高中生物 專題1第二節(jié) 基因工程的基本操作過程課件1 新人教版選修3

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1、 基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序 目的基因主要是指目的基因主要是指_編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因供體生物細(xì)胞供體生物細(xì)胞取出取出DNADNA用限制酶剪用限制酶剪去多余部分去多余部分目的基因目的基因即：將需要的基因從供體生物細(xì)胞內(nèi)提取出來即：將需要的基因從供體生物細(xì)胞內(nèi)提取出來目前被廣泛提取使目前被廣泛提取使用的目的基因有：蘇用的目的基因有：蘇云金桿菌抗蟲基因、云金桿菌抗蟲基因、植物抗病基因植物抗病基因人胰島人胰島素基因等。素基因等。1.什么是基因文庫？（p9）2.怎樣從基因文庫中得到我們所需的目的基因？種類：基因組文庫：部分基因文庫部分基因文庫(cDNAcDNA庫庫)

2、 )：2）2 2）人工合成）人工合成3 3）利用）利用PCRPCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因技術(shù)擴(kuò)增目的基因含有一種生物的全部基因含有一種生物的部分基因根據(jù)基因的有關(guān)信息：如基因表達(dá)的產(chǎn)物等。（p9）1.1.用一定的用一定的_切割切割 質(zhì)粒，使其出現(xiàn)一個(gè)切質(zhì)粒，使其出現(xiàn)一個(gè)切 口，露出口，露出_。2.2.用用_切斷目切斷目 的基因，使其產(chǎn)生的基因，使其產(chǎn)生_ _ _。 核心核心3.3.將切下的目的基因片段插入質(zhì)粒的將切下的目的基因片段插入質(zhì)粒的_處，處， 再加入適量再加入適量_，形成了一個(gè)重組，形成了一個(gè)重組 DNADNA分子（重組質(zhì)粒）分子（重組質(zhì)粒）限制酶限制酶黏性末端黏性末端同一種限制酶同一種限制

3、酶的黏性末端的黏性末端切口切口DNADNA連接酶連接酶相同相同( (二二) )基因表達(dá)載體的構(gòu)建基因表達(dá)載體的構(gòu)建質(zhì)粒質(zhì)粒DNADNA分子分子一個(gè)一個(gè)切口切口兩個(gè)兩個(gè)黏性末端黏性末端兩個(gè)兩個(gè)切口切口獲得目的基因獲得目的基因DNA DNA 連接酶連接酶重組重組DNADNA分子（重組質(zhì)粒）分子（重組質(zhì)粒）同一種同一種 限制酶限制酶 科學(xué)家在培育抗蟲棉時(shí)，經(jīng)過了許多復(fù)雜的過程和不懈的努力，才獲得成功。 起初把蘇云金芽孢桿菌的抗蟲基因插入載體質(zhì)粒中，然后導(dǎo)入棉花的受精卵中，結(jié)果抗蟲基因在棉花體內(nèi)沒有表達(dá)。 然后在插入抗蟲基因的質(zhì)粒中插入啟動(dòng)子(抗蟲基因首端)，導(dǎo)入棉花受精卵，長成的棉花植株還是沒有抗蟲

4、能力?？茖W(xué)家又在有啟動(dòng)子、抗蟲基因的質(zhì)粒中插入終止子(抗蟲基因末端)，導(dǎo)入棉花受精卵，結(jié)果成長的植株，有了抗蟲能力。 目的：使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存目的：使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳給下一代，同時(shí)使目在，并且可以遺傳給下一代，同時(shí)使目的基因能夠表達(dá)和發(fā)揮作用。的基因能夠表達(dá)和發(fā)揮作用。a、目的基因、目的基因b、啟動(dòng)子、啟動(dòng)子c、終止子、終止子d、標(biāo)記基因、標(biāo)記基因( (三三) )將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化目的基因進(jìn)入目的基因進(jìn)入_內(nèi)，并且在內(nèi)，并且在 受體細(xì)胞內(nèi)維持受體細(xì)胞內(nèi)維持_和和_的過程的過程受體細(xì)胞受體細(xì)胞穩(wěn)定穩(wěn)定表達(dá)表達(dá)方法方法導(dǎo)入植物細(xì)

5、胞導(dǎo)入植物細(xì)胞導(dǎo)入動(dòng)物細(xì)胞導(dǎo)入動(dòng)物細(xì)胞導(dǎo)入微生物細(xì)胞導(dǎo)入微生物細(xì)胞農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法基因槍法基因槍法花粉管通道法花粉管通道法顯微注射法顯微注射法 感受態(tài)細(xì)胞吸收感受態(tài)細(xì)胞吸收DNADNA分子分子( (三三) )將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞( (四四) )目的基因的檢測(cè)與鑒定目的基因的檢測(cè)與鑒定檢查是否成功檢查是否成功分子分子檢測(cè)檢測(cè)個(gè)體個(gè)體鑒定：鑒定：檢測(cè)轉(zhuǎn)基因生物染色體的檢測(cè)轉(zhuǎn)基因生物染色體的DNA DNA 上是否插入了目的基因上是否插入了目的基因檢測(cè)目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了檢測(cè)目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNAmRNA檢測(cè)目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)檢測(cè)目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)抗蟲

6、鑒定、抗病鑒定、活性鑒定等抗蟲鑒定、抗病鑒定、活性鑒定等方法方法方法方法方法方法DNADNA分子雜交分子雜交分子雜交分子雜交抗原抗原- -抗體雜交抗體雜交PCR擴(kuò)增儀擴(kuò)增儀DNA雙鏈復(fù)制的基本原理雙鏈復(fù)制的基本原理一段已知目的基因的核苷酸序列一段已知目的基因的核苷酸序列四種脫氧核苷酸四種脫氧核苷酸一對(duì)引物一對(duì)引物熱穩(wěn)定熱穩(wěn)定DNADNA聚合酶聚合酶( (TaqTaq酶酶）DNADNA的兩條鏈為模板的兩條鏈為模板溫度控制和緩沖液溫度控制和緩沖液前提：一段已知目的基因的核苷酸序列，根前提：一段已知目的基因的核苷酸序列，根據(jù)這一序列合成引物。據(jù)這一序列合成引物。引物：一小段單鏈引物：一小段單鏈DNA

7、DNA或或RNARNA，一般一般20203030個(gè)堿個(gè)堿基，能與基，能與DNADNA母鏈的一段堿基序列互補(bǔ)配對(duì)。母鏈的一段堿基序列互補(bǔ)配對(duì)。PCRPCR擴(kuò)增時(shí)為什么需要引物呢？擴(kuò)增時(shí)為什么需要引物呢？類別類別項(xiàng)目項(xiàng)目復(fù)制復(fù)制轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄場(chǎng)所場(chǎng)所特點(diǎn)特點(diǎn)模板模板原料原料酶酶能量能量堿基堿基配對(duì)配對(duì)產(chǎn)物產(chǎn)物細(xì)胞核細(xì)胞核只有只有DNA的一條鏈的一條鏈四種核糖核苷酸四種核糖核苷酸RNA聚合酶聚合酶ATPA-UC-GT-AG-C細(xì)胞核細(xì)胞核DNA的兩條鏈的兩條鏈四種脫氧核苷酸四種脫氧核苷酸解旋酶、解旋酶、DNADNA聚合酶聚合酶ATPA-TC-GT-AG-C兩個(gè)雙鏈兩個(gè)雙鏈DNADNA分子分子一條單鏈一條單

8、鏈mRNAmRNA邊解旋邊復(fù)制，邊解旋邊復(fù)制，半保留復(fù)制半保留復(fù)制邊解旋邊轉(zhuǎn)錄邊解旋邊轉(zhuǎn)錄5 5/ /3 3/ /G GG GT TC C3 3/ /5 5/ /G GA AC CC C5 5/ /3 3/ /引物引物G GG G變性變性復(fù)性復(fù)性延伸延伸1.目的基因目的基因DNA受熱變性，解鏈；受熱變性，解鏈；2.引物與單鏈互補(bǔ)結(jié)合；引物與單鏈互補(bǔ)結(jié)合；3.合成鏈在合成鏈在DNA聚合酶作用下進(jìn)行延伸。聚合酶作用下進(jìn)行延伸。5 5/ /3 3/ /A AG G引物引物利用利用PCRPCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因技術(shù)擴(kuò)增目的基因PCRPCR技術(shù)擴(kuò)增過程技術(shù)擴(kuò)增過程a a、DNADNA變性（變性（90-95

9、90-95）：雙鏈）：雙鏈DNADNA模板模板 在熱作用下，在熱作用下， 斷裂，形成斷裂，形成_ _ b b、復(fù)性（、復(fù)性（55-6055-60）：系統(tǒng)溫度降低，引物）：系統(tǒng)溫度降低，引物 與與DNADNA模板結(jié)合，形成局部模板結(jié)合，形成局部_。 c c、延伸（、延伸（70-7570-75）：在）：在TaqTaq酶的作用下，從酶的作用下，從 引物的引物的55端端33端延伸，合成與模板互補(bǔ)端延伸，合成與模板互補(bǔ) 的的_。 氫鍵氫鍵單鏈單鏈DNADNA雙鏈雙鏈DNADNA鏈鏈2.微生物作受體細(xì)胞原因：微生物作受體細(xì)胞原因：將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞3.轉(zhuǎn)化方法：轉(zhuǎn)化方法：大腸

10、桿菌大腸桿菌繁殖快、多為單細(xì)胞、遺傳物質(zhì)相對(duì)少繁殖快、多為單細(xì)胞、遺傳物質(zhì)相對(duì)少處理細(xì)胞細(xì)胞表達(dá)載體與感受態(tài)細(xì)胞混合 _細(xì)胞吸收DNA分子。Ca2+感受態(tài)感受態(tài)感受態(tài)感受態(tài)1.常用菌：常用菌： 目的基因插入目的基因插入TiTi質(zhì)粒的質(zhì)粒的T-DNAT-DNA上上 農(nóng)桿菌農(nóng)桿菌 導(dǎo)入植物細(xì)胞導(dǎo)入植物細(xì)胞 整合到受體細(xì)胞的染色體上整合到受體細(xì)胞的染色體上 目的基因的遺傳特性得以維持穩(wěn)定和表達(dá)目的基因的遺傳特性得以維持穩(wěn)定和表達(dá) 1. 1.農(nóng)桿菌特點(diǎn)：農(nóng)桿菌特點(diǎn)：易感染雙子葉植物和裸子植物。易感染雙子葉植物和裸子植物。TiTi質(zhì)粒的質(zhì)粒的T-DNAT-DNA可轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞的染色體上可轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞

11、的染色體上2.轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化例：用棉鈴飼喂棉例：用棉鈴飼喂棉鈴蟲，如蟲吃后不出現(xiàn)鈴蟲，如蟲吃后不出現(xiàn)中毒癥狀，說明未攝入中毒癥狀，說明未攝入目的基因或攝入目的基目的基因或攝入目的基因未表達(dá)。如蟲吃后中因未表達(dá)。如蟲吃后中毒死亡，則說明攝入了毒死亡，則說明攝入了抗蟲基因并得到表達(dá)?？瓜x基因并得到表達(dá)。無表達(dá)產(chǎn)物無表達(dá)產(chǎn)物無表達(dá)產(chǎn)物無表達(dá)產(chǎn)物有表達(dá)產(chǎn)物有表達(dá)產(chǎn)物無表達(dá)產(chǎn)物無表達(dá)產(chǎn)物 細(xì)菌的檢測(cè)，將每個(gè)受體細(xì)胞單獨(dú)培養(yǎng)形成細(xì)菌的檢測(cè)，將每個(gè)受體細(xì)胞單獨(dú)培養(yǎng)形成菌落，檢測(cè)菌落中是否有目的基因的表達(dá)產(chǎn)物。菌落，檢測(cè)菌落中是否有目的基因的表達(dá)產(chǎn)物。淘汰無表達(dá)產(chǎn)物的菌落，保留有表達(dá)產(chǎn)物的進(jìn)一淘汰無表達(dá)產(chǎn)物的菌落，

12、保留有表達(dá)產(chǎn)物的進(jìn)一步培養(yǎng)、研究。步培養(yǎng)、研究?；蛭膸斓臉?gòu)建基因文庫的構(gòu)建（1 1）構(gòu)建基因組文庫）構(gòu)建基因組文庫將某種生物體內(nèi)的將某種生物體內(nèi)的DNADNA全部提取出來，全部提取出來，選用適當(dāng)?shù)南拗泼?，將選用適當(dāng)?shù)南拗泼?，將DNADNA切成一定范切成一定范圍大小的圍大小的DNADNA片段，然后將這些片段分片段，然后將這些片段分別與載體連接起來，導(dǎo)入受體菌的群體別與載體連接起來，導(dǎo)入受體菌的群體中儲(chǔ)存，每個(gè)受體菌都含有了一段不同中儲(chǔ)存，每個(gè)受體菌都含有了一段不同的的DNADNA片段。這個(gè)群體包含了這種生物片段。這個(gè)群體包含了這種生物的所有基因。的所有基因。供體細(xì)胞中的供體細(xì)胞中的DNADNA

13、許多許多DNADNA片段片段載體載體限制酶限制酶分別與載體連分別與載體連接，載入接，載入受體菌受體菌導(dǎo)入導(dǎo)入鳥槍法（散彈射擊法）鳥槍法（散彈射擊法）讓供體細(xì)胞提供的所讓供體細(xì)胞提供的所有有DNADNA片段分別在各片段分別在各個(gè)受體菌中大量復(fù)制個(gè)受體菌中大量復(fù)制（即擴(kuò)增），從中找（即擴(kuò)增），從中找出含有目的基因的細(xì)出含有目的基因的細(xì)胞，再利用一定方法胞，再利用一定方法將目的基因的將目的基因的DNADNA片片段分離出來。段分離出來。外源外源DNADNA擴(kuò)增擴(kuò)增產(chǎn)生特定性狀產(chǎn)生特定性狀目的基因目的基因分離分離通過對(duì)通過對(duì)受體菌受體菌的培養(yǎng)而的培養(yǎng)而儲(chǔ)存基因儲(chǔ)存基因（2 2）構(gòu)建）構(gòu)建cDNAcDNA

14、文庫文庫用某種生物發(fā)育的用某種生物發(fā)育的某個(gè)時(shí)期的某個(gè)時(shí)期的mRNAmRNA反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的多種互補(bǔ)反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的多種互補(bǔ)DNADNA（也叫也叫cDNAcDNA）片段，與載體連接后儲(chǔ)存在片段，與載體連接后儲(chǔ)存在一個(gè)受體菌群中，這個(gè)受體菌群體一個(gè)受體菌群中，這個(gè)受體菌群體叫做這種生物叫做這種生物cDNAcDNA文庫。文庫。1.下表關(guān)于基因工程中有關(guān)基因操作下表關(guān)于基因工程中有關(guān)基因操作的名詞及對(duì)應(yīng)的內(nèi)容，正確的組合是的名詞及對(duì)應(yīng)的內(nèi)容，正確的組合是2 2、下列屬于獲取目的基因的方法的是、下列屬于獲取目的基因的方法的是( )( )利用利用mRNAmRNA反轉(zhuǎn)錄形成從基因組文庫中提取反轉(zhuǎn)錄形成從基因組文庫

15、中提取從受體細(xì)胞中提取從受體細(xì)胞中提取 利用利用PCRPCR技術(shù)技術(shù) 利用利用DNADNA轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄 人工合成人工合成A.A. B. B. C. C. D. D.3.細(xì)菌的質(zhì)粒分子帶有一個(gè)抗菌素抗性基因，該抗細(xì)菌的質(zhì)粒分子帶有一個(gè)抗菌素抗性基因，該抗性基因在基因工程中的主要作用是性基因在基因工程中的主要作用是 A提高受體細(xì)胞在自然環(huán)境中的耐藥性 B有利于對(duì)目的基因是否導(dǎo)入進(jìn)行檢測(cè)C增加質(zhì)粒分子的分子量D便于與外源基因連接4.4. 有關(guān)基因工程的敘述正確的是有關(guān)基因工程的敘述正確的是A限制酶只在獲得目的基因時(shí)才用B重組質(zhì)粒的形成是在細(xì)胞內(nèi)完成的C質(zhì)粒都可作為運(yùn)載體 D蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)可為合成目的基因提供資料 嘗試設(shè)計(jì)嘗試設(shè)計(jì)