高中生物 专题一 基因工程 1.2 基因工程的基本操作程序课件 新人教版选修3.ppt

1 2基因工程的基本操作程序 目标导航1 结合教材图1 6 整体把握并说出基因工程的基本操作程序 2 理解获取目的基因的途径及基因表达载体的构建 3 理解目的基因导入受体细胞的方法 检测与鉴定目的基因的方法 预习导学挑战自我 点点落实 一 目的基因的获取 阅读P8 11 1 基因工程的基本操作程序 1 的获取 2 的构建 3 将目的基因导入 4 目的基因的 目的基因 基因表达载体 受体细胞 检测与鉴定 2 目的基因的获取 1 目的基因主要是指的基因 也可以是一些具有的因子 2 常见方法 从基因文库中获取基因文库的种类 编码蛋白质 调控作用 基因组文库 cDNA文库 利用PCR技术扩增目的基因a 原理 b 条件 DNA模板 四种脱氧核苷酸 c 过程 目的基因DNA受热变性后解链为单链 与单链相应互补序列结合 然后在作用下进行延伸 如此重复循环多次 d 结果 每一次循环后 目的基因的量可以 即成指数形式扩增 约为2n n为扩增循环的次数 DNA双链复制 引物 Taq酶 引物 DNA聚合酶 增加一倍 人工合成法 如果基因比较小 又已知 可借助用化学方法直接人工合成 核苷酸序列 DNA合成仪 二 基因表达载体的构建 阅读P11 1 基因表达载体的功能使目的基因在受体细胞中 并且可以遗传给下一代 使目的基因能够和发挥作用 2 基因表达载体的构成 稳定存在 表达 启动子 首端 RNA聚合酶 转录 尾端 RNA聚合酶 终止子 标记 转录 目的基因 3 基因表达载体的构建过程一般用同一种酶分别切割载体和目的基因 再用酶把两者连接 限制 DNA连接 三 将目的基因导入受体细胞 阅读P11 13 1 转化的概念目的基因进入受体细胞内 并且在受体细胞内的过程 2 转化的方法 1 导入植物细胞 法 将目的基因导入双子叶植物和祼子植物 法 将目的基因导入单子叶植物常用的方法 法 我国科学家独创的一种方法 维持稳定和表达 农杆菌转化 基因枪 花粉管通道 2 导入动物细胞 方法 技术 常用受体细胞 3 导入微生物细胞第一步 首先用处理细胞 使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态 这种细胞称为细胞 第二步 将溶于缓冲液中与细胞混合 在一定的温度下促进感受态细胞吸收 完成转化过程 显微注射 受精卵 Ca2 重组表达载体DNA分子 感受态 感受态 DNA分子 四 目的基因的检测与鉴定 阅读P13 15 1 分子水平检测 连线 2 个体水平鉴定包括抗虫 抗病的实验 以确定是否有抗性及抗性程度 基因工程产品需要与天然产品活性进行比较等 接种 预习诊断 判断正误 1 所有的目的基因都可从基因文库中直接获得 2 利用PCR技术能合成目的基因 3 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 从而将含有目的基因的细胞筛选出来 4 目的基因导入双子叶植物一般采用农杆菌转化法 5 一种生物的cDNA文库可以有许多种 但基因组文库只有一种 6 基因表达载体中需要含有起始密码 终止密码 目的基因 标记基因 7 常用卵细胞作为动物的受体细胞 8 检测转基因生物的染色体上是否插入了目的基因是目的基因能否在真核生物中稳定遗传的关键 9 检测目的基因是否转录出mRNA是检测目的基因是否发挥功能作用的第一步 一 目的基因的获取 课堂讲义重点难点 个个击破 1 几种获取目的基因方法的比较 2 PCR技术与DNA复制的比较 思维激活 1 基因组文库和部分基因文库有什么区别 答案基因组文库包含一种生物的全部基因 部分基因文库只包含一种生物的一部分基因 2 怎样从基因文库中得到我们所需的目的基因呢 答案根据目的基因的有关信息 例如 根据基因的核苷酸序列 功能 在染色体上的位置 转录产物mRNA以及基因表达产物蛋白质等特性来获取目的基因 3 PCR过程中需要解旋酶吗 所需要的DNA聚合酶应具有什么特点 答案PCR过程中 DNA双链解开是在高温下完成的 不需要解旋酶 由于PCR过程温度较高 所以需要能耐高温的DNA聚合酶 4 什么样的基因适合用DNA合成仪直接人工合成 答案基因比较小 核苷酸序列又已知 应用示例 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 问题导析 1 PCR利用的是原理 将双链DNA之间的打开 变成DNA 作为聚合反应的模板 2 则是以目的基因转录成的信使RNA为模板 在逆转录酶的作用下 先反转录形成互补的单链DNA 再合成双链的DNA 则均不需要模板 答案D DNA双链复制 氢键 单链 反转录法 一题多变判断正误 1 目的基因可以从自然界已有物种直接分离 也可人工合成 2 目的基因就是指编码蛋白质的基因 3 真核生物的基因中含有内含子 因此常用反转录法获取目的基因 4 利用DNA合成仪可以在短时间内大量扩增目的基因 二 基因表达载体的构建与转化 1 基因表达载体的构建步骤 1 一般用同一种限制酶切割目的基因和质粒 使其产生相同的末端 2 将切下的目的基因片段插入质粒的切口处 再加入适量DNA连接酶 形成一个重组DNA分子 重组质粒 构建过程如图 特别提醒 该过程把三种工具 两种工具酶 一种载体 全用上了 是最核心 最关键的一步 在体外进行 2 将目的基因导入受体细胞的方法比较 归纳提炼 思维激活 1 结合教材P13资料卡分析 用花粉管通道法导入受体细胞的目的基因是否需要和载体结合 试分析原因 答案需要 因为目的基因只有和载体结合成基因表达载体才容易在受体细胞中稳定维持和表达 2 农杆菌转化法利用了农杆菌的什么特性 答案农杆菌中的Ti质粒上的TDNA 可转移的DNA 可转移至受体细胞 并且整合到受体细胞的染色体DNA上 3 为什么动物的体细胞一般不作为受体细胞 答案动物体细胞全能性受到限制 不能发育为一个新个体 4 为什么微生物细胞适合作为基因工程的受体细胞 但若通过基因工程生产人的糖蛋白 从细胞器的功能分析是否可用大肠杆菌作为受体细胞呢 答案微生物细胞具有繁殖快 多为单细胞 遗传物质相对较少的优点 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的 而内质网和高尔基体存在于真核细胞中 大肠杆菌是原核生物 细胞中不含有这两种细胞器 5 用于构建基因表达载体的质粒为什么必须具有启动子和终止子 启动子和终止子与起始密码和终止密码是一回事吗 答案导入到受体细胞的目的基因的表达需要调控序列 因此在插入目的基因的部位之前需有启动子 之后需有终止子 不是一回事 启动子和终止子都在DNA上 在遗传信息转录时起作用 启动子是启动转录的开始 终止子是DNA分子上决定转录停止的一段DNA序列 其组成单位都是脱氧核苷酸 而起始密码子和终止密码子都是mRNA上三个相邻碱基 起始密码子决定翻译的开始 终止密码子决定翻译的停止 应用示例 2 农杆菌是一种在土壤中生活的微生物 能在自然条件下感染植物 因而在植物基因工程中得到了广泛的运用 下图为农杆菌转化法的示意图 试回答下列问题 1 一般情况下农杆菌不能感染的植物是 利用农杆菌自然条件下感染植物的特点 能实现 具体原理是在农杆菌的Ti质粒上存在T DNA片段 它具有可转移至受体细胞并整合到受体细胞 上的特点 因此只要将携带外源基因的DNA片段插入到 部位 即可 解析一般农杆菌不能感染的植物是单子叶植物 可感染双子叶植物和裸子植物 利用其感染性 可实现目的基因导入植物细胞 真正可转移至受体细胞并整合到受体细胞染色体的DNA上的是农杆菌T DNA片段 因此目的基因必须插入到该部位才能成功 单子叶植物 将目的基因导入植物细胞 染色体的DNA T DNA片段 内部 2 根据T DNA这一转移特点 推测该DNA片段上可能含有控制 酶 合成的基因 解析根据T DNA这一转移特点 可以推测该DNA片段能控制合成DNA连接酶 限制酶以实现与双子叶植物细胞染色体DNA的整合 DNA连接酶 限制酶 3 图中c过程中 能促进农杆菌向植物细胞转移的物质是 类化合物 解析植物细胞受伤后可产生酚类物质 促进农杆菌向植物细胞转移 酚 4 植物基因工程中除了农杆菌转化法之外 还可采取 至少写出两种 解析植物基因工程中除了农杆菌转化法之外 还有基因枪法和花粉管通道法等 基因枪法 花粉管通道法 一题多变判断正误 1 获得上述转基因植物的核心步骤是a 2 上题图中过程b可以用Ca2 处理细菌 3 用含有重组Ti质粒的土壤农杆菌去感染植物细胞 从而把目的基因导入植物细胞 在这个过程中所有细胞都导入了目的基因 4 农杆菌转化法常用的受体细胞是花粉细胞 5 在过程a中只需要DNA连接酶的参与 6 用含有重组Ti质粒的土壤农杆菌去感染植物细胞 要经过植物组织培养才能获得表现出新性状的植物 7 因病毒能够侵染正常细胞 有的病毒还能将自己的核酸整合到宿主细胞的染色体上 所以动植物病毒也可作为基因工程的载体 三 目的基因的检测与鉴定 思维激活 1 目的基因能否在真核生物中稳定遗传的关键是什么 如何检测 答案目的基因是否插入受体细胞的染色体DNA上 这是其能否在真核生物中稳定遗传的关键 检测方法是采用DNA分子杂交技术 2 什么是基因探针 如何检测目的基因是否开始发挥功能 答案基因探针是用放射性同位素标记的目的基因的单链DNA片段 从转基因生物中提取mRNA 用标记的目的基因作探针 与mRNA杂交 如果显示出杂交带 则表明目的基因转录出了mRNA 意味着目的基因开始发挥功能 3 检测目的基因是否翻译出蛋白质的方法是什么 其原理是什么 答案抗原 抗体杂交法 原理是抗原能与相应抗体特异性结合 4 检测棉花中导入的抗虫基因是否表达的最简便的方法是什么 答案用叶片饲养棉铃虫 观察棉铃虫是否死亡 应用示例 3 目的基因导入受体细胞后 是否可以稳定维持和表达其遗传特性 只有通过鉴定和检测才能知道 下列属于目的基因检测和鉴定的是 检测受体细胞的染色体上是否有目的基因 检测受体细胞是否有致病基因 检测目的基因是否转录出了mRNA 检测目的基因是否翻译出了蛋白质A B C D 问题导析 1 目的基因的检测首先检测转基因生物的上是否插入了目的基因 2 其次检测目的基因是否 3 最后检测目的基因是否 答案C DNA 转录出了mRNA 翻译出了蛋白质 一题多变判断正误 1 如果检测出标记基因表达的性状 说明载体已导入受体细胞 2 检测目的基因是否翻译成蛋白质是目的基因能否在真核生物中稳定遗传的关键 3 DNA探针用来检测目的基因是否导入 4 鉴定转化的基因是否成功表达 在分子水平上可应用的方法是抗原 抗体杂交 课堂小结 目的基因的获取 利用PCR技术扩增 人工合成 基因表达载体 目的基因 检测与鉴定 对点练习 1 2 3 4 1 基因工程的基本操作程序有 使目的基因与载体相结合 将目的基因导入受体细胞 检测目的基因的表达是否符合特定性状要求 提取目的基因 正确的操作顺序是 A B C D 1 2 3 4 解析基因工程的主要操作步骤顺序是 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 目的基因的检测和鉴定 答案C 2 如图为基因表达载体的模式图 若结构X是表达载体所必需的 则X最可能是 1 2 3 4 A 氨苄青霉素抗性基因B 启动子C 限制酶D DNA连接酶 1 2 3 4 解析启动子是该表达载体所必需的 功能是启动插入基因的转录过程 氨苄青霉素抗性基因可以作为标记基因 但不是必须用它作标记基因 限制酶和DNA连接酶都不是表达载体所需要的 答案B 3 下列关于基因表达载体导入微生物细胞的叙述中 不正确的是 A 常用原核生物作为受体细胞 是因为原核生物繁殖快 且多为单细胞 遗传物质相对较少B 受体细胞所处的一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态称为感受态C 感受态细胞吸收DNA分子需要适宜的温度和酸碱度D 感受态细胞吸收重组表达载体DNA分子的液体只要调节为适宜的pH即可 没必要用缓冲液 1 2 3 4 解析将基因表达载体导入微生物细胞时 需在一定条件 如适宜的温度 pH等 下 将基因表达载体和感受态的微生物细胞混合培养 在培养过程中 可能会影响pH的变化 因此要加入缓冲液 以保持适宜的pH 答案D 1 2 3 4 1 2 3 4 4 1957年 生物学家了解到 病毒感染的细胞能产生一种因子 这种因子能作用于其他细胞 干扰病毒的复制 故将其命名为干扰素 从1987年开始 用基因工程方法生产的干扰素进入了工业化生产 并且大量投放市场 1 若已知干扰素的氨基酸序列 则获取目的基因的较简单方法是 目的基因还可以从 文库获取 而从cDNA文库中不一定能得到 原因是 1 2 3 4 解析若已知干扰素是氨基酸序列 则可以通过反转录法获得目的基因 cDNA文库是部分基因文库 因为cDNA是由生物发育的某个时期的mRNA反转录产生的 所以cDNA中不一定有目的基因 最好从基因组文库中获取 答案人工合成法基因组cDNA是由生物发育的某个时期的mRNA反转录产生的 其他合理答案也可 1 2 3 4 2 用限制酶处理质粒和目的基因后 用 酶处理 可形成基因表达载体 该载体的化学本质是 解析用限制酶处理载体和目的基因后 将目的基因与载体连接 需要使用DNA连接酶处理 基因与载体的化学本质是相同的 都是DNA DNA连接 DNA 1 2 3 4 3 转基因技术是否成功 需要对受体细胞进行分子水平的检测 首先是检测受体细胞 上是否插入了目的基因 这是目的基因能否在真核生物中稳定遗传的关键 检测方法是采用 最后还要检测目的基因是否翻译成了相应的蛋白质 利用的技术是 解析检测目的基因使用DNA分子杂交技术 检测蛋白质采用的是抗原 抗体杂交技术 染色体的DNA DNA分子杂交技术 抗原 抗体杂交技术