高中生物基因工程的基本操作程序 新人教版选修精选文档.ppt

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1、高中生物 基因工程的基本操作程序课件 新人教版选修本讲稿第一页，共三十七页1 1.2.2 基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序本讲稿第二页，共三十七页1 1目的基因的获取目的基因的获取2 2基因基因表达载体的构建表达载体的构建3 3将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞4 4目的基因的检测与鉴定目的基因的检测与鉴定基因工程基本操作的四个步骤基因工程基本操作的四个步骤基因工程基本操作的四个步骤基因工程基本操作的四个步骤本讲稿第三页，共三十七页目的基因的获取目的基因的获取阅读课本第一自然段，回答以下问题：阅读课本第一自然段，回答以下问题：2 2获取目的基因的常用方法有哪些？获取目的基

2、因的常用方法有哪些？（1 1）从基因文库中获取从基因文库中获取（2 2）利用利用PCRPCR技术扩增技术扩增（3 3）人工合成人工合成1 1什么叫目的基因？并举例说明。什么叫目的基因？并举例说明。主要是编码蛋白质的基因，也可以是一些主要是编码蛋白质的基因，也可以是一些具有调控作用的因子具有调控作用的因子本讲稿第四页，共三十七页1 1原核细胞的基因结构原核细胞的基因结构非编码区非编码区非编码区非编码区编码区编码区与与RNARNA聚合酶结合位点聚合酶结合位点启动子启动子终止子终止子启动子：启动子：是一段有特殊结构的是一段有特殊结构的DNADNA片段，片段，位于基因首端是位于基因首端是RNARNA聚

3、聚合酶合酶识别和结合的部位识别和结合的部位并能并能驱动基因转录驱动基因转录出出mRNAmRNA。没有启动子，。没有启动子，基因就不能转录。基因就不能转录。终止子：终止子：位于基因的尾端的一段特殊的位于基因的尾端的一段特殊的DNADNA片断，它能阻碍片断，它能阻碍RNARNA聚合酶的移动，并使其从聚合酶的移动，并使其从DNADNA模板链上脱离下来，模板链上脱离下来，使转录使转录终止终止。本讲稿第五页，共三十七页编码区编码区非编码区非编码区非编码区非编码区内含子内含子 外显子外显子 启动子启动子终止子终止子2 2真核细胞的基因结构真核细胞的基因结构注意：注意：原核基因转录出的原核基因转录出的mRN

4、AmRNA只能与编码区的只能与编码区的 链配对，链配对，与编码区中互补链呢？与编码区中互补链呢？真核基因转录出的真核基因转录出的mRNAmRNA只能与编码区的只能与编码区的 配对。配对。本讲稿第六页，共三十七页（一）从基因文库中获取目的基因（一）从基因文库中获取目的基因1.基因文库：基因文库：概念见概念见课本课本2.基因文库的分类基因文库的分类:（按外源按外源DNA片段的来源分类片段的来源分类）种种类类基因组文库：基因组文库：含有一种生物的含有一种生物的全部全部基因基因部分基因文库：部分基因文库：只包含了一种生物的只包含了一种生物的部分部分基因，基因，如：如：cDNA文库文库3.建立建立基因文

5、库的目的基因文库的目的为了在不知目的基因序列的情况下，便于获得所需的目为了在不知目的基因序列的情况下，便于获得所需的目的基因。的基因。本讲稿第七页，共三十七页提取某种生物的全部提取某种生物的全部DNADNA用适当的限制酶切用适当的限制酶切一定大小的一定大小的DNADNA片段片段将将DNADNA片段与载体连接片段与载体连接导入受体菌中储存导入受体菌中储存基因组文库基因组文库4.4.4.4.基因文库的构建方法基因文库的构建方法基因文库的构建方法基因文库的构建方法（1 1）基因组文库构建基因组文库构建本讲稿第八页，共三十七页单链互补单链互补DNADNA双链双链cDNAcDNA片段片段导入受体菌中储存

6、导入受体菌中储存与载体连接与载体连接cDNAcDNA文库文库反（逆）转录酶反（逆）转录酶DNADNA聚合酶聚合酶（2 2）cDNA cDNA文库的构建文库的构建反转录法反转录法某种生物的单链某种生物的单链mRNAmRNA本讲稿第九页，共三十七页思考：思考：1 1基因组文库和基因组文库和cDNAcDNA文库的比较文库的比较2 2如何从基因文库中得到所需要的目的基因？如何从基因文库中得到所需要的目的基因？如何从基因文库中得到所需要的目的基因？如何从基因文库中得到所需要的目的基因？(见课本见课本见课本见课本P9)P9)文库类型文库类型cDNAcDNA文库文库基因组文库基因组文库文库大小文库大小基因中

7、启动子有无基因中启动子有无基因中内含子有无基因中内含子有无基因多少基因多少物种间的基因交流物种间的基因交流小小大大无无有有无无有有某种生物的部分基某种生物的部分基因因某种生物的全部基因某种生物的全部基因可以可以部分基因可以部分基因可以本讲稿第十页，共三十七页阅读课本第阅读课本第1010页回答问题：页回答问题：（1 1）RCR RCR 的中文全称？的中文全称？PCRPCR是一项什么样的技术？是一项什么样的技术？（2 2）PCRPCR原理？利用这一技术获取目的基因的前提？原理？利用这一技术获取目的基因的前提？（3 3）PCRPCR的过程？这一过程利用了什么酶？的过程？这一过程利用了什么酶？（4 4

8、）通过）通过PCRPCR使目的基因的数目如何增长？使目的基因的数目如何增长？(三三)利用利用PCRPCR技术扩增目的基因技术扩增目的基因本讲稿第十一页，共三十七页本讲稿第十二页，共三十七页5 5/3 3/G GG GT TC C3 3/5 5/A AG GC CC C5 5/3 3/引物引物G GG G变性变性复性复性延伸延伸1 1变性变性(9(90 095)95)：目的基因：目的基因DNADNA受热变性，解链为单链；受热变性，解链为单链；2 2复性（复性（5 55 560 60 ）：引物与两条单链通过碱基互补配）：引物与两条单链通过碱基互补配对原则结合；对原则结合；3 3延伸（延伸（7070

9、75 75 ）：在）：在TaqTaq酶的作用下，以酶的作用下，以dNTPdNTP为原为原料，从引物的料，从引物的55端端33端延伸，合成与模板互补的端延伸，合成与模板互补的DNADNA链链 5 5/3 3/A AG G引物引物本讲稿第十三页，共三十七页 概念：概念：PCRPCR全称为全称为_，是一项，是一项 在生物在生物_复制复制_的核酸合成技术的核酸合成技术 条条件件：原理：原理：方式：以方式：以_方式扩增，即方式扩增，即_（n n为扩增循为扩增循 环的次数）环的次数）结果：结果：聚合酶链式反应聚合酶链式反应体外体外特定特定DNADNA片段片段双链双链DNADNA复制复制四种四种原料原料热稳

10、定热稳定DNADNA聚合酶（聚合酶（TaqTaq酶）酶）指数指数2 2n n在短时间内大量扩增目的基因在短时间内大量扩增目的基因前提：前提：要有一段已知目的基因的核苷酸序列要有一段已知目的基因的核苷酸序列2 2种引物、种引物、模板模板DNADNA（含目的基因）（含目的基因）本讲稿第十四页，共三十七页蛋白质蛋白质的氨基的氨基酸序列酸序列mRNA的核苷的核苷酸序列酸序列目的目的基因基因的核苷酸的核苷酸序列序列目的目的基因基因推测推测推测推测化学化学化学化学合成合成合成合成工具：工具：DNA合成仪合成仪条件：基因比较小，核苷酸序列已知条件：基因比较小，核苷酸序列已知思路流程：思路流程：（二）人工直接

11、合成目的基因（二）人工直接合成目的基因本讲稿第十五页，共三十七页小结小结目目的的基基因因的的获获取取目的基因的定义目的基因的定义常用常用方法方法从基因文库从基因文库中获取中获取利用利用PCRPCR技术扩技术扩增增人工合成人工合成基因组文库基因组文库部分基因文库部分基因文库原理、条件原理、条件方式、结果方式、结果过程过程本讲稿第十六页，共三十七页二二、基因表达载体的构建基因表达载体的构建 核心核心1 1基因表达载体构建的目的？基因表达载体构建的目的？（见课本（见课本P11P11）2 2基因表达载体的组成？基因表达载体的组成？3 3启动子、终止子、标记基因的作用分别是启动子、终止子、标记基因的作用

12、分别是？4 4如何构建基因表达载体？如何构建基因表达载体？读教材回答以下问题读教材回答以下问题本讲稿第十七页，共三十七页基因表达载体的组成基因表达载体的组成及各部分作用及各部分作用目的基因目的基因作用：作用：终止终止 转录转录标记标记基因基因：鉴别并选择含目的基因的细胞：鉴别并选择含目的基因的细胞作用：作用：启动转录启动转录本讲稿第十八页，共三十七页1.1.用一定的用一定的限制酶限制酶切割质粒，使其出现一个切口，切割质粒，使其出现一个切口，露出露出黏性末端黏性末端平末端平末端。2.2.一般一般用用同一种限制酶同一种限制酶切断目的基因，使其产生切断目的基因，使其产生相同的相同的黏黏性性末端末端平

13、末端平末端。3.3.将切下的目的基因片段插入质粒的将切下的目的基因片段插入质粒的切口切口处，处，再加入适量再加入适量DNADNA连接酶连接酶，形成了一个，形成了一个重组重组 DNA DNA分子（分子（重组质粒重组质粒）。如何如何构建基因表达载体构建基因表达载体？本讲稿第十九页，共三十七页通读教材回答问题1转化的概念2将目的基因导入植物、动物、微生物细胞的方法分别有哪些？三、将目的基因导入受体细胞三、将目的基因导入受体细胞本讲稿第二十页，共三十七页三、将目的基因导入受体细胞三、将目的基因导入受体细胞常用的转化方法有常用的转化方法有：按不同的按不同的受体细胞受体细胞分分将目的基因导入将目的基因导入

14、植物细胞植物细胞将目的基因导入将目的基因导入动物细胞动物细胞将目的基因导入将目的基因导入微生物细胞微生物细胞农杆菌转化法农杆菌转化法基因枪法基因枪法花粉管通道法花粉管通道法显微注射法显微注射法感受态细胞感受态细胞本讲稿第二十一页，共三十七页1将目的基因导入植物细胞的方法：将目的基因导入植物细胞的方法：（1）农杆菌转化法）农杆菌转化法 农杆菌特点：农杆菌特点：易感染双子叶植物和裸子植物，对大多数易感染双子叶植物和裸子植物，对大多数单子叶植物没有感染能力单子叶植物没有感染能力。原理：原理：Ti质粒质粒上的上的T-DNA可转移到受可转移到受体细胞，并整合到受体细胞染色体的体细胞，并整合到受体细胞染色

15、体的DNA上。上。本讲稿第二十二页，共三十七页过程：过程：将外源目的基因插入将外源目的基因插入TiTi质粒的质粒的T-T-DNADNA中形成重组中形成重组TiTi质粒质粒将重组将重组TiTi质粒质粒转入农杆菌转入农杆菌使含重组使含重组TiTi质粒的农杆质粒的农杆菌感染植物细胞菌感染植物细胞含目的基因的植含目的基因的植物细胞物细胞表现出新性状的植株表现出新性状的植株本讲稿第二十三页，共三十七页（2）基因枪法基因枪法（3）花粉管通道法花粉管通道法本讲稿第二十四页，共三十七页2 2将目的基因导入动物细胞将目的基因导入动物细胞方法：显微注射法方法：显微注射法程序：程序：目的基因表达载体提纯目的基因表达

16、载体提纯 取卵（取卵（受精卵受精卵）显微显微注射注射 受精卵受精卵 新性状动物新性状动物本讲稿第二十五页，共三十七页3 3将目的基因导入微生物细胞将目的基因导入微生物细胞阅读课本：早期基因工程为何选择原核生阅读课本：早期基因工程为何选择原核生物作为受体细胞？方法？物作为受体细胞？方法？原核生物特点：单细胞繁殖快、遗传物质少原核生物特点：单细胞繁殖快、遗传物质少方法：方法：用用Ca2+处理处理细胞细胞 感受态细胞感受态细胞 表达载表达载体与感受态细胞混合体与感受态细胞混合 感受态细胞吸收感受态细胞吸收DNA分子分子本讲稿第二十六页，共三十七页四、目的基因的检测与鉴定四、目的基因的检测与鉴定阅读课

17、本阅读课本:目的基因检测的过程分为哪几步？目的基因检测的过程分为哪几步？分别用什么方法？分别用什么方法？鉴定（个体生物学水平）方法？鉴定（个体生物学水平）方法？本讲稿第二十七页，共三十七页四、目的基因的检测与鉴定四、目的基因的检测与鉴定1、分子水平的检测、分子水平的检测2.个体生物学水平的鉴定个体生物学水平的鉴定检测目的基因是否翻译成蛋白质检测目的基因是否翻译成蛋白质方法是：方法是：抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等检查检查目的基因目的基因是否成功是否成功表达表达检测目的基因是否转录出了检测目的基因是否转录出了mRNA方法是：方法是：检测转基因生物的检测转基因生物的D

18、NA 上是否插入了目的基因上是否插入了目的基因方法是方法是：DNA分子杂交分子杂交（DNARNA）分子杂交）分子杂交抗原抗原抗体分子杂交抗体分子杂交本讲稿第二十八页，共三十七页DNADNA分子杂交示意图分子杂交示意图 采用一定的技术手段，将两种生物的采用一定的技术手段，将两种生物的DNA分子分子的单链放在一起，如果这两个单链具有互补的碱基的单链放在一起，如果这两个单链具有互补的碱基序列，那么，互补的碱基序列就会结合在一起，形序列，那么，互补的碱基序列就会结合在一起，形成杂合双链区；在没有互补碱基序列的部位，仍然成杂合双链区；在没有互补碱基序列的部位，仍然是两条游离的单链。是两条游离的单链。本讲

19、稿第二十九页，共三十七页过程过程:A首先首先提提取出转基因生物的取出转基因生物的DNA。B对对含目的基因的含目的基因的DNA片段片段作作放射性同位素标记放射性同位素标记，以此做以此做基因基因探针探针。C用基因用基因探针和探针和提取的提取的转基因生物的转基因生物的DNA杂交杂交。若显示出若显示出杂交带杂交带，表明，表明转基因生物的转基因生物的DNA中中已插已插入入目的基因；反之，则没有插入。目的基因；反之，则没有插入。DNA分子杂交分子杂交本讲稿第三十页，共三十七页本讲稿第三十一页，共三十七页鉴定鉴定抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等例：用棉铃饲喂棉铃例：用棉铃饲喂棉铃

20、虫，如虫吃后不出现中毒虫，如虫吃后不出现中毒症状，说明未摄入目的基症状，说明未摄入目的基因或摄入目的基因未表达。因或摄入目的基因未表达。如虫吃后中毒死亡，则说如虫吃后中毒死亡，则说明摄入了抗虫基因并得到明摄入了抗虫基因并得到表达。表达。思考：若培育耐盐碱的水稻，如何鉴定？思考：若培育耐盐碱的水稻，如何鉴定？本讲稿第三十二页，共三十七页归纳：基因工程的基本操作程序1.1.获取目的基因u从基因文库u利用PCRPCRu化学方法人工合成2.2.构建基因表达载体u目的基因、启动子、终止子、标记基因3.3.将目的基因导入受体细胞u农杆菌转化法、显微注射法4.4.目的基因的检测与鉴定u检测：是否插入、转录、

21、翻译u鉴定：本讲稿第三十三页，共三十七页学以致用若用Bt毒蛋白基因作为目的基因培育转基因抗虫棉，可用什么方法？叙述培育过程！本讲稿第三十四页，共三十七页练习练习：(2008理综山东卷理综山东卷)为扩大可耕地面积，增为扩大可耕地面积，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注。我国科学家应用耐盐基因培育出了耐盐水稻新品系。系。（）获得耐盐基因后，构建重组）获得耐盐基因后，构建重组DNA分子所用的分子所用的限制性内切酶作用于图中的限制性内切酶作用于图中的 处，处，DNA连接酶连接酶作用于作用于 处。

22、（填处。（填“a”或或“b”）aa本讲稿第三十五页，共三十七页（）将重组）将重组DNA分子导入水稻受体细胞的常用方分子导入水稻受体细胞的常用方法有农杆菌转化法和法有农杆菌转化法和 法。法。（）由导入目的基因的水稻细胞培养成植株需要利用）由导入目的基因的水稻细胞培养成植株需要利用 技术，该技术的核心是技术，该技术的核心是 和和 。（）为了确定耐盐转基因水稻是否培育成功，既要）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用放射性同位素标记的 作探针进行分子作探针进行分子杂交检测，又要用杂交检测，又要用方法从个体水平方法从个体水平鉴定水稻植株的耐盐性。鉴定水稻植株的耐盐性。基因枪法（

23、花粉管通道法）基因枪法（花粉管通道法）植物组织培养植物组织培养脱分化和再分化脱分化和再分化耐盐基因耐盐基因一定浓度盐水浇灌一定浓度盐水浇灌本讲稿第三十六页，共三十七页练习：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（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。显微注射显微注射 受精卵受精卵受精卵（或早期胚胎细胞）具有全能性，可使外源基因受精卵（或早期胚胎细胞）具有全能性，可使外源基因DNA分子杂交分子杂交膀胱上皮膀胱上皮（或早期胚胎）（或早期胚胎）在相应的组织细胞中表达。在相应的组织细胞中表达。本讲稿第三十七页，共三十七页