2020学年高中生物 第一章 基因工程 第一节 基因工程概述 第2课时 基因工程的实施过程学案 苏教版选修3

第2课时基因工程的实施过程

学习导航明目标、知重点难点

简述基因工程的一般过程。(重点)

理解基因工程每个步骤的原理、方法和过程。(重、难点)

阅读教材P13～18完成基因工程的实施相关问题

基因工程涉及多种技术操作，主要包括获取目的基因，构建基因表达载体，将目的基因导入受体细胞，以及目的基因的检测和鉴定等步骤。

1．获取目的基因

(1)通过基因文库获取目的基因。

(2)通过PCR技术扩增目的基因。

(3)通过化学方法直接人工合成目的基因。

2．构建基因表达载体

(1)是实施基因工程的核心步骤，其操作过程是将目的基因与质粒、λ噬菌体或一些动植物病毒等在体外进行重组。

(2)一个基因表达载体除了目的基因外，还应包括启动子、终止子和标记基因等。

(3)启动子是位于目的基因上游的一段核苷酸序列，是RNA聚合酶识别、结合的部位。

(4)终止子是一段特殊的DNA片段，是载体上终止目的基因转录的核苷酸序列。

3．导入目的基因

(1)将基因表达载体导入受体细胞是实施基因工程的重要步骤。

(2)将目的基因导入植物细胞的常用方法——农杆菌转化法。

(3)将目的基因导入动物细胞的常用方法——显微注射法。

(4)将目的基因导入微生物细胞的方法——转化法，用Ca2＋处理，使大肠杆菌等成为一种能够吸收周围环境中DNA分子的感受态细胞。

4．检测和鉴定目的基因

用DNA分子杂交法进行DNA水平和RNA水平检测，采用抗原—抗体杂交从蛋白质水平检测，有时还需要从个体水平对其生物学特定性状进行检测。

判一判

(1)所有的目的基因都可从基因文库中直接获得。(×)

(2)标记基因的作用是为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。(√)

(3)启动子位于基因的首端，是RNA聚合酶识别和结合的部位。(√)

(4)抗虫或抗病的接种实验属于分子水平的检测。(×)

连一连

目的基因的获取与基因表达载体的构建

基因工程涉及多种技术操作，首先需要获取目的基因，构建基因表达载体。结合教材P13～15第六段内容完成以下探究。

探究1 完善下面基因工程的操作示意图，概述基因工程的一般步骤

由图分析基因工程的“施工”过程主要包括获取目的基因、构建基因表达载体、将目的基因导入受体细胞及目的基因的检测和鉴定。

探究2 结合教材完成下面问题，理解目的基因的获取

(1)通过基因文库获取目的基因

①基因文库：将含有某种生物不同基因的许多DNA 片段，导入受体菌的群体中储存，每个受体菌可能分别含有该种生物的不同基因，称为基因文库。 ②种类：⎩⎪⎨⎪⎧基因组文库：含有一种生物的全部基因部分基因文库（如cDNA 文库）：含有一种生物 的部分基因

③目的基因的获取

根据基因的有关信息：基因的核苷酸序列、基因的功能、基因在染色体上的位置、基因的转录产物mRNA 、基因的表达产物蛋白质等信息，就可以直接从基因文库中获取目的基因。

(2)完善如图关于PCR 技术的过程，分析PCR 技术扩增目的基因的方法。

(3)人工合成法：若基因较小、核苷酸序列已知，可以人工合成。

探究3 完善下图，构建基因表达载体

(1)观察下图(以质粒作为载体)，并完成其基本过程：

(2)完善下面基因表达载体模式图，并分析表达载体的组成及重要构件的作用。

1．提取目的基因的方法

(1)基因组文库

供体细胞中的DNA

――→限制酶

许多DNA 片段――→连接表达载体――→导入受体细胞

――――――――――――→外源DNA 扩增，产生特定性状

分离

目的基因 (2)cDNA 文库

供体生物―→mRNA ―→cDNA ―→受体菌群―→目的基因

(3)PCR 技术

目的基因―→单链DNA ―→双链DNA ―→大量目的基因

(4)人工合成

蛋白质的氨基酸序列―→mRNA 核苷酸序列―→DNA 核苷酸序列―→目的基因

2.

突破1 目的基因的获取

1．如图表示基因工程中获取水稻某目的基因的不同方法。下列相关叙述中正确的是

( )

A．这三种方法都用到酶，都是在体外进行

B．①②③碱基对的排列顺序均相同

C．图示a、b、c三种方法均属人工合成法

D．方法a不遵循中心法则

解析：选A。分析题图可知a为逆转录法获得目的基因，用到逆转录酶；b为直接从生物体获得目的基因，用到限制酶；c为用PCR技术扩增获取目的基因，用到Taq DNA聚合酶，且三种方法均在生物体外进行，故A正确；图示中①为逆转录法，②为直接分离目的基因，③为PCR技术扩增法，由于密码子的简并性，三种方法得到的目的基因中碱基对排列顺序不一定相同，故B、C错误；逆转录法遵循中心法则的内容，故D错误。

获取目的基因的四种方法比较

方法基因文库的构建

PCR技术扩增人工合成

基因组文库

部分基因文库(如cDNA

文库)

优

点

操作

简单

专一性强

可在短时间内大扩增

目的基因

专一性强，可产生自然

界中不存在的新基因缺

点

工作量大、盲

目性大、专一

性差

操作过程较烦琐，技术

要求过高

需要严格控制温度，技

术要求高

适用范围小

突破2 基因表达载体的构建

2．如图是利用基因工程技术培育转基因植物，生产可食用疫苗的部分过程示意图，其中PstⅠ、SmaⅠ、Eco R Ⅰ、ApaⅠ为四种限制性核酸内切酶。下列说法错误的是( )