高中生物1.2基因工程的基本操作程序课件选修3

一二
农杆菌转化法分析
知识精要 典题例解 迁移应用
一二
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(1)完成基因表达载体的构建,需要限制性核酸内切酶和DNA连接 酶。 (2)基因表达载体(重组质粒)导入农杆菌的常用方法是用Ca2+处理。 (3)目的基因能够在受体细胞内稳定维持和表达的关键是目的基因 插入受体细胞染色体DNA上。 (4)由受体细胞形成植株通常需要用到植物组织培养技术。
高中生物1.2基因工程的基本操作 程序课件选修3
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1.简述基因工程原理及基本操作程序。 2.记住目的基因导入受体细胞的方法。 3.说出目的基因检测与鉴定的方法。
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基因工程的基本操作程序主要包括四个步骤: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。
目的基因表达
载体的提纯→ 取卵→显微注 射→受精卵发 育→获得具有 新性状的动物
Ca2+处理细胞→感 受态细胞→表达载 体与感受态细胞混
合→感受态细胞吸 收 DNA 分子
一二
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2.目的基因的检测与鉴定的方法比较
类型 检测内容
方法
判断指标
第一 分步 子 第二 检步 测 第三
合成的对象 DNA 分子
DNA 片段
一二
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联系
DNA 复制
PCR 技术
①模板:均需要脱氧核苷酸链作为模板 ②原料:均为四种脱氧核苷酸 ③酶:均需要 DNA 聚合酶进行催化 ④引物:均需要引物,使 DNA 聚合酶从引物的 3'端
开始连接脱氧核苷酸
一二
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二、目的基因导入受体细胞及检测与鉴定
1.目的基因导入受体细胞的常用方法
受体细 胞种类
植物细胞
动物细胞
微生物细胞
常用方法 农杆菌转化法 显微注射法
受体细胞 体细胞
受精卵
Ca2+处理法 原核细胞
转化 过程
目的基因插入 Ti 质粒的 T-DNA 上→导 入植物细胞→ 整合到受体细 胞染色体的 DNA 上→表达
一二
知术扩增
人工合成 基因表达 目的 基因工程的基本操作程序 载体的构建 组成 将目的基因 受体细胞选择 导入受体细胞 导入方法 目的基因的 检测内容和方法 检测与鉴定 个体生物学水平的鉴定
1.混淆:启动子与终止子、起始密码子与终止密码子的区别 (1)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。 (2)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。
一二
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DNA 复制与 PCR 技术比较
DNA 复制
PCR 技术
解旋方式 解旋酶催化
DNA 在高温作用下变性解旋
场所
细胞内(主要在细 胞核内)
在 PCR 扩增仪内
酶
解旋酶、普通的 DNA 聚合酶等
耐热的 DNA 聚合酶(Taq 酶)
温度条件 细胞内温和条件 需控制温度,在较高温度下进行
有
基因多少
某种生物 的部分基因
某种生物的全部基因
物种间的 基因交流
可以
部分基因可以
一二
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2.简单
专一性
大量扩增目的
基因
工作量大、盲 操作过程较 需要严格控制
目标导航 预习导引之一,并不是唯一的方 式。如果所需要的目的基因序列已知,基因又比较小,可以通过 DNA合成仪用化学方法直接合成。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,或者想得到一种因工程产品与天 然产品的功能进行活 性比较
是否赋予 了预期抗 性或蛋白 质活性
一二
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一二
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【例2】 阅读如下资料,并回答下列问题。
科学家将牛生长激素基因导入小鼠受精卵中,得到了体型巨大的
“超级小鼠”。科学家采用农杆菌转化法培育出转基因烟草。
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二、基因表达载体的构建 1.目的:使目的基因在受体细胞中稳定存在,并且可以遗传给下一 代,同时使目的基因能够表达和发挥作用。 2.基因表达载体的组成:目的基因、启动子、终止子和标记基因 等。 3.由于受体细胞不同,以及目的基因导入受体细胞的方法不同。 因此,基因表达载体的构建也有所差别。
答案(1)显微注射 (2)限制性核酸内切酶 DNA连接酶 (3)感染植物,将目的基因转移到受体细胞中
一二
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一二
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一二
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利用外源基因在受体细胞中表达,可生产人类所需的产品。下列 选项中能说明目的基因完成表达的是( )
A.棉花细胞中检测到载体上的标记基因 B.山羊乳腺细胞中检测到人生长激素的基因 C.大肠杆菌中检测到人胰岛素基因的mRNA D.酵母菌细胞中提取到人的干扰素 解析基因的表达即基因控制蛋白质的合成,包括转录和翻译,仅 仅转录出mRNA还不能叫表达,只有合成了相应的蛋白质才能证明 目的基因完成了在受体细胞中的表达。 答案D
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从细胞器的功能上分析,若通过基因工程生产人的糖蛋白,可以 用大肠杆菌作受体细胞吗?
提示不可以。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。
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B.利用限制酶从开蓝色花的矮牵牛的基因中获取基因B C.利用DNA聚合酶将基因B与质粒连接后导入玫瑰细胞 D.将基因B直接导入大肠杆菌,然后感染并转入玫瑰细胞
一二
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解析由题意知:控制蓝色色素合成的基因B是目的基因,提取矮牵 牛蓝色花的mRNA,经反转录获得互补的DNA,再扩增基因B,然后 导入天然的玫瑰细胞中,经培育该受体细胞即能获得蓝玫瑰,A项正 确。限制酶是将某DNA分子上的目的基因切割下来,而不是获取目 的基因,B项错误。将目的基因B与质粒连接需用DNA连接酶,而不 是DNA聚合酶,C项错误。基因B需与质粒连接形成基因表达载体 再导入农杆菌,然后感染并转入玫瑰细胞,而不能将基因B直接导入 大肠杆菌,D项错误。
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如何把导入了目的基因的受体细胞筛选出来? 提示以标记基因是四环素抗性基因为例,过程如下:
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三、将目的基因导入受体细胞 1.转化:目的基因进入受体细胞内,并且在受体细胞内维持稳定和表 达的过程。 2.常用的转化方法 (1)将目的基因导入植物细胞:采用最多的方法是农杆菌转化法。 除此之外,还有基因枪法和花粉管通道法等。 (2)将目的基因导入动物细胞:最常用的方法是显微注射技术。此 方法的受体细胞多是受精卵。 (3)将目的基因导入微生物细胞:早期的基因工程都用原核生物作 为受体细胞,其中以大肠杆菌应用最为广泛。大肠杆菌细胞最常用 的转化方法是:先用Ca2+处理细胞,使其成为感受态细胞,再将重组 表达载体DNA分子溶于缓冲液中与感受态细胞混合,在一定的温度 下促进感受态细胞吸收DNA分子,完成转化过程。
四、目的基因的检测与鉴定 1.首先要检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因, 方法是采用DNA分子杂交技术。 2.其次还要检测目的基因是否转录出了mRNA,方法是采用标记 的目的基因作探针与mRNA杂交。 3.最后检测目的基因是否翻译成蛋白质,方法是从转基因生物中 提取蛋白质,用相应的抗体进行抗原—抗体杂交。 4.有时还需进行个体生物学水平的鉴定。如转基因抗虫植物是 否具有抗性以及抗性的程度。
答案A
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下列对构建基因表达载体的叙述,不正确的是 ( ) A.需要限制酶和DNA连接酶参与 B.基因表达载体中含有启动子和终止密码子 C.通常用抗生素抗性基因作为标记基因 D.基因表达载体的构建是基因工程的核心 解析基因表达载体的构建关系到目的基因在受体细胞中能否表 达,它是基因工程的核心,它的构建需要限制酶和DNA连接酶参与, 它的结构应由启动子、目的基因、终止子、标记基因等组成。终 止密码子是指位于mRNA上的不编码氨基酸的三个相邻碱基,是翻 译结束的位点,而终止子位于基因的尾端,是一段有特殊结构的 DNA短片段,它是转录结束的位点。 答案B
苏云金芽孢杆菌的抗虫基因导入棉花植株后是否已表达,最简单 的检测方法是什么?
提示做抗虫实验,观察棉花植株是否具有抗虫特性。
一二
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一、获取目的基因与基因表达载体的构建1.cDNA与基因组的主要区别类型
cDNA 基因组大小小大基因中启动子 无
有
基因中内含子 无
(1)将基因表达载体导入小鼠的受精卵中常用
法。
(2)构建基因表达载体常用的工具酶是
和
。
(3)在培育有些转基因植物时,常用农杆菌转化法,农杆菌的作用
是
。
一二
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解析(1)将基因表达载体导入动物受精卵常用的方法是显微注射 法。(2)构建基因表达载体常用的工具酶是限制性核酸内切酶和 DNA连接酶。(3)在培育转基因植物时常用农杆菌转化法,因为农 杆菌能在自然条件下感染双子叶植物和裸子植物。
缺点 目性大、专一 麻烦,技术要 温度,技术要求
性差
求过高
高
人工合 成
操作 简单
适用 范围 小
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3.基因表达载体的构建
目的基因
位置:基因的首端 启动子 功能:是 RNA 聚合酶识别和结合
(1)组成
的部位,驱动基因转录出 mRNA
终止子 位置:基因的尾端
功能:终止转录
标记基因:鉴别受体细胞中是否含有目的
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(2)利用PCR技术扩增目的基因。 ①PCR的含义:是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成 技术。 ②目的:获取大量的目的基因。 ③原理:DNA双链复制。 ④过程:第一步,加热至90~95 ℃,DNA解链; 第二步,冷却到55~60 ℃,引物结合到互补DNA链上; 第三步,加热至70~75 ℃,Taq酶从引物起始进行互补链的合成。 如此重复循环多次。 ⑤特点:指数形式扩增。 (3)用化学方法人工合成。 如果基因比较小,核苷酸序列又已知,也可以通过DNA合成仪用 化学方法直接人工合成。
【例1】 据图分析,下列有关基因工程的叙述,错误的是( )
步
目的基因是否导 入受体细胞 目的基因是否转 录出 mRA 与 DNA 之间) 分子杂交技术(DNA 与 mRNA 之间)
抗原—抗体杂交
是否显示 出杂交带
个体生 物学水 平的鉴 定
①确定是否具有 抗性及抗性程度 ②确定转基因产 品与天然产品的 功能活性是否相 同
基因
一二
(2)构建方法(以质粒为例):
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一二
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【例1】 天然的玫瑰没有蓝色花,这是由于缺少控制蓝色色素合 成的基因B,而开蓝色花的矮牵牛中存在序列已知的基因B。现用 基因工程技术培育蓝玫瑰,下列操作正确的是( )
A.提取矮牵牛蓝色花的mRNA,经反转录获得互补的DNA,再扩 增基因B
一、目的基因的获取 1.目的基因主要是指编码蛋白质的基因。 2.获取目的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