的不同基因，称为基因文库。基因组文库：含有一种生物的 基因种类cDNA文库：含有一种生物的 基因目的基因的获取根据基因的有关信息：基因的 序列、基因在 上的位置、基因的 产物mRNA、基因的 产物蛋白质等特性获取目的基因。(2)利用 扩增目的基因：PCR：是一项在生物体外 特定DNA片段的核酸合成技术。条件：已知目的基因的 序列。过程：目的基因DNA受热形成 ，与 结合，然后在 _的作用下进行延伸形成DNA。方式：指数扩增=2n(n为扩增循环的次数)思考：PCR技术与DNA复制的异同点？(3)人工合成法：基因较小，核苷酸序列已知，可以人工合成。1）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。2）根据已知的氨基酸序列合成DNA法：根据已知蛋白质的氨基酸序列，推测出相应的信使RNA序列，然后按照碱基互补配对原则，推测出它的结构基因的核苷酸序列，再通过化学方法，以单核苷酸为原料合成目的基因。例1 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（二）基因表达载体的构建基因工程的核心1目的：2表达载体的组成：目的基因+ + +标记基因等。（1）启动子：是一段有特殊结构的 ，位于基因的 ，它是 结合的部位，驱动基因转录产生mRNA。（2）终止子：也是一段有特殊结构的 位于基因的 ，终止 。（3）标记基因： 受体细胞是否含有目的基因。常用的标记基因是 。3表达载体的功能：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且 给下一代；使目的基因 _ 和发挥作用。4不同的受体细胞及目的基因导入受体细胞的方法不同，基因表达载体的构建上也会有所差别。5.在构建过程中需什么工具？只考虑两两结合，可以产生几种重组DNA分子？6.绘一个基因表达载体示意图：例2科学家在培育抗虫棉时，经过了许多复杂的过程和不懈的努力，才获得成功。起初把苏云金芽孢杆菌的抗虫基因插入载体质粒中，然后导入棉花的受精卵中，结果抗虫基因在棉花体内没有表达。然后在插入抗虫基因的质粒中插入启动子(抗虫基因首端)，导人棉花受精卵，长成的棉花植株还是没有抗虫能力。科学家又在有启动子、抗虫基因的质粒中插入终止子(抗虫基因末端)，导入棉花受精卵，结果成长的植株，有了抗虫能力。由以上过程推知，作为目的基因的运载体应具备的结构是( ) A目的基因、启动子 B目的基因、终止子 C目的基因、启动子、终止子 D目的基因、启动子、终止子、标记基因(三) 将目的基因导入受体细胞转化的概念：1将目的基因导入植物细胞采用最多的方法是 ，其次还有 和 等(1)农杆菌转化法农杆菌特点：易感染 植物和裸子植物，对_植物没有感染力；Ti质粒的 可转移至受体细胞，并整合到受体细胞的染色体上。转化：目的基因插人 农杆菌导入植物细胞目的基因整合到植物细胞染色体上目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达。(2)基因枪法 基因枪法：是单子叶植物中常用的一种基因转化方法，但是成本较高。(3)花粉管通道法 花粉管通道法：这是我国科学家独创的一种方法，是一种十分简便经济的方法。（我的的转基因抗虫棉就是用此种方法获得的）2将目的基因导入动物细胞(1)方法： 注射技术。(2)操作程序：目的基因表达载体 取卵(受精卵) 显微注射注射了目的基因的受精卵移植到_性动物的 _内发育新性状动物。3将目的基因导人微生物细胞(1) 原核生物作为受体细胞的原因是 ，最常用的原核细胞是 ，(2)转化： 处理细胞 细胞表达载体与感受态细胞混合_ 细胞吸收DNA分子。例3采用基因工程的方法培育抗虫棉，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，与质粒重组，导人细菌，用该细菌感染棉的体细胞，再进行组织培养将编码毒素蛋白的DNA序列，与细菌质粒重组，注射到棉的子房并进入受精卵 A、 B、 C、 D、(四) 目的基因的检测与鉴定1检测: (1)首先要检测 ，方法是采用 。(2)其次还要检测 ，方法是采用 。(3)最后检测 ，方法是从转基因生物中提取 ，用相应的 进行 杂交。2鉴定:有时还需进行 的鉴定。如一个抗虫或抗病的目的基因导入植物细胞后，是否赋予了植物抗虫或抗病特性，需要做 实验。例4 下图是将人的生长激素基因导人细菌B细胞内制造“工程菌”的示意图，所用载体为质粒A。已知细菌B细胞内不含质粒A，也不含质粒A上的基因，质粒A导人细菌B后，其上的基因能得到表达。请回答下列问题：（1）人工合成目的基因的途径一般有哪两种？（2）如何将目的基因和质粒结合成重组质粒（3）目前把重组质粒导入细菌细胞时，效率还不高，导入完成后得到的细菌，实际上有的根本没有导入质粒，有的导入的是普通质粒A，只有少数导入的是重组质粒。以下步骤可鉴别得到的细菌是否导人了质粒A或重组质粒：将得到的细菌涂布在一个含有氨苄青霉素的培养基上，能够生长的就导人了质粒A或重组质粒，反之则没有。使用这种方法鉴别的原因是_ _ _ _ 。（4）若把通过鉴定证明导人了普通质粒A或重组质粒的细菌放在含有四环素的培养基上培养，会发生的现象是 _ 。原因是： _ _。（5）导人细菌B细胞中的目的基因成功表达的标志是什么? _。答案：(1)据课本内容知人工合成基因的两条途径是：将从细胞中提取分离出的目的基因作为模板，转录成mRNA 单链DNA 双链DNA；据蛋白质中氨基酸序列 mRNA中碱基序列 DNA碱基序列 目的基因。(2)将目的基因和质粒结合形成重组质粒的过程是：用一定的限制酶切割质粒，使其出现一个有粘性末端的切口；用同种限制酶切割目的基因，产生相同的粘性末端；将切下的目的基因片段插入到质粒的切口处，再加入适量的DNA连接酶，使质粒与目的基因结合成重组质粒。(3) 普通质粒A和重组质粒都含有抗氨苄青霉素基因(4)有的能生长，有的不能生长 导入普通质粒A的的细菌能生长，因为普通质粒A上有抗四环素基因；导入重组质粒的细菌不能生长，因为目的基因插在四环素基因中，抗四环素基因中，抗四环素基因的结构被破坏(5)受体细胞通过转录、翻译合成相应的蛋白质，即人的生长激素。【典题精析】例1采用基因工程技术将人凝血因子基因导入山羊受精卵，培育出了转基因羊。但是，人凝血因子只存在于该转基因羊的乳汁中。以下有关叙述，正确的是（ ）A人体细胞中凝血因子基因编码区的碱基对数目，等于凝血因子氨基酸数目的3倍B可用显微注射技术将含有人凝血因子基因的重组DNA分子导入羊的受精卵C在该转基因羊中，人凝血因子基因存在于乳腺细胞，而不存在于其他细胞中D人凝血因子基因开始转录后，DNA连接酶以DNA分子的一条链为模板合成mRNA解析：本题从大试大纲获取信息的能力之“关注对科学、技术和社会发展有重大影响和意义的生物学新进展。”和理解能力“（1）能阐述所学知识的要点，把握知识间的内在联系，形成知识的网络结构。（2）能运用所学知识，对某些生物学问题进行解释、推理，作出合理的判断或得出正确的结论。”入手。以生物工程之核心基因工程为命题点，综合考查相关知识。A项没有考虑非编码区和内含子；C项将目的基因导入到了受精卵中，所有体细胞中都应含有。D促进合成信使RNA的应是RNA聚合酶。答案：选B。例2在植物基因工程中，用土壤农杆菌中的Ti质粒作为运载体，把目的基因重组人Ti质粒上的T一DNA片段中，再将重组的T一DNA插入植物细胞的染色体DNA中。(1)科学家在进行上述基因操作时，要用同一种分别切割质粒和目的基因，质粒的黏性末端与目的基因DNA片段的黏性末端就可通过而黏合。(2)将携带抗除草剂基因的重组Ti质粒导人二倍体油菜细胞，经培养、筛选获得一株有抗除草剂特性的转基因植株。经分析，该植株含有一个携带目的基因的T一DNA片段，因此可以把它看作是杂合子。理论上，在该转基因植株自交F1代中，仍具有抗除草剂特性的植株占总数的，原因是。(3)种植上述转基因油菜，它所携带的目的基因可以通过花粉传递给近缘物种，造成“基因污染”。如果把目的基因导人叶绿体DNA中，就可以避免“基因污染”，原因是。解析：（1）同一种限制性核酸内切没能在相应基因上切除相同的黏性末端，再通过碱基互补配对而黏合。（2）该性状是显性性状，母本又是杂合子，因此在自交后代中，具有抗除草剂特性的植株占总数的3/4。（3）叶绿体遗传是细胞质遗传。参考答案：(l)限制性内切酶碱基互补配对(2)3/4雌雄配子各有1/2含抗除草剂基因;受精时.雌雄配子随机结合(3)叶绿体遗传表现为母系遗传，目的基因不会通过花粉传递而在下一代中显现出来巩固练习：一、选择题：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 利用DNA转录 人工合成A B C D2、不属于目的基因与运载体结合过程的是( )A用一定的限制酶切割质粒，露出黏性末端 B用同种限制酶切割目的基因，露出黏性末端 C将切下的目的基因插入到质粒的切口处 D将重组DNA引入到受体细胞中进行扩增3、分辨基因工程是否成功是通过( )A提取目的基因 B基因表达载体的构建 C目的基因导人受体细胞 D目的基因的检测与鉴定4下列不属于获取目的基因的方法的是( )A利用DNA连接酶复制目的基因 B利用DNA聚合酶复制目的基因C从基因文库中获取目的基因 D利用PCR技术扩增目的基因5哪项不是基因表达载体的组成部分( )A启动子 B终止密码 C标记基因 D目的基因6在胰岛素的基因与质粒形成重组DNA分子的过程中，下列哪组是所需要的( )同一种限制酶切割两者；不需同一种限制酶切割两者；加入适量的DNA连接酶；不需加DNA连接酶A B C D7下列说法中正确的