基因工程的基本操作程序ppt课件
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生物人教版(2019)选择性必修3 3.2基因工程的基本操作程序(共81张ppt)
三、基因工程的工具
（二）DNA连接酶——“分子缝合针” 1.作用：将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的
两个核苷酸之间的磷酸二酯键（无特异性）。
GCGAAT T CAA CG CT TA AG T T
2.实质/作用原理 催化磷酸二酯键的形成
： 3.结果 具有相同黏性末端的两个DNA片段连接起来，形成重
实际上在基因工程操作中，真正被用作载体的质粒，都是在 天然质粒的基础上进行过人工改造的。
基因工程的基本操作程序
The basic operating procedures of genetic engineeringy
基因工程
从社会中来
From society
转基因抗虫棉
普通棉花
将苏云金杆菌中的
用途
基因工程
DNA复制
（三）基因进入细胞的载体——分子运输车
1.作用：作为运载工具，将外源基因送入受体细胞。 2.种类：质粒（最常用）、λ噬菌体的衍生物和某些动植物病毒 3.条件：⑴能在宿主细胞内自我复制并稳定地保存
⑵有一个或多个限制酶切点，可使外源基因插入其中 ⑶具有某些遗传标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。 ⑷对受体细胞无害 (5)大小适宜
某种生物的全部基因动植物细胞的亦然。
启动子
终止子
与RNA聚合酶
外显子
内含子
ห้องสมุดไป่ตู้
结合位点
编码区 真核细胞
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
基因结构 非编码区 ①不编码蛋白质。
②调控遗传信息表达,上游有启动子，下 游有终止子
将真此核m细R胞NA基逆因转编录码合区成中D的N内A，含那子么不合编成码的蛋这白个质D，N但A表与达原时来是的否DN转A录是 )
基因工程的基本操作程序 课件
抗原－抗体杂交法 抗虫鉴定、抗病鉴定活 性鉴定等
限制性酶切割 DNA分子
限制片段 琼脂糖电泳
DNA
带有DNA片段的凝胶
分
用缓冲液转 转移至硝酸纤维素膜上
子
移DNA
杂
凝胶
交
滤膜
与放射性标记 DNA探针杂交
吸附有DNA片 段的膜
放射自显影
抗原-抗体杂交
重组体
转化到 E.Coli
细菌启动子 插入的真核 DNA片段
解析：DNA 分子杂交就是不同来源的 DNA 分子的单 链按碱基互补配对原则结合在一起，形成杂合双链的过 程。B 项利用了分子杂交技术(DNA 与 mRNA 之间杂交)。 检测目的基因是否翻译合成蛋白质依据的是抗原—抗体 杂交原理，未用到 DNA 分子杂交原理。
答案：C
生物 种类
植物细胞
动物细胞
微生物细胞
转化 过程
将目的基因插入Ti质 粒的T-DNA上→Ca2+ 处理导入农杆菌细胞 →侵染植物细胞→目 的基因整合到受体细 胞的染色体上DNA上 →植物组织培养→试 管苗表达目的基因→
产生相应性状。
将含有目的基因
的表达载体提纯 →取受精卵→显 微注射→获得导 入目的基因的受 体细胞→早期胚 胎培养→胚胎移 植→获得新性状
第三步：将目的基因导入受体细胞（转化 transformation） 3、将目的基因导入微生物细胞 （1）微生物作为受体的优势
①繁殖速度快，可大量生产 ②生产成本低
（2）导入方法 Ca2+处理
第三步：将目的基因导入受体细胞（转化 transformation） 3、将目的基因导入微生物细胞 （3）原核生物作为受体细胞产生的蛋白质没有空间结构， 需要在体外加工。
限制性酶切割 DNA分子
限制片段 琼脂糖电泳
DNA
带有DNA片段的凝胶
分
用缓冲液转 转移至硝酸纤维素膜上
子
移DNA
杂
凝胶
交
滤膜
与放射性标记 DNA探针杂交
吸附有DNA片 段的膜
放射自显影
抗原-抗体杂交
重组体
转化到 E.Coli
细菌启动子 插入的真核 DNA片段
解析：DNA 分子杂交就是不同来源的 DNA 分子的单 链按碱基互补配对原则结合在一起，形成杂合双链的过 程。B 项利用了分子杂交技术(DNA 与 mRNA 之间杂交)。 检测目的基因是否翻译合成蛋白质依据的是抗原—抗体 杂交原理，未用到 DNA 分子杂交原理。
答案：C
生物 种类
植物细胞
动物细胞
微生物细胞
转化 过程
将目的基因插入Ti质 粒的T-DNA上→Ca2+ 处理导入农杆菌细胞 →侵染植物细胞→目 的基因整合到受体细 胞的染色体上DNA上 →植物组织培养→试 管苗表达目的基因→
产生相应性状。
将含有目的基因
的表达载体提纯 →取受精卵→显 微注射→获得导 入目的基因的受 体细胞→早期胚 胎培养→胚胎移 植→获得新性状
第三步：将目的基因导入受体细胞（转化 transformation） 3、将目的基因导入微生物细胞 （1）微生物作为受体的优势
①繁殖速度快，可大量生产 ②生产成本低
（2）导入方法 Ca2+处理
第三步：将目的基因导入受体细胞（转化 transformation） 3、将目的基因导入微生物细胞 （3）原核生物作为受体细胞产生的蛋白质没有空间结构， 需要在体外加工。
基因工程的基本操作程序ppt
提高农作物产量。
转基因作物的研发
02
利用基因工程技术，可以培育出转基因作物，提高作物的抗逆
性、产量和品质。
精准农业的实施
03
通过基因工程技术，可以实现精准农业，根据作物生长情况调
整种植方案，提高农业生产效率。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
重组DNA鉴定
通过分子生物学技术（如 DNA测序、PCR等）对阳 性克隆进行鉴定，确保目 的基因正确插入。
目的基因表达
在筛选出的阳性克隆中， 目的基因得以表达，可以 通过相应的表型或生物活 性进行验证。
基因工程的实验操作注意事项
实验安全
由于涉及重组DNA操作，实验过 程中需采取严格的安全措施，如 使用限制性内切酶、DNA连接酶
血等。
肿瘤的基因治疗
利用基因工程技术，可以设计针 对肿瘤的基因疗法，通过调节肿 瘤细胞的生长和凋亡来治疗肿瘤。
基因疫苗的研发
利用基因工程技术，可以设计和 生产针对传染病和癌症的基因疫 苗，提高疫苗的安全性和有效性。
基因工程在农业领域的应用前景
抗虫抗病作物的培育
01
通过基因工程技术，可以培育出抗虫抗病作物，减少农药使用，
来了更多的福祉。
基因工程的应用领域
农业领域
通过基因工程改良作物品质、 抗虫抗病、提高产量等，提高
农业生产效率。
工业领域
利用基因工程生产高纯度药物 、生物材料等，降低生产成本 ，提高产品质量。
医学领域
通过基因工程治疗遗传性疾病 、恶性肿瘤等疾病，提高治愈 率，延长寿命。
环保领域
利用基因工程降解污染物、净 化环境等，保护生态环境。
将转基因受精卵移植到代孕母体中，进行胚 胎发育。
基因工程的基本操作程序教学完整ppt课件
44
课堂练习
2、下列属于获取目的基因的方法的是( D技术 ⑤利用DNA转录 ⑥人工合成 A.①②③⑤ B.①②⑤⑥ C.①②③④ D.①②④⑥
精选ppt课件2021
45
课堂练习
3、有关基因工程的叙述正确的是 （ D）
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
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46
课堂练习
4、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
（ ）C
A、人工合成目的基因
B、目的基因与运载体结合
能终止mRNA的转录。
标记基因：鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从
而将有目的基因的细胞筛选出来。
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23
思考：载体与表达载体的异同
相同点：都有标记基因和复制原点。 不同点：表达载体在载体基础上增加了目
的基因、启动子、终止子三部分 结构。
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24
基因表达载体的构建过程
3 前提： 已知目的基因的一段核苷酸序列
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12
aP、CDRNA技变术性的（操90℃作-过95程℃）：
双链DNA模板在热作用下，
_氢__键__断裂，形成_单__链__D_N_A_
b、退火（复性55℃-65℃）： 系统温度降低，引物与DNA模
板结合，形成局部__双__链____。
c、延伸（70℃-75℃）：在 Taq酶的作用下，合成与模板
Ti质粒上的T-DNA可以转移 到受体细胞，并整合到受体 细胞染色体的DNA上。
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通过检测标记基因的有无，来判断目的基因是 否导入受体细胞。
（1）抗药性筛选法： 菌株为某种抗生素缺陷型， 而质粒上带有该抗 性基因（如抗氨苄青霉素，抗卡拉霉素等）。 如何筛选出含有目的基因的受体细胞？
（这样只有转化子才能在含该抗生素的培养基 上长出。）
PStⅠ PStⅠ
外源基因连接
限制性内切酶 识别序列
如果外源 DNA插入， 氨卞青霉素 抗性基因失 活
标记基因
自主复制
进行筛选
pBR322质粒结构
（2） DNA分子杂交——检测转基因生物染色体 的DNA上是否插入了目的基因
过程:
①首先取出转基因生物的基因组DNA
②用含目的基因的DNA片段（单链）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,表明染色体已插入染色体DNA中
④蛋白质
⑤环状RNA
⑦能“友好”地“借居”
③结构很小 ⑥环状DNA
A．①③⑤⑦ B．②④⑥ C．①③⑥⑦ D．②③⑥⑦
2．下列不是基因载体必须具备的条件的是 ( D )
A、能自我复制 B、有多个限制酶切点 C、具有标记基因 D、它是环状DNA
真核生物的基因结构
非编码区
与RNA聚合 酶结合位点
前体信使RNA
实例 1：
• 1、下列获取目的基因的方法中增目的基因 • C.反转录法 • D.通过DNA合成仪利用化学方法人工合成
（二）基因表达载体的构建—形成重组DNA分子
同一种
切割目的基因和质粒的限制酶是同一种限制酶吗？
目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并遗传 给下一代，使目的基因表达和发挥作用。
导入微生物细胞
将目的基因克隆到大肠
杆菌细胞中的操作步骤：
1)获得目的基因和质粒载体；
2)形成重组质粒； 3)制备感受态细胞，用重组质
粒转化大肠杆菌细胞； 4)培养大肠杆菌，让重组质粒
形成大量拷贝； 5)筛选含重组质粒的大肠杆菌
细胞。
导入植物细胞：土壤农杆菌转化法
土壤农杆菌：具有趋化性（酚），感染双目的基 因的
逆转录
单链
合成
双链DNA（目的基因）
mRNA
DNA
载入
载 体
导入 受体 细菌
扩增
产生
特定
分 离
性状
目 的 基 因
•化学合成——人工合成
•根据已知氨基酸序列直接合成DNA
蛋白质 氨基酸
推测
mRNA的 核苷酸
推测 结构基因 的核苷酸
序列
序列
序列（单
利用PCR技术扩增 已知序列：
用DNA合成仪人工合成从基因中获取目的基因• cDNA 法
供体 细胞 限 DNA 制
酶
许多 DNA 片段
载入
载 体
导入 受体 细菌
扩增
产生
特定
分 离
性状
目 的 基 因基因组DNA的构建将总DNA经过酶解，分离不同长短的DNA片段。包 含的基因组片段分别克隆在质粒或噬菌体载体上，转 染细菌或体外包基本工具有哪些？ • 2.基本工具的作用和特点分别是什么？ • 3.限制酶、DNA连接酶分别作用于DNA的
什么部位？ • 4.基因工程的基本步骤是什么？ • 5.获得目的基因的方式有哪些？
目的基因
1．质粒是基因工程最常用的运载体，它的主要特点
是：
( C)
①能自主复制 ②不能自主复制
㈣ 将目的基因导入受体细胞
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，称为转化。
常用的受体细胞：大肠杆菌、枯草杆菌、 土 壤农杆菌、酵母菌、动植物细胞等
（三）将重组DNA分子导入受体细胞
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。
导入方式： 主要借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。
Kary B. Mullis
PCR的反应体系
模板：DNA 原料：四种 脱氧核苷酸； 酶：Taq酶（ TaqDNA聚合酶）嗜热细菌中分离
得到 引物：DNA片段 Mg2+（维持酶活性所必需） PCR缓冲液：维持PH恒定，保护Taq酶
PCR反应过程可分为三步：变性、退火、延伸
1．变性 双链模板DNA解离为单链结构。（90～95℃）
基 因 枪 法： 单子叶植物常用的一 种基因转化方法，但 成本较高。
花粉管通道法： 十分简便经济的 方法。我国的转 基因抗虫棉就是 用此方法获得。
将目的基因导入动物细胞
①方法：显微注射法
②程序：
重组DNA提纯
取卵（受精卵）
显微注射
受精卵发育
新性状动物
转基因动物
（四）目的基因的检测与鉴定 1.筛选含有目的基因的受体细胞
退火
第二次循环
延伸
第二次循环
㈡ PCR反应曲线
理论上，PCR反应产物呈指数增长，但这种增长形式在扩增2530个循环以后便放慢直至停止，达到反应平台。此时扩增产物 量不再随循环次数的增加而呈指数增长。
PCR仪程序设定
PCR的应用
• PCR具有省时、操作简便、特异性强、灵敏 度高、效率高、应用范围广等特点。PCR技 术在分子生物学、医学和案件侦破等领域 得到广泛应用。
DNA 双链
变性
DNA 单链
PCR反应过程可分为三步：变性、退火、延伸 2．退火 引物与模板互补成双链。 （55～60℃）
(由于引物浓度高，序列短，所以易与模板 结合。)
引物
PCR反应过程可分为三步：变性、退火、延伸 3．延伸 在Taq酶作用下，合成特异DNA序列。70～75℃
延伸
变性Βιβλιοθήκη 第二次循环链）•核苷酸序列已知，把将要合成的DNA序列 输入到DNA合成仪，用化学方法直接人工 合成
聚合酶链式反应
（PCR：Polymerase Chain Reaction)
PCR是由美国科学家穆利斯提出的一种 体外简化条件下模拟DNA体内复制的DNA 快速扩增的方法，此技术获得1993年诺贝 尔化学奖。
成熟的信使RNA
编码区
非编码区
第二节 基因工程的基本操作程序
基因工程的基本操作程序
（一）获得目的基因 （二）构建基因表达载体——形成重组DNA分子 （三）将目的基因导入受体细胞 （四）目的基因的检测与鉴定
（一）目的基因的获取：目的基因即我们所需要库）
（1）抗药性筛选法： 菌株为某种抗生素缺陷型， 而质粒上带有该抗 性基因（如抗氨苄青霉素，抗卡拉霉素等）。 如何筛选出含有目的基因的受体细胞？
（这样只有转化子才能在含该抗生素的培养基 上长出。）
PStⅠ PStⅠ
外源基因连接
限制性内切酶 识别序列
如果外源 DNA插入， 氨卞青霉素 抗性基因失 活
标记基因
自主复制
进行筛选
pBR322质粒结构
（2） DNA分子杂交——检测转基因生物染色体 的DNA上是否插入了目的基因
过程:
①首先取出转基因生物的基因组DNA
②用含目的基因的DNA片段（单链）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,表明染色体已插入染色体DNA中
④蛋白质
⑤环状RNA
⑦能“友好”地“借居”
③结构很小 ⑥环状DNA
A．①③⑤⑦ B．②④⑥ C．①③⑥⑦ D．②③⑥⑦
2．下列不是基因载体必须具备的条件的是 ( D )
A、能自我复制 B、有多个限制酶切点 C、具有标记基因 D、它是环状DNA
真核生物的基因结构
非编码区
与RNA聚合 酶结合位点
前体信使RNA
实例 1：
• 1、下列获取目的基因的方法中增目的基因 • C.反转录法 • D.通过DNA合成仪利用化学方法人工合成
（二）基因表达载体的构建—形成重组DNA分子
同一种
切割目的基因和质粒的限制酶是同一种限制酶吗？
目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并遗传 给下一代，使目的基因表达和发挥作用。
导入微生物细胞
将目的基因克隆到大肠
杆菌细胞中的操作步骤：
1)获得目的基因和质粒载体；
2)形成重组质粒； 3)制备感受态细胞，用重组质
粒转化大肠杆菌细胞； 4)培养大肠杆菌，让重组质粒
形成大量拷贝； 5)筛选含重组质粒的大肠杆菌
细胞。
导入植物细胞：土壤农杆菌转化法
土壤农杆菌：具有趋化性（酚），感染双目的基 因的
逆转录
单链
合成
双链DNA（目的基因）
mRNA
DNA
载入
载 体
导入 受体 细菌
扩增
产生
特定
分 离
性状
目 的 基 因
•化学合成——人工合成
•根据已知氨基酸序列直接合成DNA
蛋白质 氨基酸
推测
mRNA的 核苷酸
推测 结构基因 的核苷酸
序列
序列
序列（单
利用PCR技术扩增 已知序列：
用DNA合成仪人工合成从基因中获取目的基因• cDNA 法
供体 细胞 限 DNA 制
酶
许多 DNA 片段
载入
载 体
导入 受体 细菌
扩增
产生
特定
分 离
性状
目 的 基 因基因组DNA的构建将总DNA经过酶解，分离不同长短的DNA片段。包 含的基因组片段分别克隆在质粒或噬菌体载体上，转 染细菌或体外包基本工具有哪些？ • 2.基本工具的作用和特点分别是什么？ • 3.限制酶、DNA连接酶分别作用于DNA的
什么部位？ • 4.基因工程的基本步骤是什么？ • 5.获得目的基因的方式有哪些？
目的基因
1．质粒是基因工程最常用的运载体，它的主要特点
是：
( C)
①能自主复制 ②不能自主复制
㈣ 将目的基因导入受体细胞
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，称为转化。
常用的受体细胞：大肠杆菌、枯草杆菌、 土 壤农杆菌、酵母菌、动植物细胞等
（三）将重组DNA分子导入受体细胞
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。
导入方式： 主要借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。
Kary B. Mullis
PCR的反应体系
模板：DNA 原料：四种 脱氧核苷酸； 酶：Taq酶（ TaqDNA聚合酶）嗜热细菌中分离
得到 引物：DNA片段 Mg2+（维持酶活性所必需） PCR缓冲液：维持PH恒定，保护Taq酶
PCR反应过程可分为三步：变性、退火、延伸
1．变性 双链模板DNA解离为单链结构。（90～95℃）
基 因 枪 法： 单子叶植物常用的一 种基因转化方法，但 成本较高。
花粉管通道法： 十分简便经济的 方法。我国的转 基因抗虫棉就是 用此方法获得。
将目的基因导入动物细胞
①方法：显微注射法
②程序：
重组DNA提纯
取卵（受精卵）
显微注射
受精卵发育
新性状动物
转基因动物
（四）目的基因的检测与鉴定 1.筛选含有目的基因的受体细胞
退火
第二次循环
延伸
第二次循环
㈡ PCR反应曲线
理论上，PCR反应产物呈指数增长，但这种增长形式在扩增2530个循环以后便放慢直至停止，达到反应平台。此时扩增产物 量不再随循环次数的增加而呈指数增长。
PCR仪程序设定
PCR的应用
• PCR具有省时、操作简便、特异性强、灵敏 度高、效率高、应用范围广等特点。PCR技 术在分子生物学、医学和案件侦破等领域 得到广泛应用。
DNA 双链
变性
DNA 单链
PCR反应过程可分为三步：变性、退火、延伸 2．退火 引物与模板互补成双链。 （55～60℃）
(由于引物浓度高，序列短，所以易与模板 结合。)
引物
PCR反应过程可分为三步：变性、退火、延伸 3．延伸 在Taq酶作用下，合成特异DNA序列。70～75℃
延伸
变性Βιβλιοθήκη 第二次循环链）•核苷酸序列已知，把将要合成的DNA序列 输入到DNA合成仪，用化学方法直接人工 合成
聚合酶链式反应
（PCR：Polymerase Chain Reaction)
PCR是由美国科学家穆利斯提出的一种 体外简化条件下模拟DNA体内复制的DNA 快速扩增的方法，此技术获得1993年诺贝 尔化学奖。
成熟的信使RNA
编码区
非编码区
第二节 基因工程的基本操作程序
基因工程的基本操作程序
（一）获得目的基因 （二）构建基因表达载体——形成重组DNA分子 （三）将目的基因导入受体细胞 （四）目的基因的检测与鉴定
（一）目的基因的获取：目的基因即我们所需要库）