高中生物选修三专题一基因工程.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,*,基因工程概念,基因工程,：,又叫基因拼接技术或DNA重组技术。就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因,提取,出来，加以,修饰和改造,，然后放到,另一种,生物的细胞里，,定向,的改变生物的遗传性状。,普通棉,转Bt基因抗虫棉,苏云金杆菌,Bt基因,基因工程概念,基因工程,：,又叫,基因拼接技术,或,DNA重组,技术。就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因,提取,出来，加以,修饰和改造,，然后放到,另一种,生物的细胞里，,定向,的改变生物的遗传性状。,限制性内切酶,（EcoR）,作用过程,点击播放,A,G,限制酶切割的是什么,限制酶识别的序列：,EcoR,黏性末端,黏性末端,限制酶切割,DNA,分子后形成什么：,Sma,平末端平末端,如果把两种来源不同的,DNA,用同一种限制酶来切割，会怎样呢？,会产生,相同的黏性(平)末端,，然后让两者的黏性(平)末端,黏合,起来，就似乎可以合成重组的DNA分子了。,GAATTC,CTTAAG,GAATTC,CTTAAG,EcoR,G,AATTC,CTTAA,G,G,AATTC,CTTAA,G,不同来源的DNA片段混合,将不同种来源的DNA片段连接起来,生物A基因片段,生物B基因片段,GAATTC,CTTAAG,GAATTC,CTTAAG,酶切,基因的针线,DNA,连接酶,DNA连接酶,可把黏性末端,之间的缝隙,“,缝合,”起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来(形成,磷酸二酯键,)，这样一个重组的DNA分子就形成了。,DNA连接酶的作用过程,举例：Ecoli DNA连接酶,T4 DNA连接酶,外源基因,(,如抗虫基因,),怎样才能导入受体细胞？,导入过程需要运输工具,运载体,。,运载体的作用有哪些？,作用一,：作为运载工具，将外源基因(抗虫基因),转移,到受体细胞(棉花细胞)中去。,作用二,：利用运载体在受体细胞(棉花细胞)内，,对外源基因,(抗虫基因)进行,大量复制,。,运载体,作为运载体必须具备哪些条件？,1）能够在宿主细胞中,复制,并稳定地,保存,。,2）具多个,限制酶的切割位点,，以,便与,外源基因连接,。,3）具有某些,标记基因,，便于进行,筛选,。,如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等。,常用的载体：质粒,能复制并带着插入的目的基因一起复制,有切割位点,有标记基因的存在，可用含氨苄青霉素的培养基鉴别,作为运载体必须具备哪些条件？,1）能够在宿主细胞中,复制,并稳定地,保存,。,2）具多个,限制酶的单一切割位点,，以,便与,外源基因,连接,。,3）具有某些,标记基因,，便于进行,筛选,。,如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等。,基因操作的基本步骤,基因操作的基本步骤,提取目的基因,目的基因与运载体结合,将目的基因导入受体细胞,目的基因的检测和表达,目的基因,目的基因是人们所,需要转移,或,改造,的基因。,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。,步骤一：目的基因的提取,获得方法,（一）从基因文库中获得,（二）用PCR（聚合酶链反应）技术体外扩增有关DNA片段,（三）人工合成法,基因组文库构建(示意图),cDNA,文库的构建,mRNA,cDNA,重组质粒,质粒进入细菌,(二)利用PCR技术扩增目的基因,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,(3)人工合成基因法,DNA合成仪,有两种方法：逆转录法：以信使RNA为模板，在逆转录酶的作用下将脱氧核苷酸合成合成DNA(基因)。直接合成法：根据蛋白质的氨基酸顺序推算出信使RNA核苷酸顺序，再据此推算出基因DNA的脱氧核苷酸顺序。用游离脱氧核苷酸直接合成相应的基因。,二、基因表达载体的构建：,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,启动子是DNA链上一段能与RNA聚合酶结合并能起始mRNA合成的序列，它是基因表达不可缺少的重要调控序列。没有它，基因就不能转录。,终止子在一个基因的末端往往有一段特定顺序，它具有转录终止的功能，这段终止信号的顺序称为终止子,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,(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,(三)将目的基因导入受体细胞,方法,将目的基因导入,植物细胞,将目的基因导入,动物细胞,将目的基因导入,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,Ca,2+,处理法,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.原理,植物花粉在柱头上萌发后，花粉管要穿过花柱直通胚囊。花粉管通道法就是在植物受粉后，花粉形成的花粉管还未愈合前，剪去柱头，然后，滴加DNA（含目的基因），使目的基因借助花粉管通道进入受体细胞。,2、将目的基因导入动物细胞,（1）方法：显微注射法,给受精卵打针,（2）程序：,左边是牛的雌原核，右边是牛的雄原核，这是在两者结合（受精）前非常短暂的一瞬间：把目的基因注射雄原核内。这样能培育出转基因牛。,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：,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,。,受体细胞摄入,DNA,分子后就说明目的基因完成了表达吗？,表达,：通过特定性状的产生与否来确定目的基因是否表达,步骤四：,目的基因的检测和表达,四环素,抗性基因,氨苄青霉,素抗性基因,(四)目的基因的检测与鉴定,检查是否成功,分子水平检测,个体鉴定,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出蛋白质,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,导入检测：依据DNA分子杂交技术，即使用放射性同位素标记的含目的,基因,的DNA片段作,探针,检测。（,分子杂交技术互补的核苷酸序列严格按照碱基互补配对原则形成稳定的杂合双链分子DNA分子的过程称为杂交。杂交过程是高度特异性的）,如果显示出杂交带（用特殊的显影装置可以看见），就表明待测样品含有目的基因或目的基因已经转录。,(四)目的基因的检测与鉴定,检查是否成功,分子水平检测,个体鉴定,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出蛋白质,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,若不能表达，要对抗虫基因再进行,修饰,。,怎样检验抗虫基因在棉细胞内是否表达呢？,没有抗虫基因,的棉植株,有抗虫基因的棉植株,棉铃虫,虫没有死,虫被杀死,没有表达,目的基因表达,基因工程,原理：,基因操作工具,步骤：,基因重组,优点,1、,定向,改造生物的遗传性状；,2、克服了,不同物种,之间,远缘杂交,的障碍,“剪刀”：,“针线”：,运载体：,1,、提取,目的基因,2、目的基因与运载体的,结合,3、将目的基因,导入,受体细胞,4、目的基因的,表达和检测,质粒、噬菌体、动植物病毒,DNA连接酶,限制性内切酶,核心术语,(记准、写准、理解透，把握内涵和外延),1.基因工程（限制性核酸内切酶、DNA连接酶、载体、目的基因、基因表达载体、农杆菌转化法、显微注射法、感受态细胞）,2.蛋白质工程（预期功能、分子设计、DNA合成）,3.植物细胞工程植物组织培养（脱分化、再分,化、愈伤组织、丛芽）、植物体细胞杂交（原生体融合、杂种细胞、杂种植株）,4.动物细胞工程动物细胞培养（原代培养、传代培,养、细胞株、细胞系）、动物细胞核移植、动物细胞融合（杂种细胞、单克隆抗体）,（4）将目的基因导入受体细胞的常用方法？,答案,植物细胞：农杆菌转化法；动物细胞：显微注射法；微生物：Ca,2+,处理法。,（5）目的基因的导入与表达如何进行检测与鉴定？,答案,分子水平检测,a.导入检测：DNA分子杂交技术，即使用放射性同位素标记的含目的基因的DNA片段作探针检测。,b.表达检测,个体生物学水平鉴定：对转基因生物进行抗虫或抗病的接种实验。,转录检测：分子杂交法，即目的基因作,探针与mRNA杂交,翻译检测：抗原抗体杂交法,1.下表关于基因工程中有关基因操作,的名词及对应的内容，正确的组合是,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.,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,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.下列哪项不是将目的基因导入植物细胞的方法(),A基因枪法 B显微注射法,C.农杆菌转化法 D花粉管通道法,（09沈阳质检）转基因植物油是由转基因植物通过压榨或浸出法加工制得的，因其出油率高而被广泛采用。我国是植物油消费大国，每年都从国外进口大量的转基因植物油。,（1）在培育转基因油料植物的过程中，基因操作需要的工具酶是,。在基因表达载体中，目的基因的首端必须含有,，它是,识别和结合位点。,（2）请写出一种将目的基因导入油料植物细胞可以采用的方法：,。若受体细胞为植物体细胞，可采用,技术获得转基因植物体，该技术所依据的原理是,。,限制性核酸内切酶和DNA连接酶,启动子,RNA聚合酶,农杆菌转化（或基因枪、花粉管通,道）法,植物组,织培养,植物细胞全能性,（3）若要检测（2）中获得的植物细胞染色体上是否含有目的基因，可采用,技术。而想要得知上述植物是否真的出油率高，应如何做？,。,（4）若利用蛋白质工程继续提高油料植物的出油率，其设计流程应从预期的,出发，设计预期的,结构，推测出应有的,序列，然后找到相对应的,序列，再用转基因技术改变其现有性状。,DNA分子杂交,将该植物制出植物油与同等质量的非转基因植物制出,的植物油称重比较,蛋白质功能,蛋白质,氨基酸,脱氧核苷酸,(2008理综山东卷)35.（8分）【生物现代生物科技专题】,为扩大耕地面积，增加粮食产量，黄河三角洲等盐碱地的开发利用备受关注。我国科学家应用耐盐基因培育出了耐盐水稻新品系。（1）获得耐盐基因后，构建重组DNA分子所用的限制性内切酶作用于图中,处，DNA连接酶作用于,处。（填“a”或“b”）,（2）将重组DNA分子导入水稻受体细胞的常用方法有农杆菌转化法和,法。,（3）由导入目的基因的水稻细胞培养成植株需要利用,技术，该技术的核心是,和,。,（4）为了确定耐盐转基因水稻是否培育成功，既要用放射性同位素标记的,作探针进行分子杂交检测，又要用,方法从个体水平鉴定水稻植株的耐盐性。,a,植物组织培养,脱分化（去分化）,基因枪法（花粉管通道法）,再分化,耐盐基因（目的基因）,一定浓度盐水浇灌（移栽到盐碱地中）,a,（,2008上海高考生物巻）39、以重组DNA技术为核心的基因工程正在改变着人类的生活。请回答下列问题。,（1）获得目的基因的方法通常包括,和,。,（2）切割和连接DNA分子所使用的酶分别是,和,。,（3）运送目的基因进入受体细胞的载体一般选用病毒或,，后者的形状成,。,（4）由于重组DNA分子成功导入受体细胞的频率,，所以在转化后通常需要进行,操作。,（5）将人胰岛素基因分别导入大肠杆菌与酵母菌，从两者中生产的胰岛素在功能和,序列上是相同的。,答案：（1）从基因文库中获取 化学合成（人工合成）（2）限制性核酸内切酶（限制酶）DNA连接酶（连接酶）（3）质粒 小型环状（双链环状、环状）（4）低 筛选（5）氨基酸,（2007，山东理，,8分,）,继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后，膀胱生物反应器的研究也取得了一定进展。最近，科学家培育出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。请回答：,（1）将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用方法是,。,（2）进行基因转移时，通常要将外源基因转入,中，原因是,。,（3）通常采用,技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组。,（4）在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的,细胞中特异表达。,（5）为使外源基因在后代长期保持，可将转基因小鼠体细胞的,转入,细胞中构成重组细胞，使其发育成与供体具有相同性状的个体。该技术称为,。,显微注射法,受精卵（或早期胚胎）,DNA分子杂交）（核酸探针）,受精卵（或早期胚胎细胞）具有全能性，可使外源基因在相应组织细胞表达,去核的卵,膀胱上皮,细胞核,核移植（或克隆）,二、非选择题,13.（09泰安模拟）科学家通过基因工程成功培育出能抗棉铃虫的棉花植株抗虫棉，其过程大致如下图所示：,（1）进行基因工程操作的工具酶有,，将苏云金芽孢杆菌的Bt基因导入棉花细胞,内，使棉花植株产生抗虫性状，引起这种新性状产,生依赖于,。,（2）含有Bt基因的Ti质粒导入棉花细胞是否可以稳,定维持和表达其遗传特性，必须进行检测与鉴定。,检测目的基因是否导入成功可以检测Bt基因是否转,录出了mRNA，这是检测目的基因是否发挥功能作,用的,。检测方法是,。,限制酶、DNA连,接酶,基因重组或重组DNA,第一步,从转基因棉花细胞内提取mRNA，用标记的目的基因作探针与mRNA杂交，如果显示出杂交带，则表明目的基因转录出了mRNA,（3）由获得Bt基因的植株细胞培养成抗虫棉植株的,过程是：植株细胞首先要通过细胞的,过,程，培养出,，再在一定的培养条件下，,再分化出幼根和芽，形成完整的植株。为了克服季,节限制快速制种，便于大面积推广种植，可将植株,细胞培养得到,。,（4）有人担心种植上述抗虫棉，它所携带的Bt基因,可以通过花粉传递给近亲物种，造成“基因污染”，,请提出你的解决方法。,。,脱分化,愈伤组织,胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等,将目的基因导入叶绿体基因,组或线粒体基因组中,14.下图表示用基因工程技术培育转人生长激素基因牛、制备单克隆抗体、培育抗虫棉的示意图，请根据图示回答下列问题：,（1）过程表示,，要用同一种限制性核酸内切酶处理目的基因和载体，原因是,。受体细胞可以是牛的一般体细胞吗？,，为什么？,。,（2）制备单克隆抗体的常规方法是将分泌抗体的浆细胞与能无限增殖的骨髓瘤细胞融合，而图中单克隆抗体的制备过程则运用了基因工程技术与动物细胞培养技术，请你说出目的基因的名称,。单克隆抗体主要具有,的特性。,基因表达载体的构建,同一种限制酶处理目的基因和载体，可以产生相,同的黏性末端,不能,因为分化的动物细胞没有,全能性,无限增殖,调控基因,特异性强、灵,敏度高,（3）抗虫棉的培育过程中，抗虫基因的受体细胞可,以是棉花的一般体细胞，原因是,。最后检验培育的棉花是否抗虫，常,用的方法是,。,分化的植物细胞,具有全能性,用培育的棉花的叶等器官喂食害虫，观,察害虫的生活情况,解析,本题考查基因工程的应用。构建基因表达载体时，需要目的基因与载体具有相同的黏性末端，所以要用同一种限制酶处理二者。分化的动物细胞没有全能性，而分化的植物细胞具有全能性。单克隆抗体的制备关键就是让浆细胞获得无限增殖的能力。图示中的方法，是将能调控细胞增殖的基因导入浆细胞（受体细胞），使其获得了无限增殖的能力，所以无限增殖调控基因为目的基因。,