高中生物 專題一 基因工程 1.2 基因工程的基本操作程序課件 新人教版選修3.ppt

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1 2基因工程的基本操作程序 目標導航1 結(jié)合教材圖1 6 整體把握并說出基因工程的基本操作程序 2 理解獲取目的基因的途徑及基因表達載體的構(gòu)建 3 理解目的基因?qū)胧荏w細胞的方法 檢測與鑒定目的基因的方法 預習導學挑戰(zhàn)自我 點點落實 一 目的基因的獲取 閱讀P8 11 1 基因工程的基本操作程序 1 的獲取 2 的構(gòu)建 3 將目的基因?qū)?4 目的基因的 目的基因 基因表達載體 受體細胞 檢測與鑒定 2 目的基因的獲取 1 目的基因主要是指的基因 也可以是一些具有的因子 2 常見方法 從基因文庫中獲取基因文庫的種類 編碼蛋白質(zhì) 調(diào)控作用 基因組文庫 cDNA文庫 利用PCR技術(shù)擴增目的基因a 原理 b 條件 DNA模板 四種脫氧核苷酸 c 過程 目的基因DNA受熱變性后解鏈為單鏈 與單鏈相應互補序列結(jié)合 然后在作用下進行延伸 如此重復循環(huán)多次 d 結(jié)果 每一次循環(huán)后 目的基因的量可以 即成指數(shù)形式擴增 約為2n n為擴增循環(huán)的次數(shù) DNA雙鏈復制 引物 Taq酶 引物 DNA聚合酶 增加一倍 人工合成法 如果基因比較小 又已知 可借助用化學方法直接人工合成 核苷酸序列 DNA合成儀 二 基因表達載體的構(gòu)建 閱讀P11 1 基因表達載體的功能使目的基因在受體細胞中 并且可以遺傳給下一代 使目的基因能夠和發(fā)揮作用 2 基因表達載體的構(gòu)成 穩(wěn)定存在 表達 啟動子 首端 RNA聚合酶 轉(zhuǎn)錄 尾端 RNA聚合酶 終止子 標記 轉(zhuǎn)錄 目的基因 3 基因表達載體的構(gòu)建過程一般用同一種酶分別切割載體和目的基因 再用酶把兩者連接 限制 DNA連接 三 將目的基因?qū)胧荏w細胞 閱讀P11 13 1 轉(zhuǎn)化的概念目的基因進入受體細胞內(nèi) 并且在受體細胞內(nèi)的過程 2 轉(zhuǎn)化的方法 1 導入植物細胞 法 將目的基因?qū)腚p子葉植物和祼子植物 法 將目的基因?qū)雴巫尤~植物常用的方法 法 我國科學家獨創(chuàng)的一種方法 維持穩(wěn)定和表達 農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化 基因槍 花粉管通道 2 導入動物細胞 方法 技術(shù) 常用受體細胞 3 導入微生物細胞第一步 首先用處理細胞 使細胞處于一種能吸收周圍環(huán)境中DNA分子的生理狀態(tài) 這種細胞稱為細胞 第二步 將溶于緩沖液中與細胞混合 在一定的溫度下促進感受態(tài)細胞吸收 完成轉(zhuǎn)化過程 顯微注射 受精卵 Ca2 重組表達載體DNA分子 感受態(tài) 感受態(tài) DNA分子 四 目的基因的檢測與鑒定 閱讀P13 15 1 分子水平檢測 連線 2 個體水平鑒定包括抗蟲 抗病的實驗 以確定是否有抗性及抗性程度 基因工程產(chǎn)品需要與天然產(chǎn)品活性進行比較等 接種 預習診斷 判斷正誤 1 所有的目的基因都可從基因文庫中直接獲得 2 利用PCR技術(shù)能合成目的基因 3 標記基因的作用是為了鑒別受體細胞中是否含有目的基因 從而將含有目的基因的細胞篩選出來 4 目的基因?qū)腚p子葉植物一般采用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法 5 一種生物的cDNA文庫可以有許多種 但基因組文庫只有一種 6 基因表達載體中需要含有起始密碼 終止密碼 目的基因 標記基因 7 常用卵細胞作為動物的受體細胞 8 檢測轉(zhuǎn)基因生物的染色體上是否插入了目的基因是目的基因能否在真核生物中穩(wěn)定遺傳的關鍵 9 檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA是檢測目的基因是否發(fā)揮功能作用的第一步 一 目的基因的獲取 課堂講義重點難點 個個擊破 1 幾種獲取目的基因方法的比較 2 PCR技術(shù)與DNA復制的比較 思維激活 1 基因組文庫和部分基因文庫有什么區(qū)別 答案基因組文庫包含一種生物的全部基因 部分基因文庫只包含一種生物的一部分基因 2 怎樣從基因文庫中得到我們所需的目的基因呢 答案根據(jù)目的基因的有關信息 例如 根據(jù)基因的核苷酸序列 功能 在染色體上的位置 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物mRNA以及基因表達產(chǎn)物蛋白質(zhì)等特性來獲取目的基因 3 PCR過程中需要解旋酶嗎 所需要的DNA聚合酶應具有什么特點 答案PCR過程中 DNA雙鏈解開是在高溫下完成的 不需要解旋酶 由于PCR過程溫度較高 所以需要能耐高溫的DNA聚合酶 4 什么樣的基因適合用DNA合成儀直接人工合成 答案基因比較小 核苷酸序列又已知 應用示例 1 下列獲取目的基因的方法中需要模板鏈的是 從基因文庫中獲取目的基因 利用PCR技術(shù)擴增目的基因 反轉(zhuǎn)錄法 通過DNA合成儀利用化學方法人工合成A B C D 問題導析 1 PCR利用的是原理 將雙鏈DNA之間的打開 變成DNA 作為聚合反應的模板 2 則是以目的基因轉(zhuǎn)錄成的信使RNA為模板 在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下 先反轉(zhuǎn)錄形成互補的單鏈DNA 再合成雙鏈的DNA 則均不需要模板 答案D DNA雙鏈復制 氫鍵 單鏈 反轉(zhuǎn)錄法 一題多變判斷正誤 1 目的基因可以從自然界已有物種直接分離 也可人工合成 2 目的基因就是指編碼蛋白質(zhì)的基因 3 真核生物的基因中含有內(nèi)含子 因此常用反轉(zhuǎn)錄法獲取目的基因 4 利用DNA合成儀可以在短時間內(nèi)大量擴增目的基因 二 基因表達載體的構(gòu)建與轉(zhuǎn)化 1 基因表達載體的構(gòu)建步驟 1 一般用同一種限制酶切割目的基因和質(zhì)粒 使其產(chǎn)生相同的末端 2 將切下的目的基因片段插入質(zhì)粒的切口處 再加入適量DNA連接酶 形成一個重組DNA分子 重組質(zhì)粒 構(gòu)建過程如圖 特別提醒 該過程把三種工具 兩種工具酶 一種載體 全用上了 是最核心 最關鍵的一步 在體外進行 2 將目的基因?qū)胧荏w細胞的方法比較 歸納提煉 思維激活 1 結(jié)合教材P13資料卡分析 用花粉管通道法導入受體細胞的目的基因是否需要和載體結(jié)合 試分析原因 答案需要 因為目的基因只有和載體結(jié)合成基因表達載體才容易在受體細胞中穩(wěn)定維持和表達 2 農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法利用了農(nóng)桿菌的什么特性 答案農(nóng)桿菌中的Ti質(zhì)粒上的TDNA 可轉(zhuǎn)移的DNA 可轉(zhuǎn)移至受體細胞 并且整合到受體細胞的染色體DNA上 3 為什么動物的體細胞一般不作為受體細胞 答案動物體細胞全能性受到限制 不能發(fā)育為一個新個體 4 為什么微生物細胞適合作為基因工程的受體細胞 但若通過基因工程生產(chǎn)人的糖蛋白 從細胞器的功能分析是否可用大腸桿菌作為受體細胞呢 答案微生物細胞具有繁殖快 多為單細胞 遺傳物質(zhì)相對較少的優(yōu)點 不可以 糖蛋白上的糖鏈是在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體上加工完成的 而內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體存在于真核細胞中 大腸桿菌是原核生物 細胞中不含有這兩種細胞器 5 用于構(gòu)建基因表達載體的質(zhì)粒為什么必須具有啟動子和終止子 啟動子和終止子與起始密碼和終止密碼是一回事嗎 答案導入到受體細胞的目的基因的表達需要調(diào)控序列 因此在插入目的基因的部位之前需有啟動子 之后需有終止子 不是一回事 啟動子和終止子都在DNA上 在遺傳信息轉(zhuǎn)錄時起作用 啟動子是啟動轉(zhuǎn)錄的開始 終止子是DNA分子上決定轉(zhuǎn)錄停止的一段DNA序列 其組成單位都是脫氧核苷酸 而起始密碼子和終止密碼子都是mRNA上三個相鄰堿基 起始密碼子決定翻譯的開始 終止密碼子決定翻譯的停止 應用示例 2 農(nóng)桿菌是一種在土壤中生活的微生物 能在自然條件下感染植物 因而在植物基因工程中得到了廣泛的運用 下圖為農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法的示意圖 試回答下列問題 1 一般情況下農(nóng)桿菌不能感染的植物是 利用農(nóng)桿菌自然條件下感染植物的特點 能實現(xiàn) 具體原理是在農(nóng)桿菌的Ti質(zhì)粒上存在T DNA片段 它具有可轉(zhuǎn)移至受體細胞并整合到受體細胞 上的特點 因此只要將攜帶外源基因的DNA片段插入到 部位 即可 解析一般農(nóng)桿菌不能感染的植物是單子葉植物 可感染雙子葉植物和裸子植物 利用其感染性 可實現(xiàn)目的基因?qū)胫参锛毎?真正可轉(zhuǎn)移至受體細胞并整合到受體細胞染色體的DNA上的是農(nóng)桿菌T DNA片段 因此目的基因必須插入到該部位才能成功 單子葉植物 將目的基因?qū)胫参锛毎?染色體的DNA T DNA片段 內(nèi)部 2 根據(jù)T DNA這一轉(zhuǎn)移特點 推測該DNA片段上可能含有控制 酶 合成的基因 解析根據(jù)T DNA這一轉(zhuǎn)移特點 可以推測該DNA片段能控制合成DNA連接酶 限制酶以實現(xiàn)與雙子葉植物細胞染色體DNA的整合 DNA連接酶 限制酶 3 圖中c過程中 能促進農(nóng)桿菌向植物細胞轉(zhuǎn)移的物質(zhì)是 類化合物 解析植物細胞受傷后可產(chǎn)生酚類物質(zhì) 促進農(nóng)桿菌向植物細胞轉(zhuǎn)移 酚 4 植物基因工程中除了農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法之外 還可采取 至少寫出兩種 解析植物基因工程中除了農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法之外 還有基因槍法和花粉管通道法等 基因槍法 花粉管通道法 一題多變判斷正誤 1 獲得上述轉(zhuǎn)基因植物的核心步驟是a 2 上題圖中過程b可以用Ca2 處理細菌 3 用含有重組Ti質(zhì)粒的土壤農(nóng)桿菌去感染植物細胞 從而把目的基因?qū)胫参锛毎?在這個過程中所有細胞都導入了目的基因 4 農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法常用的受體細胞是花粉細胞 5 在過程a中只需要DNA連接酶的參與 6 用含有重組Ti質(zhì)粒的土壤農(nóng)桿菌去感染植物細胞 要經(jīng)過植物組織培養(yǎng)才能獲得表現(xiàn)出新性狀的植物 7 因病毒能夠侵染正常細胞 有的病毒還能將自己的核酸整合到宿主細胞的染色體上 所以動植物病毒也可作為基因工程的載體 三 目的基因的檢測與鑒定 思維激活 1 目的基因能否在真核生物中穩(wěn)定遺傳的關鍵是什么 如何檢測 答案目的基因是否插入受體細胞的染色體DNA上 這是其能否在真核生物中穩(wěn)定遺傳的關鍵 檢測方法是采用DNA分子雜交技術(shù) 2 什么是基因探針 如何檢測目的基因是否開始發(fā)揮功能 答案基因探針是用放射性同位素標記的目的基因的單鏈DNA片段 從轉(zhuǎn)基因生物中提取mRNA 用標記的目的基因作探針 與mRNA雜交 如果顯示出雜交帶 則表明目的基因轉(zhuǎn)錄出了mRNA 意味著目的基因開始發(fā)揮功能 3 檢測目的基因是否翻譯出蛋白質(zhì)的方法是什么 其原理是什么 答案抗原 抗體雜交法 原理是抗原能與相應抗體特異性結(jié)合 4 檢測棉花中導入的抗蟲基因是否表達的最簡便的方法是什么 答案用葉片飼養(yǎng)棉鈴蟲 觀察棉鈴蟲是否死亡 應用示例 3 目的基因?qū)胧荏w細胞后 是否可以穩(wěn)定維持和表達其遺傳特性 只有通過鑒定和檢測才能知道 下列屬于目的基因檢測和鑒定的是 檢測受體細胞的染色體上是否有目的基因 檢測受體細胞是否有致病基因 檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA 檢測目的基因是否翻譯出了蛋白質(zhì)A B C D 問題導析 1 目的基因的檢測首先檢測轉(zhuǎn)基因生物的上是否插入了目的基因 2 其次檢測目的基因是否 3 最后檢測目的基因是否 答案C DNA 轉(zhuǎn)錄出了mRNA 翻譯出了蛋白質(zhì) 一題多變判斷正誤 1 如果檢測出標記基因表達的性狀 說明載體已導入受體細胞 2 檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)是目的基因能否在真核生物中穩(wěn)定遺傳的關鍵 3 DNA探針用來檢測目的基因是否導入 4 鑒定轉(zhuǎn)化的基因是否成功表達 在分子水平上可應用的方法是抗原 抗體雜交 課堂小結(jié) 目的基因的獲取 利用PCR技術(shù)擴增 人工合成 基因表達載體 目的基因 檢測與鑒定 對點練習 1 2 3 4 1 基因工程的基本操作程序有 使目的基因與載體相結(jié)合 將目的基因?qū)胧荏w細胞 檢測目的基因的表達是否符合特定性狀要求 提取目的基因 正確的操作順序是 A B C D 1 2 3 4 解析基因工程的主要操作步驟順序是 目的基因的獲取 基因表達載體的構(gòu)建 將目的基因?qū)胧荏w細胞 目的基因的檢測和鑒定 答案C 2 如圖為基因表達載體的模式圖 若結(jié)構(gòu)X是表達載體所必需的 則X最可能是 1 2 3 4 A 氨芐青霉素抗性基因B 啟動子C 限制酶D DNA連接酶 1 2 3 4 解析啟動子是該表達載體所必需的 功能是啟動插入基因的轉(zhuǎn)錄過程 氨芐青霉素抗性基因可以作為標記基因 但不是必須用它作標記基因 限制酶和DNA連接酶都不是表達載體所需要的 答案B 3 下列關于基因表達載體導入微生物細胞的敘述中 不正確的是 A 常用原核生物作為受體細胞 是因為原核生物繁殖快 且多為單細胞 遺傳物質(zhì)相對較少B 受體細胞所處的一種能吸收周圍環(huán)境中DNA分子的生理狀態(tài)稱為感受態(tài)C 感受態(tài)細胞吸收DNA分子需要適宜的溫度和酸堿度D 感受態(tài)細胞吸收重組表達載體DNA分子的液體只要調(diào)節(jié)為適宜的pH即可 沒必要用緩沖液 1 2 3 4 解析將基因表達載體導入微生物細胞時 需在一定條件 如適宜的溫度 pH等 下 將基因表達載體和感受態(tài)的微生物細胞混合培養(yǎng) 在培養(yǎng)過程中 可能會影響pH的變化 因此要加入緩沖液 以保持適宜的pH 答案D 1 2 3 4 1 2 3 4 4 1957年 生物學家了解到 病毒感染的細胞能產(chǎn)生一種因子 這種因子能作用于其他細胞 干擾病毒的復制 故將其命名為干擾素 從1987年開始 用基因工程方法生產(chǎn)的干擾素進入了工業(yè)化生產(chǎn) 并且大量投放市場 1 若已知干擾素的氨基酸序列 則獲取目的基因的較簡單方法是 目的基因還可以從 文庫獲取 而從cDNA文庫中不一定能得到 原因是 1 2 3 4 解析若已知干擾素是氨基酸序列 則可以通過反轉(zhuǎn)錄法獲得目的基因 cDNA文庫是部分基因文庫 因為cDNA是由生物發(fā)育的某個時期的mRNA反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的 所以cDNA中不一定有目的基因 最好從基因組文庫中獲取 答案人工合成法基因組cDNA是由生物發(fā)育的某個時期的mRNA反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的 其他合理答案也可 1 2 3 4 2 用限制酶處理質(zhì)粒和目的基因后 用 酶處理 可形成基因表達載體 該載體的化學本質(zhì)是 解析用限制酶處理載體和目的基因后 將目的基因與載體連接 需要使用DNA連接酶處理 基因與載體的化學本質(zhì)是相同的 都是DNA DNA連接 DNA 1 2 3 4 3 轉(zhuǎn)基因技術(shù)是否成功 需要對受體細胞進行分子水平的檢測 首先是檢測受體細胞 上是否插入了目的基因 這是目的基因能否在真核生物中穩(wěn)定遺傳的關鍵 檢測方法是采用 最后還要檢測目的基因是否翻譯成了相應的蛋白質(zhì) 利用的技術(shù)是 解析檢測目的基因使用DNA分子雜交技術(shù) 檢測蛋白質(zhì)采用的是抗原 抗體雜交技術(shù) 染色體的DNA DNA分子雜交技術(shù) 抗原 抗體雜交技術(shù)