基因工程的基本操作程序主要包括四个基本步骤

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2、 检测目的基因是否插入了转基因生物的染色体DNA上
检测目的基因是否转录出了mRNA
检测目的基因是否翻译成蛋白质 另外:个体生物学水平的鉴定
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思考:检测mRNA 是否合成,可以用分子杂交的方法吗?
##检测目的基因是否翻译成蛋白质— 抗原—抗体杂交
##个体生物学水平的鉴定——
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目的基因与运载体的结合过程,实际 上是不同来源的基因重组的过程。
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步骤三:目的基因导入受体细胞---转化
• 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。
• 将目的基因导入受体细胞的原理 借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。
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①直接导入法有电击、显微注射、直接吸收、基因枪等 方法。
专题1 基因工程
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基因工程的基本操作程序主要包括 四个基本步骤:
1)目的基因的获取 2)基因表达载体的构建 3)将目的基因导入受体细胞 4)目的基因的检测与鉴定
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步骤一:目的基因的获取
目的基因是人们所需要转移或改造的基因, 获取目的基因是实施基因工程的第一步 。
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思考:作为基因工程表达载体,只需含有目的基因就可以完
成任务吗?为什么? 不可以。因为目的基因在表达载体中得到表达并发挥作用,还需 要有其他控制元件,如启动子、终止子和标记基因等。必须构建 上述元件的主要理由是: (1) 生物之间进行基因交流,只有使用受体生物自身基因的启 动子才能比较有利于基因的表达; (2) 通过cDNA文库获得的目的基因没有启动子,只将编码序列 导入受体生物中无法转录;
2.β -珠蛋白是动物血红蛋白的重要组成成分。当它的成分异 常时,动物有可能患某种疾病,如镰刀形细胞贫血症。假如 让你用基因工程的方法,使大肠杆菌生产出鼠的β -珠蛋白, 想一想,应如何进行设计?
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(1)从小鼠中克隆出β-珠蛋白基因的编码序列(cDNA)。 (2)将cDNA前接上在大肠杆菌中可以适用的启动子,另外加 上抗四环素的基因,构建成一个表达载体。 (3)将表达载体导入无四环素抗性的大肠杆菌中,然后在含有 四环素的培养基上培养大肠杆菌。如果表达载体未进入大肠杆 菌中,大肠杆菌会因不含有抗四环素基因而死掉;如果培养基 上长出大肠杆菌菌落,则表明β-珠蛋白基因已进入其中。 (4)培养进入了β-珠蛋白基因的大肠杆菌,收集菌体,破碎后 从中提取β-珠蛋白。
A、我国科学家袁隆平利用杂交技术培育出超级 水稻。
白基因等。
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3.根据农杆菌可将目的基因导入双子叶植物的机理,你能分 析出不能导入单子叶植物的原因吗?若将一个抗病基因导 入小麦中,理论上讲你应该怎样做? ①要选择合适的农杆菌菌株,因为不是所有的农杆菌菌株都 可以侵染单子叶植物; ②要加趋化和诱导的物质,一般为乙酰丁香酮等,目的是使 农杆菌向植物组织的受伤部位靠拢(趋化性)和激活农杆菌 的Vir区(诱导)的基因,使T-DNA转移并插入到染色体DNA 上。
1)DNA序列自动测序仪:
对提取出来的基因进 行核苷酸序列分析。
2)PCR技术:
使目的基因的片段 在短时间内成百万倍 地扩增。
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3)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片段,导入 受体菌的群体中储存,各个受体菌分别含有这种生物的 不同的基因,称为基因文库(gene library)
如苏云金芽孢杆菌的抗虫基因,还有植 物的抗病(抗病毒、抗细菌)基因、种子贮 藏蛋白的基因,以及人的胰岛素基因、干扰 素基因等。
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目的基因的获得
从基因文库获得
未知序列
基因文库
基因组文库 部分基因文库
利用PCR技术扩增 人工合成
已知序列
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• 哪些新技术能大大简化基因工程的操作技术?
基因组文库:
基因文库中包含了一种生物所有的基因,这种基 因文库叫做基因组文库.
部分基因文库:
基因文库中包含了一种生物的一部分基因,这种基 因文库叫做部分基因文库.
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用DNA重组技术将某种生物的总DNA用特定的限制性内 切酶切割成一个个片段,然后将这些片段随机地连接在某些 质粒或其他载体上,再将它们转移到适当的宿主细胞中,通 过细胞的增殖而构成各个片段的无性繁殖系(克隆),当这 些克隆多到可以包括某种生物的全部基因时,这一批克隆的 总体就称为该种生物的基因文库。这一定义也适用于线粒体 DNA和叶绿体DNA,分别称为某种生物的线粒体基因文库或叶 绿体基因文库。为了有效地保存基因文库,可通过细菌在固 体培养基上繁殖而使包含各个特定DNA片段的细菌增多。通过 分子杂交的方法,可以筛选出包含有所需基因的DNA片段的细 菌(或噬菌体)。经过扩增得到大量这样的细菌(或噬菌 体),从中便可分离出所需基因的DNA片段。建立和使用基因 文库是分离高等真核生物基因的有效手段,对于基因定位和 基因工程的研究都很有用。
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人工合成
已知其序列 已知其mRNA 的序列 已知其翻译产物的氨基酸序列
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步骤二:基因表达载体的构建
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。
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DNA连接酶,形成了一个重 组DNA分子(重组质粒)
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寻根问底:将目的基因直接导入受体细胞不是更简便吗?如
果这么做,结果会怎样? 提示:有人采用总DNA注射法进行遗传转化,即将一个生物中 的总DNA提取出来,通过注射或花粉管通道法导入受体植物, 没有进行表达载体的构建,这种方法针对性差,完全靠运气, 也无法确定什么基因导入了受体植物。此法目前争议颇多,严 格来讲不算基因工程。
• 受体细胞摄入DNA分子后就说明目的基因 完成了表达吗?
不能,受体细胞必须表现出特定的性状, 才能说明目的基因完成了表达。
若不能表达, 要对抗虫基因 再进行修饰。
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前三步的处理十分繁锁,为保证目的基因得到有 效利用,通常用大量的受体细胞来接受不多的目的基 因。这样,处理的受体细胞中真正摄入了目的基因的 很少,必须将它从中检测出来。
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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 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
等⑤mRNA⑥核糖体
A、①②③④
B、②③④⑤
C、①③
④⑤ D、①②③⑥
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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
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wenku.baidu.com
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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( )
例:用棉铃饲喂棉 铃虫,如虫吃后不出现 中毒症状,说明未摄入 目的基因或摄入目的基 因未表达。如虫吃后中 毒死亡,则说明摄入了 抗虫基因并得到表达。
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寻根问底——
(1)为什么要构建基因文库?直接从含有目的基因的生物体内 提取不行吗?
提示:构建基因文库是获取目的基因的方法之一,并 不是惟一的方式。如果所需要的目的基因序列已知, 就可以通过PCR方式从含有该基因的生物的DNA中, 直接获得,也可以通过反转录,用PCR方式从mRNA 中获得,不一定要构建基因文库。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,或者想得到一种生物的全基因组序列,往往 就需要构建基因文库。
2)使含有目的基因的重组质粒进入受体 细胞。
3)目的基因在受体细胞内,随其繁殖而 复制,由于细菌繁殖的速度非常快,在很 短的时间内就能获得大量的目的基因。
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步骤四:目的基因的检测与鉴定
氨苄青霉 素抗性基因
四环素 抗性基因
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四、目的基因的检测与鉴定
1、检测与鉴定的目的 目的基因进入受体细胞后,是否可以稳定维持 和表达其遗传特性
(1)质粒是细菌染色体DNA以外的环状双链DNA分子,它能自 我复制,也可整合到细胞染色体DNA中与其一起表达。质粒通常 还含有标记基因,这可以从细胞的表型特征来识别。 (2)λ噬菌体是一种细菌病毒,其环状双链DNA可以作为目的基 因的载体。 (3)科斯质粒是一种杂种质粒,含有质粒和λ噬菌体的部分顺序, 很适合用作真核生物基因的载体。
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(3) 目的基因是否导入受体生 物中需要有筛选标记;
(4) 为了增强目的基因的表达 水平,往往还要增加一些其他调
控元件,如增强子等;
(5) 有时需要确定目的基因表 达的产物存在于细胞的什么部位, 往往要加上可以标识存在部位的 基因(或做成目的基因与标识基 因的融合基因),如绿色荧光蛋
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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 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
第二步是将重组表达载体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.
第三步目的基因在受体细胞内,随其繁殖 而复制,由于细菌繁殖的速度非常快,在很短的 时间内就能获得大量的目的基因。
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1)将细菌用CaCl2处理,以增大细菌细 胞壁的通透性。
无表达产物 无表达产物
有表达产物
无表达产物
细菌的检测,将每个受体细胞单独培养形成菌落, 检测菌落中是否有目的基因的表达产物。淘汰无表达产 物的菌落,保留有表达产物的进一步培养、研究。
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多细胞生物的检测,将每个受体细胞单独培 养并诱导发育成完整个体,检测这些个体是否摄 入目的基因,摄入的基因是否表达(是否表现出 相应的性状)。淘汰无变化的个体,保留有相应 变化的个体进一步培养、研究。
(1)电击法:借助电击仪高压脉冲把目的基因打入宿主细胞。 (2)显微注射法:利用微量注射器在显微镜下直接把目的基因注 入宿主细胞。 (3)直接吸收法:把目的基因和宿主细胞混在一起,让其吸收。 (4)基因枪法:在金属微粒上涂一层目的基因,然后发射到宿主 细胞中。
②间接导入法常用的载体是质粒、λ噬菌体、科斯质粒。
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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mRNA反转录形成目的基因 D、用PCR技术扩增mRNA
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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
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1.将目的基因导入植物细胞
其他方法:基因枪法,花粉管通道法
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2.将目的基因导入动物细胞
显 微 注 射 法
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3.将目的基因导入微生物细胞
大肠杆菌细胞最常用的转化方法是:
首先用Ca2+ 处理细胞,以增大细菌细胞壁的 通透性,使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分 子的生理状态,这种细胞称为感受态细胞.
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寻根问底:
1.利用大肠杆菌可以生产出人的胰岛素,联系前面有关细胞器 功能的知识,结合基因工程操作程序的基本思路,思考一下,若 要生产人的糖蛋白,可以用大肠杆菌吗?
有些蛋白质肽链上有共价结合的糖链,这些糖链是在内质网 和高尔基复合体上加工完成的,内质网和高尔基复合体存在 于真核细胞中,大肠杆菌不存在这两种细胞器,因此,在大 肠杆菌中生产这种糖蛋白是不可能的。
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