2018-2019學(xué)年高中生物 專(zhuān)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(dá)載體的構(gòu)建課件 新人教版選修3.ppt

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1、1.2.1目的基因的獲取和基因表達(dá)載體的構(gòu)建,專(zhuān)題11.2基因工程的基本操作程序,學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.說(shuō)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(shuō)出基因表達(dá)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(guó)家深受致倦庫(kù)蚊的危害。致倦庫(kù)蚊可攜帶多種病毒和寄生蟲(chóng)，能夠傳播腦炎、絲蟲(chóng)等傳染病，而這些傳染病常年在拉美國(guó)家肆虐。為了抑制疾病的傳播，巴西科學(xué)家培育出了一種轉(zhuǎn)基因雄性致倦庫(kù)蚊?？茖W(xué)家在雄性致倦庫(kù)蚊體內(nèi)植入一種特殊基因，當(dāng)具該基因的轉(zhuǎn)基因雄蚊與野生雌蚊交配時(shí)，這種基因可以進(jìn)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(dá)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(lái)學(xué)習(xí)基因工程的基本操作程序吧！,方式二師：出示我國(guó)有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉的培育圖解：,問(wèn)：轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉的培育需要哪些步驟？ 學(xué)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(dǎo)入受體細(xì)胞，最后要重建轉(zhuǎn)基因植物。 根據(jù)學(xué)生回答補(bǔ)充：還需檢測(cè)抗蟲(chóng)基因是否已經(jīng)進(jìn)入棉花植株，并由此引出基因工程的四部曲。,,新知導(dǎo)學(xué),,達(dá)標(biāo)檢測(cè),內(nèi)容索引,新知導(dǎo)學(xué),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(dá)載體,受體細(xì)胞,檢測(cè)與鑒定,編碼蛋白質(zhì),調(diào)控作用,(2)常見(jiàn)方法 從基因文庫(kù)中獲取 a.基因文庫(kù)：將含有某種生物不同基因的許多DNA片段，導(dǎo)入__________ __中儲(chǔ)存，各個(gè)受體菌分別含有這種生物的不同的基因，稱(chēng)為基因文庫(kù)。,受體菌的群,體,b.種類(lèi),基因組文庫(kù)：包含一種生物 基因 部分基因文庫(kù)：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(dá)產(chǎn)物蛋白質(zhì),利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因 a.PCR的含義：是一項(xiàng)在生物體外復(fù)制特定DNA片段的核酸合成技術(shù)。 b.目的：短時(shí)間內(nèi)大量擴(kuò)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(guò)程 第一步：加熱至9095 ， ； 第二步：冷卻至 ，引物結(jié)合到互補(bǔ)DNA鏈；,DNA雙鏈復(fù)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(jìn)行互補(bǔ)鏈的合成。 如此重復(fù)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(kuò)增(約為2n，n為擴(kuò)增循環(huán)的次數(shù))。 化學(xué)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(xué)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(xì)胞內(nèi)DNA復(fù)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(guò)構(gòu)建基因文庫(kù)的方法，即通過(guò)受體菌儲(chǔ)存并擴(kuò)增目的基因后，從基因文庫(kù)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(guò)DNA合成儀利用化學(xué)方法直接人工合成。 (3)如果知道要擴(kuò)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(guò)PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因。,例1以下為形成cDNA(圖中

6、的單鏈DNA)過(guò)程和PCR擴(kuò)增過(guò)程示意圖。據(jù)圖分析，下列說(shuō)法正確的是,A.催化過(guò)程的酶是RNA聚合酶 B.過(guò)程發(fā)生的變化是引物與單鏈DNA結(jié)合 C.催化過(guò)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(gè)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(fù)制、DNA解鏈、引物結(jié)合到互補(bǔ)DNA鏈及互補(bǔ)鏈的合成，B正確； 過(guò)程由反轉(zhuǎn)錄酶催化完成，A錯(cuò)誤； 催化過(guò)程的酶都是DNA聚合酶，過(guò)程是在7075 的高溫條件下進(jìn)行的，只有該過(guò)程中的酶需耐高溫，C錯(cuò)誤； 在DNA分子中有堿基T無(wú)U，D錯(cuò)誤

7、。,例2(2017湖南長(zhǎng)沙一中期末考試)下列有關(guān)獲取目的基因的方法，敘述錯(cuò)誤的是 A.從基因文庫(kù)中直接獲取目的基因的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)便，缺點(diǎn)是工作量 大，具有一定的盲目性 B.由于真核細(xì)胞的基因中含有不表達(dá)的DNA片段，所以一般使用人工 合成的方法獲取真核細(xì)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(xué)方法直接人工 合成 D.PCR技術(shù)的原理是DNA復(fù)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(fù)制，需要耐高溫的DNA聚合酶催化DNA合成，D錯(cuò)誤。,1.基因表達(dá)載體構(gòu)建的目的 使目的基因在受體細(xì)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(dá)載體的組成,二、基因表達(dá)載體的構(gòu)建,穩(wěn)定存在,表達(dá),發(fā)揮作用,啟動(dòng)子,首端,RNA聚合酶,轉(zhuǎn)錄,終止子,尾端,RNA聚合酶,轉(zhuǎn)錄,標(biāo)記,目的基因,3.基因表達(dá)載體的構(gòu)建過(guò)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(dòng)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(dá)載體時(shí)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(huì)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(lái)。 (2)基因工程操作時(shí)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(gè)末端都是互補(bǔ)的，因此連接時(shí)可能會(huì)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(jìn)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(yáng)一中月考)在基因工程的操作過(guò)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(biāo)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(shí)，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(guò)程，獲得重組質(zhì)粒時(shí)不需要RNA聚合酶；獲得重組質(zhì)粒時(shí)，需要具有標(biāo)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(guò)程是基因工程的核心步驟 B.表達(dá)載體構(gòu)建時(shí)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(xì)胞篩選出來(lái) D.除圖示組成外，表達(dá)載體中還應(yīng)該含有 啟動(dòng)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(guò)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(shuō)法錯(cuò)誤的是,,答案,解析,解析圖示過(guò)程為基因表達(dá)載體的構(gòu)建過(guò)程，是基因工程中的核心步驟；構(gòu)建過(guò)程中需要將目的基因完整切割下來(lái)，此時(shí)要用到限制酶Pst、EcoR；抗卡那霉素基因是標(biāo)記基因，目的是便于鑒定和篩選含有目的基因的細(xì)胞；基因表達(dá)載體包括啟動(dòng)子、目的基因、終止子和標(biāo)記基因等。,學(xué)習(xí)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(kù),文庫(kù) 文庫(kù)(cDNA文庫(kù)),方法,從 中獲取 PCR技術(shù)擴(kuò)增 _________,基因表達(dá)載體的構(gòu)建,目的 組成 構(gòu)建過(guò)程,將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 目的基因的____________,檢測(cè)與鑒定,基因組,部分基因,基

12、因文庫(kù),人工合成,,,,,,達(dá)標(biāo)檢測(cè),1.基因工程的核心是 A.目的基因的獲取B.基因表達(dá)載體的構(gòu)建 C.將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞D.目的基因的檢測(cè)與鑒定,1,2,3,4,5,答案,,解析目的基因構(gòu)建表達(dá)載體后才能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)，使目的基因能發(fā)揮作用，只有構(gòu)建表達(dá)載體后，才能根據(jù)載體上的標(biāo)記基因鑒別目的基因是否導(dǎo)入了受體細(xì)胞，從而篩選出含目的基因的受體細(xì)胞，避免進(jìn)行盲目的無(wú)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(jìn)行 B.堿基對(duì)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(jìn)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(guò)方法a得到的目的基因不含有內(nèi)含子，通過(guò)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(duì)的排列順序不都相同，B錯(cuò)誤； 方法a和c屬于人工合成法，而方法b是從供體細(xì)胞的DNA中直接分離目的基因的方法，C錯(cuò)誤； 方法a遵循中心法則，D錯(cuò)誤。,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,3.如圖為基因表達(dá)載體的模式圖，若結(jié)構(gòu)X是表達(dá)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(dòng)子 C.

14、限制酶 D.DNA連接酶,,解析啟動(dòng)子是該表達(dá)載體所必需的，功能是啟動(dòng)插入基因的轉(zhuǎn)錄過(guò)程。,解析,1,2,3,4,5,4.下列有關(guān)抗蟲(chóng)基因表達(dá)載體的敘述，正確的是 A.切割含抗蟲(chóng)基因的DNA片段和載體必須用同一種限制酶 B.抗蟲(chóng)基因表達(dá)載體中要有啟動(dòng)子和終止密碼子 C.抗蟲(chóng)基因表達(dá)載體必須具備標(biāo)記基因，其作用是篩選含有目的基因的 受體細(xì)胞 D.抗蟲(chóng)基因的表達(dá)啟動(dòng)于復(fù)制原點(diǎn),答案,解析,,解析切割含抗蟲(chóng)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(xiàng)錯(cuò)誤； 抗蟲(chóng)基因表達(dá)載體的構(gòu)建必須具備啟動(dòng)子和終止子，終止密碼子位于mRNA上，B項(xiàng)錯(cuò)誤； 基因表達(dá)載體必須具備標(biāo)記基因，其

15、作用是檢測(cè)目的基因是否導(dǎo)入到受體細(xì)胞中，從而將含有目的基因的受體細(xì)胞篩選出來(lái)，C項(xiàng)正確； 抗蟲(chóng)基因的表達(dá)開(kāi)始于啟動(dòng)子，D項(xiàng)錯(cuò)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(guò)寡聚核苷酸鏈之間重疊的部分互相搭橋、互為模板，通過(guò)多次PCR擴(kuò)增，從而獲得目的基因的方法。該技術(shù)在擴(kuò)增較長(zhǎng)片段的DNA、不同來(lái)源的DNA片段拼接、基因的定點(diǎn)誘變等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。如圖是利用重疊延伸PCR技術(shù)擴(kuò),增某目的基因的過(guò)程。其主要設(shè)計(jì)思路是用具有互補(bǔ)配對(duì)片段的引物(圖中引物2、引物3)分別進(jìn)行PCR，獲得有重疊鏈的兩種DNA片段，再在隨后的擴(kuò)增反應(yīng)中通過(guò)重疊鏈的延伸獲得目的基因。結(jié)

16、合所學(xué)知識(shí)，回答下列問(wèn)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(gè)氫鍵，而A與T之間有2個(gè)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(guò)程中，必須將引物1、2和引物3、4置于不同反應(yīng)系統(tǒng)中，這是因?yàn)開(kāi)_____________________________ _________________________________________。,引物2和3中存在互補(bǔ)配對(duì)片段，置于同一反應(yīng)系統(tǒng)時(shí)它們會(huì)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(bǔ)配對(duì)片段，如果將引物2和引物3放在一個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)中，則會(huì)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(yīng)系統(tǒng)中，經(jīng)第一階段形成圖示雙鏈DNA至少要經(jīng)過(guò)___次復(fù)制。,2,解析第一階段形成的2個(gè)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(shí)具有引物1和引物2，圖示雙鏈DNA分子至少要經(jīng)過(guò)2次復(fù)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(yīng)系統(tǒng)和引物3、引物4組成的反應(yīng)系統(tǒng)中均復(fù)制一次，共產(chǎn)生___種雙鏈DNA分子。,3,解析兩個(gè)反應(yīng)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(gè)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(kuò)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(dǎo)入受體細(xì)胞,解析利用微生物擴(kuò)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(xì)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,