江苏省宿迁市马陵中学高考生物专题复习 基因工程的基本操作程序课件.ppt

1 2基因工程的基本操作程序 基因工程的基本操作程序主要包括四个步骤 p13 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 核心 一 目的基因的获取 主要指的是编码蛋白质的结构基因 二 常用获取方法 一 目的基因 1 从基因文库中获取 2 利用pcr技术扩增 3 利用人工合成方法 1 从基因文库中获取目的基因 p14 基因文库概念 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 各个受体菌分别含有这种生物的不同基因 基因文库的构建模式图 通过对受体菌的培养而储存大量目的基因 多种 基因文库种类 基因组文库 部分基因文库 cdna文库 如何从基因文库中得到所需要的基因 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 多聚酶链式反应 2 利用pcr技术扩增目的基因 分子生物学研究中最强大的实验技术之一 其本质是在体外模拟胞内dna分子复制的过程 美国科学家穆利斯 k b mullis 发明了pcr技术1993年诺贝尔奖 体内dna复制 1 条件 2 过程 3 特点 4 遵循原则 5 精确复制的原因 原料 模板 能量 酶 解旋酶 dna聚合酶 解旋 形成子链 子链母链缠绕 边解旋边复制 半保留复制 碱基互补配对 a t g c 独特的双螺旋结构为复制提供精确地模板 碱基互补配对原则保证复制准确无误的进行 2 利用pcr技术扩增目的基因 技术的原理 dna双链复制 在80 100 的温度范围内 dna的双螺旋结构将解体 双链分开 这个过程称为变性 当温度缓慢降低后 两条彼此分离的dna链又会重新结合成双链 pcr利用了dna的热变性原理 通过控制温度来控制双链的解聚与结合 现在使用的pcr仪实质上也是一台能够自动调控温度的仪器 2 利用pcr技术扩增目的基因 酶的特点 耐高温的dna聚合酶 taqdna聚合酶 不能从头开始合成dna 只能从3 端延伸dna 因此dna的复制需要引物 2 技术的条件 原料 模板 能量 酶 o o o p o ho oh 碱基 5 3 脱氧核苷酸结构简图 获取的前提 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 dna单链 对引物的要求是 1 长度通常为20 30个脱氧核苷酸 2 避免引物内部出现二级结构 避免两条引物间互补 否则会形成引物二聚体 2 技术的条件 2011江苏高考 设计引物是pcr技术关键步骤之一 某同学设计的两组引物都不合理请分别说明理由 第1组 第2组 引物i和引物 局部发生碱基互补配对而失效 引物i 自身折叠后会出现局部碱基互补配对而失效 变性 复性 延伸 加热到90 dna双链解旋为单链 降到50 引物通过碱基互补配对与单链dna结合 升温到72 四种脱氧核苷酸在dna聚合酶的作用下 根据碱基互补配对原则合成新的dna链 3 技术的过程 pcr的过程 变性95oc 5 引物1 5 引物2 5 5 模板dna 复制n次 只含有引物1的dna分子个只含有引物2的dna分子个占得比例为同时含有引物1和2的dna分子占得比例为 1 1 1 2n 1 2 2n 每个循环包括 变性 复性 延伸 从第二轮循环开始 上一次循环的产物也可以作为模板参与反应 并且由引物 延伸而成的dna单链会与引物 结合 进行dna的延伸 这样 dna聚合酶只能特异性地复制处于两个引物之间的dna序列 使这段固定长度的序列呈指数扩增 pcr的反应过程总结 4 结果 数量呈 n扩增 引物不同 5 细胞内复制和pcr的主要不同点 是否需要解旋酶 dna聚合酶种类 场所不同 2011江苏 请回答基因工程方面的有关问题1 利用pcr技术扩增目的基因 其原理与细胞内dna复制类似 如下图所示 从理论上推测 第四轮循环产物中含有引物a的dna片段所占的比例为 在第轮循环产物中开始出现两条脱氧核苷酸链等长的dna片段 15 16 3 2013 江苏 小鼠杂交瘤细胞表达的单克隆抗体用于人体试验时易引起过敏反应 为了克服这个缺陷 可选择性扩增抗体的可变区基因 目的基因 后再重组表达 下列相关叙述正确的是 多选 a 设计扩增目的基因的引物时不必考虑表达载体的序列b 用pcr方法扩增目的基因时不必知道基因的全部序列c pcr体系中一定要添加从受体细胞中提取的dna聚合酶d 一定要根据目的基因编码产物的特性选择合适的受体细胞 bd 2011江苏 pcr反应体系中含有的dna聚合酶与细胞内的不同之处是 下面的表达式不能正确反映dna聚合酶的功能 这是因为 dna聚合酶只能将单个脱氧核苷酸连续结合到双链dna片段的引物链上 耐高温 2011江苏 用限制酶ecorv mbol单独或联合切割同一种质粒 得到的dna片段长度如下图 1kb即1000个碱基对 请在答题卡的指定位置画出质粒上ecorv mbol的切割位点 反转录法根据已知的氨基酸序列合成 3 人工合成目的基因 使用范围 基因较小 核苷酸序列又已知 可以人工合成 具体方法 二 基因表达载体的构建 核心 1 表达载体的组成 复制原点 启动子 目的基因 终止子 标记基因等 思考 1 表达载体中启动子 终止子的位置 作用 rna聚合酶的本质是什么 作用是 2 表达载体中的标记基因的作用 试举例说明 3 尝试说明如何构建表达载体 位于基因首端 是rna聚合酶识别和结合的部位 驱动基因转录出mrna 最终获得蛋白质 启动子 终止子 位于基因的尾端 能终止dna的转录 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 标记基因 质粒 dna分子 含目的基因 限制酶处理 一个切口 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 2 构建过程 基因表达载体 核心 二 基因表达载体的构建 3 表达载体的功能 1 使目的基因在受体细胞中稳定存在 并能遗传 2 使目的基因能够表达和发挥作用 基本组成单位都是四种脱氧核苷酸 双链dna分子的空间结构都是规则的双螺旋结构 基因能拼接成功的理论基础是什么 常见的几种转化方法 导入植物细胞 导入动物细胞 导入微生物细胞 农杆菌转化法 最常用 显微注射技术 最常用 最有效 精子介导 利用感受态细胞 cacl2 与重组质粒混合 基因枪法 花粉管通道法 抗虫棉 三 将目的基因导入受体细胞 p20 1 转化程序 显微注射技术 目的基因表达载体 提纯 显微注射 取卵 受精卵 新性状的动物 导入 发育 三 将目的基因导入受体细胞 在猴子的未受精卵中加入附加基因 并利用它成功培育出健康活泼的小猴 安迪 通过对 安迪 的研究我们可以简单地引进如老年性痴呆病的基因 帕金森病基因等 加快针对这类疾病疫苗的开发研究 四 目的基因的检测与鉴定 p15 筛选重组细胞实现功能表达 思考 1 为什么要筛选重组细胞 根据什么特性筛选 插入灭活法筛选如何进行 从功能上看该种培养基属于什么培养基 2 从分子的水平如何筛选重组体 3 从个体的水平如何筛选重组体 分子水平筛选重组细胞 1 检测染色体的dna上是否插入了目的基因 检测方法 dna分子杂交技术 需要的工具 探针 在含有目的基因的单链dna片段上用放射性同位素等作标记方法 使探针与基因组dna杂交 如果显示出杂交带 表明插入成功 2 检测目的基因是否转录出了mrna 检测方法分子杂交技术 方法 从转基因生物中提取mrna 用探针 与mrna杂交 如果显示出杂交带 表明转录出了mrna 分子水平筛选重组细胞 3 检测目的基因是否翻译成蛋白质 检测方法抗原抗体杂交 从转基因生物中提取蛋白质 用相应的抗体进行抗原抗体杂交 若有杂交带出现 表明形成了相应的蛋白质 分子水平筛选重组细胞 个体水平的鉴定 抗虫鉴定 抗病鉴定 活性鉴定等 例 如虫吃后中毒死亡 则说明摄入了抗虫基因并得到表达 外源基因在受体内表达的理论基础 生物界共用一套遗传密码子 基因是控制生物性状的独立遗传单位 1 下列有关基因工程技术的叙述 正确的是a 重组dna技术所用的工具酶是限制酶 连接酶和载体b 所有的限制酶都只能识别同一种特定的核苷酸序列c 选用细菌作为重组质粒的受体细胞是因为细菌繁殖快d 只要目的基因进入了受体细胞就能成功实现表达 c 2 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 导入细菌 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 c 3 2008年10月8日 日本下村修 美国沙尔菲和钱永健因在发现绿色荧光蛋白 gfp 等研究方面做出突出贡献 获得2008年度诺贝尔化学奖 gfp在紫外光的照射下会发出绿色荧光 依据gfp的特性 你认为该蛋白在生物工程中的应用价值是a 作为标记基因 研究基因的表达b 作为标签蛋白 研究细胞的转移c 注入肌肉细胞 繁殖发光小白鼠d 标记噬菌体外壳 示踪dna路径 b 4 基因工程是在dna分子水平上进行设计施工的 在基因操作的基本步骤中 不进行碱基互补配对的步骤是a 人工合成目的基因b 目的基因与运载体结合c 将目的基因导入受体细胞d 目的基因的检测和表达 c 5 利用苏云金芽孢杆菌的抗虫基因培育的抗虫棉是否成功 最好检测a 是否有抗生素产生b 是否有目的基因表达c 是否有抗虫的性状出现d 是否能分离到目的基因 c 6 水母发光蛋白由236个氨基酸构成 其中天冬氨酸 甘氨酸和丝氨酸构成发光环 现已将这种蛋白质的基因作为生物转基因的标记 在转基因技术中 这种蛋白质的作用是a 促使目的基因导入受体细胞b 促使目的基因在受体细胞内复制c 使目的基因容易被检测出来d 使目的基因容易成功表达 c 7 下列关于基因工程的叙述 正确的是 a 基因工程经常以抗菌素抗性基因为目的基因b 细菌质粒是基因工程常用的运载体c 通常用一种限制酶处理含目的基因的dna 用另一种处理运载体的dnad 为培育成抗除草剂的作物新品种 导入抗除草剂基因时只能以受精卵为载体 b 8 应用基因工程技术诊断疾病的过程中必须使用基因探针才能达到检测疾病的目的 这里的基因探针是指 a 人工合成的免疫球蛋白的dna分子b 人工合成的苯丙氨酸羟化酶的dna分子c 用放射性同位素或荧光分子等标记的蛋白质分子d 用放射性同位素或荧光分子等标记的dna分子 d 9 以下有关基因工程的叙述 正确的是a 基因工程是细胞水平上的生物工程b 基因工程的产物对人类都是有益的c 基因工程产生的变异属于人工诱变d 基因工程育种的优点之一是目的性强10 破译生物基因组dna的遗传信息或进行基因操作 首先要提取细胞核dna 下列不适宜作为dna提取的实验材料是 a 鸡血细胞b 蛙的红细胞c 人的成熟红细胞d 菜花 d c 5 下列高科技成果中 根据基因重组原理进行的是 多选 a 我国科学家袁隆平利用杂交技术培育出超级水稻 b 我国科学家将苏云金杆菌的某些基因转移到棉花体内 培育出抗虫棉 c 我国科学家通过返回式卫星搭载种子培育出太空椒 d 我国科学家通过体细胞克隆技术培育出克隆牛 ab 6 关于限制酶的说法中 正确的是 多选 a 主要从真核生物中分离纯化出来b 能在特定的位点上切割dna分子c 对目的基因和运载体必需用两种特定的限制性内切酶进行切割 产生特定的黏性末端d 一种限制性内切酶只能识别一种特定的核苷酸序列 bd 7 多选 科学家将含人的 胰蛋白酶基因的dna片段 注射到羊的受精卵中 该受精卵发育的羊能分泌含抗 一胰蛋白质的奶 这一过程涉及a dna以其一条链为模板合成rnab dna按照碱基互补配对原则自我复制c rna以自身为模板自我复制d 按照rna密码子的排列顺序合成蛋白质 abd 8 可以用于重组dna技术的酶是a dna聚合酶b 限制性核酸内切酶c dna连接酶d 反转录酶 a b c d 科学家通过基因工程的方法培育抗虫棉时 需从苏云金芽孢杆菌中提取出抗虫基因 放入 棉花的细胞中与棉花结合起来并发挥作用 回答 1 从苏云金芽孢杆菌中切割抗虫基因所用的工具是 此工具主要存在于 中 其特点是 限制酶 微生物 一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列 并在特定的切点切割 2 苏云金芽孢杆菌中一个dna分子上有许多基因 获得抗虫基因的具体做法是 用酶将苏云金芽孢杆菌的切成许多片段 然后将这些片段分别 再通过 导入不同的受体细胞中 让它们在各个不同的受体细胞中大量 从中找出含有目的基因的细胞 再用一定的方法把 分离出来 3 进行基因工程操作一般要经过的四个步骤是 限制酶 dna 与运载体结合 运载体 复制 带有目的基因的dna片段 目的基因的获取 基因表达载体的构建 将目的基因导入受体细胞 目的基因的检测与鉴定 8 1997年 科学家将动物体内的能够合成胰岛素的基因与大肠杆菌的dna分子重组 并且在大肠杆菌中表达成功 请据右下图回答问题 1 此图是采取合成基因的方法获取基因的过程 2 图中 dna是以 为模板 形成单链dna 在酶的作用下合成双链dna 从而获得了所需要的目的基因 人工 目的 控制胰岛素合成的信使rna 3 图中 代表 它往往含 基因 以便对目的基因的检测 4 图中 表示 5 图中 表示随大肠杆菌的繁殖而进行增殖 此目的基因在大肠杆菌内表达的标志是 重组dna分子 标记 目的基因导入受体细胞 目的基因 大肠杆菌能产生人的胰岛素 9 农业科技工作者在烟草中找到了一抗病基因 现拟采用基因工程技术将该基因转入棉花 培育抗病棉花品系 1 要获得该抗病基因 可采用 等方法 为了能把该抗病基因转入到棉花细胞中 常用的载体是 2 要使载体与该抗病基因连接 首先应使用进行切割 假如载体被切割后 得到的分子末端序列为 则能与该载体连接的抗病基因分子末端是 基因文库 pcr 人工合成基因 质粒 限制酶 a 3 切割完成后 采用酶将载体与该抗病基因连接 连接后得到的dna分子称为 4 再将连接得到的dna分子导入农杆菌 然后用该农杆菌去棉花细胞 利用植物细胞具有的性进行组织培养 从培养出的植株中出抗病的棉花 5 该抗病基因在棉花细胞中表达的产物是a 淀粉b 脂类c 蛋白质d 核酸 6 转基因棉花获得的是由该表达产物来体现的 dna连接酶 重组dna 感染 全能 筛选 选择 c 抗病性状 9 基因工程又叫基因拼接技术 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 3 假设以大肠杆菌质粒作为运载体 并以同一种限制性内切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 mrna 反转录 双链dna 目的基因 动