《基因工程的基本原理学案》

1、 基因工程的基本原理学案 作者: 日期: 基因工程的基本原理学案 张建尚/江苏 【学习目标】 站得高一一明确学习目标 。 1. 简述DNA重组技术所需的三种基本工具。 2. 认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新。 3. 简述基因工程原理及基本操作程序。 4. 尝试设计某一转基因生物的研制过程。 【重点和难点】 重点：1.DNA重组技术所需的三种基本工具的作用。 2. 基因工程基本操作程序的四个步骤。 难点：1.基因工程载体需要具备的条件。 2.从基因文库中获取目的基因和利用PCR技术扩增目的基因。 【学法提示】 1. 联系DNA分子的结构，理解限制酶、DNA连接酶和载体的作用及特点

2、，准确画出限制酶切 割产生的末端；通过比较掌握DNA连接酶和DNA聚合酶的作用特点。 2. 联系DNA复制、基因表达过程，理解PCF过程、基因表达载体的构建和目的基因的检测与 鉴定。 【课前预习】起步稳一一知识源于生活。 1. 基因工程中使用的“分子手术刀”是 ，它能够识别 的某种 ，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的断开，从而使 DNA DNA片段产 末端或 末端；基因工程中使用的“分子缝合针”是 ，其作用是将“缝合”起来，恢复被限制酶切开了的; 基因进入受体细胞的载体被称为 “ ”,常用的载体有(11)等。 2. 作为载体DNA必须具备的特点有：具有一个至多个 ，供外源DNA片 段

3、插入其中；携带外源DNA进入受体细胞后，停留在细胞中进行，或者整合到 染色体DNA上，随染色体 DNA进行。具有特殊的，供重组DNA的 ;载体DNA必须是安全的。 3. 基因工程的基本操作程序主要包括四个步骤： 、 和。 4. 获取目的基因的方法有以下几种： 、 、。基因表达载体的构建是基因工程的 ， 一个基因表达载体的组成除了夕卜，还必须有、 以及 等。其中 是RNA聚合酶识别和结合的部位。 5. 将目的基因导入植物细胞采用最多的方法是， 是转基因动物 中采用最多，也是最为有效的一种将目的基因导入动物细胞的方法。转化大肠杆菌细胞时要 先用 处理细胞，使其成为细胞。用方法可以检 测转基因生物染

4、色体的 DNA上是否插入了目的基因，用方法可以检 测目的基因是否转录出了mRNA用方法可以检测目的基因是否翻译成蛋白 质。除了上述分子检测外，有的还需要进行 的鉴定。 答案1.限制性核酸内切酶(限制酶)双链DNA特定核苷酸序列磷酸二酯键黏 性末端平DNA连接酶双链 DNA片段磷酸二酯键分子运输车1质粒、入噬菌体 的衍生物和动植物病毒2.限制酶切割位点自我复制同步复制遗传标记基因鉴 定和选择3.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 4.从基因文库中获取目的基因利用PCR技术扩增目的基因通过DNA 合成仪用化学方法直接人工合成核心目的基因启动子终止子标记基因

5、启动子 5.农杆菌转化法显微注射法Ca2+感受态细胞DNA分子杂交分子杂交技术抗 原-抗体杂交个体生物学水平 【课堂探究】走得欢一一探索成长快乐。 一、DNA重组技术的基本工具 1. 分析回答下列问题： (1 )从噬菌体侵染细菌的实验来看，细菌等原核生物容易受到自然界外源 这类原核生物没有绝灭，其保护机制是 (2) 限制酶不能任意切割 DNA分子的原因是 (3) 已知限制性内切酶I的识别序列和切点是-GGATCC-请画出该酶切割 产生的黏性末端。 2. 比较： DNA的入侵，但 ggatC DNA连接酶 DNA聚合酶 作用对象 连接 DNA :连接DNA 作用部位 将DNA双链上 个缺口连接起

6、来 将个核苷酸加到已存在的核酸片段上 模板 共同点 3.思考并回答问题： (1) 为什么不能把单独的 DNA片段直接导入受体细胞？ _ 。如果选择的载体没有限制酶切割位点，能否 制作出重组DNA。 (2) 能否选用从霍乱弧菌中分离出来的质粒做载体？ 。 (3) 我们用肉眼不能直接观察到载体进入受体细胞，那如何鉴 定呢？ 二、基因工程的基本操作程序 完成基因工程的基本操作流程图，并回答问题： 限制酶切割4 a： c 口 生生 物 材 t料 斗b EDN 山 AC (1 )填写图中ae的内容。 (2)PCR过程中利用 使DNA解链为单链，所 得到转基因I A聚合酶的特点是， 需要的引物有/种。 （

7、3 ）右图是基因表达载体模式图，图中1是,作用是 ，2是，作用是。抗 生素基因的作用是 ，目的基因应该插入在 之间。 （4） 如果要将某目的基因通过农杆菌转化法导入植物细胞，先要将目的基因插入农杆菌Ti 质粒的 中，然后用该农杆菌感染植物细胞，通过DNA重组将目的基因插入植物 细胞的 上。受体细胞若是体细胞则可以通过技术获得 个体，而动物基因工程的受体细胞通常是 。在用表达载体转化大肠杆菌时， 常用处理大肠杆菌，以利于表达载体进入。 （5） 用 方法可以检测目的基因是否整合到染色体DNAh,为了检测目的 基因是否转录出了 mRNA可用标记的目的基因片段作探针与mRNA杂交，该杂交技术称为 _

8、，为了检测目的基因转录的mRNA是否翻译成，常用抗原-抗体杂交技 术。检测抗虫基因是否导入棉花体内，简便方法是 。 答案一、1.（ 1）细菌细胞内的限制酶能切割侵入的噬菌体DNA使之失去遗传作用（2） 限制酶具有特异性，能够识别特定核苷酸序列，并在特定的切点上切割 DNA分子（3） 2双链单链两单不需要模板以一条DNA链为模板都能形成磷酸二酯键3. （1）直接导入的 DNA片段不能复制，也容易被受体细胞水解不能（2）不能（3） 利用载体上特殊的遗传标记基因进行鉴定和选择 二、（1）mRN反转录cDNA文库构建表达载体目的基因的检测与鉴定（2）高温 耐高温2（ 3）启动子是 RNA聚合酶识别和转

9、录的部位，驱动基因转录出mRN终 止子终止基因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 筛选出来启动子与终止子（4）T-DNA染色体的DN/植物组织培养受精卵 Ca2+（ 5） DNA分子杂交分子杂交技术蛋白质用棉花叶直接饲喂害虫 【知识体系】 限制性核 本酸内切酶 工具 WDNA连接从基因文 H酶的基因的获中获取 取 WCR扩增丨 -化目学方法 的因表达载体的植农杆1 的构建亠物细胞一转化法 F勺构建 目的基导因入动显微注 导将目的分物细胞 彳分平子 目的基因的体 I胞NA分法杂 、 . 【课堂巩固】 跑得快一一善于学习，手不释卷！ 我国科学家 为扩大可耕地面积，增加

10、粮食产量，黄河三角洲等盐碱地的开发利用备受关注。 应用耐盐基因培育出了耐盐水稻新品系。 ja_ 5 C T 属 G b :b 3C A G 5 （1 ）获得耐盐基因后，构建重组 DNA分子所用的限制 性内切酶作用于图中的 处，DNA连接酶作用于 处（填“ a”或“ b”）。构建重组 DNA分子的载体一般 选用病毒或，后者的形状 成。构建重组 DNA分子时应将目的 基因插入到载体上的和 之间。 （2） 将重组DNA分子导入水稻受体细胞的常用方法有农杆菌转化法和 法。 （3） 由导入目的基因的水稻细胞培养成植株需要利用 技术。 （4） 为了确定耐盐转基因水稻是否培育成功，既要用放射性同位素标记的

11、做 探针进行分子杂交检测，又要用 方法从个体水平鉴定水稻植株的耐盐性。 （5） 已知限制性内切酶I的识别序列和切点是-GGATCC-限制性内切酶H的识另序列和切 点是gatCp在目的基因的左侧有酶i的一个切点，右侧各有酶n的一个切点（如下图所 示）。请画出目的基因两侧被限制酶I和限制酶n同时切割后所形成的黏性末端。 GGATC 和 答案（1） a ; a ;质粒；小型环状酶启动子；终止子（ 2 ）基因枪法（花粉管通道法） （3） 植物组织培养（4）耐盐基因（目的基因；一定浓度的盐水浇灌（移植到盐碱地中）（5） 目的基因 GGATC酶 IGAT G 【课后作业】 步步 高一一巩固成果，对答如流！

12、 （2008海南）右图为某种质粒表达载体简图，小箭头所 指分别为限制性内切酶 EcoRI、BamHI的酶切位点，am6 为青霉素抗性基因，tct *为四环素抗性基因，P启动子， T为终止子，ori为复制原点。已知目的基因的两端分别 有包括EcoRI、BamHI在内的多种酶的酶切位点。据图回 答： （1）将含有目的基因的 DNA与质粒表达载体分别用 EcoRI 酶切，酶切产物用 DNA连接酶进行连接后，其中由两个 DNA片段之间连接形成的产物 有、三种。若要从这些连接产物中分离出重组 质粒，需要对这些连接产物进行 。 （2）用上述3种连接产物与无任何抗药性的原核宿主细胞进行转化实验。之后将这些宿

13、主 细胞接种到含四环素的培养基中，能生长的原核宿主细胞所含有的连接产物是; 若接种到含青霉素培养基中，能生长的原核宿主细胞所含的连接产物 （3）目的基因表达时，RNA聚合酶识别和结合的位点是 ，其合成的产物 （4）在上述实验中，为了防止目的基因和质粒表达载体在酶切后产生的末端发生任意连接, 酶切时应选用的酶是 。 答案（1） 目的基因一载体连接物；载体 -载体连接物；目的基因-目的基因连接物；分离 纯化（2）载体-载体连接物；目的基因-载体连接物、载体-载体连接物（3）启动子； mRNA （ 4）EcoRI 和 BamHI 解析（1）目的基因的DNA与质粒表达载体分别用 EcoRI酶切后产生的

14、黏性末端相同，此时 在DNA连接酶的作用下会产生自身环化或形成串联寡聚物，由于题中求的是“两个DNA片 段之间连接形成的产物”，可排除自身环化这一情况，得到目的基因与目的基因、目的基因 与质粒表达载体、质粒表达载体与质粒表达载体三种连接物。（2）由于质粒上的抗四环素基 因被EcoRI切断失去作用，所以目的基因一载体连接物和目的基因 -目的基因连接物也就失 去抗四环素的作用，只有载体一载体连接物修复了抗四环素基因，使受体细胞（原核宿主细 胞）能够在含四环素的培养基上正常生长。EcoRI没有破坏抗青霉素基因，所以导入基因一 载体连接物和载体一载体连接物的原核宿主细胞能够在含有青霉素的培养基上正常生长。 （3）如果用EcoRI、BamHI两种限制酶同时处理目的基因的DNA和质粒表达载体， 分离出的 目的基因和质粒表达载体各自具有两个不同的黏性末端