2018-2019學年高中生物 第一章 基因工程 第2課時 基因工程的原理和技術(shù)課件 浙科版選修3.ppt

《2018-2019學年高中生物 第一章 基因工程 第2課時 基因工程的原理和技術(shù)課件 浙科版選修3.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2018-2019學年高中生物 第一章 基因工程 第2課時 基因工程的原理和技術(shù)課件 浙科版選修3.ppt（52頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、第2課時基因工程的原理和技術(shù),第一章基因工程,選修3現(xiàn)代 生物技術(shù)專題,,一、基因工程的原理,,二、基因工程的基本操作步驟,,達標檢測,內(nèi)容索引,一、基因工程的原理,1.基本原理 讓人們感興趣的基因(即 )在宿主細胞中穩(wěn)定和高效地表達。 2.變異類型 基因工程屬于可遺傳變異中的 。,新知導學,目的基因,基因重組,(1)在基因工程中，不同DNA鏈的斷裂和連接產(chǎn)生DNA片段的交換和重新組合，形成了新的DNA分子，在這個操作中交換了DNA片段，故屬于基因重組。 (2)基因工程中的基因重組不同于減數(shù)分裂過程中的基因重組。前者屬于無性生殖中的重組，并發(fā)生在不同種生物間，打破了物種間的界線，可以定向

2、地改造生物的遺傳特性，此操作均在細胞外進行。,例1科學家用納米技術(shù)制造出一種“生物導彈”，可以攜帶DNA分子。把它注射入組織中，可以通過細胞的內(nèi)吞作用進入細胞內(nèi)，DNA被釋放出來，進入到細胞核內(nèi)，最終整合到細胞染色體上，成為細胞基因組的一部分，DNA整合到細胞染色體中的過程屬于 A.基因突變 B.基因重組 C.基因互換 D.染色體畸變,答案,解析,,解析基因突變是基因內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改變；染色體畸變是以染色體作為研究對象，探討染色體結(jié)構(gòu)和數(shù)目的變化；基因工程是將外源基因?qū)胧荏w細胞，得到人們所需要的產(chǎn)物，屬于基因重組。,例2下列敘述符合基因工程基本原理的是 A.B淋巴細胞與腫瘤細胞融合，雜交瘤細胞中

3、含有B淋巴細胞中的抗 體基因 B.將人的干擾素基因重組到質(zhì)粒后導入大腸桿菌，獲得能產(chǎn)生人干擾 素的菌株 C.用紫外線照射青霉菌，使其DNA發(fā)生改變，通過篩選獲得青霉素高 產(chǎn)菌株 D.自然界中天然存在的噬菌體自行感染細菌后其DNA整合到細菌 DNA上,答案,解析,,解析基因工程是在生物體外，通過對DNA分子進行人工“剪切”和“拼接”，對生物的基因進行改造和重新組合，然后導入受體細胞內(nèi)，使目的基因在受體細胞內(nèi)表達，產(chǎn)生出人類所需要的基因產(chǎn)物，因此，B項為基因工程。,正確理解基因工程的五個方面,二、基因工程的基本操作步驟,1.獲得目的基因的方法 (1)已知序列用 合成；用 (PCR)擴

4、增。 (2)未知序列從 中獲得。,新知導學,化學方法,聚合酶鏈式反應,基因文庫,2.形成重組DNA分子,相同,粘性末端,DNA連接,重組DNA分子,3.將重組DNA分子導入受體細胞 (1)常用受體細胞：大腸桿菌、枯草桿菌、酵母菌和動植物細胞等。 (2)導入方法舉例：用質(zhì)粒作為載體，宿主細胞應該選擇 ，用 處理大腸桿菌，增加其細胞壁的 ，使含有目的基因的重組質(zhì)粒進入大腸桿菌宿主細胞。 4.篩選含有目的基因的受體細胞 (1)篩選原因：并不是所有的細胞都接納了 。,大腸桿菌,氯化鈣,通透性,重組DNA分子,(2)篩選方法舉例：由于質(zhì)粒上有抗生素如 ，所以含有這種重組質(zhì)粒的

5、受體細胞就能夠在有 的培養(yǎng)基中生長，而沒有接納重組DNA分子的細胞則不能在這種培養(yǎng)基上生長。經(jīng)過培養(yǎng)，_________能夠和質(zhì)粒一起在宿主細胞內(nèi)大量 。 5.目的基因的表達 (1)目的基因的表達是指目的基因在 中表達，產(chǎn)生人們需要的 。 (2)常用方法：從轉(zhuǎn)基因生物中提取蛋白質(zhì)，用相應的抗體進行抗原抗體雜交，若有雜交帶出現(xiàn)，表明目的基因已成功表達。,四環(huán)素抗性基因,四環(huán)素,目的基因,擴增,宿主細胞,功能物質(zhì),探究1比較異同 1.比較采用化學方法合成目的基因的兩條合成途徑 (1)利用目的基因轉(zhuǎn)錄的RNA，在 的作用下,逆轉(zhuǎn)錄成 ，根據(jù)堿基互補配對原則再合成 ,進而用

6、 擴增目的基因。 (2)根據(jù) 序列，推測出相應的mRNA序列，然后按照堿基互補配對原則，推測其DNA的 ，再通過化學方法，以 為原料合成DNA分子。,互動探究,逆轉(zhuǎn)錄酶,單鏈DNA,雙鏈DNA,PCR技術(shù),氨基酸,核苷酸序列,單核苷酸,2.比較基因、目的基因、基因文庫、基因庫,外源基因,全部等位基因,許多DNA片段,探究2理性思維 1.形成重組DNA分子 目的基因與載體結(jié)合的過程，實質(zhì)上是不同來源的DNA重新組合的過程，是基因工程的核心。其基本過程如下(以質(zhì)粒作為載體)，完善圖示，并思考問題：,同一種限制性,核酸內(nèi)切酶,堿基,配對作用,DNA 連接酶,DNA連接酶,答案選用同

7、一種限制性核酸內(nèi)切酶切割會產(chǎn)生相同的粘性末端，可以在DNA連接酶的作用下將切割的目的基因和載體連接起來。,(1)為什么切割目的基因和載體要選用同一種限制性核酸內(nèi)切酶？,答案,(2)在實際的基因工程操作時往往用兩種限制性核酸內(nèi)切酶分別切割目的基因的兩端以及載體，這樣做有什么好處？試分析原因。 如果用一種限制性核酸內(nèi)切酶切割，目的基因兩側(cè)的末端以及質(zhì)粒切口的兩個末端都是互補的，因此連接時可能會出現(xiàn) 、______ 、 三種連接情況，而符合要求的只有載體與目的基因的連接。如下圖所示。分子間的不同連接產(chǎn)物：,目的基,載體與載體,因與目的基因,目的基因與載體,如果用兩種不同的限制性核酸內(nèi)

8、切酶進行切割就可以有效避免_______ 以及 的連接，提高連接的有效性，克服同種酶切的缺點。 (3) 一個重組DNA分子的組成至少應該包括：啟動子、終止子、目的基因、 。原因如下：目的基因是指編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因，若沒有啟動子，則導入的目的基因在受體細胞中無法轉(zhuǎn)錄。目的基因的表達需要調(diào)控序列， 終止子相當于一盞紅色信號燈，使轉(zhuǎn)錄到此終止。檢測目的基因是否導入受體細胞需要有篩選標記標記基因。 (4)構(gòu)建重組DNA分子所用到的酶： 酶、 酶。,載體,載體與,目的基因與目的基因,標記基因,限制性核酸內(nèi)切,DNA連接,2.目的基因?qū)胧荏w細胞的結(jié)果,上圖中

9、發(fā)生與發(fā)生相比，會使目的基因的遺傳特性得以穩(wěn)定維持和表達，原因是在進行細胞分裂時，細胞核上的DNA經(jīng)復制后 分配到兩個子細胞中，保證了親子代遺傳性狀的 ，而細胞分裂時，細胞質(zhì)是不均分的，子細胞 含有目的基因。,穩(wěn)定性,平均,不一定,重組DNA分子導入不同受體細胞的方法,探究3圖示解讀 根據(jù)下圖舉例說明篩選含目的基因的受體細胞的原理、方法：,1.篩選原因：不是所有細胞都接納了 。 2.篩選原理： 。 3.篩選方法：利用 篩選。,重組DNA分子,質(zhì)粒上有抗生素的抗性基因,選擇培養(yǎng)基,答案抗原抗體雜交法。原理是抗原能與相應抗體特異性結(jié)合。,4.檢測目的基因是否翻譯出蛋白

10、質(zhì)的方法是什么？其原理是什么？,答案,答案用葉片飼養(yǎng)棉鈴蟲，觀察棉鈴蟲是否死亡。,5.檢測棉花中導入的抗蟲基因是否表達的最簡便的方法是什么？,目的基因檢測與鑒定的“四個層面”,例3(2017浙江綠色聯(lián)盟聯(lián)考)下列不能說明目的基因已成功導入受體細胞的是 A.檢測受體細胞是否含有質(zhì)粒 B.檢測受體細胞是否含有目的基因 C.檢測受體細胞是否含有目的基因的表達產(chǎn)物 D.檢測受體細胞是否含有目的基因轉(zhuǎn)錄出的mRNA,答案,解析,,解析細胞中可能含有普通質(zhì)粒，因此檢測細胞是否含有質(zhì)粒不能說明目的基因是否已成功導入受體細胞，A符合題意。,例4(2017杭州四校聯(lián)考節(jié)選)抗瘧藥青蒿素挽救了數(shù)百萬人的生命。中國

11、女科學家屠呦呦由于在青蒿素研發(fā)所做的重大貢獻榮獲2015年諾貝爾生理學獎或醫(yī)學獎。青蒿中青蒿素的含量很低，科研工作者一直致力于提高青蒿素含量的研究。某研究小組給青蒿轉(zhuǎn)入青蒿素合成的關(guān)鍵基因fps，通過該基因的過量表達來提高青蒿素的產(chǎn)量，其過程如下圖所示(注：農(nóng)桿菌中Ti質(zhì)粒上只有TDNA片段能轉(zhuǎn)移到植物細胞中)。,(1)提取青蒿的總RNA，在________酶作用下獲得青蒿的DNA片段。,解析利用RNA獲得DNA，采用逆轉(zhuǎn)錄法，在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下實現(xiàn)。,答案,解析,逆轉(zhuǎn)錄,(2)如果fps基因的基因序列已知，我們可以通過_______________合成目的基因或者用PCR擴增目的基因；如果f

12、ps基因的基因序列未知，可以從__________獲取目的基因。,解析對于已知序列，可采用化學方法合成目的基因或用PCR擴增目的基因。若DNA序列未知，常從基因文庫中獲取。,答案,解析,化學方法(人工),基因文庫,(3)過程需用同種________________酶對含fps基因的DNA和Ti質(zhì)粒進行酶切。,解析過程表示形成重組質(zhì)粒，采用同種限制性核酸內(nèi)切酶對含fps基因的DNA和Ti質(zhì)粒進行酶切。,答案,解析,限制性核酸內(nèi)切,(4)過程中將青蒿細胞與農(nóng)桿菌混合后共同培養(yǎng)，旨在讓____________ _______進入青蒿細胞；除盡農(nóng)桿菌后，還須轉(zhuǎn)接到含卡那霉素的培養(yǎng)基上繼續(xù)培養(yǎng)，目的是_

13、________________________________________。,答案,解析,TDNA(目的,基因),篩選獲得TDNA片段(目的基因)的植物細胞,解析將青蒿細胞與農(nóng)桿菌混合培養(yǎng)，目的是讓TDNA(目的基因)進入青蒿細胞，實現(xiàn)目的基因?qū)胧荏w細胞。將目的基因?qū)胧荏w細胞后，需將細胞培養(yǎng)在含卡那霉素的培養(yǎng)基中，原因是質(zhì)粒上含有卡那霉素的抗性基因，導入重組DNA分子的受體細胞可在培養(yǎng)基上存活，利于篩選獲得含TDNA片段(目的基因)的植物細胞。,(5)下列有關(guān)基因工程的敘述正確的是 A.大腸桿菌質(zhì)粒上具有控制質(zhì)粒DNA轉(zhuǎn)移的基因 B.基因工程的基本原理是讓目的基因在宿主細胞中穩(wěn)定存在

14、和高效復制 C.用氯化鈣處理植物細胞，可增加細胞壁的通透性 D.將乙肝抗原導入酵母菌可以獲得能生產(chǎn)乙肝疫苗的工程菌,,解析大腸桿菌質(zhì)粒上具有控制質(zhì)粒DNA轉(zhuǎn)移的基因，A正確； 基因工程的基本原理是讓人們感興趣的基因在宿主細胞中穩(wěn)定地保存和表達，B錯誤； 用氯化鈣處理微生物細胞，可增加細胞壁的通透性，C錯誤； 將乙肝抗原基因?qū)虢湍妇梢垣@得能生產(chǎn)乙肝疫苗的工程菌，D錯誤。,答案,解析,導入微生物細胞(如大腸桿菌)：用CaCl2處理大腸桿菌，目的是增加大腸桿菌細胞壁的通透性，使含有目的基因的重組DNA分子進入受體細胞。,基因工程的基本原理,基因工程的基本操作步驟,獲得_________ 形成__

15、___________ 將 導入受體細胞 篩選含有目的基因的________ 目的基因的_____,,,目的基因,重組DNA分子,重組DNA分子,表達,受體細胞,學習小結(jié),達標檢測,1.(2018溫州瑞安期中)對基因工程操作的敘述，正確的是 A.用限制性核酸內(nèi)切酶切割煙草花葉病毒的核酸 B.用顯微注射法將人生長激素基因直接注入動物的受精卵 C.用氯化鈣處理可增加細菌細胞膜的通透性，有利于目的基因的導入 D.利用DNA分子雜交技術(shù)無法檢測目的基因是否表達,答案,解析,,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,解析限制性核酸內(nèi)切酶只能切割特定的脫氧核苷酸序列，而煙草花葉病毒的核酸是由核糖核苷酸構(gòu)成

16、的，A錯誤； 目的基因不能直接導入受體細胞，可用顯微注射法將含人生長激素基因的重組質(zhì)粒注入動物的受精卵，B錯誤； 用氯化鈣處理可增加細菌細胞壁的通透性，并使細菌處于感受態(tài)，從而有利于目的基因的導入，C錯誤； 利用DNA分子雜交技術(shù)只能檢測目的基因是否導入，無法檢測目的基因是否表達，D正確。,1,2,3,4,5,2.下表關(guān)于基因工程中有關(guān)基因操作的名詞及對應的內(nèi)容，正確的組合是,答案,解析,,解析基因工程中供體指的是提供目的基因的個體，受體是指接受目的基因的個體，手術(shù)刀是限制性核酸內(nèi)切酶，縫紉針是DNA連接酶，最常用的載體是質(zhì)粒。,1,2,3,4,5,3.在已知某小片段基因堿基序列的情況下，獲得

17、該基因的最佳方法是 A.用mRNA為模板逆轉(zhuǎn)錄合成DNA B.以4種脫氧核苷酸為原料人工合成 C.將供體DNA片段轉(zhuǎn)入受體細胞中，再進一步篩選 D.由蛋白質(zhì)的氨基酸序列推測mRNA,,解析因為已知基因的堿基序列，所以獲得該基因的最佳方法是以4種脫氧核苷酸為原料人工合成。,答案,解析,1,2,3,4,5,4.(2017寧波二模)轉(zhuǎn)入人胰島素原基因(已知序列)的大腸桿菌，可以合成人胰島素原，通過該項轉(zhuǎn)基因技術(shù)可有效地緩解臨床上胰島素不足的難題，從而為糖尿病患者帶來福音。在上述轉(zhuǎn)基因操作過程中，下列說法錯誤的是 A.人胰島素原基因可用化學方法合成，并用PCR技術(shù)擴增 B.重組質(zhì)粒導入受體細胞時通常用

18、氯化鈣處理大腸桿菌 C.DNA連接酶能使不同脫氧核苷酸的堿基與脫氧核糖連接 D.胰島素原需進一步加工后才可獲得具有生物活性的胰島素,,答案,解析,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,解析人胰島素原基因的序列是已知的，故可用化學方法合成，并用PCR技術(shù)擴增，A正確； 由于受體細胞是大腸桿菌，所以在重組質(zhì)粒導入受體細胞時，要先用氯化鈣處理大腸桿菌，以增加其細胞壁的通透性，B正確； DNA連接酶能使脫氧核苷酸的磷酸與脫氧核糖連接，C錯誤； 胰島素原沒有生物活性，需要進一步加工后才能成為有生物活性的胰島素，D正確。,5.(2017寧波十校期末)科學家將魚抗凍蛋白基因轉(zhuǎn)入番茄，使番茄的耐寒能力大大提

19、高，可以在相對寒冷的環(huán)境中生長。質(zhì)粒上有Pst 、Sma 、Hind 、Alu 四種限制性核酸內(nèi)切酶切割位點，下圖是轉(zhuǎn)基因抗凍番茄培育過程的示意圖(ampr為抗氨芐青霉素基因)，其中是轉(zhuǎn)基因抗凍番茄培育過程中的相關(guān)步驟，、表示相關(guān)結(jié)構(gòu)或細胞。請據(jù)圖回答下列問題：,1,2,3,4,5,(1)在構(gòu)建重組DNA時，可用一種或多種限制性核酸內(nèi)切酶進行切割。為了避免目的基因和載體在酶切后產(chǎn)生的末端發(fā)生任意連接，在此實驗中應該選用限制性核酸內(nèi)切酶_____________分別對____________________ ______、_____進行切割，切割后產(chǎn)生的DNA片段分別為___、___種。,1,2

20、,3,4,5,答案,解析,Pst、Sma,含魚抗凍蛋白基因的,DNA,質(zhì)粒,4,2,1,2,3,4,5,解析分析題圖可知，對目的基因的切割方式有采用限制性核酸內(nèi)切酶Pst 酶切，或者采用限制性核酸內(nèi)切酶Pst和Sma混合酶切，相比前者，后者能夠保證目的基因與質(zhì)粒的定向連接，防止酶切后產(chǎn)生的末端發(fā)生任意連接。所以使用Pst、Sma對含有目的基因的DNA分子(含魚抗凍蛋白基因的DNA)和質(zhì)粒進行切割，酶切含目的基因的DNA分子，片段有DNA片段左側(cè)Pst、PstSma、SmaPst及PstDNA片段右側(cè)4種DNA片段，酶切質(zhì)粒，產(chǎn)生PstSma、SmaPst2種DNA片段。,(2)培養(yǎng)基中的氨芐青霉素會抑制番茄愈傷組織細胞的生長，要利用該培養(yǎng)基篩選已導入魚的抗凍蛋白基因的番茄細胞，應使重組DNA中含有_________________作為標記基因。,1,2,3,4,5,答案,解析,抗氨芐青霉素基因,解析培養(yǎng)基中的氨芐青霉素抑制番茄愈傷組織的生長，分析圖示可知，質(zhì)粒上含有抗氨芐青霉素基因，重組DNA中以其為標記基因，可以篩選含有重組質(zhì)粒的受體細胞。,(3)研究人員通常采用___________法將魚抗凍蛋白基因?qū)敕鸭毎麅?nèi)。,1,2,3,4,5,答案,解析,農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化,解析將目的基因?qū)胫参锛毎?，采用的方法是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法。,