2017基因工程一轮复习

（2）种类：4000种。 （3）作用：识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并
且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的 磷酸二酯键断开。(6个,4、5、8个) （4）结果：形成两种末端 黏性末端
平末端
• 基因的剪刀——限制性内切酶（简称限制酶）
实例：EcoRⅠ限制酶能专一识别GAATTC序列，并 在G和A之间将这段序列切开。
大
小
基因中是否有 启动子 基因中是否有 内含子 基因多少
物种间的基因 交流
有
有
某种生物的全部 基因
部分基因可以
无
无
某种生物的部分 基因
可以
（2）利用PCR技术扩增目的基因
1、定义：PCR——多聚酶链式反应
是一项生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。 通过此技术，可获取大量的目的基因。
2、原理：DNA双链复制 3、条件：一段已知目的基因的核苷酸序列
模板DNA；DNA引物；四种脱氧核苷酸； 热稳定DNA聚合酶（Taq酶）能量 4、过程：
5、方式：以_指__数__方式扩增， 即_2_n__（n为扩增循环的次数）
6、仪器： PCR扩增仪
PCR技术扩增与DNA复制的比较
相 原理 同 原料 点 条件
PCR技术
DNA复制
碱基互补配对
四种脱氧核苷酸
模板、能量、酶
酶等重要药品
科学家正试图利用基因工程方法对猪的器官进行改
作器官移 造,抑制抗原决定基因的表达,或设法除去抗原决定 植的供体 基因,再结合克隆技术,培育出没有免疫排斥反应的
转基因克隆猪器官
3.基因工程药物 (1)来源：转基因的_工__程__菌__。 (2)成果：_细__胞__因__子__、抗体、疫__苗___、激素等。 (3)作用：预防和治疗人__类__肿__瘤___、心血管疾病、
细 胞
插入
植物细胞 染色DNA
表达
新 性
状
（2）基因枪法 适用于单子叶植物
基因枪法又称微弹轰击法，是利用压缩气体产生的动力， 将包裹在金属颗粒表面的表达载体DNA打入受体细胞中，使目 的基因与其整合并表达的方法。
（3）花粉通道法
花粉管通道法就是在植物受粉后，花粉形成的花 粉管还未愈合前，剪去柱头，然后，滴加DNA（含目 的基因），使目的基因借助花粉管通道进入受体细胞。
转基因生 14N 物的DNA 14N
15N
探针
15N
变性 变性
探针：用放射性同位素标记的含目的基因的DNA片段 杂交的对象：从转基因生物中提取的基因组DNA
2、转录检测 目的：检测目的基因是否转录出了mRNA
方法：分子杂交技术
探针：用放射性同位素标记的含目的基因的DNA片段 杂交的对象：从转基因生物中提取的mRNA.
2.转基因动物
类别
应用实例
提高生 长速度
如转外源生长激素基因绵羊和转外源生长激素基因 鲤鱼生长速率快、体型大
改善畜 如将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组,使获得的转基因
牛分泌的乳汁中,乳糖的含量大大减低,而其他营养
产品品质 成分不受影响
目前,已在牛和山羊等动物乳腺生物反应器中表达出
生产药物 了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和α-抗胰蛋白
解旋
不 方式 同 场所
高温下变性解旋 体外复制(PCR扩增仪内)
点 酶 热稳定的DNA聚合酶
（Taq酶）
结果 大量的DNA片段
解旋酶催化
主要在细胞核内 解旋酶、 普通的DNA聚合酶等 形成整个DNA分子
（3）人工合成
反转录法：
目的基因的mRNA
反转录酶
杂交双链 (单链RNA/单链
DNA) 单链DNA
限制酶
2.“分子缝合针”————DNA连接酶
(1)、作用：
恢复被限制酶切开的两个核苷酸之 间的磷酸二酯键。
E.coliDNA连接酶
(2)、分类
(1)、来源： 大肠杆菌 (2)、作用： “缝合”黏性末端
T4DNA连接酶
(1)、来源： T4噬菌体 (2)、作用： “缝合”黏性末端和平末端
想一想:DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗?
①GC… ②AATTC…
③ …GC ④ …CTTAA
CG…
G…
…CG
…G
(1)其中①和 ③ 是由一种限制酶切割形成的 平 末 端，两者要重组成一个DNA 分子，所用DNA连接酶通 常是 T4DNA连接酶。
（2） ② 和 ④ 是由另一种限制酶切割形成的__黏__性 末端，两者要形成重组DNA片段，所用的连接酶通常 是 E.coliD。NA连接酶
（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_D_N_A_连__接__酶___，形成了一个重组DNA分 子（重组质粒）
目的基因
载体
同一种限制酶
重组体
T4 DNA连接酶 15ºC
一、基因工程诞生的理论基础 1．基因拼接的理论基础（从结构上分析，为 什么不同生物的DNA能够重组?）
(1)基因的本质是具遗传效应的DNA片段。 (2)DNA的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸。 (3)双链DNA分子的空间结构都是双螺旋结构。
2．外源基因在受体内表达的理论基础
(1)基因是控制生物性状的独立遗传单位。 (2)遗传信息的传递都遵循中心法则。 (3)生物界共用一套遗传密码。
常用受体细胞： 大肠杆菌
过程：
Ca2+处理 大肠杆菌
感受态 细胞
表达载体 与感受态 细胞混合
处于能吸收周围环境中
DNA分子的生理状态的
细胞
感受态细胞 吸收DNA
四、目的基因的检测与鉴定
1、导入检测
目的： 方法：
检测转基因生物染色体的DNA上是否插入 了目的基因
DNA分子杂交技术
过程：①.首先取出转基因生物的基因组DNA ②.将含目的基因的DNA片段用放射性同位素等 作标记,以此做探针。 ③使探针和转基因生物的基因组杂交,若显示 出杂交带,表明目的基因已插入染色体DNA中
DNA重组技术的基本工具
工欲善其事, 必先利其器.
想一想:获得转基因抗虫棉需要做哪些工作呢? 实现这一精确的操作过程的工具是什么呢?
限制性核酸内切酶——“分子手术刀” DNA连接酶——“分子缝合针” 运载体——“分子运输车”
1、限制性核酸内切酶——“分子手术刀”（小记结）一记
（1）来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的一种酶。
对基因工程的概念的理解
1.操作环境：体__外___。 2.操作水平：分__子___水平。
记一记
3.原理：_基__因__重_组___。
4.优点：克服___远__缘__杂_ 交不_亲__和_____障碍，定向改
造生物_性__状__。
5.供体：提供_目__的__基__因__。
6.受体：表达目的基因。 7.本质：性状在受__体___体内表达。
3、导入微生物细胞: 感受态细胞法（或Ca2+转化法）
Biblioteka Baidu
1、将目的基因导入植物细胞 适用双子叶、裸子植物
能感染双子叶植物和祼子植
（1）农杆菌 转化法
特点: 物,对单子叶植物无感染能力
Ti质粒的T—DNA可转移至受体 细胞并整合到其染色体上
转化过程:
Ti质粒
表
构建 达
转入
农 杆
导入
植 物
载
目的基因
体
菌
• DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗?为什么?
DNA聚合酶
DNA连接酶
以一条DNA链为模板。 不需要模板。
区别1 将单个核苷酸通过磷酸 将DNA双链上的两个
二酯键连接成一条互补 两个DNA片段连接起
的DNA链
来。
相同点
形成磷酸二酯键，都是蛋白质
反馈练习：
以下是两种限制酶切割后形成的DNA片段，试分析：
3.基因的运输工具——载体
常用的载体？
质粒、λ噬菌体的衍 生物和动植物病毒等。
什么是质粒？
质粒是独立于细 菌拟核DNA之外能够 自主复制的很小的双 链环状DNA分子。
作为载体的必要条件：
记一记
1、能自我复制或整合到受体染色体DNA上 随染色体DNA的复制而同步复制；
2、有一或多个限制酶的切割位点； 3、必须带有标记基因，供重组DNA的鉴定和选择 4、对受体细胞无毒害
部分基因文库 （如:cDNA文库）
cDNA文库的构建模式图
某种生物的mRNA 反转录酶
杂交双链 (单链RNA/单链DNA) 核酸酶H
单链DNA DNA聚合酶
双链DNA (cDNA)
与载体连接后导入受体菌贮存，组成cDNA文库
基因组文库与cDNA文库的比较P10表
文库类型 基因组文库
cDNA文库
大小
_遗__传__病__、各种传染病、糖尿病、类风湿等疾病。
4.基因治疗 (1)方法：把_正__常__基__因__导入病人体内，使该基因的表 达产物 发挥功能。 (2)效果：治疗_遗__传__病__的最有效的手段。 (3)分类：体__内___基因治疗和体__外___基因治疗。
基因治疗的方法
①体外基因治疗： 从病人体内获得某种细胞，进行培
养，然后，在体外完成基因转移， 再筛选成功转移的细胞扩增培养， 最后重新输入患者体内。
②体内基因治疗： 直接向人体组织细胞中转移基因 的治病方法。
用于基因治疗的基因种类
①正常基因：从健康人体上分离得到的功能 正常的基因，用以取代病变基因，或依靠 其表达产物。
②反义基因。即通过产生的mRNA分子，与病 变基因产生的mRNA 进行互补，来阻断非正 常蛋白质的合成。
载体自连
目 的 基 因 与 运 载 体 结 合
目的基因 自连
2、基因表达载体的作用
a、使目的基因在受体细胞中稳定存在并遗传给子代
b、同时使目的基因能表达和发挥作用
3.基因表达载体的组成：
a、目的基因
b、启动子 位于基因的首端,是mRNA识别并结合 位点。
c、终止子 位于基因的末端,终止转录。
d、标记基因
从自然界已有物种中分离 2、获得途径：
人工方法合成
3、常用方法：
从基因文库中获取
利用PCR技术扩增
反转录法 人工合成法 化学合成法
(1) 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片断，导 入到受体菌的群体中，各个受体菌分别含有这 种生物的不同基因，称为基因文库
基因文库
基因组文库
DNA聚合酶 双链DNA (目的基因)
根据已知的氨基酸 序列合成DNA法 ：
蛋白质的氨基酸序列 推测
mRNA的核苷酸序列 推测
基因的脱氧核苷酸序列 化学合成
目的基因
二、基因表达载体的构建——核 心1.过程:
（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____。
选修三 现代生物科技专题
专题1、基因工程
一、基因工程的概念
指按照人们的愿望，进行严格的设计， 并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予 生物以新的遗传特性，从而创造出更符合 人们需要的新的生物类型和生物产品。由 于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和 施工的，因此又叫做DNA重组技术。
基因工程 = 基因拼接技术 = DNA重组技术
杀虫的基因主要有Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂 基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等
抗病毒基因:病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因; 抗真菌基因:几丁质酶基因和抗毒素合成基因
抗盐碱和抗干旱的调节细胞渗透压基因、 抗冻蛋白基因、抗除草剂基因 ①转基因玉米中赖氨酸的含量比对照提高30% ②转基因延熟番茄储存时间可延长1～2个月 ③转基因矮牵牛呈现出自然界没有的颜色变异
载体的作用
相当于一种运输工具，将外源基因转移到受体细胞中去。
1、2 基因工程的基本操作程序
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
一：目的基因的获取
1、目的基因主要是指 _编__码__蛋_白__质__的__结_构__基__因___也 可以是一些具有调控作用的因子。
2、将目的基因导入动物细胞
方法: 显微注射技术 常用受体细胞：受精卵
操作程序: 提纯含目的基 因表达载体
取受精卵
显微注射
移植到子宫 受精卵发育
新性状动物
3、将目的基因导入微生物细胞
常用法： Ca2+处理 （用Ca2+处理，增加细菌细胞壁的通透性）
微生物作受体细胞原因： 繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对少
3、翻译检测
目的： 检测目的基因是否翻译成蛋白质 方法: 抗原抗体杂交技术
抗原： 从转基因生物中提取的蛋白质 抗体： 将目的基因编码的蛋白质注射进动物体内进
行免疫产生的相应抗体
4、个体生物学水平的鉴定
抗虫或抗病鉴定、 活性鉴定等
1、3 基因工程的应用
1.转基因植物
类别 抗虫 抗病 抗逆
改良
应用实例
检测受体细胞中是否有目的基因，从 而将含有目的基因的细胞筛选出来。
三、将目的基因导入受体细胞
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。
常用方法：
1、导入植物细胞: 农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法
2、导入动物细胞: 显微注射法