高中生物《12基因工程的基本操作程序》-新人教版选修3(课堂PPT).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,1.2 基因工程的基本操作程序,6/16/2025,1,1,原核细胞的基因结构,非编码区,非编码区,编码区,编码区上游,编码区下游,与RNA聚合酶结合位点,启动子,终止子,编码区,：,能转录，编码蛋白质,非编码区：,不编码蛋白质,能调控遗传信息表达,6/16/2025,2,2,真核细胞的基因结构,编码区,非编码区,非编码区,启动子,终止子,编码区上游,编码区下游,内含子,外显子,与RNA聚合酶结合位点,编码区,：,非编码区：,外显子：,内含子：,能编码蛋白质的序列,不能编码蛋白质的序列,6/16/2025,3,3,非编码区,非编码区,编码区,RNA聚合酶结合位点,外显子,内含子,终止子,启动子,原核,真核,基因的结构,6/16/2025,4,4,原核细胞,真核细胞,不同点,编码区是,_的,编码区是间隔的、_的,相同点,都由能够编码蛋白质的_和具有调控作用的_区组成的,原核细胞与真核细胞的基因结构比较,思考,编码相同数目氨基酸的蛋白质，原核细胞与真核细胞基因结构一样长吗？,连续,不连续,编码区,非编码,6/16/2025,5,山西省孝义市第二中学,5,基因工程的基本操作程序,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,操作过程,目的基因的检测与鉴定,6/16/2025,6,6,6/16/2025,7,7,目的基因主要是指_,编码蛋白质的基因,目的基因的获取,供体生物细胞,取出DNA,用限制酶剪去多余部分,目的基因,即：将需要的基因从供体生物细胞内提取出来,目前被广泛提取使用的目的基因有：苏云金杆菌抗虫基因、植物抗病基因,（抗病毒、抗细菌)、,人胰岛素基因等。也可以是一些具有调控作用的因子,6/16/2025,8,8,获得目的基因的方法,从基因文库中获取目的基因,1.什么是基因文库？,2.怎样从基因文库中得到我们所需的目的基因？,种类：,基因组文库：,部分基因文库：(如cDNA文库),基因的核苷酸序列等,利用,PCR,技术扩增目的基因,人工合成,含有一种生物的,全部,基因,含有一种生物的,部分,基因,根据基因的有关信息：如基因的转录产物mRNA,未知序列,基因较小已知序列,已知序列,6/16/2025,9,9,1.用一定的_切割,质粒，使其出现一个切,口，露出_。,2.用_切断目,的基因，使其产生_,_。,核心,3.将切下的目的基因片段插入质粒的_处，,再加入适量_，形成了一个重组,DNA分子（重组质粒）,限制酶,黏性末端,同一种限制酶,的黏性末端,切口,DNA连接酶,相同,(二)基因表达载体的构建,6/16/2025,10,10,质粒,DNA分子,限制酶处理,一个切口,两个黏性末端,两个切口,获得目的基因,DNA连接酶,重组DNA分子（重组质粒）,核心,同一种,(二)基因表达载体的构建,4.过程,:,6/16/2025,11,11,科学家在培育抗虫棉时，经过了许多复杂的过程和不懈的努力，才获得成功。,起初把苏云金芽孢杆菌的抗虫基因插入载体质粒中，然后导入棉花的受精卵中，结果抗虫基因在棉花体内没有表达。,然后在插入抗虫基因的质粒中插入启动子(抗虫基因首端)，导入棉花受精卵，长成的棉花植株还是没有抗虫能力。科学家又在有启动子、抗虫基因的质粒中插入终止子(抗虫基因末端)，导入棉花受精卵，结果成长的植株，有了抗虫能力。,资 料:,6/16/2025,12,12,基因表达载体的组成：,目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用。,a、目的基因,b、启动子,c、终止子,d、标记基因,6/16/2025,13,13,(三)将目的基因导入受体细胞,常用的受体细胞：,动植物细胞、大肠杆菌、土壤农杆菌、枯草杆菌等。,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。,转化,目的基因进入_内，并且在 受体细胞内维持_和_的过程,受体细胞,稳定,表达,6/16/2025,14,14,方法,导入植物细胞,导入动物细胞,导入微生物细胞,农杆菌转化法,基因枪法,花粉管通道法,显微注射法,感受态细胞吸收DNA分子,(三)将目的基因导入受体细胞,6/16/2025,15,15,(四)目的基因的检测与鉴定,检查是否成功,检测,鉴定,检测转基因生物染色体的DNA,上是否插入了目的基因,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,抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等,方法,方法,方法,DNA分子杂交,分子杂交,抗原-抗体杂交,6/16/2025,16,16,直接分离法,:,用限制酶切成许多片断,2.构建基因文库,将含有某种生物不同基因 的许多DNA片断，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基因，称为基因文库。,6/16/2025,17,17,直接分离法,：,供体细胞中的DNA,许多DNA片段,运载体,限制酶,分别与 载体连接,受体细胞,分别 导入,2.构建基因文库,6/16/2025,18,18,mRNA,反转录,cDNA,(互补DNA）,DNA聚合酶,双链DNA,反转录法：,2.构建基因文库,6/16/2025,19,19,cDNA合成过程,第一步，反转录酶以RNA为模板合成一条与RNA互补的DNA单链，形成RNA-DNA杂交分子。,第二步，核酸酶H使RNA-DNA杂交分子中的RNA链降解，使之变成单链的DNA。,第三步，以单链DNA为模板，在DNA聚合酶的作用下合成另一条互补的DNA链，形成双链DNA分子。,6/16/2025,20,20,基因组文库：一般针对原核生物的基因，因为基因少,部分基因文库：一般针对真核生物的基因，如cDNA文库,文库类型,cDNA,文库,基因组文库,文库大小,小,大,基因中,启动子,无,有,基因中,内含子,无,有,基因多少,某种生物的部分基因,某种生物的全部基因,物种之间的基因交流,可以,部分基因可以,说明,基因文库的组建过程就包含基因工程的基本操作步骤,。从基因文库中获取目的基因的优点是操作简便，缺点是工作量大，具有一定的盲目性.,基因文库的构建方法,6/16/2025,21,21,依据：目的基因的有关信息。,如：根据,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特性。,3如何从基因文库中得到所需要的基因？,6/16/2025,22,22,利用PCR技术扩增目的基因,原理:,DNA双链复制,前提:,要有一段已知目的基因的脱氧核苷酸序列，以便合成引物。,6/16/2025,23,23,概念：PCR全称为,_,，是一项,在生物_复制_的核酸合成技术,条件：_、,_、_、_.前提条件：,原理：_,方式：以_方式扩增，即_,_,（n为扩增循,环的次数）,结果：,选修1 P,60,聚合酶链式反应,体外,特定DNA片段,DNA双链复制,已知基因的核苷酸序列,四种脱氧核苷酸,一对引物,DNA聚合酶,指数,2,n,使目的基因的片段在短时间内成百万倍地扩增,利用PCR技术扩增目的基因,6/16/2025,24,24,过程：,a、DNA变性（90-95）：双链DNA模板,在热作用下，_断裂，形成_,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_。,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,的_,_,。,氢键,单链DNA,双链,DNA链,6/16/2025,25,25,6/16/2025,26,26,利用PCR技术扩增目的基因,6/16/2025,27,山西省孝义市第二中学,27,PCR技术扩增过程,a、DNA变性（90-95）：双链DNA模板,在热作用下，,断裂，形成_,b、复性（55-60）：系统温度降低，引物,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，合成与模板互补的_。,氢键,单链DNA,双链,DNA链,6/16/2025,28,28,PCR,技术,DNA,复制,过程,DNA,变性（90,95,）,退火（复性55,60,）,子链延伸（70,75,）,重复循环,DNA,复制起始，,RNA,引物形成,DNA,片段生成,RNA,引物水解,完整的DNA分子形成,相同点,原则,碱基互补配对,条件,模板、原料（dCTP、dATP、dGTP、dTTP）、能量、酶、引物等,不同点,解旋方式,氢键在高温下断裂，双链全部解开,解旋酶催化氢键逐步断裂,场所,体外,主要在细胞核中,引物,DNA,RNA,酶,热稳定DNA聚合酶（,Taq,酶）,解旋酶、DNA聚合酶、,DNA,连接酶等,结果,在短时间内形成大量的DNA片段,形成完整的,DNA,分子,利用PCR技术扩增目的基因,6/16/2025,29,29,目的基因的mRNA,单链DNA,(cDNA）,双链DNA,(即目的基因),反转录,合成,1）反转录法：,以目的基因转录成的信使RNA为模板，反转录成互补的单链DNA，然后在酶的作用下合成双链DNA，从而获得所需的基因。,蛋白质的氨基酸序列,mRNA的核苷酸序列,结构基因的核苷酸序列,目的基因,推测,推测,化学合成,2）根据已知的氨基酸序列合成DNA法：,6/16/2025,30,30,2.微生物作受体细胞原因：,将目的基因导入微生物细胞,3.转化方法：,大肠杆菌,繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对少,处理细胞,细胞表达载体与感受态细胞混合 _细胞吸收DNA分子。,Ca,2+,感受态,感受态,1.常用菌：,6/16/2025,31,31,目的基因插入Ti质粒的T-DNA上 农杆菌,导入植物细胞 整合到受体细胞的染色体上,目的基因的遗传特性得以维持稳定和表达,1.农杆菌特点：,易感染双子叶植物和裸子植物。Ti质粒的T-DNA可转移至受体细胞的染色体上,2.转化,6/16/2025,32,32,6/16/2025,33,如果显示出杂交带，就表明待测样品含有目的基因或目的基因已经转录。,6/16/2025,34,34,细胞类型,常用方法,受体细胞,转化过程,植物细胞,农杆菌转化法,体细胞,将目的基因插入Ti质粒的T-DNA上转入农杆菌导入植物细胞整合到受体细胞的DNA,动物细胞,显微注射技术,受精卵,将含有目的基因的表达载体提纯取卵受精卵显微注射早期胚胎培养,胚胎移植,发育成为具有新性状的动物,微生物细胞,Ca,2+,处理法,原核细胞,用,Ca,2+,处理细胞感受态细胞重组表达载体DNA分子与感受态细胞混合感受态细胞吸收DNA分子,将目的基因导入受体的方法,6/16/2025,35,35,目的基因的检测与鉴定,检测步骤,目的,方法,原理,工具,现象,1,DNA分子杂交技术,碱基互补配对,放射性同位素作标记的含目的基因的DNA片段,杂交带,2,检测目的基因是否转录出了mRNA,DNA分子杂交技术,碱基互补配对,放射性同位素作标记的含目的基因的DNA片段,杂交带,3,检测目的基因是否翻译成蛋白质,抗原-抗体杂交,抗体的专一性,特定抗体,杂交带(阳性反应),检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因,6/16/2025,36,36,寻根问底,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。,6/16/2025,37,37,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。,6/16/2025,38,38,思考与探究：,1.,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；,6/16/2025,39,39,（,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），如绿色荧光蛋白基因等。,6/16/2025,40,40,思考与探究,2.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?,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；,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。,6/16/2025,41,41,3.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。,思考与探究：,6/16/2025,42,42,（,1）从小鼠中克隆出-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-珠蛋白基因已进入其中。,（4）培养进入了-珠蛋白基因的大肠杆菌，收集菌体，破碎后从中提取-珠蛋白。,4.-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-珠蛋白，想一想，应如何进行设计？,43,43,2、下列属于获取目的基因的方法的是(),利用mRNA反转录形成从基因组文库中提取,从受体细胞中提取 利用PCR技术,利用DNA转录 人工合成,A.B.C.D.,1、在基因工程中，把选出的目的基因（共1000个脱氧核苷酸对，其中腺嘌岭脱氧核苷酸是460个）放入DNA扩增仪中扩增4代，那么，在扩增仪中应放入胞嘧啶脱氧核苷酸的个数是（）个,A.540,B.8100 C.17280 D.7560,6/16/2025,44,44,3.细菌的质粒分子带有一个抗菌素抗性基因，该抗性基因在基因工程中的主要作用是,A,提高受体细胞在自然环境中的耐药性,B有利于对目的基因是否导入进行检测,C增加质粒分子的分子量,D便于与外源基因连接,4.,有关基因工程的叙述正确的是,A限制酶只在获得目的基因时才用,B重组质粒的形成是在细胞内完成的,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,6/16/2025,45,45,5.哪项不是基因表达载体的组成部分(),A.启动子 B.终止密码,C.标记基因 D.目的基因,6.,(2008,全国高考)已知某种限制酶在一线性DNA分子上有3个酶切位点。如果该线性DNA分子在3个酶切位点上都被该酶切断，则会产生a、b、c、d四种不同长度的DNA片段。现有多个上述线性DNA分子，若在每个DNA分子上至少有1个酶切位点被该酶切断，则从理论上讲，经该酶酶切后，这些线性DNA分子最多能产生长度不同的DNA片段种数是,A3 B4,C.9 D12,a,b,c,d,46,46,