2018-2019學(xué)年高中生物 專題1 基因工程 1.2 基因工程的基本操作程序 1.2.2 目的基因的導(dǎo)入、檢測(cè)與鑒定課件 新人教版選修3.ppt

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1、1.2.2 目的基因的導(dǎo)入、檢測(cè)與鑒定,專題1 1.2 基因工程的基本操作程序,[學(xué)習(xí)目標(biāo)] 1.理解目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的方法。 2.掌握檢測(cè)與鑒定目的基因的方法。,方式一 通過前面的學(xué)習(xí)，我們了解了基因工程中目的基因的獲取和基因表達(dá)載體的構(gòu)建。 在目的基因與載體連接成重組DNA分子以后，下面的重要工作主要是將其導(dǎo)入受體細(xì)胞進(jìn)行擴(kuò)增和篩選，獲得大量的重組DNA分子，這就是外源基因的無(wú)性繁殖，即克隆(cloning)。,方式二 目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞后，是否可以穩(wěn)定維持和表達(dá)其遺傳特性，只有通過檢測(cè)與鑒定才能知道。這是基因工程的第四步工作。在完成將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞這一步驟后，在全部的受體細(xì)胞

2、中，真正能夠攝入重組DNA分子的受體細(xì)胞是很少的。因此，必須通過一定的手段對(duì)受體細(xì)胞中是否導(dǎo)入了目的基因進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)的方法有很多種，例如，大腸桿菌的某種質(zhì)粒具有青霉素抗性基因，當(dāng)這種質(zhì)粒與外源DNA組合在一起形成重組質(zhì)粒，并被轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞后，就可以根據(jù)受體細(xì)胞是否具有青霉素抗性來(lái)判斷受體細(xì)胞是否獲得了目的基因。重組DNA分子進(jìn)入受體細(xì)胞后，受體細(xì)胞必須表現(xiàn)出特定的性狀，才能說明目的基因完成了表達(dá)過程。,,新知導(dǎo)學(xué),,達(dá)標(biāo)檢測(cè),內(nèi)容索引,新知導(dǎo)學(xué),1.轉(zhuǎn)化的含義 目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi)，并且在受體細(xì)胞內(nèi) 的過程。,一、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞,維持穩(wěn)定和表達(dá),2.轉(zhuǎn)化的方法 (1)導(dǎo)入

3、植物細(xì)胞 ①農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法：將目的基因?qū)? 和裸子植物時(shí)最常用方法。,雙子葉植物,a.土壤農(nóng)桿菌的特點(diǎn)：植物體受到損傷時(shí)，傷口處的細(xì)胞會(huì)分泌大量的 化合物，吸引農(nóng)桿菌侵染，其 質(zhì)粒上的 (可轉(zhuǎn)移的DNA)可轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞，并且整合到受體細(xì)胞的 上。,酚類,Ti,T-DNA,染色體的DNA,b.方法步驟： 插入Ti質(zhì)粒的 上→轉(zhuǎn)入 →導(dǎo)入植物細(xì)胞→目的基因插入植物細(xì)胞中的染色體DNA上→目的基因表達(dá)。 ②基因槍法：將目的基因?qū)? 植物常用的方法。 目的基因包裹在微小的金粉粒子或鎢粉粒子表面→用基因槍高速射入 或組織中→目的基因表達(dá)。 ③花粉管通道法

4、 在植物受粉后，花粉形成的花粉管還未愈合前，剪去柱頭，滴加目的基因，使目的基因借助 進(jìn)入受體細(xì)胞。,目的基因,T-DNA,農(nóng)桿菌,單子葉,受體細(xì)胞,花粉管通道,(2)導(dǎo)入動(dòng)物細(xì)胞 ①方法： 技術(shù)。 ②常用受體細(xì)胞： 。 ③步驟：目的基因表達(dá)載體 →取卵(受精卵)→ →受精卵發(fā)育→獲得具有新性狀的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物,顯微注射,受精卵,提純,顯微注射,(3)導(dǎo)入微生物細(xì)胞 ①原核生物的特點(diǎn)：繁殖快、多為單細(xì)胞、 等。 ②常用的方法： a.用 處理細(xì)胞，使細(xì)胞處于一種能吸收周圍環(huán)境中DNA分子的生理狀態(tài)(這種細(xì)胞稱為感受態(tài)細(xì)胞)。 b.感受態(tài)細(xì)胞和重組表達(dá)DN

5、A分子在 中混合，細(xì)胞吸收重組表達(dá)載體DNA分子。,遺傳物質(zhì)相對(duì)較少,Ca2＋,緩沖液,1.上述方法中，在將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞之前，都必須進(jìn)行基因表達(dá)載體的構(gòu)建，也就是說導(dǎo)入受體細(xì)胞的必須是重組DNA分子，而不是直接導(dǎo)入目的基因。 2.對(duì)于植物來(lái)說，受體細(xì)胞可以是受精卵或體細(xì)胞，因?yàn)橹参锛?xì)胞具有全能性。 3.對(duì)于動(dòng)物來(lái)說，受體細(xì)胞一般是受精卵，因?yàn)槭芫训娜苄愿?，而高度分化的?dòng)物體細(xì)胞的全能性受到抑制。,4.大腸桿菌和酵母菌在基因工程中都可以作為受體細(xì)胞，但又有所不同。大腸桿菌為原核細(xì)胞，而酵母菌為真核細(xì)胞(具有多種細(xì)胞器)，所以酵母菌在用于生產(chǎn)需要加工和分泌的蛋白質(zhì)時(shí)比大腸桿菌有優(yōu)勢(shì)

6、。,例1 農(nóng)桿菌是一種在土壤中生活的微生物，能在自然條件下感染植物，因而在植物基因工程中得到了廣泛的運(yùn)用。下圖為農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法的示意圖，試回答下列問題：,(1)一般情況下農(nóng)桿菌不能感染的植物是____________，利用農(nóng)桿菌自然條件下感染植物的特點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)________________________的目的。 具體原理是在農(nóng)桿菌的Ti質(zhì)粒上存在T-DNA片段，它具有可轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞并整合到受體細(xì)胞______________上的特點(diǎn)，因此只要將攜帶外源基因的DNA片段插入到________________(部位)即可。,單子葉植物,將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞,染色體的DNA,T-DNA片段(內(nèi)

7、部),解析 一般農(nóng)桿菌不能感染的植物是單子葉植物，可感染雙子葉植物和裸子植物。利用其感染性，可實(shí)現(xiàn)目的基因?qū)胫参锛?xì)胞的目的。真正可轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞并整合到受體細(xì)胞染色體的DNA上的是農(nóng)桿菌T-DNA片段，因此目的基因必須插入到該部位才能成功。,答案,解析,(2)根據(jù)T-DNA這一轉(zhuǎn)移特點(diǎn)，推測(cè)該DNA片段上可能含有控制__________________酶合成的基因。,DNA連接酶、限制,解析 根據(jù)T-DNA這一轉(zhuǎn)移特點(diǎn)，可以推測(cè)該DNA片段能控制合成DNA連接酶、限制酶以實(shí)現(xiàn)與雙子葉植物細(xì)胞染色體DNA的整合。,答案,解析,(3)圖中c過程中，能促進(jìn)農(nóng)桿菌向植物細(xì)胞轉(zhuǎn)移的物質(zhì)是____類化合

8、物。,酚,解析 植物細(xì)胞受傷后可產(chǎn)生酚類物質(zhì)，促進(jìn)農(nóng)桿菌向植物細(xì)胞轉(zhuǎn)移。,答案,解析,(4)植物基因工程中除了農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法之外，還可采取________________ _______ (至少寫出兩種)。,基因槍法、花粉管,通道法,解析 植物基因工程中除了農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法之外，還有基因槍法和花粉管通道法等。,答案,解析,農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法中兩次拼接、兩次導(dǎo)入的辨析 第一次拼接是將目的基因拼接到Ti質(zhì)粒的T-DNA的中間部位，第二次拼接(非人工操作)指被插入目的基因的T-DNA被拼接到受體細(xì)胞染色體的DNA上；第一次導(dǎo)入是將含目的基因的Ti質(zhì)粒重新導(dǎo)入農(nóng)桿菌，第二次導(dǎo)入(非人工操作)是指含目的基因的T-D

9、NA導(dǎo)入受體細(xì)胞。,,,易錯(cuò)易混,例2 下列關(guān)于目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的描述，不正確的是 A.基因槍法導(dǎo)入植物體細(xì)胞的方法比較經(jīng)濟(jì)和有效 B.顯微注射技術(shù)是轉(zhuǎn)基因動(dòng)物中采用最多的方法 C.大腸桿菌最常用的轉(zhuǎn)化方法，是使細(xì)胞的生理狀態(tài)發(fā)生改變 D.農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法是將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞最常用的方法,解析 不同受體細(xì)胞導(dǎo)入目的基因的方法不同，每種方法都有利弊。目的基因?qū)胫参锛?xì)胞常用的方法是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法，該方法比較經(jīng)濟(jì)和有效；目的基因?qū)雱?dòng)物細(xì)胞常用的方法是顯微注射技術(shù)；目的基因?qū)氪竽c桿菌細(xì)胞最常用的轉(zhuǎn)化方法就是用鈣離子處理細(xì)胞，使細(xì)胞的生理狀態(tài)發(fā)生改變，完成轉(zhuǎn)化。,√,答案,解析,1.分子水平的檢

10、測(cè) (1)檢測(cè)目的基因是否插入受體細(xì)胞的DNA中： 技術(shù)。,二、目的基因的檢測(cè)與鑒定,用 標(biāo)記的含有目的基因的 片段制成基因探針。將轉(zhuǎn)基因生物的_______ _____提取出來(lái)，和基因探針進(jìn)行雜交，如果出現(xiàn) ，說明目的基因已插入受體細(xì)胞的DNA中。,DNA分子雜交,放射性同位素,單鏈DNA,基因組,DNA,雜交帶,(2)檢測(cè)目的基因是否轉(zhuǎn)錄： 技術(shù)。 將轉(zhuǎn)基因生物提取出來(lái)的 和基因探針進(jìn)行雜交，如果出現(xiàn) ，說明目的基因已經(jīng)轉(zhuǎn)錄。 (3)檢測(cè)目的基因是否翻譯： 技術(shù)。 從轉(zhuǎn)基因生物提取出來(lái)的 和 進(jìn)行雜交，如果出現(xiàn)___ _____，說

11、明目的基因已經(jīng)翻譯。,分子雜交,mRNA,雜交帶,抗原－抗體雜交,蛋白質(zhì),相應(yīng)的抗體,雜,交帶,2.個(gè)體水平的鑒定 (1) 的接種實(shí)驗(yàn)。 (2)有的基因工程產(chǎn)品需要與天然產(chǎn)品的功能進(jìn)行 。,抗蟲或抗病,活性比較,1.目的基因的檢測(cè)與鑒定歸納,,,歸納總結(jié),2.不同分子檢測(cè)原理的異同 (1)在DNA分子、mRNA分子上檢測(cè)目的基因是否插入、目的基因是否轉(zhuǎn)錄時(shí)，用的探針都是放射性同位素等標(biāo)記的含有目的基因的DNA片段。檢測(cè)原理都是堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，只是被檢測(cè)的物質(zhì)不同，一個(gè)是轉(zhuǎn)基因生物的基因組DNA，一個(gè)是轉(zhuǎn)基因生物細(xì)胞內(nèi)的mRNA。 (2)進(jìn)行翻譯水平的檢測(cè)，則是利用抗原與抗體特異

12、性結(jié)合的原理。,例3 目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞后，是否可以穩(wěn)定維持和表達(dá)其遺傳特性，只有通過鑒定和檢測(cè)才能知道。下列屬于目的基因檢測(cè)和鑒定的是 ①檢測(cè)受體細(xì)胞的染色體上是否有目的基因 ②檢測(cè)受體細(xì)胞是否有致病基因 ③檢測(cè)目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA ④檢測(cè)目的基因是否翻譯出了蛋白質(zhì) A.①②③ B.②③④ C.①③④ D.①②④,√,答案,例4 利用外源基因在受體細(xì)胞中表達(dá)，可生產(chǎn)人類所需要的產(chǎn)品。下列選項(xiàng)中能說明目的基因完成了在受體細(xì)胞中表達(dá)的是 A.棉花二倍體細(xì)胞中檢測(cè)到細(xì)菌的抗蟲基因 B.大腸桿菌中檢測(cè)到人胰島素基因及其mRNA C.山羊乳腺細(xì)胞中檢測(cè)到人生長(zhǎng)激素DNA序列 D.酵母菌細(xì)

13、胞中提取到人干擾素蛋白,√,答案,解析,解析 基因表達(dá)的產(chǎn)物是蛋白質(zhì)，因此，只有在受體細(xì)胞中檢測(cè)或提取到了相應(yīng)蛋白質(zhì)才能證明目的基因在受體細(xì)胞中完成了表達(dá)，A、C項(xiàng)只能說明完成了目的基因的導(dǎo)入，B項(xiàng)只能說明完成了目的基因的導(dǎo)入和目的基因的轉(zhuǎn)錄過程。,關(guān)注基因工程操作過程的四個(gè)易誤點(diǎn) (1)限制酶剪切目的基因與質(zhì)粒的次數(shù)不同：獲取一個(gè)目的基因需限制酶剪切2次，共產(chǎn)生4個(gè)黏性末端或平末端，切割質(zhì)粒一般只需要限制酶剪切1次，產(chǎn)生2個(gè)黏性末端或平末端，因?yàn)橘|(zhì)粒是環(huán)狀DNA分子，而目的基因在DNA分子鏈上。 (2)切割目的基因和載體并非只能用同一種限制酶：如果用兩種不同限制酶切割后形成的黏性末端相同時(shí)，

14、在DNA連接酶的作用下，目的基因與載體也可以連接起來(lái)。,,,名師點(diǎn)撥,(3)目的基因的插入點(diǎn)不是隨意的：基因表達(dá)需要啟動(dòng)子與終止子的調(diào)控，所以目的基因應(yīng)插入到啟動(dòng)子與終止子之間的部位。 (4)基因工程操作過程中只有第三步“將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞”沒有堿基互補(bǔ)配對(duì)現(xiàn)象。,學(xué)習(xí)小結(jié),基因工程 的基本操 作程序,目的基因的獲取,基因表達(dá)載體的構(gòu)建,將目的基因?qū)隷________,導(dǎo)入植物細(xì)胞 導(dǎo)入動(dòng)物細(xì)胞 導(dǎo)入微生物細(xì)胞,目的基因的 __________,分子水平檢測(cè),技術(shù) 分子雜交技術(shù) 雜交,水平的鑒定,,,,,受體細(xì)胞,DNA分子雜交,抗原－抗體,個(gè)體,檢測(cè)與鑒定,達(dá)標(biāo)檢測(cè),1.將目

15、的基因?qū)胗衩浊o尖分生區(qū)細(xì)胞和小鼠受精卵，應(yīng)分別采用的方法是 A.顯微注射技術(shù) 農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法 B.基因槍法 花粉管通道法 C.農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法 顯微注射技術(shù) D.基因槍法 顯微注射技術(shù),1,2,3,4,5,答案,√,解析 玉米是單子葉植物，對(duì)單子葉植物來(lái)說，常用的方法是基因槍法；對(duì)于動(dòng)物細(xì)胞來(lái)說，常用的方法是顯微注射技術(shù)。,解析,2.(2017福建廈門一中期中)下列關(guān)于目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞的敘述中，不正確的是 A.常用原核生物作為受體細(xì)胞，是因?yàn)樵松锓敝晨?，且多為單?xì)胞， 遺傳物質(zhì)相對(duì)較少等 B.受體細(xì)胞所處的一種能吸收周圍環(huán)境中DNA分子的生理狀態(tài)稱為感受態(tài) C.感受態(tài)細(xì)胞吸收DNA分子

16、需要適宜的溫度和酸堿度 D.常用生理鹽水處理細(xì)胞，使其處于感受態(tài),答案,解析,1,2,3,4,5,√,解析 因?yàn)樵松锓敝晨?，且多為單?xì)胞，遺傳物質(zhì)相對(duì)較少，故常用原核生物作為受體細(xì)胞；Ca2＋處理后細(xì)胞處于能吸收周圍環(huán)境中DNA分子的生理狀態(tài)稱為感受態(tài)，感受態(tài)細(xì)胞吸收DNA分子需要適宜的溫度和酸堿度；常用Ca2＋處理細(xì)胞，使其處于感受態(tài)。,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,3.(2017廣東潮南實(shí)驗(yàn)學(xué)校高二月考)在基因診斷技術(shù)中，所用的探針DNA分子中必須存在一定量的熒光分子或放射性同位素，后者的作用是 A.為形成雜交DNA分子提供能量 B.引起探針DNA產(chǎn)生不定向的基因突變 C.作

17、為探針DNA的示蹤元素 D.增加探針DNA的相對(duì)分子質(zhì)量,答案,√,解析 DNA探針是指用放射性同位素或熒光分子等標(biāo)記的DNA分子，放射性同位素的作用是作為探針DNA的示蹤元素，C項(xiàng)正確。,解析,1,2,3,4,5,4.檢測(cè)轉(zhuǎn)基因生物染色體DNA上是否插入了目的基因的常用方法是 A.DNA分子雜交技術(shù) B.熒光分子標(biāo)記技術(shù) C.放射性同位素標(biāo)記技術(shù) D.顯微注射技術(shù),答案,√,解析 檢測(cè)目的基因常采用DNA分子雜交技術(shù)，即在含有目的基因的DNA片段上用放射性同位素進(jìn)行標(biāo)記，以此作為基因探針，并使基因探針與基因組DNA雜交，若顯示出雜交帶，則表明目的基因已插入染色體DNA中。,解析,1,2,3,

18、4,5,5.(2016海南，31)基因工程又稱為DNA重組技術(shù)，回答相關(guān)問題： (1)在基因工程中，獲取目的基因主要有兩大途徑，即____________和從__________中分離。,解析 獲取目的基因主要有兩大途徑，即人工合成和從自然界已有的物種中分離。,答案,解析,人工合成,生物材料,1,2,3,4,5,(2)利用某植物的成熟葉片為材料，同時(shí)構(gòu)建cDNA文庫(kù)和基因組文庫(kù)，兩個(gè)文庫(kù)相比，cDNA文庫(kù)中含有的基因數(shù)目比基因組文庫(kù)中的少，其原因是________________________________________________________ _________________

19、__________。,解析 在植物的成熟葉片中基因選擇性表達(dá)，因此由所有RNA反轉(zhuǎn)錄形成的cDNA文庫(kù)中只含有葉細(xì)胞已轉(zhuǎn)錄(或已表達(dá))的基因，而基因組文庫(kù)中含有該植物的全部基因。,答案,解析,cDNA文庫(kù)中只含有葉細(xì)胞已轉(zhuǎn)錄(或已表達(dá))的基因，而基因組文庫(kù)中含有該植物的全部基因,1,2,3,4,5,(3)在基因表達(dá)載體中，啟動(dòng)子是______________識(shí)別并結(jié)合的部位。若采用原核生物作為基因表達(dá)載體的受體細(xì)胞，最常用的原核生物是__________________。,解析 在基因表達(dá)載體中，啟動(dòng)子是RNA聚合酶識(shí)別并結(jié)合的部位。采用原核生物作為基因表達(dá)載體的受體細(xì)胞，由于易于培養(yǎng)，最常選用大腸桿菌(或細(xì)菌)。,答案,解析,RNA聚合酶,大腸桿菌(或細(xì)菌),1,2,3,4,5,(4)將目的基因通過基因槍法導(dǎo)入植物細(xì)胞時(shí)，常用的攜帶目的基因的金屬顆粒有________和________顆粒。,解析 將目的基因通過基因槍法導(dǎo)入植物細(xì)胞時(shí)，常用的攜帶目的基因的金屬顆粒有金粉和鎢粉顆粒。,答案,解析,金粉,鎢粉,