人教版生物选修3课件：1.2.ppt

栏目导引,新知初探思维启动,要点突破讲练互动,知能演练轻巧夺冠,专题,1,基因工程,学习导航,1.,掌握目的基因获取的常见方法。,难点,2.,学会基因表达载体构建的方法和要求。,重点,3.,理解目的基因导入受体细胞的具体过程。,4.,掌握目的基因检测与鉴定的具体操作。,要点,新知初探思维启动,一、目的基因的获取,1.,从基因文库中获取目的基因,将含有某种生物的不同,_,的,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不同的基因，称为基因文库。,基因,基因文库包括两种：,_,文库，即包含一种生物所有基因的文库；,_,文库,即只包含一种生物的一部分基因的文库，如,cDNA,文库。,2.,利用,PCR,技术扩增目的基因,(1)PCR,的含义：是一项在生物,_,复制特定,DNA,片段的核酸合成技术。,(2),目的：短时间内大量扩增目的基因。,(3),原理：,_,。,基因组,部分基因,体外,DNA,双链复制,3.,用化学方法人工合成,如果基因比较,_,核苷酸序列又已知,也可以通过,DNA,合成仪用化学方法直接人工合成。,二、基因表达载体的构建,基因表达载体的组成：必须有启动子、,_,、终止子以及标记基因等。,小,目的基因,三、将目的基因导入受体细胞,1.,转化,_,进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程，称为转化。,2.,常用的导入方法,(1),将目的基因导入植物细胞：采用最多的方法是,_,转化法，其次还有基因枪法和花粉管通道法。,目的基因,农杆菌,(2),将目的基因导入动物细胞：最常用的方法是,_,技术。此方法的受体细胞多是,_,。,(3),将目的基因导入微生物细胞的方法：,用,_,处理细胞，使细胞处于能吸收周围环境中,DNA,分子的生物状态,这种细胞称为,_,细胞。,将重组表达载体,DNA,分子与感受态细胞混合，在一定温度下完成转化过程。,显微注射,受精卵,Ca,2,感受态,想一想,2,从细胞器的功能上分析，若通过基因工程生产人的糖蛋白，可以用大肠杆菌吗？,【,提示,】,不可以，糖蛋白上的糖链是在内质网和高尔基体上加工完成的，而内质网和高尔基体存在于真核细胞中，大肠杆菌是原核生物，细胞中不含有这两种细胞器。,四、目的基因的检测与鉴定,1.,首先要检测转基因生物的,DNA,上是否插入了,_,方法是采用,_,技术。,2.,其次还要检测目的基因是否转录出了,_,方法是采用,_,技术。,目的基因,DNA,分子杂交,mRNA,分子杂交,3.,最后检测目的基因是否翻译成,_,从分子水平检测的方法是采用,_,技术。,4.,有时还需进行,_,水平的鉴定。如需要做抗虫或抗病的接种实验等。,蛋白质,抗原,抗体杂交,个体生物学,要点突破讲练互动,要点一,“,目的基因的获取,”,应注意的几个问题,1.PCR,技术与,DNA,复制的比较,比较项目,DNA,复制,PCR,技术,区别,解旋方式,解旋酶催化,DNA,在高温下变性解旋,场所,细胞内,(,主要在细胞核内,),细胞外,(,主要在,PCR,扩增仪中,),比较项目,DNA,复制,PCR,技术,区别,酶,DNA,解旋酶、,DNA,聚合酶,耐热的,DNA,聚合酶,温度,细胞内温和条件,控制温度，需,90,95,高温,结果,合成,DNA,分子,合成,DNA,片段或基因,联系,(1),模板：均需要脱氧核苷酸双链作为模板,(2),原料：均为四种脱氧核苷酸,(3),酶：均需,DNA,聚合酶,(4),引物：都需要引物，使,DNA,聚合酶从引物的,3,端开始连接脱氧核苷酸,2.,人工合成目的基因常用方法,人工合成目的基因的方法主要有两种。,(1),反转录法，主要用于相对分子质量较大而又不知其序列的基因，它是以目的基因的,mRNA,为模板，借助反转录酶合成碱基互补的单链,DNA,，然后在,DNA,聚合酶的作用下合成双链,DNA,，其过程如下：,(2),化学合成法，即依照某一蛋白质的氨基酸序列，通过密码子推算出其基因序列，然后直接合成目的基因，其过程如下：,(2012,青岛市高二期末,)1970,年，科学家证实了,RNA,病毒能依赖,RNA,合成,DNA,的过程，并发现了催化此过程的酶。下面为形成,cDNA,的过程和,PCR,扩增过程示意图。请根据图解回答下列问题：,例,1,(1),催化,过程的酶是,_,；核酸酶,H,的作用是,_,。,(2),过程也称为,DNA,的变性，此过程在温度高达,90,95,时才能完成，说明,DNA,分子具有,_,性。,(3),由图中信息分析可知，催化,过程的酶都是,_,，两者在作用特性上的区别是,_,_,。,(4),如果,RNA,单链中有碱基,100,个，其中,A,占,25%,，,U,占,15%,，则通过该过程合成的一个双链,DNA,片段中有胞嘧啶,_,个。,【,解析,】,根据图示可以看出，该过程是,RNA,在逆转录酶的催化作用下形成,cDNA(,负链,DNA),，构成,RNADNA,中间体。中间体中的,RNA,再经过,RNA,酶,H,水解，而以剩下的负链,DNA,复制成双链,DNA,。过程是由,RNA,合成,DNA,的过程，需要逆转录酶进行催化。过程是以单链,DNA,复制获得双链,DNA,的过程需要,DNA,聚合酶催化。,属于双链,DNA,复制的过程，需要,DNA,聚合酶催化。过程在,70,75,环境下进行，所需要的酶能够耐高温。,【,答案,】,(1),反转录酶,(,或逆转录酶,),分解,RNA,(2),稳定,(3)DNA,聚合酶催化,过程的酶耐高温,(4)60,互动探究,(1),上述过程中需要限制酶和,DNA,连接酶吗？,(2),由,mRNA,逆转录形成的,DNA,具有启动子吗,?,【,提示,】,(1),不需要。,(2),无。,【,探规寻律,】,(1)PCR,技术不需要解旋酶，但需利用,90,95,高温使,DNA,分子解旋。,(2)PCR,技术的前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列,以便根据这一序列合成引物。,(3)PCR,技术需要耐高温的,DNA,聚合酶,要点二基因表达载体的构建,1.,构建基因表达载体的目的：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，使目的基因能够表达和发挥作用。,2.,基因表达载体的构建,(1),启动子：一段有特殊结构的,DNA,片段，位于基因的首端。它是,RNA,聚合酶识别和结合的部位，可驱动基因转录。,(2),目的基因：编码相关蛋白质，形成基因工程产品或产生新的生物性状。,(3),终止子：一段有特殊结构的,DNA,短片段,位于基因的尾端，作用是使转录在所需要的地方停止。,(4),标记基因：一般为抗生素抗性基因或荧光基因等，其作用是鉴别受体细胞中是否含有目的基因,(,目的基因是否导入成功,),。,3.,基因表达载体应具备的条件,(1),对受体细胞无害，不影响受体细胞的正常生理活动；,(2),能自我复制，能通过复制进行基因扩增；,(3),具有标记基因，以便于鉴定目的基因是否进入受体细胞；,(4),重组,DNA,大小应适合，以方便操作。,特别提醒,(1),用同一种限制酶切割质粒和含目的基因的,DNA,分子的目的是产生相同的黏性末端，便于两者完成拼接。,(2),终止子与终止密码子的区别,终止子是,DNA,分子上决定转录停止的一段,DNA,序列，其组成单位是脱氧核苷酸；,终止密码子是指,mRNA,分子上决定翻译停止的三个相邻碱基，其组成单位是核糖核苷酸。,(2012,南师大附中高二检测,),如图为某种质粒表达载体简图，小箭头所指分别为限制性核酸内切酶,EcoR,、,BamH,的酶切位点，,amp,R,为青霉素抗性基因，,tet,R,为四环素抗性基因,P,为启动子，,T,为终止子，,ori,为复制原点。已知目的基因的两端分别含有包括,EcoR,、,BamH,在内的多种酶的酶切位点。,例,2,(1),将含有目的基因的,DNA,与质粒表达载体分别用,EcoR,酶切，酶切产物用,DNA,连接酶进行连接后，其中由两个,DNA,片段之间连接形成的产物有,_,、,_,、,_,三种。若要从这些连接物中分离出重组质粒，需要对这些连接产物进行,_,_,。,(2),用上述,3,种连接产物与无任何抗药性的原核宿主细胞接种到含四环素的培养基中，能生长的原核宿主细胞所含有的连接产物是,_,。,(3),目的基因表达时，,RNA,聚合酶识别和结合的位点是,_,，其合成的产物是,_,。,(4),在上述实验中，为了防止目的基因和质粒表达载体在酶切后产生的末端发生任意连接,酶切时应选用的酶是,_,。,【,答案,】,(1),目的基因,载体连接物载体,载体连接物目的基因,目的基因连接物分离纯化,(2),载体,载体连接物,(3),启动子,mRNA,(4)EcoR,和,BamH,(,只答一种酶不可,),【,误区警示,】,(1),切割质粒和目的基因的限制酶一般是同一种酶，以获得互补的末端，利于重组质粒的构建。,(2),目的基因的首端和尾端需加上启动子和终止子。,要点三将目的基因导入受体细胞,不同受体细胞的常用导入方法,受体细胞,植物细胞,动物细胞,微生物细胞,常用方法,农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法,显微注射技术,Ca,2,处理法,受体细胞,体细胞,受精卵,原核细胞,受体细胞,植物细胞,动物细胞,微生物细胞,转化过程,以农杆菌转化法为例,将目的基因插入,Ti,质粒的,T,DNA,上,农杆菌,导入植物细胞,整合到受体细胞的,DNA,上,表达,将含有目的基因的表达载体提纯,取受精卵,显微注射,受精卵发育,获得具有新性状的动物,Ca,2,处理细胞,感受态细胞,基因表达载体与感受态细胞混合,感受态细胞吸收,DNA,分子,特别提醒,(1),完成基因表达载体的构建，需要限制性核酸内切酶和,DNA,连接酶。,(2)Ca,2,(,或,CaCl,2,溶液,),对微生物细胞的作用是增加细胞壁的通透性。,(3),目的基因能否在植株细胞内稳定保存并表达的关键是目的基因是否插入到受体细胞染色体,DNA,上,(,利用的原理是基因重组,),。,科学家通过基因工程的方法，将苏云金芽孢杆菌的,Bt,毒蛋白基因转入普通棉株细胞内，并成功实现了表达，从而培育出了能抗棉铃虫的棉花植株,抗虫棉。其过程大致如图所示，请分析回答：,例,3,(1)Ti,质粒是农杆菌中的一种质粒，其上有,T,DNA,，把目的基因插入,Ti,质粒的,T,DNA,是利用,T,DNA_,_,的特点。,(2)Bt,毒蛋白基因转入普通棉株细胞内并成功实现表达的过程，在基因工程中称为,_,。,(3),将目的基因导入受体细胞的方法有很多种,该题中涉及的是,_,。,(4),目的基因能否在棉株内稳定遗传的关键是,_,。,【,解析,】,本题以抗虫棉的培育过程为背景,考查了运用基因工程技术生产转基因作物的步骤、方法。,(1)Ti,质粒的最大优点是能将目的基因导入到受体细胞的染色体,DNA,中，从而使目的基因在棉花体内稳定维持和表达。,(2),目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程称为转化。,(3),将目的基因导入植物细胞的方法很多，以农杆菌中的,Ti,质粒为目的基因载体的称为农杆菌转化法。,(4),目的基因能否在真核生物中稳定遗传的关键是转基因生物染色体的,DNA,上是否插入了目的基因。,【,答案,】,(1),可转移至受体细胞并且整合到受体细胞染色体,DNA,上,(2),转化,(3),农杆菌转化法,(4),目的基因是否插入到受体细胞染色体,DNA,上,【,探规寻律,】,目的基因导入受体细胞的结果,要点四目的基因的检测与鉴定,类型,步骤,目的,原理,过程,结果,分子水平检测,第一步,转基因生物染色体的,DNA,是否插入了目的基因,DNA,分子杂交,含目的基因的,DNA,探针与转基因生物的基因组,DNA,分子杂交,若有杂交带，说明插入成功,第二步,目的基因是否转录出,mRNA,分子杂交,含目的基因的,DNA,探针与转基因生物的,mRNA,杂交,若有杂交带，说明转录成功,类型,步骤,目的,原理,过程,结果,分子水平检测,第三步,目的基因是否翻译成蛋白质,抗原,抗体杂交,提取蛋白质,与已知的相应抗体杂交,若有杂交带，表明翻译成功,个体水平鉴定,做抗虫、抗病的接种实验，以确定是否有抗性以及抗性的程度；基因工程产品与天然产品的功能进行活性比较，以确定功能是否相同,(2011,高考海南卷,),回答有关基因工程的问题：,(1),构建基因工程表达载体时，用不同类型的限制酶切割,DNA,后，可能产生黏性末端，也可能产生,_,末端。若要在限制酶切割目的基因和质粒后使其直接进行连接，则应选择能使二者产生,_(,相同、不同,),黏性末端的限制酶。,例,4,(2),利用大肠杆菌生产人胰岛素时，构建的表达载体含有人胰岛素基因及其启动子等，其中启动子的作用是,_,。在用表达载体转化大肠杆菌时，常用,_,处理大肠杆菌，以利于表达载体进入；为了检测胰岛素基因是否转录出了,mRNA,，可用标记的胰岛素基因片段作探针与,mRNA,杂交，该杂交技术称为,_,。为了检测胰岛素基因转录的,mRNA,是否翻译成,_,，常用抗原,抗体杂交技术。,(3),如果要将某目的基因通过农杆菌转化法导入植物细胞，先要将目的基因插入农杆菌,Ti,质粒的,_,中，然后用该农杆菌感染植物细胞，通过,DNA,重组将目的基因插入植物细胞的,_,上。,【,解析,】,(1),限制酶切割产生两种末端：黏性末端和平末端；若用,DNA,连接酶连接两个末端，两个末端必须是相同的。,(2),基因工程检测的方法：检测目的基因是否导入，使用,DNA,分子杂交技术；检测目的基因是否转录，使用分子杂交技术；检测是否形成蛋白质，使用抗原,抗体杂交技术。,(3),基因工程的目的是获得稳定遗传的新品种,因此要把目的基因插入到染色体的,DNA,分子中。,【,答案,】,(1),平相同,(2)RNA,聚合酶识别和结合的部位,Ca,2,DNA,分子杂交技术蛋白质,(3)T,DNA,染色体,DNA,变式训练,(2012,广州六中高二检测,),利用外源基因在受体细胞中表达，可生产人类所需的产品。下列选项中能说明目的基因完成表达的是,(,),A,棉花细胞中检测到载体上的标记基因,B,山羊乳腺细胞中检测到人生长激素的基因,C,大肠杆菌中检测到人胰岛素基因的,mRNA,D,酵母菌细胞中提取到人的干扰素,解析：选,D,。基因的表达即控制蛋白质的合成，包括转录和翻译，仅仅转录出,mRNA,还不能叫表达，只有合成了相应的蛋白质才能证明目的基因完成了在受体细胞中的表达。,【,易误警示,】,(1),目的基因检测与鉴定的三个步骤，都是在体外进行的。,(2),在,DNA,分子、,mRNA,分子上检测目的基因是否插入、目的基因是否转录时，用的探针都是用放射性同位素等标记含有目的基因的,DNA,片段。,