生物选修三第一章基因工程的原理和技术

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有关基因工程的叙述正确的是（ ） A、限制性内切酶只在获得目的基因时才使 用 B、DNA连接酶可以切断磷酸二酯键 C、质粒都可以做载体 D、基因工程都能定向改变生物的性状
一、目的基因的获取
1、目的基因主要是指______________________
请举出三个以上的例子 2、获取目的基因的方法 （1）、从基因文库中获取目的基因。 ----适用于目的基因的序列为未知的 （2）、化学合成 ----适用于目的基因的序列为不是很大且已知的 例:利用PCR技术扩增目的基因
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1为了培育节水高产品种，科学家将大麦中与抗旱 节水有关的基因导入小麦，得到转基因小麦，其 水分利用率提高了 20% 。这项技术的遗传学原理 是 A．基因重组 B．基因突变 【答案：A】 C．基因复制 D．基因分离
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2利用苏云金芽孢杆菌的抗虫基因培育的抗虫棉是 否成功，最好检测 A．是否有抗生素产生 B．是否有目的基因表达 C．是否有抗虫的性状出现 D．是否能分离到目的基因 【答案：C】
（2）动物细胞： 显微注射法 在显微镜下，用一根 极细的玻璃针(直径 1～2微米)直接将DNA 注射到胚胎的细胞核 内，再把注射过DNA 的胚胎移植到动物体 内，使之发育成正常 的幼仔，使用这种方 法进行外源基因整合 成功率约为10％
（3）以大肠杆菌为受体细胞：
•将细菌用CaCl2处理，以增大细菌细胞
第一章
第二节
基因工程
基因工程的原理和技术
基因工程的基本原理：让人们感兴趣的基
因（目的基因）在宿主细胞中稳定和 高效表达。
基因工程的基本操作步骤： 1、获得目的基因
2、形成重组DNA分子 3、将重组DNA分子导入受体细胞
4、筛选含有目的基因的受体细胞 5、目的基因的表达
一、目的基因的获取
1、目的基因主要是指______________________
通过标记基因，进行筛选和检测
5、目的基因的检测和表达
分子水平的检测： ①检测转基因生物染色体的DNA 上是否插入了目的基因 方法—— DNA分子杂交 检测— ②检测目的基因是否转录出了mRNA 方法—— 分子杂交 ③检测目的基因是否翻译成蛋白质 方法—— 抗原抗体杂交 个体水平的检测： 性状的表达 鉴定—— 抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等
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7 下列高科技成果中，根据基因重组原理进行的 是（ ） A、我国科学家袁隆平利用杂交技术培育出超级 水稻。 B、我国科学家将苏云金杆菌的某些基因转移到 棉花体内，培育出抗虫棉。 C、我国科学家通过返回式卫星搭载种子培育出 太空椒。 D、我国科学家通过体细胞克隆技术培育出克隆 牛。
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花粉管通道法:
在授粉后向子房注射含目的基因的DNA溶液，利 用植物在开花、受精过程中形成的花粉管通道， 将外源DNA导入受精卵细胞，并进一步地被整合 到受体细胞的基因组中，随着受精卵的发育而成 为带转基因的新个体。该方法于80年代初期由我 国学者周光宇提出，我国目前推广面积最大的转 基因抗虫棉就是用花粉管通道法培育出来的。该 法的最大优点是不依赖组织培养人工再生植株， 技术简单，不需要装备精良的实验室，常规育种 工作者易于掌握。
⑥过程： a、DNA变性（90℃-96℃）：双链DNA模板 氢键 断裂，形成___________ 单链DNA 在热作用下，_____ b、退火（复性25℃-65℃）：系统温度降低，引 双链 。 物与DNA模板结合，形成局部________ c、延伸（70℃-75℃）：在Taq酶的作用下，从 引物的5′端→3′端延伸，合成与模板互补 DNA链 。 的________
通过基因工程得到抗虫棉，怎样证明抗虫基 因已经在棉花细胞中表达？
用棉铃饲喂棉 铃虫，如虫吃后中 毒死亡，则说明摄 入了抗虫基因并得 到表达。
总结：基因工程的操作流程及要点
步骤一
• 获取目的基因（化学合成、基因文库）
• 形成重组DNA分子（同种限制性核酸内切酶切割质粒和目的基 因） 步骤二 • 将重组DNA分子导入受体细胞：受体细胞不同导入的方法也有 差异；常用原核 生物作为受体细胞 步骤三 • 筛选含有目的基因的受体细胞：以质粒上的标记基因是否表达 为依据 步骤四 • 目的基因的检测与表达：分子水平的检测（方法：DNA分子杂 交、抗原—抗体杂交）；个体水平的检测 步骤五
3. 不同受体细胞导入的方法不同： （1）植物细胞： 农杆菌转化法 基因枪法 花粉管通道法
基因枪
农杆菌转化法
农杆菌是普遍存在于土壤中的一种革兰氏阴性细菌，它能 在自然条件下趋化性地感染大多数双子叶植物的受伤部位， 并诱导产生冠瘿瘤或发状根。根癌农杆菌和发根农杆菌中 细胞中分别含有Ti质粒和Ri质粒，其上有一段T-DNA，农 杆菌通过侵染植物伤口进入细胞后，可将T-DNA插入到植 物基因组中。因此，农杆菌是一种天然的植物遗传转化体 系。人们将目的基因插入到经过改造的T-DNA区，借助农 杆菌的感染实现外源基因向植物细胞的转移与整合，然后 通过细胞和组织培养技术，再生出转基因植株。
壁的通透性 •感受态细胞 大肠杆菌经Ca离子处理后可摄取外源DNA, 处于这种状态的细胞即感受态细胞
常以微生物作为受体细胞的原因：
繁殖快、结构简单
4、筛选含有目的基因的受体细胞
• 导入过程完成后，全部受体细胞都能摄入 重组DNA分子吗？ 真正能摄入重组DNA分子的受体细胞很少。
• 怎样进行检测？举例说明
PCR原理
PCR原理
１变性
PCR原理
１退火
PCR原理
１延伸
PCR原理
２变性
PCR原理
２退火
PCR原理
２延伸
PCR原理
３变性
PCR原理
３复性
PCR原理
３延伸
已知 ，核苷酸序列又 人工合成：若基因_____ ______ 较小 ，则可用此法。
2、形成重组DNA分子
①用一定的_________ 限制酶 切割 质粒，使其出现一个切 黏性末端 口，露出____________ 。 同一种限制酶 切断目 ②用_____________ 的基因，使其产生相同 _____ 的黏性末端 ____________。 切口 处， ③将切下的目的基因片段插入质粒的______ DNA连接酶 ，形成了一个重组 再加入适量___________ DNA分子（重组质粒）
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4根据mRNA的信息推出获取目的基因的方法是（） A、用DNA探针测出目的基因 B、用mRNA探针测出目的基因 C、用mBaidu NhomakorabeaNA反转录形成目的基因 D、用PCR技术扩增mRNA 【答案：C】
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5 PCR技术扩增DNA,需要的条件是( ) ①目的基因②引物③四种脱氧核苷酸④DNA聚合酶 等⑤mRNA⑥核糖体 A、①②③④ B、②③④⑤ 【答案：A】 C、①③④⑤ D、①②③⑥
基因枪法：
将直径4um的钨粉或金粉在供体DNA中浸泡，然后用基因枪 将这些粒子打入细胞、组织或器官中，具有一次处理多个细胞的优点，但转化 效率较低，另外这种方法也用于基因治疗和抗体制备，并已取得初步成效。这 一方法是依靠一种基因枪来帮助导入外源基因。基因枪根据动力系统可分为火 药引爆、高压放电和压缩气体驱动三类。其基本原理是通过动力系统将带有基 因的金属颗粒（金粒或钨粒），将DNA吸附在表面，以一定的速度射进植物细 胞，由于小颗粒穿透力强，故不需除去细胞壁和细胞膜而进入基因组，从而实 现稳定转化的目的。它具有应用面广，方法简单，转化时间短，转化频率高， 实验费用低等优点。对于农杆菌不能感染的植物，采用该方法可打破载体法的 局限。基因枪的转化频率与受体种类、微弹大小、轰击压力、制止盘与金颗粒 的距离、受体预处理、受体轰击后培养有直接关系。
受体细胞 外源DNA扩增 产生特定性状 分离 目的基因
获取目的基因的方法 2）反转录法： (人工合成法)
目的基因的mRNA 反转录 单链DNA
合成
双链DNA (即目的基因)
获取目的基因的方法 3）根据已知的氨基酸序列合成DNA法 ： (人工合成法) 蛋白质的氨基酸序列 推测 mRNA的核苷酸序列 推测 结构基因的核苷酸序列 化学合成 目的基因
表达载体应包括： 转录的起点
启动子 目的基因 终止子 标记基因
转录的终点
3、将重组DNA分子导入受体细胞
基因工程的受体细胞有哪些？如何选择？ 如何导入？ 将目的基因导入 植物细胞 方法 农杆菌转化法 基因枪法 花粉管通道法
将目的基因导入 ——显微注射法 动物细胞 将目的基因导入 ——感受态细胞 微生物细胞
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。
Kary B. Mullis
(2)利用PCR技术扩增 聚合酶链式反应 ，是一项 ① 概念：PCR全称为_______________ 体外 特定DNA片段的核酸合成技术 在生物____ 复制___________ DNA复制 ②原理：__________ 模板(已知基因的核苷酸序列 ③条件：_______________________ 、) 四种脱氧核苷酸 、___________ 一对引物 、 _______________ 必须对目的基因有一定的了解， DNA聚合酶 前提条件： ___________. 需要设计引物 n 指数 2 ④方式：以_____方式扩增，即____（n为扩增循 环的次数） ⑤结果： 使目的基因的片段在短时间内成百万倍地扩增
请举出三个以上的例子 2、获取目的基因的方法 （1）、从基因文库中获取目的基因。 ----适用于目的基因的序列为未知的 （2）、化学合成 ----适用于目的基因的序列为不是很大且已知的 例:利用PCR技术扩增目的基因
获取目的基因的方法 1）鸟枪法： (直接分离法) 供体细胞中的DNA 限制酶 许多DNA片段 载入 运载体 导入 受体细胞
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6 获取目的基因的方法有多种，下列不属于目的 基因获取方法的是（） A、从基因组文库中获取 B、从cDNA文库中获取 C、从含目的基因生物细胞中获取 D、利用PCR技术获取 【答案：C】
9 、下图是利用基因工程办法生产人白细胞干扰素的基本 过程图，据图回答： （1）①过程需要_______________酶的参与。 （2）②物质是从大肠杆菌分离出的_________________。 其化学本质是________________，它必须能在宿主细胞中 ___________________________。 (3)③过程表明目的基因______________________
核酸分子杂交技术：
具一定同源性的两条(DNA或RNA)单链在适 宜的温度及离子强度等条件下, 可按碱基互 补配对原则特异性地复性，形成双链
探针(序列已知，单链)
待测核苷酸序列(单链)
5、目的基因的检测和表达
分子水平的检测： ①检测转基因生物染色体的DNA 上是否插入了目的基因 方法—— DNA分子杂交 检测— ②检测目的基因是否转录出了mRNA 方法—— 分子杂交 ③检测目的基因是否翻译成蛋白质 方法—— 抗原抗体杂交 个体水平的检测： 性状的表达 鉴定—— 抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等
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3 水母发光蛋白由 236 个氨基酸构成，其中天冬氨 酸、甘氨酸和丝氨酸构成发光环，现已将这种蛋 白质的基因作为生物转基因的标记，在转基因技 术中，这种蛋白质的作用是 A．促使目的基因导入受体细胞 B．促使目的基因在受体细胞内复制 【答案：C】 C．使目的基因容易被检测出来 D．使目的基因容易成功表达