高中生物《基因工程的基本操作程序》课件六（53张PPT）（人教版选修3）

欢迎进入生物课堂 基因工程的基本操作程序 专题 基因工程 补 原核细胞的基因结构 非编码区 非编码区 编码区 编码区上游 编码区下游 与RNA聚酶结合位点 启动子 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 不能转录为信使RNA 不能编码蛋白质 能转录相应的信使RNA 能编码蛋白质 编码区 非编码区 原核细胞的基因结构 有调控遗传信息表达的核苷酸序列 在该序列中 最重要的是位于编码区上游的RNA聚合酶结合位点 启动子 补 真核细胞的基因结构 编码区 与RNA聚酶结合位点 内含子 外显子 能够编码蛋白质的序列叫做外显子 不能够编码蛋白质的序列叫做内含子 内含子能转录为信使RNA 启动子 终止子 编码区上游 编码区下游 内含子 外显子 真核细胞的基因结构 编码区 非编码区 外显子 能编码蛋白质的序列内含子 不能编码蛋白质的序列 有调控作用的核苷酸序列 包括位于编码区上游的RNA聚合酶结合位点 非编码序列 包括非编码区和内含子 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 不一样 真核细胞基因结构要长一些 基因工程的基本操作程序主要包括四个基本步骤 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 步骤一 目的基因的获取 目的基因是人们所需要转移或改造的基因 获取目的基因是实施基因工程的第一步 如苏云金芽孢杆菌的抗虫基因 还有植物的抗病 抗病毒 抗细菌 基因 种子贮藏蛋白的基因 以及人的胰岛素基因 干扰素基因等 目的基因的提取方法 直接分离基因人工合成基因 反转录法根据已知的氨基酸序列合成DNA 鸟枪法 从基因文库中获取目的基因 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的基因 称为基因文库 genelibrary 基因组文库 基因文库中包含了一种生物所有的基因 这种基因文库叫做基因组文库 部分基因文库 基因文库中包含了一种生物的一部分基因 这种基因文库叫做部分基因文库 用DNA重组技术将某种生物的总DNA用特定的限制性内切酶切割成一个个片段 然后将这些片段随机地连接在某些质粒或其他载体上 再将它们转移到适当的宿主细胞中 通过细胞的增殖而构成各个片段的无性繁殖系 克隆 这些无性繁殖系总体就叫这种生物的基因文库 当类似这样的克隆多到可以包括某种生物的全部基因时 这一批克隆的总体就称为该种生物的基因组文库 这一定义也适用于线粒体DNA和叶绿体DNA 分别称为某种生物的线粒体基因组文库或叶绿体基因组文库 为了有效地保存基因文库 可通过细菌在固体培养基上繁殖而使包含各个特定DNA片段的细菌增多 通过分子杂交的方法 可以筛选出包含有所需基因的DNA片段的细菌 经过扩增得到大量这样的细菌 从中便可分离出所需基因的DNA片段 建立和使用基因文库是分离高等真核生物基因的有效手段 对于基因定位和基因工程的研究都很有用 1 鸟枪法 散弹射击法 用限制酶将供体细胞中的DNA切成许多片段 将这些片段分别载入运载体 然后通过运载体分别转入不同的受体细胞 让供体细胞提供的外源DNA的所有片段分别在各个受体细胞中大量复制 即扩增 从中找出含有目的基因的细胞 再利用一定发方法将目的基因的DNA片段分离出来 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 目的基因的mRNA 双链DNA 即目的基因 反转录 合成 2 人工合成基因法 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 蛋白质的氨基酸序列 mRNA的核苷酸序列 结构基因的核苷酸序列 推测 推测 目的基因 化学合成 上述三种目的基因提取的方法有何优缺点 操作简便广泛使用 工作量大 盲目 分离出来的有时并非一个基因 专一性强 操作过程麻烦 mRNA很不稳定 要求的技术条件较高 专一性最强 仅限于合成核苷酸对较少的简单基因 哪些新技术能大大简化基因工程的操作技术 1 DNA序列自动测序仪 2 PCR技术 对提取出来的基因进行核苷酸序列分析 使目的基因的片段在短时间内成百万倍地扩增 目的基因的获得 从基因文库获得基因文库利用PCR技术扩增人工合成 基因组文库部分基因文库 已知序列 未知序列 步骤二 基因表达载体的构建 1 用一定的限制酶切割质粒 使其出现一个切口 露出黏性末端 2 用同一种限制酶切断目的基因 使其产生相同的黏性末端 3 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 形成了一个重组DNA分子 重组质粒 目的基因与运载体的结合过程 实际上是不同来源的基因重组的过程 常用的受体细胞 有大肠杆菌 枯草杆菌 土壤农杆菌 酵母菌和动植物细胞等 将目的基因导入受体细胞的原理 借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径 步骤三 目的基因导入受体细胞 1 将目的基因导入植物细胞 2 将目的基因导入动物细胞 1 将细菌用CaCl2处理 以增大细菌细胞壁的通透性 2 使含有目的基因的重组质粒进入受体细胞 3 目的基因在受体细胞内 随其繁殖而复制 由于细菌繁殖的速度非常快 在很短的时间内就能获得大量的目的基因 3 将目的基因导入微生物细胞 大肠杆菌细胞最常用的转化方法是 步骤四 目的基因的检测与鉴定 前三步的处理十分繁锁 为保证目的基因得到有效利用 通常用大量的受体细胞来接受不多的目的基因 这样 处理的受体细胞中真正摄入了目的基因的很少 必须将它从中检测出来 细菌的检测 将每个受体细胞单独培养形成菌落 检测菌落中是否有目的基因的表达产物 淘汰无表达产物的菌落 保留有表达产物的进一步培养 研究 思考 检测mRNA是否合成 可以用分子杂交的方法吗 检测目的基因是否翻译成蛋白质 抗原 抗体杂交 个体生物学水平的鉴定 不能 受体细胞必须表现出特定的性状 才能说明目的基因完成了表达 受体细胞摄入DNA分子后就说明目的基因完成了表达吗 若不能表达 要对抗虫基因再进行修饰 1 以下说法正确的是 A 所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列B 质粒是基因工程中唯一的运载体C 运载体必须具备的条件之一是 具有多个限制酶切点 以便与外源基因连接D 基因控制的性状都能在后代表现出来 C 练习 2 不属于质粒被选为基因运载体的理由是A 能复制 B 有多个限制酶切点C 具有标记基因D 它是环状DNA D 练习 3 有关基因工程的叙述中 错误的是 A DNA连接酶将黏性末端的碱基对连接起来B 限制性内切酶可用于目的基因的获得C 目的基因须由运载体导入受体细胞D 人工合成目的基因不用限制性内切酶 A 练习 4 有关基因工程的叙述正确的是 A 限制酶只在获得目的基因时才用B 重组质粒的形成在细胞内完成C 质粒都可作为运载体D 蛋白质的结构可为合成目的基因提供资料 D 练习 5 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 练习 6 为了培育节水高产品种 科学家将大麦中与抗旱节水有关的基因导入小麦 得到转基因小麦 其水分利用率提高了20 这项技术的遗传学原理是A 基因重组B 基因突变C 基因复制D 基因分离 A 练习 7 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 练习 C 8 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 练习 C 9 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 巩固练习 A 10 获取目的基因的方法有多种 下列不属于目的基因获取方法的是 A 从基因组文库中获取B 从cDNA文库中获取C 从含目的基因生物细胞中获取D 利用PCR技术获取 练习 C 11 下列高科技成果中 根据基因重组原理进行的是 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 练习 12 有关基因工程的叙述正确的是 A 限制性内切酶只在获得目的基因时才使用B DNA连接酶可以切断磷酸二酯键C 质粒都可以做载体D 基因工程能定向改变生物的性状 D 练习 13 下图是利用基因工程办法生产人白细胞干扰素的基本过程图 据图回答 1 过程需要 酶的参与 2 物质是从大肠杆菌分离出的 其化学本质是 它必须能在宿主细胞中 3 过程表明目的基因 限制 质粒 DNA 稳定存在并复制 成功表达 寻根问底 1 为什么要构建基因文库 直接从含有目的基因的生物体内提取不行吗 提示 构建基因文库是获取目的基因的方法之一 并不是惟一的方式 如果所需要的目的基因序列已知 就可以直接提取再通过PCR方式直接获得 也可以通过反转录 用PCR方式从mRNA中获得 不一定要构建基因文库 但如果所需要的目的基因的序列完全不知 或只知道目的基因序列的一段 或想从一种生物体内获得许多基因 或者想知道这种生物与另一种生物之间有多少基因不同 或者想知道一种生物在个体发育的不同阶段表达的基因有什么不同 或者想得到一种生物的全基因组序列 往往就需要构建基因文库 寻根问底 将目的基因直接导入受体细胞不是更简便吗 如果这么做 结果会怎样 提示 有人采用总DNA注射法进行遗传转化 即将一个生物中的总DNA提取出来 通过注射或花粉管通道法导入受体植物 没有进行表达载体的构建 这种方法针对性差 完全靠运气 也无法确定什么基因导入了受体植物 此法目前争议颇多 严格来讲不算基因工程 作为基因工程表达载体 只需含有目的基因就可以完成任务吗 为什么 不可以 因为目的基因在表达载体中得到表达并发挥作用 还需要有其他控制元件 如启动子 终止子和标记基因等 必须构建上述元件的主要理由是 1 生物之间进行基因交流 只有使用受体生物自身基因的启动子才能比较有利于基因的表达 2 通过cDNA文库获得的目的基因没有启动子 只将编码序列导入受体生物中无法转录 思考与探究 根据农杆菌可将目的基因导入双子叶植物的机理 你能分析出不能导入单子叶植物的原因吗 若将一个抗病基因导入小麦中 理论上讲你应该怎样做 要选择合适的农杆菌菌株 因为不是所有的农杆菌菌株都可以侵染单子叶植物 要加趋化和诱导的物质 一般为乙酰丁香酮等 目的是使农杆菌向植物组织的受伤部位靠拢 趋化性 和激活农杆菌的Vir区 诱导 的基因 使T DNA转移并插入到染色体DNA上 利用大肠杆菌可以生产出人的胰岛素 联系前面有关细胞器功能的知识 结合基因工程操作程序的基本思路 思考一下 若要生产人的糖蛋白 可以用大肠杆菌吗 有些蛋白质肽链上有共价结合的糖链 这些糖链是在内质网和高尔基复合体上加工完成的 内质网和高尔基存在于真核细胞中 大肠杆菌不存在这两种细胞器 因此 在大肠杆菌中生产这种糖蛋白是不可能的 珠蛋白是动物血红蛋白的重要组成成分 当它的成分异常时 动物有可能患某种疾病 如镰刀形细胞贫血症 假如让你用基因工程的方法 使大肠杆菌生产出鼠的 珠蛋白 想一想 应如何进行设计 1 从小鼠 珠蛋白mRNA反转录出 珠蛋白基因的编码序列 cDNA 2 将cDNA前接上在大肠杆菌中可以适用的启动子 另外加上抗四环素的基因 构建成一个表达载体 3 将表达载体导入无四环素抗性的大肠杆菌中 然后在含有四环素的培养基上培养大肠杆菌 如果表达载体未进入大肠杆菌中 大肠杆菌会因不含有抗四环素基因而死掉 如果培养基上长出大肠杆菌菌落 则表明 珠蛋白基因已进入其中 4 培养进入了 珠蛋白基因的大肠杆菌 收集菌体 破碎后从中提取 珠蛋白 3 目的基因是否导入受体生物中需要有筛选标记 4 为了增强目的基因的表达水平 往往还要增加一些其他调控元件 如增强子等 5 有时需要确定目的基因表达的产物存在于细胞的什么部位 往往要加上可以标识存在部位的基因 如绿色荧光蛋白基因等 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全