高中生物 專題1 1_2 基因工程的基本操作程序課件 新人教版選修32

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1、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)胧荏w細(xì)胞,目的基因的檢測與鑒定,（一）目的基因的提取,目的基因：主要是指_ 。 獲取方法： 1、_中獲取目的基因 2、 PCR反應(yīng)擴(kuò)增DNA 2、人工合成法：如果基因比較小，核苷酸序列又已知，也可以通過DNA合成儀用化學(xué)方法直接人工合成。,基本操作步驟,從基因文庫,編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因,從基因文庫中獲取目的基因,什么是基因文庫？ 什么是基因組文庫？ 什么是部分基因文庫？ 怎樣從基因文庫中得到我們所需的目的基因？ 目的基因的有關(guān)信息與什么相聯(lián)系？,1.從基因文庫中獲取目的基因,基因文庫： 將含有某種生物不同基因的許多DNA

2、片斷，導(dǎo)入到受體菌的群體中，各個受體菌分別含有這種生物的不同基因，稱為基因文庫。,基因文庫,基因組文庫,部分基因文庫 （如cDNA文庫）,一種生物所有的基因,一種生物的一部分基因,基因文庫的構(gòu)建過程,基因組文庫,目的基因的mRNA,單鏈DNA (cDNA）,雙鏈DNA (即目的基因),反轉(zhuǎn)錄,合成,1）反轉(zhuǎn)錄法： 以目的基因轉(zhuǎn)錄成的mRNA為模板，反轉(zhuǎn)錄成互補(bǔ)的單鏈DNA，然后在酶的作用下合成雙鏈DNA，從而獲得所需的基因。,蛋白質(zhì)的氨基酸序列,mRNA的核苷酸序列,結(jié)構(gòu)基因的核苷酸序列,目的基因,推測,推測,化學(xué)合成,2）根據(jù)已知的氨基酸序列合成DNA法 ：,cDNA：,非編碼區(qū),非編碼區(qū),

3、編碼區(qū),RNA聚合酶結(jié)合位點,外顯子,內(nèi)含子,終止子,基因的結(jié)構(gòu),啟動子,原核,真核,一個典型的原核細(xì)胞基因結(jié)構(gòu)示意圖,編碼區(qū):組成基因的核苷酸序列可以分為不同的區(qū)段,有的區(qū)段能夠轉(zhuǎn)錄為相應(yīng)的信使RNA，進(jìn)而指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成，這樣的區(qū)段叫做編碼區(qū)。,非編碼區(qū)：有的區(qū)段不能轉(zhuǎn)錄為信使RNA，也就是說不能編碼蛋白質(zhì)，這樣的區(qū)段叫做非編碼區(qū)。,一個典型的真核細(xì)胞基因結(jié)構(gòu)示意圖,真核細(xì)胞基因結(jié)構(gòu)的主要特點是： 編碼區(qū)是間隔的、不連續(xù)的。,能夠編碼蛋白質(zhì)的序列叫做外顯子， 一般不能夠編碼蛋白質(zhì)的序列叫做內(nèi)含子。,2.PCR技術(shù)多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（體外）,原理： 前提： 條件：,PCR擴(kuò)增儀,DNA雙鏈復(fù)制的

4、基本原理,一段已知目的基因的核苷酸序列,四種脫氧核苷酸（dNTP）,一對引物,熱穩(wěn)定DNA聚合酶(Taq酶）,DNA的兩條鏈為模板,溫度控制,方式：,以_形式擴(kuò)增，即_（n為擴(kuò)增循環(huán)的次數(shù)）,指數(shù),2n,過程,變性、退火、延伸三步曲,變性：加熱至9095雙鏈DNA解鏈成為單鏈DNA 退火：冷卻至5560部分引物與模板的單鏈DNA的特定互補(bǔ)部位相配對和結(jié)合 延伸：加熱至7075以目的基因為模板，合成互補(bǔ)的新DNA鏈,需要提供合成模板； 合成的方向都是53。 DNA聚合酶不能起始新的DNA鏈，必須要有引物提供3-OH；,1.目的基因DNA受熱變性，解鏈； 2.引物與單鏈互補(bǔ)結(jié)合； 3.合成鏈在DN

5、A聚合酶作用下進(jìn)行延伸。,利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因,胞內(nèi)DNA復(fù)制與PCR技術(shù)的比較：,高溫變性,Taq DNA聚合酶,DNA母鏈,dNTP,3個溫度,DNA或RNA,1.下表關(guān)于基因工程中有關(guān)基因操作 的名詞及對應(yīng)的內(nèi)容，正確的組合是,2、下列屬于獲取目的基因的方法的是( ) 利用mRNA反轉(zhuǎn)錄形成 從基因組文庫中提取 從受體細(xì)胞中提取 利用PCR技術(shù) 利用DNA轉(zhuǎn)錄 人工合成 A. B. C. D.,3、在遺傳工程中，若有一個控制有利性狀的DNA分子片段為ATGTGTACAC，要使其數(shù)量增多，可用PCR技術(shù)進(jìn)行人工復(fù)制，復(fù)制時應(yīng)給予的條件是 雙鏈DNA分子為模板 ATGTG或TACAC模

6、板鏈 四種脫氧核苷酸 四種核苷酸 DNA聚合酶 熱穩(wěn)定DNA聚合酶引物 溫度變化 恒溫 A B C D,4、在基因工程中，把選出的目的基因（共1000個脫氧核苷酸對，其中腺嘌呤脫氧核苷酸是460個）放入DNA擴(kuò)增儀中擴(kuò)增4代，那么，在擴(kuò)增儀中應(yīng)放入胞嘧啶脫氧核苷酸的個數(shù)是 A.540個 B.8100個 C.17280個D.7560個,消耗的脫氧核苷酸數(shù) 設(shè)親代DNA分子中含有某種脫氧核苷酸數(shù) m個，則： (1)經(jīng)過n次復(fù)制，共需要消耗游離的該脫氧核苷酸數(shù)： (2)在第n次復(fù)制時，共需要消耗游離的該脫氧核苷酸數(shù)：,m (2n-1),m 2n-1,（二）基因表達(dá)載體的構(gòu)建核心,質(zhì)粒,DNA分子,一

7、個切口 兩個黏性末端,兩個切口 獲得目的基因,DNA 連接酶,重組DNA分子（重組質(zhì)粒）,同一種 限制酶,目的基因與運(yùn)載體的結(jié)合過程，實際上是不同來源的基因重組的過程。,（1）用一定的_切割質(zhì)粒，使其出現(xiàn)一個切口，露出_。 （2）用_切斷目的基因，使其產(chǎn)生 _。,（3）將切下的目的基因片段插入質(zhì)粒的_處，再加入適量_，形成了一個重組DNA分子（重組質(zhì)粒）,限制酶,黏性末端,同一種限制酶,相同的黏性末端,切口,DNA連接酶,重組質(zhì)粒形成過程:,科學(xué)家在培育抗蟲棉時，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

8、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能力?？茖W(xué)家又在有啟動子、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。,資 料:,基因表達(dá)載體構(gòu)建,基因表達(dá)載體的組成：,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，同時使目的基因能夠表達(dá)和發(fā)揮作用。,啟動轉(zhuǎn)錄,是RNA聚合酶的識別和結(jié)合部位,位于基因的末端,終止轉(zhuǎn)錄,檢測目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞， 篩選出含目的基因的受體細(xì)胞,1、（多選）一個基因表達(dá)載體的構(gòu)建應(yīng)包括 A目的基因 B啟動子 C終止子 D標(biāo)記基因,ABC

9、D,2、下列關(guān)于基因表達(dá)載體的敘述不正確的是 A啟動子是與RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位，是起始密碼 B啟動子和終止子都是特殊結(jié)構(gòu)的DNA短片段，對mRNA的轉(zhuǎn)錄起調(diào)控作用 C標(biāo)記基因是為了鑒別受體細(xì)胞中是否有目的基因從而便于篩選 D基因表達(dá)載體的構(gòu)建視受體細(xì)胞及導(dǎo)入方式不同而有所差別,A,3、目前轉(zhuǎn)基因工程可以 A. 打破地理隔離但不能突破生殖隔離 B. 打破生殖隔離但不能突破地理隔離 C. 完全突破地理隔離和生殖隔離 D. 部分突破地理隔離和生殖隔離,C,(三)將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞,常用的受體細(xì)胞：,動植物細(xì)胞、大腸桿菌、土壤農(nóng)桿菌、枯草桿菌等。,將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的原理：,借鑒細(xì)菌或

10、病毒侵染細(xì)胞的途徑。,轉(zhuǎn)化,目的基因進(jìn)入_內(nèi)，并且在 受體細(xì)胞內(nèi)維持_和_的過程,受體細(xì)胞,穩(wěn)定,表達(dá),導(dǎo)入植物 細(xì)胞：,（三）將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞,導(dǎo)入動物 細(xì)胞：,導(dǎo)入微生物細(xì)胞：,受體細(xì)胞 導(dǎo)入方法,體細(xì)胞 受精卵,受精卵,顯微注射法,Ca2處理法,1、將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞,（1）農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法,特點:,能感染雙子葉植物和祼子植物,對單子葉植物無感染能力,Ti質(zhì)粒的TDNA可轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞并整合到其染色體上,轉(zhuǎn)化過程:,Ti質(zhì)粒 目的基因,構(gòu)建,表達(dá)載體,植物細(xì)胞,植物細(xì)胞染色DNA,新性狀,農(nóng)桿菌,（2）基因槍法,基因槍法又稱微彈轟擊法，是利用壓縮氣體產(chǎn)生的動力，將包裹在金屬顆粒表面

11、的表達(dá)載體DNA打入受體細(xì)胞中，使目的基因與其整合并表達(dá)的方法。,（3）花粉通道法,植物花粉在柱頭上萌發(fā)后，花粉管要穿過花柱直通胚囊。花粉管通道法就是在植物受粉后，花粉形成的花粉管還未愈合前，剪去柱頭，然后，滴加DNA（含目的基因），使目的基因借助花粉管通道進(jìn)入受體細(xì)胞。,2、將目的基因?qū)雱游锛?xì)胞,方法:,顯微注射技術(shù),操作程序:,提純含目的基因表達(dá)載體,取受精卵,顯微注射,移植到子宮,受精卵發(fā)育,新性狀動物,3、將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞,常用法：Ca2+處理,常用菌：大腸桿菌,微生物作受體細(xì)胞原因： 繁殖快、多為單細(xì)胞、遺傳物質(zhì)相對少,過程：,Ca2+處理大腸桿菌,感受態(tài)細(xì)胞,表達(dá)載體與感

12、受態(tài)細(xì)胞混合,感受態(tài)細(xì)胞吸收DNA,增大細(xì)胞壁的通透性,1、基因工程中科學(xué)家常用細(xì)菌、酵母菌等微生物作為受體細(xì)胞，原因是 A結(jié)構(gòu)簡單、操作方便 B繁殖速度快 C遺傳物質(zhì)含量少、簡單 D性狀穩(wěn)定、變異少 2、基因工程常用的受體細(xì)胞有 大腸桿菌 枯草桿菌 支原體 動植物細(xì)胞 A B C D,B,D,3、基因工程是在DNA分子水平上進(jìn)行設(shè)計施工的，在基因操作的基本步驟中，不進(jìn)行堿基互補(bǔ)配對的步驟是 A.人工合成基因 B.目的基因與運(yùn)載體結(jié)合 C.將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 D.目的基因的檢測和表達(dá),C,4. 采用基因工程的方法培育抗蟲棉，下列導(dǎo)入目的基因的做法正確的是 將毒素蛋白質(zhì)注射到棉受精卵中 將編

13、碼毒素蛋白的DNA序列注射到棉受精卵中 將編碼毒素蛋白的DNA序列與細(xì)菌質(zhì)粒重組，注射到棉的子房并進(jìn)入受精卵中 將編碼毒素蛋白的DNA序列與質(zhì)粒重組，導(dǎo)入細(xì)菌感染棉的體細(xì)胞，再進(jìn)行組織培養(yǎng) A B C D,C,5. 下列屬于基因工程中導(dǎo)入目的基因方法的是 農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法 基因槍法 花粉管道法 顯微注射法 胚胎移植 DNA分子雜交法 A B C D,C,目的基因是否插入轉(zhuǎn)基 因生物染色體的DNA上,（四）目的基因的檢測與鑒定,目的基因是否表達(dá)：,目的基因是否轉(zhuǎn)錄：,鑒定,抗蟲性鑒定、抗病性鑒定、生物活性鑒定等（生理、性狀水平的檢測）,檢測,知識延伸DNA分子雜交技術(shù),該方法是根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則，

14、把互補(bǔ)的雙鏈DNA解開，把單股的DNA小片段用同位素、熒光分子或化學(xué)發(fā)光催化劑等進(jìn)行標(biāo)記，之后同被檢測的DNA中的同源互補(bǔ)序列雜交，從而檢出所要查明的DNA或基因。,基因工程概念解讀：,基因重組,體外,基因,DNA分子水平,剪切拼接導(dǎo)入表達(dá),新的生物類型和生物產(chǎn)品,密碼子的通用性：生物界共用一套相同的密碼子,基本單位相同 結(jié)構(gòu)相同堿基配對方式相同,安全性問題：生物安全、食品安全、環(huán)境安全,轉(zhuǎn)基因抗蟲棉,打破生殖隔離定向改造生物時間短,1、基因工程中科學(xué)家常用細(xì)菌、酵母菌等微生物作為受體細(xì)胞，原因是 A結(jié)構(gòu)簡單、操作方便 B繁殖速度快 C遺傳物質(zhì)含量少、簡單 D性狀穩(wěn)定、變異少 2、基因工程常用

15、的受體細(xì)胞有 大腸桿菌 枯草桿菌 支原體 動植物細(xì)胞 A B C D,B,D,2、基因工程是在DNA分子水平上進(jìn)行設(shè)計施工的，在基因操作的基本步驟中，不進(jìn)行堿基互補(bǔ)配對的步驟是 A.人工合成基因 B.目的基因與運(yùn)載體結(jié)合 C.將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 D.目的基因的檢測和表達(dá),C,3. 采用基因工程的方法培育抗蟲棉，下列導(dǎo)入目的基因的做法正確的是 將毒素蛋白質(zhì)注射到棉受精卵中 將編碼毒素蛋白的DNA序列注射到棉受精卵中 將編碼毒素蛋白的DNA序列與細(xì)菌質(zhì)粒重組，注射到棉的子房并進(jìn)入受精卵中 將編碼毒素蛋白的DNA序列與質(zhì)粒重組，導(dǎo)入細(xì)菌感染棉的體細(xì)胞，再進(jìn)行組織培養(yǎng) A B C D,C,4. 下

16、列屬于基因工程中導(dǎo)入目的基因方法的是 農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法 基因槍法 花粉管道法 顯微注射法 胚胎移植 DNA分子雜交法 A B C D,C,5、應(yīng)用基因工程技術(shù)診斷疾病的過程中必須使用基因探針才能達(dá)到檢測疾病的目的。這里的基因探針是 A用于檢測疾病的醫(yī)療器械 B用放射性同位素或熒光分子等標(biāo)記的DNA分子 C合成-珠蛋白的DNA D合成苯丙羥化酶的DNA片段,6.細(xì)菌的質(zhì)粒分子帶有一個抗菌素抗性基因，該抗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有利于對目的基因是否導(dǎo)入進(jìn)行檢測 C增加質(zhì)粒分子的分子量 D便于與外源基因連接 7. 有關(guān)基因工程的敘述正確的是 A限制酶只在獲得

17、目的基因時才用 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,8.哪項不是基因表達(dá)載體的組成部分( ) A.啟動子 B.終止密碼 C.標(biāo)記基因 D.目的基因 9.下列哪項不是將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞的方法( ) A基因槍法 B顯微注射法 C.農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法 D花粉管通道法,10）（多選）人們利用基因工程的方法，用大腸桿菌生產(chǎn)人類胰島素，這一過程涉及到（ ） A.用適當(dāng)?shù)拿笇σ葝u素基因與運(yùn)載體進(jìn)行切割并連接 B.把重組后的DNA分子導(dǎo)入受體細(xì)菌內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)增 C.檢測重組DNA分子是否導(dǎo)入受體細(xì)菌內(nèi)并表達(dá)出性狀 D.篩選出能產(chǎn)生胰島素的“工程菌”,ABCD,