2020-2021学年高二下学期生物人教版选修三1.2基因工程的基本操作程序课件（32张ppt）
文档属性
| 名称 | 2020-2021学年高二下学期生物人教版选修三1.2基因工程的基本操作程序课件（32张ppt） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 5.3MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2021-09-06 08:16:01 | ||
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文档简介
(共32张PPT)
1.2
基因工程的基本操作程序
原核细胞的基因结构
非编码区
非编码区
编码区
编码区上游
编码区下游
启动子
终止子
与RNA聚合酶结合位点
非编码区（调控序列）：位于编码区上游和编码区下游的DNA序列，虽不能指导有关蛋白质的合成，但有调控遗传信息表达的核苷酸序列，如启动子、终止子等
原核细胞基因
编码区（编码序列）：能指导有关蛋白质的合成，即能够编码蛋白质
RNA聚合酶的作用是催化DNA转录为RNA。它能够识别调控序列中的结合位点，并与其结合。转录开始后，RNA聚合酶沿DNA分子移动，并与DNA分子的一条链为模板合成RNA。
真核细胞的基因结构
编码区
非编码区
非编码区
内含子
外显子
启动子
终止子
编码区上游
编码区下游
真核细胞
基因
编码区
非编码区
外显子：能编码蛋白质的DNA序列
内含子：不能编码蛋白质DNA的序列
：有调控作用,与原核生物具有相似功能的启动子、终止子
与RNA聚合酶结合位点
原核细胞与真核细胞的基因结构比较
原核细胞
真核细胞
不同点
编码区是
连续的
编码区是间隔的、不连续的
相同点
都由能够编码蛋白质的编码区和具有调控作用的非编码区组成的
非编码区
非编码区
编码区
RNA聚合酶结合位点
外显子
内含子
终止子
原核细胞
真核细胞
基因工程基本操作的四个步骤
1、目的基因的获取
2、基因表达载体的构建
3、将目的基因导入受体细胞
4、目的基因的检测与鉴定
一、目的基因的获取
1、目的基因主要是指______________________
编码蛋白质的结构基因
2、获取目的基因的常用方法有哪些?
（3）人工合成
（1）从基因文库中获取
（2）利用PCR技术扩增
1、从基因文库中获取目的基因
（1）基因文库
将含有某种生物不同基因的许多DNA片
段，导入到受体菌的群体中，各个受体菌分
别含有这种生物的不同基因，称为基因文库。
种类
基因组文库：含有一种生物的全部基因
部分基因文库：只包含了一种生物的部分基因，如：cDNA文库
基因组文库和部分基因组文库(cDNA文库)比较
提取某种生物的全部DNA
用适当的限制酶切割
一定大小的DNA片段
将DNA片段与载体连接
重组载体
基因组文库
导入受体菌中储存
（2）基因文库的构建方法
①基因组文库的构建
提取某种生物的某器官或特定发育时期的mRNA
单链DNA
双链cDNA片段
重组载体
与载体连接
cDNA文库
反（逆）转录酶
DNA聚合酶
导入受体菌中储存
②
cDNA文库的构建-----反转录法：
mRNA
反转录
cDNA
(互补DNA）
DNA聚合酶
双链DNA
②反转录法：
cDNA合成过程
依据：目的基因的有关信息。
如：根据基因的核苷酸序列
基因的功能
基因在染色体上的位置
基因的转录产物mRNA
基因翻译产物蛋白质等特性
怎样从基因文库中得到我们所需的目的基因呢?
①
概念：PCR全称为_______________，是一项
在生物____复制___________的核酸合成技术
③条件：
、
_______________、___________
、____________
___________.
②原理：__________
④方式：以_____方式扩增，即____（n为扩增循
环的次数）
⑤结果：
多聚酶链式反应
体外
特定DNA片段
DNA复制
已知目的基因的核苷酸序列（模板）
四种脱氧核苷酸
引物
热稳定DNA聚合酶（Taq酶）
指数
2n
使目的基因的片段在短时间内成百万倍地扩增
2、利用PCR技术扩增目的基因
缓冲液
⑥过程：
a、DNA变性（90℃-95℃）：双链DNA模板
在热作用下，_____断裂，形成___________
b、退火（复性55℃-60℃）：系统温度降低，引
物与DNA模板结合，形成局部________。
c、延伸（70℃-75℃）：在TaqDNA聚合酶的作用下，从引物处延伸，合成与模板互补
的________。
氢键
单链DNA
双链
DNA链
目的基因的mRNA
单链DNA
双链DNA
(即目的基因)
反转录
合成
1）反转录法：
以目的基因转录成的信使RNA为模板，反转录成互补的单链DNA，然后在酶的作用下合成双链DNA，从而获得所需的基因。
蛋白质的氨基酸序列
mRNA的核苷酸序列
基因的核苷酸序列
目的基因
推测
推测
化学合成
2）根据已知的氨基酸序列合成DNA法
：
3、人工合成的目的基因
二、基因表达载体的构建—基因工程的核心
1、作用：
使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用。
2、表达载体的主要组成
①启动子
②终止子
③目的基因
④标记基因
位于基因的首端,是
mRNA聚合酶的结合位点
位于基因的末端，终止转录
检测目的基因是否导入受体细胞
①载体与表达载体的区别：二者都有标记基因和复制原点两部分DNA片段。表达载体在载体基础上增加了目的基因、启动子、终止子三部分结构
②用到的工具酶：既用到限制酶切割载体，又用到DNA连接酶将目的基因和载体拼接，两种酶作用的化学键都是磷酸二酯键
③启动子、终止子对于目的基因表达必不可少
④目的基因不能单独进入受体细胞，必需以表达载体的方式携带进去。
注意
质粒
目的基因
一个切口
两个黏性末端
两个切口
获得目的基因
DNA连接酶
表达载体
限制酶处理
同一种
3、基因表达载体的构建
三、将目的基因导入受体细胞
（一）转化：
（二）方法
将目的基因导入
植物细胞
将目的基因导入
动物细胞
将目的基因导入
微生物细胞
农杆菌转化法
基因枪法
花粉管通道法
——显微注射法
——Ca2+处理细胞
目的基因进入_________内，并且在
受体细胞内维持_____和_____的过程
受体细胞
稳定
表达
（三）将目的基因导入受体细胞的原理：
借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。
1、将目的基因导入植物细胞
（1）农杆菌
转化法
特点:
能感染双子叶植物和祼子植物,对大多数单子叶植物无感染能力
Ti质粒的T—DNA可转移至受体细胞并整合到其染色体上
转化过程:
Ti质粒
目的基因
构建
表达载体
导入
植物细胞
整合
植物细胞染色体DNA
表达
新性状
转入
农杆菌
（2）基因枪法
基因枪法又称
微弹轰击法，是利
用压缩气体产生的
动力，将包裹在金
属颗粒表面的表达
载体DNA打入受体
细胞中，使目的基因与其整合并表达的方法。
特点：成本高
常用于单子叶植物
（3）花粉管通道法
植物花粉在柱头上萌发后，花粉管要穿过花柱直通胚囊。花粉管通道法就是在植物受粉后，花粉形成的花粉管还未愈合前，剪去柱头，然后，滴加DNA（含目的基因），使目的基因借助花粉管通道进入受体细胞。
我国转基因抗虫棉就是用这种方法获得
2、将目的基因导入动物细胞
方法:
显微注射技术
操作程序:
提纯含目的基因的表达载体
取受精卵
显微注射
移植到子宫或输卵管
早期胚胎
新性状动物
“超级小鼠”就是用这种方法获得
3、将目的基因导入微生物细胞
常用法：Ca2+处理
常用菌：大肠杆菌
微生物作受体细胞原因：
繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对少
过程：
Ca2+处理大肠杆菌
感受态细胞
表达载体与感受态细胞混合
感受态细胞吸收DNA
植物基因工程
动物基因工程
微生物基因工程
常用方法
受体细胞
比较目的基因导入不同细胞的方法
农杆菌转化法
显微注射法
Ca2+处理法
体细胞
受精卵
原核细胞
(四)目的基因的检测与鉴定
抗虫鉴定、
抗病鉴定、
活性鉴定等
抗原－抗体杂交法
DNA-RNA分子杂交法
DNA分子杂交法
受体是否具有
转基因特征
个体水平
目的基因是否翻译
目的基因是否转录
目的基因是否导入
分子水平
方法
检测对象
（一）检测
1、检测转基因生物染色体的DNA上是否插入了目的基因
(关键步骤)
①首先取出转基因生物的基因组DNA
②将含目的基因的DNA片段用放射性同位素等作标记,以此做探针
③使探针和转基因生物的基因组杂交,若显示出杂交带,表明染色体已插入染色体DNA中
（1）方法:
DNA分子杂交
（2）过程:
DNA分子杂交示意图
采用一定的技术手段，将两种生物的DNA分子的单链放在一起，如果这两个单链具有互补的碱基序列，那么，互补的碱基序列就会结合在一起，形成杂合双链区；在没有互补碱基序列的部位，仍然是两条游离的单链。
2、检测目的基因是否转录出了mRNA
①方法:
分子杂交技术
②过程:
将含目的基因的DNA片段用放射性同位素等作标记,以此做探针和转基因生物的mRNA杂交,若出现杂交带,表明目的基因转录出了mRNA。
（二）鉴定（个体生物学水平）
3、检测目的基因是否翻译成蛋白质
抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等
方法:
抗原抗体杂交
检测抗虫棉是否翻译出毒蛋白：从苏云金杆菌中提取毒蛋白，注入某种动物体内，从动物的血清中分离相应抗体，并用荧光标记该抗体。然后用标记的抗体与抗虫棉的细胞提取液混合，若出现杂交带，则表明抗虫基因已在棉花细胞被表达。
小结:
基因工程的基本操作程序
获取目的基因
从基因文库
利用PCR技术
人工合成
构建基因表达载体
目的基因、启动子、终止子、标记基因等
将目的基因导入受体细胞
农杆菌转化法、显微注射法、
Ca2+处理
目的基因的检测与鉴定
检测：是否插入DNA、转录、翻译
鉴定：
1.2
基因工程的基本操作程序
原核细胞的基因结构
非编码区
非编码区
编码区
编码区上游
编码区下游
启动子
终止子
与RNA聚合酶结合位点
非编码区（调控序列）：位于编码区上游和编码区下游的DNA序列，虽不能指导有关蛋白质的合成，但有调控遗传信息表达的核苷酸序列，如启动子、终止子等
原核细胞基因
编码区（编码序列）：能指导有关蛋白质的合成，即能够编码蛋白质
RNA聚合酶的作用是催化DNA转录为RNA。它能够识别调控序列中的结合位点，并与其结合。转录开始后，RNA聚合酶沿DNA分子移动，并与DNA分子的一条链为模板合成RNA。
真核细胞的基因结构
编码区
非编码区
非编码区
内含子
外显子
启动子
终止子
编码区上游
编码区下游
真核细胞
基因
编码区
非编码区
外显子：能编码蛋白质的DNA序列
内含子：不能编码蛋白质DNA的序列
：有调控作用,与原核生物具有相似功能的启动子、终止子
与RNA聚合酶结合位点
原核细胞与真核细胞的基因结构比较
原核细胞
真核细胞
不同点
编码区是
连续的
编码区是间隔的、不连续的
相同点
都由能够编码蛋白质的编码区和具有调控作用的非编码区组成的
非编码区
非编码区
编码区
RNA聚合酶结合位点
外显子
内含子
终止子
原核细胞
真核细胞
基因工程基本操作的四个步骤
1、目的基因的获取
2、基因表达载体的构建
3、将目的基因导入受体细胞
4、目的基因的检测与鉴定
一、目的基因的获取
1、目的基因主要是指______________________
编码蛋白质的结构基因
2、获取目的基因的常用方法有哪些?
（3）人工合成
（1）从基因文库中获取
（2）利用PCR技术扩增
1、从基因文库中获取目的基因
（1）基因文库
将含有某种生物不同基因的许多DNA片
段，导入到受体菌的群体中，各个受体菌分
别含有这种生物的不同基因，称为基因文库。
种类
基因组文库：含有一种生物的全部基因
部分基因文库：只包含了一种生物的部分基因，如：cDNA文库
基因组文库和部分基因组文库(cDNA文库)比较
提取某种生物的全部DNA
用适当的限制酶切割
一定大小的DNA片段
将DNA片段与载体连接
重组载体
基因组文库
导入受体菌中储存
（2）基因文库的构建方法
①基因组文库的构建
提取某种生物的某器官或特定发育时期的mRNA
单链DNA
双链cDNA片段
重组载体
与载体连接
cDNA文库
反（逆）转录酶
DNA聚合酶
导入受体菌中储存
②
cDNA文库的构建-----反转录法：
mRNA
反转录
cDNA
(互补DNA）
DNA聚合酶
双链DNA
②反转录法：
cDNA合成过程
依据：目的基因的有关信息。
如：根据基因的核苷酸序列
基因的功能
基因在染色体上的位置
基因的转录产物mRNA
基因翻译产物蛋白质等特性
怎样从基因文库中得到我们所需的目的基因呢?
①
概念：PCR全称为_______________，是一项
在生物____复制___________的核酸合成技术
③条件：
、
_______________、___________
、____________
___________.
②原理：__________
④方式：以_____方式扩增，即____（n为扩增循
环的次数）
⑤结果：
多聚酶链式反应
体外
特定DNA片段
DNA复制
已知目的基因的核苷酸序列（模板）
四种脱氧核苷酸
引物
热稳定DNA聚合酶（Taq酶）
指数
2n
使目的基因的片段在短时间内成百万倍地扩增
2、利用PCR技术扩增目的基因
缓冲液
⑥过程：
a、DNA变性（90℃-95℃）：双链DNA模板
在热作用下，_____断裂，形成___________
b、退火（复性55℃-60℃）：系统温度降低，引
物与DNA模板结合，形成局部________。
c、延伸（70℃-75℃）：在TaqDNA聚合酶的作用下，从引物处延伸，合成与模板互补
的________。
氢键
单链DNA
双链
DNA链
目的基因的mRNA
单链DNA
双链DNA
(即目的基因)
反转录
合成
1）反转录法：
以目的基因转录成的信使RNA为模板，反转录成互补的单链DNA，然后在酶的作用下合成双链DNA，从而获得所需的基因。
蛋白质的氨基酸序列
mRNA的核苷酸序列
基因的核苷酸序列
目的基因
推测
推测
化学合成
2）根据已知的氨基酸序列合成DNA法
：
3、人工合成的目的基因
二、基因表达载体的构建—基因工程的核心
1、作用：
使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用。
2、表达载体的主要组成
①启动子
②终止子
③目的基因
④标记基因
位于基因的首端,是
mRNA聚合酶的结合位点
位于基因的末端，终止转录
检测目的基因是否导入受体细胞
①载体与表达载体的区别：二者都有标记基因和复制原点两部分DNA片段。表达载体在载体基础上增加了目的基因、启动子、终止子三部分结构
②用到的工具酶：既用到限制酶切割载体，又用到DNA连接酶将目的基因和载体拼接，两种酶作用的化学键都是磷酸二酯键
③启动子、终止子对于目的基因表达必不可少
④目的基因不能单独进入受体细胞，必需以表达载体的方式携带进去。
注意
质粒
目的基因
一个切口
两个黏性末端
两个切口
获得目的基因
DNA连接酶
表达载体
限制酶处理
同一种
3、基因表达载体的构建
三、将目的基因导入受体细胞
（一）转化：
（二）方法
将目的基因导入
植物细胞
将目的基因导入
动物细胞
将目的基因导入
微生物细胞
农杆菌转化法
基因枪法
花粉管通道法
——显微注射法
——Ca2+处理细胞
目的基因进入_________内，并且在
受体细胞内维持_____和_____的过程
受体细胞
稳定
表达
（三）将目的基因导入受体细胞的原理：
借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。
1、将目的基因导入植物细胞
（1）农杆菌
转化法
特点:
能感染双子叶植物和祼子植物,对大多数单子叶植物无感染能力
Ti质粒的T—DNA可转移至受体细胞并整合到其染色体上
转化过程:
Ti质粒
目的基因
构建
表达载体
导入
植物细胞
整合
植物细胞染色体DNA
表达
新性状
转入
农杆菌
（2）基因枪法
基因枪法又称
微弹轰击法，是利
用压缩气体产生的
动力，将包裹在金
属颗粒表面的表达
载体DNA打入受体
细胞中，使目的基因与其整合并表达的方法。
特点：成本高
常用于单子叶植物
（3）花粉管通道法
植物花粉在柱头上萌发后，花粉管要穿过花柱直通胚囊。花粉管通道法就是在植物受粉后，花粉形成的花粉管还未愈合前，剪去柱头，然后，滴加DNA（含目的基因），使目的基因借助花粉管通道进入受体细胞。
我国转基因抗虫棉就是用这种方法获得
2、将目的基因导入动物细胞
方法:
显微注射技术
操作程序:
提纯含目的基因的表达载体
取受精卵
显微注射
移植到子宫或输卵管
早期胚胎
新性状动物
“超级小鼠”就是用这种方法获得
3、将目的基因导入微生物细胞
常用法：Ca2+处理
常用菌：大肠杆菌
微生物作受体细胞原因：
繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对少
过程：
Ca2+处理大肠杆菌
感受态细胞
表达载体与感受态细胞混合
感受态细胞吸收DNA
植物基因工程
动物基因工程
微生物基因工程
常用方法
受体细胞
比较目的基因导入不同细胞的方法
农杆菌转化法
显微注射法
Ca2+处理法
体细胞
受精卵
原核细胞
(四)目的基因的检测与鉴定
抗虫鉴定、
抗病鉴定、
活性鉴定等
抗原－抗体杂交法
DNA-RNA分子杂交法
DNA分子杂交法
受体是否具有
转基因特征
个体水平
目的基因是否翻译
目的基因是否转录
目的基因是否导入
分子水平
方法
检测对象
（一）检测
1、检测转基因生物染色体的DNA上是否插入了目的基因
(关键步骤)
①首先取出转基因生物的基因组DNA
②将含目的基因的DNA片段用放射性同位素等作标记,以此做探针
③使探针和转基因生物的基因组杂交,若显示出杂交带,表明染色体已插入染色体DNA中
（1）方法:
DNA分子杂交
（2）过程:
DNA分子杂交示意图
采用一定的技术手段，将两种生物的DNA分子的单链放在一起，如果这两个单链具有互补的碱基序列，那么，互补的碱基序列就会结合在一起，形成杂合双链区；在没有互补碱基序列的部位，仍然是两条游离的单链。
2、检测目的基因是否转录出了mRNA
①方法:
分子杂交技术
②过程:
将含目的基因的DNA片段用放射性同位素等作标记,以此做探针和转基因生物的mRNA杂交,若出现杂交带,表明目的基因转录出了mRNA。
（二）鉴定（个体生物学水平）
3、检测目的基因是否翻译成蛋白质
抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等
方法:
抗原抗体杂交
检测抗虫棉是否翻译出毒蛋白：从苏云金杆菌中提取毒蛋白，注入某种动物体内，从动物的血清中分离相应抗体，并用荧光标记该抗体。然后用标记的抗体与抗虫棉的细胞提取液混合，若出现杂交带，则表明抗虫基因已在棉花细胞被表达。
小结:
基因工程的基本操作程序
获取目的基因
从基因文库
利用PCR技术
人工合成
构建基因表达载体
目的基因、启动子、终止子、标记基因等
将目的基因导入受体细胞
农杆菌转化法、显微注射法、
Ca2+处理
目的基因的检测与鉴定
检测：是否插入DNA、转录、翻译
鉴定：