基因工程的程序

请拿出你的课本、典题本、002号导学案和三色笔，还有你的,激情,你准备好了吗？,机会是给那些有准备的人！,转基因矮牵牛,转基因蓝玫瑰,1.2基因工程的基本操作程序,知识与技能：1、简述基因工程原理及基本操作程序。2、尝试设计某一转基因生物的研制过程。,过程与方法：通过让学生了解世界最前沿技术，追踪社会热点，提高学生搜集处理信息的能力。,情感态度与价值观：通过对四步基本操作程序的具体操作技术的学习以及各国对此技术的重视，建立起知识创造价值，知识为人类服务，使人类生活质量更好的美好愿望。,优秀小组,优秀个人,第组,态度认真：,书写规范：,质量高：,闪光点,及时查阅课本，按时完成导学案。大多数同学能对导学案中的问题做出勾画。能基本掌握基因工程基本操作程序的有关知识及图解。,美中不足,1、学案的反思总结完成较差，缺乏对知识点的灵活运用。2、基因工程基本操作程序的具体过程部分同学未掌握，探究3、4、5问题较多。,改进措施,1、本节的基因工程基本操作程序要注意理解和运用，勤加练习。2、已学习过的基因工程基本工具注意及时复习巩固，联系基因的有关知识。在练习过程中注意勤加思考，回归课本。,四个主要步骤:,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,一、目的基因的获取:,1.目的基因：主要指编码蛋白质的结构基因.,目前被较广泛提取使用的目的基因有：生物抗逆性相关基因、与优良品质相关的基因、与生物药物和保健品相关的基因、与毒物降解相关的基因、与工业用酶相关的基因等。如苏云金杆菌抗虫基因、人胰岛素基因、人干扰素基因、种子贮藏蛋白基因、植物抗病基因、生物各抗性基因等。,链接：基因结构,基因的结构（补充知识）,与RNA聚合酶结合位点,终止子,RNA聚合酶能够识别调控序列中的结合位点，并与其结合。,转录开始后，RNA聚合酶沿DNA分子移动，并以DNA分子的一条链为模板合成RNA。,转录完毕后，RNA链释放出来，紧接着RNA聚合酶也从DNA模板链上脱落下来。,1、编码区：能转录相应的信使RNA，能编码蛋白质的序列。,2、非编码区：调控遗传信息表达的核苷酸序列(启动子、终止子），不编码蛋白质。,一、原核细胞的基因结构,二、真核细胞的基因结构,编码区,内含子,外显子,启动子,终止子,基因的结构（补充知识）,与RNA聚合酶结合位点,1、编码区,2、非编码区：调控遗传信息表达的核苷酸序列(启动子、终止子），不编码蛋白质。,三、原核细胞与真核细胞的基因结构比较,思考,编码相同数目氨基酸的蛋白质，原核细胞与真核细胞基因结构一样长吗？,连续,不连续,编码区,非编码,2.目的基因的来源：,一、目的基因的获取:,从自然界已有的物种分离人工方法合成,3.获取目的基因的常用方法：,从基因文库中获取目的基因利用PCR技术扩增目的基因人工合成目的基因,一、目的基因的获取:,（一）从基因文库中获取目的基因,1.基因文库：,2.基因文库的分类：,按照外源DNA片段的来源：从特定组织提取的染色体基因组DNA-基因组文库（包含了一种生物所有的基因）mRNA反转录成的cDNA拷贝-cDNA文库（包含了一种生物的一部分基因，即部分基因文库）,将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导入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。,1)基因组文库(Genomiclibrary),是指将某种生物体的全部基因组DNA用限制性内切酶或机械力量切割成一定长度范围的DNA片段，再与合适的载体在体外重组后，导入受体菌的群体中储存，这个群体就称为该生物基因组文库。其目的是分离有用的目的基因和保存某种生物的全部基因。,一、目的基因的获取,（一）从基因文库中获取目的基因,基因文库,某生物体内全部DNA,许多DNA片段,受体菌群体,基因组文库,直接分离基因,一、目的基因的获取,（一）从基因文库中获取目的基因,基因文库,cDNA(complementaryDNA，互补DNA)：是由生物的某一特定器官或特定发育时期细胞内的mRNA经体外反转录后形成的互补DNA片段，与载体连接后储存在一个受体菌群中，这个受体菌群就叫做这种生物的cDNA文库,2)cDNA文库(cDNAlibrary),某种生物某个时期的mRNA,cDNA（互补DNA）,受体菌群体,cDNA文库,基因组文库与部分基因文库的关系,DUCK179制作,3.怎样构建基因文库?,：直接分离法,供体细胞中的DNA,许多DNA片段,各自与运载体结合成重组DNA分子,限制酶,受体细胞,受体细胞产生特定性状,导入,外源DNA扩增,目的基因,分离,(鸟枪法),一、目的基因的获取,（一）从基因文库中获取目的基因,多用于原核生物,反转录法,目的基因的mRNA,目的基因,化学合成法,肽链氨基酸序列,mRNA序列,基因的核苷酸序列,目的基因,合成,反转录,3.怎样构建基因文库?,一、目的基因的获取,（一）从基因文库中获取目的基因,人工合成法（真核生物）,推测,推测,单链DNA,合成,4.基因组文库和部分基因文库的比较,一、目的基因的获取,（一）从基因文库中获取目的基因,小,大,无,有,无,有,某种生物的部分基因,某种生物的全部基因,可以,部分基因可以,一、目的基因的获取:,（一）从基因文库中获取目的基因,5.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。,概念：PCR全称为_，是一项在生物_复制_的核酸合成技术,条件：_、_、_、_。,原理：_,方式：以_方式扩增，即_（n为扩增循环的次数）,结果：,聚合酶链式反应,体外,特定DNA片段,DNA复制,已知基因的核苷酸序列,四种脱氧核苷酸,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,一、目的基因的获取:,（二）利用PCR(聚合酶链式反应)技术扩增目的基因,在TaqDNA聚合酶的作用下，合成与模板互补的DNA双链,反应过程：,a.变性(9095):,b.退火（复性）(5560):,c.延伸(7075):,高温使DNA解旋为单链,引物与模板结合，形成局部双链,d.重复循环,过程,一、目的基因的获取,（二）利用PCR技术扩增目的基因,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,（三）用化学方法直接人工合成目的基因,反转录法,mRNARNA与DNA杂交链单链DNA双链DNA,逆转录酶,核苷酸酶H,DNA聚合酶,cDNA,化学合成法,氨基酸序列mRNA序列目的基因序列目的基因,推测,合成,思考：,不具有，缺少非编码区(启动子、终止子）和非编码序列（如内含子），要人工构建。,人工合成的目的基因是否具有完整基因结构的基因？,推测,练习,1.下列不属于获取目的基因的方法是（）A.“鸟枪法”B.转录法C.反转录法D.根据已知氨基酸序列合成法,B,2、PCR技术扩增DNA,需要的条件是（）目的基因引物四种脱氧核苷酸DNA聚合酶等mRNA核糖体A、B、C、D、,A,二、基因表达载体的构建基因工程的核心,1、目的：所需物质：,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，同时使目的基因能够表达和发挥作用。,它们各自的作用是什么?,2、基因表达载体的组成：,复制原点+目的基因+启动子+终止子+标记基因,它们各自的作用是什么?,启动子：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，最终获得蛋白质终止子：位于基因的尾端的一段特殊的DNA片断，能终止mRNA的转录标记基因的作用是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,复制原点：是转录和复制的起点,导入,接种培养,接种培养,接种培养,接种培养,含有四环素的完全培养基,完全培养基,大肠杆菌不含抗四环素基因,证明：,不存活,含有四环素的完全培养基,证明：,大肠杆菌含抗四环素基因,证明：,大肠杆菌的受体细胞含有目的基因,四环素抗性基因,四环素抗性基因,完全培养基,存活,如何把导入了目的基因的受体细胞筛选出来？,质粒,目的基因,限制酶处理,一个切口两个黏性末端,两个切口获得目的基因,DNA连接酶,表达载体,同种,3.过程:,三、将目的基因导入受体细胞,（一）转化：,（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,农杆菌转化法,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、将目的基因导入植物细胞,（1）农杆菌转化法,特点:,能感染双子叶植物和祼子植物,对单子叶植物无感染能力,Ti质粒的TDNA可转移至受体细胞并整合到其染色体上,转化过程:,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,适用于双子叶植物、裸子植物,（2）基因枪法,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。,适用于单子叶植物,（3）花粉通道法（例如：转基因抗虫棉）,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。,适用于被子植物,2、将目的基因导入动物细胞方法：显微注射法程序：,细胞类型：,受精卵,发育成新性状的动物,移植到子宫或输卵管,培养成早期胚胎,显微注射,取受精卵,提纯含目的基因表达载体,3、将目的基因导入微生物细胞（常用大肠杆菌）原核生物特点：繁殖快、单细胞、遗传物质少方法：,用Ca2+处理细胞感受态细胞表达载体与感受态细胞混合感受态细胞吸收DNA分子,比较目的基因导入不同细胞的方法,农杆菌转化法,显微注射法,Ca2+处理法,体细胞,受精卵,大肠杆菌,若通过基因过程生产人的糖蛋白可以用大肠杆菌作为工程菌吗？,不可以，糖蛋白上的糖链是在内质网和高尔基体上加工完成，而内质网和高尔基体存在真核细胞中，大肠杆菌是原核生物，细胞中不含这两种细胞器。,以酵母菌作为工程菌可以吗?,可以，酵母菌为真核生物（真菌类）。,四.目的基因的检测与鉴定,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,DNA-RNA分子杂交,抗原-抗体杂交,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。,1.检测,转基因生物的DNA,探针,15N,15N,14N,14N,（1）检测转基因生物染色体的DNA上是否插入了目的基因,基因探针：,放射性同位素等标记的DNA分子,方法,DNA分子杂交技术,变性,变性,变性,方法,DNA分子杂交技术,（2）检测目的基因是否转录出了mRNA,探针,15N,15N,转基因生物的mRNA,14N,14N,（3）检测目的基因是否翻译成蛋白质,方法抗原-抗体杂交,2.鉴定,抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等,例：用棉铃饲喂棉铃虫，如虫吃后不出现中毒症状，说明未摄入目的基因或摄入目的基因未表达。如虫吃后中毒死亡，则说明摄入了抗虫基因并得到表达。,合作交流、共同提升,重点讨论：合作探究中的各题。,讨论要求：1、请各小组长组织好本组讨论。2、强帮弱，“兵教兵”；和谐互助，共同进步。3、集体讨论，解决疑难，做好勾画，总结本组好的解题方法和思路，为展示和质疑做好准备。,特别提示：1、熟悉基因工程的几种工具。2、理解记忆基因工程的具体操作步骤。,乐于分享善于沟通,展示自我激励自我提升自我,1目标：精彩展示使你和同学们思路清晰。2要求：展示同学展示迅速，书写规范。展示开始时非展示同学可继续小声讨论，或翻阅学案、课本，进一步思考；展示快结束时，迅速浏览展示内容，认真比对，准备点评、补充、质疑、追问。,展示安排及目标要求,总结规律踊跃质疑让生命在积极的探索中得到提升！,1目标：通过你的精彩点评同学们能熟练掌握重点并突破难点问题。2要求：点评同学，能做到“三大”，使用专业术语，语言规范精炼，注意与同学之间的交流互动，对其他同学提出的问题处理得当。非点评同学，边听边记，善于比对，敢于质疑。,点评安排及目标要求,5、科学家通过基因工程方法，将苏云金芽孢杆菌的Bt毒蛋白基因转入普通棉株细胞内，并成功实现了表达，从而培育出了能抗棉铃虫的棉花植株抗虫棉。其过程大致如图所示：,（1）进行基因工程操作的工具酶有，将苏云金芽孢杆菌的Bt基因导入棉花细胞内，使棉花植株产生抗虫性状，引起这种新性状产生依赖于。细菌的基因之所以能在棉花细胞内表达，产生抗性，其原因是_。,限制酶，DNA连接酶,它们共用一套遗传密码,基因重组,(2)基因工程的操作程序主要包括的四个步骤是_，其核心步骤是，其目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以_给下一代，同时，使目的基因能够表达和发挥作用。,(3)上述过程中，将目的基因导入棉花细胞内使用的方法是_，这种导入方法较经济、有效。目的基因能否在棉株体内稳定维持和表达其遗传特性的关键是目的基因是否插入到受体细胞染色体DNA上，这需要通过检测才能知道，检测采用的最好方法是_。,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,基因表达载体的构建,遗传,农杆菌转化法,DNA分子杂交技术,（4）Ti质粒是农杆菌中的一种质粒，其上有T-DNA，把目的基因插入Ti质粒的T-DNA中是利用T-DNA的特点。含有Bt基因的Ti质粒导入棉花细胞是否可以稳定维持和表达其遗传特性，必须进行检测与鉴定。检测目的基因是否导入成功可以检测Bt基因是否转录出了mRNA，这是检测目的基因是否发挥功能作用的。检测方法是。,（5）抗虫棉的培育过程中，抗虫基因的受体细胞可以是棉花的一般体细胞，原因是。最后检验培育的棉花是否抗虫，常用的方法是。,可转移至受体细胞并且整合到,第一步,DNA分子杂交技术,植物细胞具有全能性,用培育的棉花的叶等器官喂食害虫，观察害虫的生活情况,受体细胞的染色体DNA上,附加题：已知SARS是由一种RNA病毒感染所引起的疾病。SARS病毒表面的S蛋白是主要的病毒抗原，在SARS病人康复后的血清中有抗S蛋白的特异性抗体。某研究小组为了研制预防SARS病毒的疫苗，开展了前期研究工作。其简要的操作流程如下：,(1)实验步骤所代表的反应过程是_。(2)步骤构建重组表达载体A和B必须使用的酶_。,(3)如果省略步骤而将大量扩增的S基因直接导入大肠杆菌，一般情况下，不能得到表达的S蛋白，其原因是S基因在大肠杆菌中不能_，也不能_。,逆转录,限制性内切酶和DNA连接酶,复制,合成S基因的mRNA(或转录),(4)为了检验步骤所表达的S蛋白是否与病毒S蛋白有相同的免疫反应特征，可用与进行抗原抗体特异性反应实验，从而得出结论。(5)步骤和的结果相比，原核细胞表达的S蛋白与真核细胞表达的S蛋白的氨基酸序列_(填“相同”或“不同”)，根本原因是_。,大肠杆菌中表达的S蛋白,相同,它们共用