人教版高中生物选修3精品课件：专题 1.2基因工程的基本操作程序

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1、1.2 基因工程的基本操作程序,专题1 基因工程,1.结合教材图16，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。,目标导航,重难点击,1.基因工程的基本操作程序。 2.获取目的基因的途径及基因表达载体的构建。 3.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。,方式一：抑制疾病传播的转基因蚊子 巴西等拉美国家深受致倦库蚊的危害。致倦库蚊可携带多种病毒和寄生虫，能够传播脑炎、丝虫等传染病，而这些传染病常年在拉美国家肆虐。为了抑制疾病的传播，巴西科学家培育出了一种转基因雄性致倦库蚊

2、。科学家在雄性致倦库蚊体内植入一种特殊基因，当具该基因的转基因雄蚊与野生雌蚊交配时，这种基因可以进入雌蚊的基因组，并使雌蚊死亡，从而减少了该种蚊子的数量，达到抑制疾病传播的目的。怎样才能最终得到转基因雄蚊呢？让我们一起来学习基因工程的基本操作程序吧！,课堂导入,方式二：师：出示我国有知识产权的转基因抗虫棉的培育图解：,问：转基因抗虫棉的培育需要哪些步骤？ 学生看图并回答：首先要获得目的基因，其次将目的基因连接到Ti质粒上，然后将重组的Ti质粒导入受体细胞，最后要重建转基因植物。 根据学生回答补充：还需检测抗虫基因是否已经进入棉花植株，并由此引出基因工程的四部曲。,一、目的基因的获取,二、基因表

3、达载体的构建和将目的基因导入受体细胞,三、目的基因的检测与鉴定,内容索引,对点训练 当堂检测 自查自纠,一、目的基因的获取,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 。 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。,目的基因,知识梳理,答案,基因表达载体,受体细胞,检测与鉴定,编码蛋白质,调控作用,_ 部分基因文库(如 ),(2)常见方法 从基因文库中获取,基因组文库,答案,基因文库的种类,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：

4、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。,cDNA文库,DNA双链复制,引物,Taq酶,引物,DNA聚合酶,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)。 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。,增加一倍,答案,核苷酸序列,DNA合成,仪,1.从基因文库中获取目的基因 (1)cDNA文库是从某种生物的某一细胞中提取出mRNA，经反转录过程获得的基因文库，为什么该基因文库仅含有该生物的部分基因？,答案 由于基因的选择性表达，某种生物的某一细胞中仅有部分基

5、因转录出mRNA，所以由该细胞中的mRNA反转录得到的基因文库仅含该生物的部分基因。,答案,合作探究,(2)结合基因组文库、cDNA文库的概念，尝试从范围上比较二者之间的大小关系，并阐明理由。,答案 基因组文库cDNA文库。基因组文库含有某种生物的全部基因，而cDNA文库只含有某种生物的部分基因，二者都属于基因文库。,2.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。,答案,3.人工合成目的基因时，需要预先知道目的基因的核苷酸序列。请推测目的基因的核苷酸序

6、列是如何得到的？,答案 测定目的基因产物的氨基酸序列，根据密码子表推测mRNA的可能的核糖核苷酸序列，再根据碱基互补配对原则推测出目的基因的脱氧核苷酸序列。,答案,活学活用,1.判断正误： (1)目的基因可以从自然界已有物种中直接分离，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( ),答案,2.为从根本上解决水稻中的高植酸问题，可将植酸酶基因导入水稻，培育低植酸转基因水稻品种。下图是获取植酸酶基因的流程。据图回答下列问题：,据图回答： (1)B过程需要的酶是 。 (2)图中基因组文库 (小于、大于、等于)cDN

7、A文库。 (3)目的基因和除可从构建的文库中分离外，还可以分别利用图中和 为模板直接进行PCR扩增，该过程中所用酶的显著特点是 。,解析 B过程是以RNA为模板合成DNA的反转录过程，需要的酶是反转录酶；目的基因和除可从构建的文库中分离外，还可以分别利用图中DNA和cDNA为模板直接进行PCR扩增，该过程中所用酶的显著特点是耐高温。,解析答案,反转录酶,大于,DNA,cDNA,耐高温,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.,解析 PCR利用的是DNA双链复制原理

8、，将双链DNA之间的氢键打开，变成单链DNA，作为聚合反应的模板。反转录法则是以目的基因转录成的信使RNA为模板，在反转录酶的作用下，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。,D,一题多变,解析答案,获取目的基因四种方法,归纳总结,返回,二、基因表达载体的构建和将目的基因导入受体细胞,1.基因表达载体的构建 (1)基因表达载体构建的目的：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)基因表达载体的组成,稳定存在,知识梳理,答案,表达,首端,RNA聚合酶,启动子,终止子,标记,转录,尾端,RNA聚合酶,转录,目的基因,(3)基因表

9、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。 2.将目的基因导入受体细胞 (1)转化的含义：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 导入植物细胞 a. 法:最常用方法。将目的基因导入 和祼子植物。 b. 法：将目的基因导入单子叶植物常用的方法。 c. 法。,限制,答案,DNA连接,维持稳定,和表达,农杆菌转化,双子叶植物,基因枪,花粉管通道,导入动物细胞 a.方法： 技术。 b.常用受体细胞： 。 导入微生物细胞 .方法 a.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 )。 b.感受态细胞吸收

10、。 .受体细胞：原核细胞(使用最广泛的是大肠杆菌)。 .原核生物的特点：繁殖快、多为单细胞、 。,显微注射,答案,受精卵,Ca2,感受态细胞,重组表达载体DNA分子,遗传物质相对较少,1.基因表达载体的构建相关问题思考 (1)为什么切割目的基因和载体要选用同一种限制性核酸内切酶？,答案 选用同一种限制性核酸内切酶切割会产生相同的黏性末端，可以在DNA连接酶的作用下将切割的目的基因和载体连接起来。,答案,合作探究,(2)在实际的基因工程操作时往往用两种限制性核酸内切酶分别切割目的基因的两端以及载体，这样做有什么好处？试分析原因。,答案 如果用一种限制性核酸内切酶切割，目的基因两侧的末端以及质粒切

11、口的两个末端都是互补的，因此连接时可能会出现载体与载体、目的基因与目的基因、目的基因与载体三种连接情况，而符合要求的只有载体与目的基因的连接。 如果用两种不同的限制性核酸内切酶进行切割就可以有效避免载体与载体以及目的基因与目的基因的连接，提高连接的有效性。,答案,(3)分析基因表达载体模式图，回答下面问题。,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子和终止密码子是一回事吗？,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。与起始密码子和终止密码子不是一回事，启动子和终止子都在DNA上，在遗传信息转

12、录时起作用。启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位，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。,答案,能否将目的基因插入载体的标记基因中？为什么？,答案 不能。标记基因用于鉴定受体细胞是否成功导入目的基因，以便将含目的基因的细胞筛选出来，若有目的基因插入，则标记基因被破坏，无法进一步筛选。,答案,2.将目的基因导入受体细胞相关问题思考 (1)结合教材P13生物技术资料卡分析，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。

13、,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)在用土壤农杆菌转化法将目的基因导入植物细胞的过程中，为什么一定要将目的基因插入到Ti质粒的T-DNA上？,答案 农杆菌中的Ti质粒上的T-DNA(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。,答案,(3)植物基因工程常用的受体细胞为什么可以是体细胞，而动物基因工程一般只用受精卵？,答案 植物体细胞的全能性较高，可经植物组织培养过程形成完整植物体，因此受体细胞可以是体细胞；动物体细胞的全能性受到严格限制，因此动物基因工程中的受体细胞一般只用受精卵。,(4)为什么微生物细胞适合

14、作为基因工程的受体细胞？,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。,3.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：,活学活用,(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

15、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,解析答案,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,解析答案,(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

16、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,解析答案,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( ),答案,(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

17、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( ),答案,返回,三、目的基因的检测与鉴定,1.目的基因的检测,知识梳理,(1)检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因：采用_技术。主要做法是用标记了 的目的DNA片段作为 ,检测受体细胞的DNA中有无 。显示出杂交带，说明目的基因已经插入 中。 (2)检测目的基因是否转录出了mRNA：采用 技术。具体做法与DNA和DNA分子之间杂交相同，只是它从受体植物中提取的是 而不是DNA，杂交带的显现也与DNA和DNA分子之间杂交相同。 (3)检测目的基因是否

18、翻译成蛋白质：采用 法。具体做法是：从转基因生物中提取 ，用相应的 进行杂交，若有杂交带出现，表明目的基因已经表达了。,DNA分子,答案,杂交,放射性同位素,探针,目的基因,染色体DNA,分子杂交,mRNA,抗原抗体杂交,蛋白质,抗体,2.个体水平鉴定 包括抗虫、抗病的 实验，以确定是否具有抗性及抗性的程度。基因工程产品需要与天然产品活性进行比较等。,接种,答案,1.DNA分子杂交的原理是什么？除了用于目的基因的检测与鉴定以外，试举例说明还有哪些应用？,答案 碱基互补配对原则。还可用于亲子鉴定、刑事侦察、生物亲缘关系确定等。,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

19、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。,答案,合作探究,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。,答案,4.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

20、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.,C,答案,问题导析,活学活用,(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 。,DNA,答案,返回上页,问题导析,转录出了mRNA,翻译出了蛋白质,5.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

21、，在分子水平上可应用的方法是抗原抗体杂交( ),答案,目的基因的获取,返回,答案,课堂小结,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,对点训练 当堂检测 自查自纠,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.,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。,C,1,2,3,4,5,解析答案,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( ) A.

22、氨苄青霉素抗性基因 B.启动子 C.限制酶 D.DNA连接酶,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。,B,解析答案,1,2,3,4,5,3.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

23、的pH即可，没必要用缓冲液,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。,D,解析答案,1,2,3,4,5,4.检测转基因生物染色体DNA上是否插入了目的基因的常用方法是( ) A.DNA分子杂交技术 B.荧光分子标记技术 C.放射性同位素标记技术 D.显微注射技术,解析 检测目的基因常采用DNA分子杂交技术，即在含有目的基因的DNA片段上用放射性同位素进行标记，以此作为基因探针，并使基因探针与基因组DNA杂交，若显示出杂交带，则表明目的基因已插

24、入染色体DNA中。,A,解析答案,1,2,3,4,5,5.1957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 文库中获取，而从cDNA文库中不一定能得到，原因是 。,1,2,3,4,5,解析答案,解析 若已知干扰素的氨基酸序列，则可以通过人工合成的方法获得目的基因；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文库

25、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),1,2,3,4,5,(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,1,2,3,4,5,解析答案,DNA,(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,1,2,3,4,5,解析答案,DNA分子杂交技术,抗原抗体杂交技术,返回,本课结束,