《2018-2019學年高中生物 專題1 基因工程 1.2 基因工程的基本操作程序 1.2.1 目的基因的獲取和基因表達載體的構(gòu)建課件 新人教版選修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 專題1 基因工程 1.2 基因工程的基本操作程序 1.2.1 目的基因的獲取和基因表達載體的構(gòu)建課件 新人教版選修3.ppt（42頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、1.2.1目的基因的獲取和基因表達載體的構(gòu)建,專題11.2基因工程的基本操作程序,學習目標 1.說出基因工程的基本操作程序。 2.理解獲取目的基因的途徑。 3.說出基因表達載體的構(gòu)建的目的與組成。,方式一抑制疾病傳播的轉(zhuǎn)基因蚊子 巴西等拉美國家深受致倦庫蚊的危害。致倦庫蚊可攜帶多種病毒和寄生蟲，能夠傳播腦炎、絲蟲等傳染病，而這些傳染病常年在拉美國家肆虐。為了抑制疾病的傳播，巴西科學家培育出了一種轉(zhuǎn)基因雄性致倦庫蚊。科學家在雄性致倦庫蚊體內(nèi)植入一種特殊基因，當具該基因的轉(zhuǎn)基因雄蚊與野生雌蚊交配時，這種基因可以進入雌蚊的基因組，并使雌蚊死亡，從而減少了該種蚊子的數(shù)量，達到抑制疾病傳播的目的。怎樣才

2、能最終得到轉(zhuǎn)基因雄蚊呢？讓我們一起來學習基因工程的基本操作程序吧！,方式二師：出示我國有知識產(chǎn)權(quán)的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的培育圖解：,問：轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的培育需要哪些步驟？ 學生看圖并回答：首先要獲得目的基因，其次將目的基因連接到Ti質(zhì)粒上，然后將重組的Ti質(zhì)粒導入受體細胞，最后要重建轉(zhuǎn)基因植物。 根據(jù)學生回答補充：還需檢測抗蟲基因是否已經(jīng)進入棉花植株，并由此引出基因工程的四部曲。,,新知導學,,達標檢測,內(nèi)容索引,新知導學,1.基因工程的基本操作程序 (1) 的獲取。 (2) 的構(gòu)建。 (3)將目的基因?qū)? 。 (4)目的基因的 。 2.目的基因的獲取 (1)目的基因

3、：主要是指 的基因，也可以是一些具有________的因子。,一、目的基因的獲取,目的基因,基因表達載體,受體細胞,檢測與鑒定,編碼蛋白質(zhì),調(diào)控作用,(2)常見方法 從基因文庫中獲取 a.基因文庫：將含有某種生物不同基因的許多DNA片段，導入__________ __中儲存，各個受體菌分別含有這種生物的不同的基因，稱為基因文庫。,受體菌的群,體,b.種類,基因組文庫：包含一種生物 基因 部分基因文庫：包含一種生物的 基因,,所有的,一部分,c.提取依據(jù)： 、基因的功能、 、基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物mRNA，以及 等特性。,基因的核苷酸序列,基因在染色體上的位置,基因

4、的表達產(chǎn)物蛋白質(zhì),利用PCR技術(shù)擴增目的基因 a.PCR的含義：是一項在生物體外復制特定DNA片段的核酸合成技術(shù)。 b.目的：短時間內(nèi)大量擴增目的基因。 c.原理： 。 d.前提：有一段已知目的基因的核苷酸序列。 e.過程 第一步：加熱至9095 ， ； 第二步：冷卻至 ，引物結(jié)合到互補DNA鏈；,DNA雙鏈復制,DNA解鏈為單鏈,5560,第三步：加熱至7075 ，熱穩(wěn)定 (Taq酶)從引物起始進行互補鏈的合成。 如此重復循環(huán)多次。 f.結(jié)果：每一次循環(huán)后，目的基因的量可以 ，即成指數(shù)形式擴增(約為2n，n為擴增循環(huán)的次數(shù))。 化學方法直接人工合成 a

5、.條件：基因比較小，又已知。 b.方法：借助 用化學方法直接人工合成。,DNA聚合酶,增加一倍,核苷酸序列,DNA合成儀,1.PCR技術(shù)與細胞內(nèi)DNA復制的比較,,,歸納總結(jié),2.獲取目的基因的方法比較,,3.獲取目的基因的方法選擇 (1)如果不知道目的基因的核苷酸序列，可以通過構(gòu)建基因文庫的方法，即通過受體菌儲存并擴增目的基因后，從基因文庫中獲取目的基因。 (2)如果知道目的基因的核苷酸序列，而且基因比較小，可以通過DNA合成儀利用化學方法直接人工合成。 (3)如果知道要擴增的目的基因及兩端的核苷酸序列，而且基因又比較大，可以通過PCR技術(shù)擴增目的基因。,例1以下為形成cDNA(圖中

6、的單鏈DNA)過程和PCR擴增過程示意圖。據(jù)圖分析，下列說法正確的是,A.催化過程的酶是RNA聚合酶 B.過程發(fā)生的變化是引物與單鏈DNA結(jié)合 C.催化過程的酶都是DNA聚合酶，都能耐高溫 D.如果RNA單鏈中A與U之和占該鏈堿基含量的40%，則一個雙鏈DNA中， A與U之和也占該DNA堿基含量的40%,,答案,解析,解析由題意可知，分別表示反轉(zhuǎn)錄、DNA的復制、DNA解鏈、引物結(jié)合到互補DNA鏈及互補鏈的合成，B正確； 過程由反轉(zhuǎn)錄酶催化完成，A錯誤； 催化過程的酶都是DNA聚合酶，過程是在7075 的高溫條件下進行的，只有該過程中的酶需耐高溫，C錯誤； 在DNA分子中有堿基T無U，D錯誤

7、。,例2(2017湖南長沙一中期末考試)下列有關(guān)獲取目的基因的方法，敘述錯誤的是 A.從基因文庫中直接獲取目的基因的優(yōu)點是操作簡便，缺點是工作量 大，具有一定的盲目性 B.由于真核細胞的基因中含有不表達的DNA片段，所以一般使用人工 合成的方法獲取真核細胞中的目的基因 C.如果基因比較小，核苷酸序列又已知，可以利用化學方法直接人工 合成 D.PCR技術(shù)的原理是DNA復制，需DNA連接酶催化DNA合成,,答案,解析,解析PCR技術(shù)的原理是DNA分子的復制，需要耐高溫的DNA聚合酶催化DNA合成，D錯誤。,1.基因表達載體構(gòu)建的目的 使目的基因在受體細胞中 ，并且可以遺傳給下一代，使目的基

8、因能夠 和 。 2.基因表達載體的組成,二、基因表達載體的構(gòu)建,穩(wěn)定存在,表達,發(fā)揮作用,啟動子,首端,RNA聚合酶,轉(zhuǎn)錄,終止子,尾端,RNA聚合酶,轉(zhuǎn)錄,標記,目的基因,3.基因表達載體的構(gòu)建過程 一般用同一種 酶分別切割載體和目的基因，再用 酶把兩者連接(如圖)。,DNA連接,限制,1.啟動子和起始密碼子、終止子和終止密碼子的區(qū)別,,,歸納總結(jié),2.構(gòu)建基因表達載體時限制酶的選擇原因分析 (1)選用同一種限制酶切割目的基因和載體的原因：選用同一種限制酶切割會產(chǎn)生相同的黏性末端，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。 (2)基因工程操作時往往用兩種

9、限制酶分別切割目的基因的兩端以及載體的原因：如果用一種限制酶切割，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)載體與載體、目的基因與目的基因、目的基因與載體三種連接情況，而符合要求的只有載體與目的基因的連接。如果用兩種不同的限制酶進行切割就可以有效避免載體與載體以及目的基因與目的基因的連接，提高連接的有效性。,例3(2017河南南陽一中月考)在基因工程的操作過程中，獲得重組質(zhì)粒不需要 DNA連接酶限制性核酸內(nèi)切酶RNA聚合酶 具有標記基因的質(zhì)粒目的基因四種脫氧核苷酸 A. B. C. D.,,答案,解析,解析構(gòu)建重組質(zhì)粒時，首先要用限制性核酸內(nèi)切酶切割含有目的基因的

10、DNA片段和載體，其次需要用DNA連接酶將目的基因與載體連接；RNA聚合酶催化轉(zhuǎn)錄過程，獲得重組質(zhì)粒時不需要RNA聚合酶；獲得重組質(zhì)粒時，需要具有標記基因的質(zhì)粒作為載體；重組質(zhì)粒是由目的基因與質(zhì)粒形成的；四種脫氧核苷酸是合成DNA的原料，獲得重組質(zhì)粒不需要四種脫氧核苷酸。,A.圖示過程是基因工程的核心步驟 B.表達載體構(gòu)建時需要用到限制酶Sma C.抗卡那霉素基因的存在有利于將含有抗 原基因的細胞篩選出來 D.除圖示組成外，表達載體中還應該含有 啟動子和終止子等結(jié)構(gòu),例4如圖是利用基因工程技術(shù)培育轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)可食用疫苗的部分過程示意圖，其中Pst、Sma、EcoR、Apa為四種限制性核酸

11、內(nèi)切酶。下列說法錯誤的是,,答案,解析,解析圖示過程為基因表達載體的構(gòu)建過程，是基因工程中的核心步驟；構(gòu)建過程中需要將目的基因完整切割下來，此時要用到限制酶Pst、EcoR；抗卡那霉素基因是標記基因，目的是便于鑒定和篩選含有目的基因的細胞；基因表達載體包括啟動子、目的基因、終止子和標記基因等。,學習小結(jié),基因工程的基本操作程序,目的基因 的獲取,目的基因,基因文庫,文庫 文庫(cDNA文庫),方法,從 中獲取 PCR技術(shù)擴增 _________,基因表達載體的構(gòu)建,目的 組成 構(gòu)建過程,將目的基因?qū)胧荏w細胞 目的基因的____________,檢測與鑒定,基因組,部分基因,基

12、因文庫,人工合成,,,,,,達標檢測,1.基因工程的核心是 A.目的基因的獲取B.基因表達載體的構(gòu)建 C.將目的基因?qū)胧荏w細胞D.目的基因的檢測與鑒定,1,2,3,4,5,答案,,解析目的基因構(gòu)建表達載體后才能使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳給下一代，同時，使目的基因能發(fā)揮作用，只有構(gòu)建表達載體后，才能根據(jù)載體上的標記基因鑒別目的基因是否導入了受體細胞，從而篩選出含目的基因的受體細胞，避免進行盲目的無效工作。,解析,2.如圖表示基因工程中獲取水稻某目的基因的不同方法。下列相關(guān)敘述中正確的是,A.三種方法都需要酶并均在體外進行 B.堿基對的排列順序均相同 C.三種方法均屬于人工合成

13、法 D.方法a不遵循中心法則,答案,解析,1,2,3,4,5,,解析這三種方法都是在體外進行的，且都用到酶(方法a需要反轉(zhuǎn)錄酶和DNA聚合酶；方法b需要限制酶；方法c需要DNA聚合酶)，A正確； 通過方法a得到的目的基因不含有內(nèi)含子，通過方法c得到的目的基因的堿基序列可能有多種，因此堿基對的排列順序不都相同，B錯誤； 方法a和c屬于人工合成法，而方法b是從供體細胞的DNA中直接分離目的基因的方法，C錯誤； 方法a遵循中心法則，D錯誤。,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,3.如圖為基因表達載體的模式圖，若結(jié)構(gòu)X是表達載體所必需的，則X最可能是,答案,A.氨芐青霉素抗性基因 B.啟動子 C.

14、限制酶 D.DNA連接酶,,解析啟動子是該表達載體所必需的，功能是啟動插入基因的轉(zhuǎn)錄過程。,解析,1,2,3,4,5,4.下列有關(guān)抗蟲基因表達載體的敘述，正確的是 A.切割含抗蟲基因的DNA片段和載體必須用同一種限制酶 B.抗蟲基因表達載體中要有啟動子和終止密碼子 C.抗蟲基因表達載體必須具備標記基因，其作用是篩選含有目的基因的 受體細胞 D.抗蟲基因的表達啟動于復制原點,答案,解析,,解析切割含抗蟲基因的DNA片段和載體可以用不同的限制酶，只要切割出的末端相同即可，A項錯誤； 抗蟲基因表達載體的構(gòu)建必須具備啟動子和終止子，終止密碼子位于mRNA上，B項錯誤； 基因表達載體必須具備標記基因，其

15、作用是檢測目的基因是否導入到受體細胞中，從而將含有目的基因的受體細胞篩選出來，C項正確； 抗蟲基因的表達開始于啟動子，D項錯誤。,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,5.重疊延伸PCR技術(shù)是一種通過寡聚核苷酸鏈之間重疊的部分互相搭橋、互為模板，通過多次PCR擴增，從而獲得目的基因的方法。該技術(shù)在擴增較長片段的DNA、不同來源的DNA片段拼接、基因的定點誘變等方面具有廣泛的應用前景。如圖是利用重疊延伸PCR技術(shù)擴,增某目的基因的過程。其主要設計思路是用具有互補配對片段的引物(圖中引物2、引物3)分別進行PCR，獲得有重疊鏈的兩種DNA片段，再在隨后的擴增反應中通過重疊鏈的延伸獲得目的基因。結(jié)

16、合所學知識，回答下列問題：,(1)引物中GC的含量影響著引物與模板DNA結(jié)合的穩(wěn)定性，引物中GC的含量越高，結(jié)合穩(wěn)定性______。,越高,解析由于C與G之間有3個氫鍵，而A與T之間有2個氫鍵，所以引物中C與G含量越高，引物與模板DNA的結(jié)合就越穩(wěn)定。,答案,解析,1,2,3,4,5,(2)在第一階段獲得兩種具有重疊片段DNA的過程中，必須將引物1、2和引物3、4置于不同反應系統(tǒng)中，這是因為______________________________ _________________________________________。,引物2和3中存在互補配對片段，置于同一反應系統(tǒng)時它們會發(fā)生

17、結(jié)合而失去作用,解析由題干可知，引物2和引物3具 有互補配對片段，如果將引物2和引物3放在一個反應系統(tǒng)中，則會引起引物2和引物3的結(jié)合而失效。,答案,解析,1,2,3,4,5,(3)在引物1、引物2組成的反應系統(tǒng)中，經(jīng)第一階段形成圖示雙鏈DNA至少要經(jīng)過___次復制。,2,解析第一階段形成的2個DNA分子分別含有引物1和引物2，圖中第一階段形成的DNA分子同時具有引物1和引物2，圖示雙鏈DNA分子至少要經(jīng)過2次復制才能形成。,答案,解析,1,2,3,4,5,(4)若在引物1、引物2組成的反應系統(tǒng)和引物3、引物4組成的反應系統(tǒng)中均復制一次，共產(chǎn)生___種雙鏈DNA分子。,3,解析兩個反應系統(tǒng)中各自形成2種DNA分子，但由于引物1和引物4形成兩個與原DNA相同的DNA分子，所以含有引物1和4的DNA屬于同一種DNA，故共形成3種DNA分子。,答案,解析,1,2,3,4,5,(5)若利用微生物擴增該目的基因，其基本步驟包括：___________________、_______________________、微生物的篩選和培養(yǎng)、從菌群中獲取目的基因。,目的基因與載體結(jié)合,將重組DNA導入受體細胞,解析利用微生物擴增該目的基因的基本步驟為：將目的基因與載體結(jié)合；將目的基因?qū)胧荏w細胞；微生物的篩選和培養(yǎng)，從菌群中獲取目的基因。,答案,解析,1,2,3,4,5,