生物（人教版选修3）课件12基因工程的基本操作程序

1．2基因工程的基本操作程序专题一基因工程1．了解目的基因获取的常用方法。2．理解基因表达载体的构建是基因工程的核心。3．掌握将目的基因导入受体细胞的方法。4．理解目的基因的检测与鉴定。一、基因工程的基本操作程序编码蛋白质

所有

一部分

(2)利用PCR技术扩增目的基因：①含义：是一项在生物体外

的核酸合成技术。②原理：

。③条件：

、DNA模板、Taq酶、四种脱氧核苷酸。复制特定DNA片段DNA双链复制引物④过程：目的基因DNA受热

后解链为单链

与单链相应互补序列结合

在

作用下进行

重复循环多次⑤结果：每次循环后目的基因的量增加一倍，即成

形式扩增(2n)。变性引物DNA聚合酶延伸指数(3)人工合成法：①条件：基因较小，

又已知；②方法：通过

用化学方法直接人工合成。核苷酸序列DNA合成仪1．探讨基因文库、基因组文库、cDNA文库有何关系？提示：基因组文库含有一种生物的全部基因，而cDNA文库只含有一种生物的部分基因，二者都是基因文库。三、基因表达载体的构建1．构建目的(1)使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以

给下一代。(2)使目的基因能够

和发挥作用。遗传表达2．构建零件2．终止子和终止密码子是否一样？提示：终止子是指DNA分子上决定转录停止的三个相邻碱基；终止密码子是指mRNA分子上决定翻译停止的三个相邻碱基。目的基因

维持稳定

表达

农杆菌转化法

花粉管通道法

(2)农杆菌特点①易感染

和

。②Ti质粒上的

可转移至受体细胞，并且整合到受体细胞

上。3．导入动物细胞(1)方法：

技术。(2)常用受体细胞：

。双子叶植物裸子植物T­DNA(可转移的DNA)染色体的DNA显微注射受精卵4．导入微生物细胞(1)原核生物特点：

、多为

、遗传物质相对

等。(2)对受体细胞的常用处理方法：用

处理细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态(这种细胞称为

)。繁殖快单细胞较少Ca2＋感受态细胞2．个体生物学水平上的检测与鉴定：如一个抗虫或抗病的目的基因导入植物细胞后，是否赋予了植物抗虫或抗病特性，需要做抗虫或抗病的

。蛋白质

接种实验3．要检测目的基因是否成功地插入了受体DNA中，需要用基因探针，基因探针是指什么？提示：用放射性同位素或荧光分子等标记的DNA分子。一、PCR技术与DNA复制的区别1．PCR技术扩增目的基因的原理及过程(1)原理：利用DNA双链复制的原理，在体外将基因的核苷酸序列不断地加以复制，使其数量成指数方式增加。(2)过程：如图所示。从上图中可以看出利用设计的特异性引物对cDNA文库进行PCR扩增，提取出了相应的目的基因，而不是对cDNA文库进行简单、全面地复制。2．PCR技术与DNA复制的比较【特别提醒】PCR技术利用热变性解旋与复性，所以用耐高温的DNA聚合酶，同时需设计引物，由于DNA解旋是在高温下变性实现的，故不再需解旋酶。

资料显示，近10年来，PCR技术(聚合酶链式反应)成为分子生物学实验室的一种常规手段，其原理是利用DNA的半保留复制，在试管中进行DNA的人工复制(如图)，在很短的时间内，将DNA扩增几百万倍甚至几十亿倍，使实验室所需的遗传物质不再受限于活的生物体。请据图回答：(1)加热至94℃的目的是使DNA中的______键断裂，这一过程在细胞内是通过______的作用来完成的。(2)当温度降低时，引物与模板末端结合，在DNA聚合酶的作用下，引物沿模板延伸，最终合成2个DNA分子，此过程中原料是______，遵循的原则是________________________。(3)请指出PCR技术与转录过程的三个不同之处：①_____________________________________________；②______________________________________________；③_____________________________________________。(4)Taq酶的特点是________。A．耐强酸 B．耐强碱C．耐高温 D．最适温度37℃解析：(1)94℃时DNA双链解旋，破坏的是两条链之间的氢键，而在细胞内DNA复制解旋时解旋酶起相同作用。(2)PCR技术与DNA复制过程原理是相同的，即碱基互补配对，原料均为4种脱氧核苷酸。(3)PCR技术与转录区别很大。如下表：(4)Taq酶适于在高温条件下发挥作用。答案：(1)氢解旋酶(2)4种脱氧核苷酸碱基互补配对原则(3)①PCR技术以DNA的两条单链为模板合成子代DNA，转录以DNA的一条单链为模板合成RNA

②PCR技术的原料为脱氧核苷酸，转录的原料是核糖核苷酸③二者反应时的催化酶不同(或其他合理答案)

(4)C解析：PCR技术是在生物体外进行DNA复制的技术，其原理与DNA复制的原理是相同的，但前提是必须要有一段已知的目的基因的核苷酸序列，以便根据这一序列合成引物。答案：A二、目的基因的导入与检测1．目的基因导入受体细胞(1)目的基因导入受体细胞的过程(2)目的基因导入受体细胞的常用方法2.目的基因的检测与鉴定(1)操作目的检测和鉴定目的基因导入受体细胞后，是否可以稳定维持和表达其遗传特性是基因工程最为关键的一步。(2)目的基因检测与鉴定的方法比较【特别提醒】(1)原核生物作为受体细胞的优点：繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少。(2)目的基因进入受体细胞，并在受体细胞内维持稳定和表达的过程，称为转化。转化的实质是目的基因整合到受体细胞染色体基因组中。(3)构建基因表达载体(核心步骤)。

农杆菌是一种在土壤中生活的微生物，能在自然条件下感染植物，因而在植物基因工程中得到了广泛的运用。下图为农杆菌转化法的示意图，试回答下列问题：(1)一般情况下农杆菌不能感染的植物是______，利用农杆菌自然条件下感染植物的特点，能实现______。具体原理是在农杆菌的Ti质粒上存在T­DNA片段，它具有可转移至受体细胞并整合到受体细胞______上的特点，因此只要将携带外源基因的DNA片段插入到______(部位)即可。(2)根据T­DNA这一转移特点，推测该DNA片段上可能含有控制______(酶)合成的基因。(3)图中c过程中，能促进农杆菌向植物细胞转移的物质是______类化合物。(4)要获取能表现出新性状的植株，d过程涉及的生物学技术是______。(5)植物基因工程中除了农杆菌转化法之外，还可采取______方法。(至少写出两种)解析：(1)一般农杆菌不能感染的植物是单子叶植物，可感染双子叶植物和裸子植物。利用其感染性，可实现目的基因导入到植物细胞。真正可转移至受体细胞并整合到受体细胞染色体的DNA上的是农杆菌T­DNA片段，因此目的基因必须插入到该部位才能成功。(2)根据T­DNA这一转移特点，可以推测该DNA片段能控制合成DNA连接酶、限制酶以实现与双子叶植物细胞染色体DNA的整合。(3)植物细胞受伤后可产生酚类物质，促进农杆菌向植物细胞转移。

(4)d过程涉及的生物学技术是植物组织培养，通过脱分化、再分化，最终形成植物体。(5)植物基因工程中除了农杆菌转化法之外，还有基因枪法和花粉管通道法等。答案：(1)单子叶植物目的基因导入到植物细胞染色体的DNA

T­DNA片段(内部)

(2)DNA连接酶、限制酶(3)酚(4)植物组织培养技术(5)基因枪法、花粉管通道法【互动探究】

(1)怎样操作能使农杆菌感染单子叶植物？(2)根据题干分析，为什么动植物病毒也可作为基因工程的载体？提示：(1)可在单子叶植物受损处涂加酚类物质来吸引农杆菌。(2)病毒能够侵染正常细胞，有的病毒还能将自己的核酸整合到宿主细胞的染色体上，所以可以作为基因工程的载体。【方法技巧】解答基因工程基本操作程序题目的一般步骤——三辨、三找、一析、一理(1)三辨：分辨限制酶的种类及识别序列和切割位点。在切割目的基因和载体时，一般用同一种限制酶切割，也可用不同的限制酶切割，但两种限制酶切割后产生的黏性末端中碱基要互补配对。(2)三找：找出标记基因、目的基因及其插入位点。一般来说，质粒中至少有一个标记基因，如抗生素抗性基因。明确目的基因的插入位点是在标记基因内部还是在标记基因之外。(3)一析：分析目的基因插入质粒后是否破坏了标记基因。如果质粒中有一个标记基因，插入后一般不破坏标记基因；如果质粒中有两个标记基因，则需看标记基因中是否有插入位点，如果某一标记基因中有插入位点，则目的基因插入质粒后该标记基因被破坏。(4)一理：理清判断目的基因是否导入受体细胞的方法。一般用含有某种抗生素的培养基培养受体菌，如果有两种抗生素基因，还需判断用哪一种抗生素来检测。2．科研人员以抗四环素基因为标记基因，通过基因工程的方法让大肠杆菌生产鼠的β­珠蛋白，治疗鼠的镰刀型细胞贫血症。下列相关实验设计中，不合理的是(

)A．利用小鼠DNA分子通过PCR克隆出β­珠蛋白基因的编码序列B．用编码序列加启动子、抗四环素基因等元件来构建表达载体C．用Ca2＋处理大肠杆菌后，将表达载体导入具有四环素抗性的大肠杆菌中D．用含有四环素的培养基筛选出已经导入β­珠蛋白基因编码序列的大肠杆菌解析：具有特定抗性基因的运载体，导入不含该抗性基因的受体生物中，才能进行筛选。答案：C寻根问底1．为什么要构建基因文库？直接从含目的基因的生物体内提取不行吗？(教材P9)提示：构建基因文库是获取目的基因的方法之一，但并不是唯一的方法。如果所需要的目的基因序列已知，就可以通过PCR方式从含有该基因的生物的DNA中直接获得，也可以通过反转录，用PCR方式从mRNA中获得，不一定要构建基因文库。但如果所需要的目的基因的序列完全不知，或只知道目的基因序列的一段，或想从一种生物体内获得许多基因，或者想知道这种生物与另一种生物之间有多少基因不