第一章第三节 基因工程简介
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选修第三章 遗传与基因工程
第三节 基因工程简介
复习重点：
1.基因操作的工具
2.基因程操作的基本步骤
基因工程的概念 :
①别称：基因拼接技术或DNA重组技术；
②操作环境：生物体外③操作水平：分子水平
④目的：定向改造生物的遗传性状；
⑤实质：基因重组；⑥生殖类型：无性生殖
二）基因操作的工具
①分布：主要在微生物中。
②作用特点：特异性，即识别特定核苷酸序列，切割特定切点。 ③结果：产生黏性未端（碱基互补配对）。 ④举例：大肠杆菌的一种限制酶能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。
1)基因的剪刀——限制性内切酶（限制酶）
2)基因的针线——DNA连接酶
①作用：将两段DNA连接起来 ②连接的部位：磷酸二酯键（梯子的扶手），不是氢键（梯子的踏板）
3)基因的运输工具——运载体
①作用：将外源基因送入受体细胞。
②具备的条件：★能在宿主细胞内复制并稳定地保存。
★具有多个限制酶切点。
★具有某些标记基因(如抗生素抗性基因)。 ③常用种类：质粒、噬菌体和动植物病毒。 ④关于质粒：★质粒是基因工程中最常用的运载体。 ★最常用的质粒是大肠杆菌的质粒。培育转基因植物时，常用土壤农杆菌的质粒
★存在于许多细菌及酵母菌等生物中。
★质粒的存在对宿主细胞无影响。
★质粒的复制只能在宿主细胞内完成。
★细胞染色体外能自主复制的小型环状DNA分子。
二)基因操作的基本步骤
1)直接分离基因:鸟枪法
①过程:供体细胞中的DNA\限制酶切成许多DNA片段\分别载入运载体\分别导入受体细胞\受体细胞增殖,外源DNA扩增\找出含目的基因的细胞并分离目的基因
②优点：操作简便
③缺点：工作量大，具盲目性
④适应范围：原核细胞基因的提取
1.提取目的基因
①反转录法：a.过程：提取mRNA\反转录得单链DNA\合成双链DNA（目的基因）
b.优点：专一性强，目的基因不含内含子
c.缺点：操作过程麻烦，mRNA生存时间短，技术要求高
②根据已知氨基酸序列合成目的基因
a.过程：已知蛋白质氨基酸序列\推测信使RNA序列\推测DNA序列\ 人工合成基因
b.优点：专一性强，目的基因不含内含子,适合于较简单的基因
c.缺点：对于许多复杂的尚不知道核苷酸序列的基因不能用此方法合成
2)人工合成基因
2.目的基因与运载体结合
用同一种限制酶切割目的基因和质粒，加入DNA链接酶，形成重组DNA（重组质粒）。
3.将目的基因导入受体细胞
1）导入原理：借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径
2）举例：如果运载体是质粒，受体细胞是细菌，一般将细菌用氯化钙处理，以增大细菌细胞壁的通透性，使含有目的基因的重组质粒进入受体细胞。
4.目的基因的检测和表达
1）目的基因是否导入的检测
2）目的基因是否表达的检测
一、书本知识梳理
1.熟记学案上的基础知识
2.不懂之处请提问
二、说疑解难
1.限制酶为什么存在于微生物中 它的存在对微生物有什么意义
细菌等单细胞生物容易受到外源DNA（如噬菌体）的入侵。这类生物在长期进化过程中形成了一种自我保护机制——限制性内切酶，可将外源DNA切断使其失去作用。
二、说疑解难
2.如果要获得某个基因，必须用限制酶切几个切口？可产生几个黏性末端？
两个切口，产生四个黏性末端
目的基因
二、说疑解难
2.如果要获得某个基因，必须用限制酶切几个切口？可产生几个黏性末端？
两个切口，产生四个粘性末端
目的基因
①
②
③
④
二、说疑解难
3.限制酶和DNA连接酶作用的部位相同吗 请在下图中标出限制酶(能识别GAATTC,切点:G和A之间)和DNA连接酶作用部位.
T
P
T
P
C
P
G
P
A
P
A
P
T
P
G
P
A
P
A
P
T
P
T
P
C
P
A
P
中轴线
中轴线
黏性末端
平末端
限制酶有两大类，一类切割DNA后产生黏性末端，一类切割DNA后产生平末端
二、说疑解难
4.为什么不直接将外源基因导入受体细胞而必需用运载体
①运载体具有侵染细胞的能力
②受体细胞中的酶会将单独的外源基因分解
二、说疑解难
5.真核细胞的基因为什么一般不用鸟枪法获取
①真核细胞的基因有内含子，如果受体细胞是原核细胞的话，目的基因就不能成功表达②真核细胞DNA数量多，用鸟枪法操作更复杂
二、说疑解难
6.将目的基因和质粒用同种限制酶切割后混合,并加入适量的DNA连接酶,连接产物至少有哪几种
至少有三种。运载体自连、目的基因片段自连、运载体与目的基因相连
二、说疑解难
7.将重组质粒导入受体细胞的方法很多.你能通过查阅资料有所了解吗
①借助质粒、病毒对细胞的侵染能力
②显微注射法：将重组DNA直接注入受体细胞
用显微注射技术将外源DNA注入动物细胞
显微注射法
二、说疑解难
7.将重组质粒导入受体细胞的方法很多.你能通过查阅资料有所了解吗
①借助质粒、病毒对细胞的侵染能力
②显微注射法：将重组DNA直接注入受体细胞
③基因枪法
基因枪法
二、说疑解难
7.将重组质粒导入受体细胞的方法很多.你能通过查阅资料有所了解吗
①借助质粒、病毒对细胞的侵染能力
②显微注射法：将重组DNA直接注入受体细胞
③基因枪法
④花粉管通道法
花粉管通道法
二、说疑解难
8.如果将人工合成的目的基因直接与运载体结合再导入受体细胞,你觉得能在受体细胞中成功表达吗 为什么
不能。还要对其进行修饰，比如加上非编码区。
二、说疑解难
9.用运载体将目的基因导入真核细胞内是导入到细胞核还是细胞质呢 你能猜想一下吗
都有可能。比如用土壤农杆菌的质粒作为运载体导入目的基因，目的基因会整合到染色体DNA上。
二、说疑解难
10.怎么检测目的基因是否导入受体细胞 你能想到几种方法 若检测得知目的基因已经成功导入受体细胞,仍然要进一步检测目的基因是否表达,你认为可以用哪些方法检测
目的基因导入的检测：①可根据受体细胞是否有抗生素抗性检测
例：大肠杆菌的某质粒含有抗青霉素基因和抗四环素基因（假设目的基因只能结合在该质粒的抗四环素基因中间），此质粒与目的基因结合形成的重组质粒是否进入了受体细胞，如何检测？
二、说疑解难
10.怎么检测目的基因是否导入受体细胞 你能想到几种方法 若检测得知目的基因已经成功导入受体细胞,仍然要进一步检测目的基因是否表达,你认为可以用哪些方法检测
目的基因导入的检测：①可根据受体细胞是否有抗生素抗性检测②可用基因探针检测（即DNA杂交）
二、说疑解难
10.怎么检测目的基因是否导入受体细胞 你能想到几种方法 若检测得知目的基因已经成功导入受体细胞,仍然要进一步检测目的基因是否表达,你认为可以用哪些方法检测
目的基因导入的检测：①可根据受体细胞是否有抗生素抗性检测②可用基因探针检测（即DNA杂交）
目的基因表达的检测：
二、说疑解难
10.怎么检测目的基因是否导入受体细胞 你能想到几种方法 若检测得知目的基因已经成功导入受体细胞,仍然要进一步检测目的基因是否表达,你认为可以用哪些方法检测
目的基因导入的检测：①可根据受体细胞是否有抗生素抗性检测②可用基因探针检测（即DNA杂交）
目的基因表达的检测：①可用DNA与mRNA杂交检测是否有相应的mRNA②可用抗原—抗体杂交检测是否有相应的蛋白质③从个体水平检测生物是否具有特定性状
三、巩固练习
1.(07广东) 现有一长度为1000碱基对（bp）的DNA分子，用限制性核酸内切酶Eco RI酶切后得到的DNA分子仍是1000 bp，用KpnI单独酶切得到400 bp和600 bp两种长度的DNA分子，用EcoRI,Kpnl同时酶切后得到200 bp和600 bp两种长度的DNA分子。该DNA分子的酶切图谱正确的是( )
2. (08全国)已知某种限制性内切酶在一线性DNA分子上有3个酶切位点，如图中箭头所指。如果该线性DNA分子上有3个酶切位点都被该酶切断，则会产生四个不同长度的DNA片段。现有多个上述线性DNA分子，若在每个DNA分子上至少有1个酶切位点被该酶切断，则从理论上讲，经该酶切割后，这些线性DNA分子最多能产生长度不同的DNA片段种类数是 （ ）
A．3 B.4 C 9 D 12
3.利用外源基因在受体细胞中表达,可生产人类所需要的产品.下列各项中能说明目的基因完成了在受体细胞中表达的是( )
A.棉花二倍体细胞中检测到细菌的抗虫基因
B.大肠杆菌中检测到人胰岛素基因及其mRNA
C.山羊乳腺细胞中检测到人生长激素DNA序列
D．酵母菌细胞中提取到人干扰素蛋白
4.在基因工程中，如果以大肠杆菌作为受体细胞，通过鸟枪法来获得目的基因，下列哪种生物不适宜作供体生物（ ）
A．枯草杆菌 B.放线菌
C.酵母菌 D.病毒
5. 质粒是基因工程中最常用的运载体，它存在于许多细菌体内。质粒上有标记基因如图所示，通过标记基因可以推知外源基因（目的基因）是否转移成功。外源基因插入的位置不同，细菌在培养基上的生长情况也不同，下表是外源基因插入位置（插入点有a、b、c），请根据表中提供细菌的生长情况，推测①②③三种重组后细菌的外源基因插入点，正确的一组是
细菌在含氨苄青霉素的培养基上生长情况细菌在含四环素的培养基上生长情况①能生长能生长②能生长不能生长③不能生长能生长
A．①是c；②是b；③是a
B．①是a和b；②是a；③是b
C．①是a和b；②是b；③是a
D．①是c；②是a；③是b
6.植物学家在培育抗虫棉时,对目的基因作了适当的修饰,使得目的基因在棉花植株的整个生长发育时期都表达,以防止害虫侵害.这种对目的基因所作的修饰发生在( )
A.内含子 B.外显子
C.编码区 D.非编码区
选修第三章 遗传与基因工程
第三节 基因工程简介
复习重点：
1.基因操作的工具
2.基因程操作的基本步骤
基因工程的概念 :
①别称：基因拼接技术或DNA重组技术；
②操作环境：生物体外③操作水平：分子水平
④目的：定向改造生物的遗传性状；
⑤实质：基因重组；⑥生殖类型：无性生殖
二）基因操作的工具
①分布：主要在微生物中。
②作用特点：特异性，即识别特定核苷酸序列，切割特定切点。 ③结果：产生黏性未端（碱基互补配对）。 ④举例：大肠杆菌的一种限制酶能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。
1)基因的剪刀——限制性内切酶（限制酶）
2)基因的针线——DNA连接酶
①作用：将两段DNA连接起来 ②连接的部位：磷酸二酯键（梯子的扶手），不是氢键（梯子的踏板）
3)基因的运输工具——运载体
①作用：将外源基因送入受体细胞。
②具备的条件：★能在宿主细胞内复制并稳定地保存。
★具有多个限制酶切点。
★具有某些标记基因(如抗生素抗性基因)。 ③常用种类：质粒、噬菌体和动植物病毒。 ④关于质粒：★质粒是基因工程中最常用的运载体。 ★最常用的质粒是大肠杆菌的质粒。培育转基因植物时，常用土壤农杆菌的质粒
★存在于许多细菌及酵母菌等生物中。
★质粒的存在对宿主细胞无影响。
★质粒的复制只能在宿主细胞内完成。
★细胞染色体外能自主复制的小型环状DNA分子。
二)基因操作的基本步骤
1)直接分离基因:鸟枪法
①过程:供体细胞中的DNA\限制酶切成许多DNA片段\分别载入运载体\分别导入受体细胞\受体细胞增殖,外源DNA扩增\找出含目的基因的细胞并分离目的基因
②优点：操作简便
③缺点：工作量大，具盲目性
④适应范围：原核细胞基因的提取
1.提取目的基因
①反转录法：a.过程：提取mRNA\反转录得单链DNA\合成双链DNA（目的基因）
b.优点：专一性强，目的基因不含内含子
c.缺点：操作过程麻烦，mRNA生存时间短，技术要求高
②根据已知氨基酸序列合成目的基因
a.过程：已知蛋白质氨基酸序列\推测信使RNA序列\推测DNA序列\ 人工合成基因
b.优点：专一性强，目的基因不含内含子,适合于较简单的基因
c.缺点：对于许多复杂的尚不知道核苷酸序列的基因不能用此方法合成
2)人工合成基因
2.目的基因与运载体结合
用同一种限制酶切割目的基因和质粒，加入DNA链接酶，形成重组DNA（重组质粒）。
3.将目的基因导入受体细胞
1）导入原理：借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径
2）举例：如果运载体是质粒，受体细胞是细菌，一般将细菌用氯化钙处理，以增大细菌细胞壁的通透性，使含有目的基因的重组质粒进入受体细胞。
4.目的基因的检测和表达
1）目的基因是否导入的检测
2）目的基因是否表达的检测
一、书本知识梳理
1.熟记学案上的基础知识
2.不懂之处请提问
二、说疑解难
1.限制酶为什么存在于微生物中 它的存在对微生物有什么意义
细菌等单细胞生物容易受到外源DNA（如噬菌体）的入侵。这类生物在长期进化过程中形成了一种自我保护机制——限制性内切酶，可将外源DNA切断使其失去作用。
二、说疑解难
2.如果要获得某个基因，必须用限制酶切几个切口？可产生几个黏性末端？
两个切口，产生四个黏性末端
目的基因
二、说疑解难
2.如果要获得某个基因，必须用限制酶切几个切口？可产生几个黏性末端？
两个切口，产生四个粘性末端
目的基因
①
②
③
④
二、说疑解难
3.限制酶和DNA连接酶作用的部位相同吗 请在下图中标出限制酶(能识别GAATTC,切点:G和A之间)和DNA连接酶作用部位.
T
P
T
P
C
P
G
P
A
P
A
P
T
P
G
P
A
P
A
P
T
P
T
P
C
P
A
P
中轴线
中轴线
黏性末端
平末端
限制酶有两大类，一类切割DNA后产生黏性末端，一类切割DNA后产生平末端
二、说疑解难
4.为什么不直接将外源基因导入受体细胞而必需用运载体
①运载体具有侵染细胞的能力
②受体细胞中的酶会将单独的外源基因分解
二、说疑解难
5.真核细胞的基因为什么一般不用鸟枪法获取
①真核细胞的基因有内含子，如果受体细胞是原核细胞的话，目的基因就不能成功表达②真核细胞DNA数量多，用鸟枪法操作更复杂
二、说疑解难
6.将目的基因和质粒用同种限制酶切割后混合,并加入适量的DNA连接酶,连接产物至少有哪几种
至少有三种。运载体自连、目的基因片段自连、运载体与目的基因相连
二、说疑解难
7.将重组质粒导入受体细胞的方法很多.你能通过查阅资料有所了解吗
①借助质粒、病毒对细胞的侵染能力
②显微注射法：将重组DNA直接注入受体细胞
用显微注射技术将外源DNA注入动物细胞
显微注射法
二、说疑解难
7.将重组质粒导入受体细胞的方法很多.你能通过查阅资料有所了解吗
①借助质粒、病毒对细胞的侵染能力
②显微注射法：将重组DNA直接注入受体细胞
③基因枪法
基因枪法
二、说疑解难
7.将重组质粒导入受体细胞的方法很多.你能通过查阅资料有所了解吗
①借助质粒、病毒对细胞的侵染能力
②显微注射法：将重组DNA直接注入受体细胞
③基因枪法
④花粉管通道法
花粉管通道法
二、说疑解难
8.如果将人工合成的目的基因直接与运载体结合再导入受体细胞,你觉得能在受体细胞中成功表达吗 为什么
不能。还要对其进行修饰，比如加上非编码区。
二、说疑解难
9.用运载体将目的基因导入真核细胞内是导入到细胞核还是细胞质呢 你能猜想一下吗
都有可能。比如用土壤农杆菌的质粒作为运载体导入目的基因，目的基因会整合到染色体DNA上。
二、说疑解难
10.怎么检测目的基因是否导入受体细胞 你能想到几种方法 若检测得知目的基因已经成功导入受体细胞,仍然要进一步检测目的基因是否表达,你认为可以用哪些方法检测
目的基因导入的检测：①可根据受体细胞是否有抗生素抗性检测
例：大肠杆菌的某质粒含有抗青霉素基因和抗四环素基因（假设目的基因只能结合在该质粒的抗四环素基因中间），此质粒与目的基因结合形成的重组质粒是否进入了受体细胞，如何检测？
二、说疑解难
10.怎么检测目的基因是否导入受体细胞 你能想到几种方法 若检测得知目的基因已经成功导入受体细胞,仍然要进一步检测目的基因是否表达,你认为可以用哪些方法检测
目的基因导入的检测：①可根据受体细胞是否有抗生素抗性检测②可用基因探针检测（即DNA杂交）
二、说疑解难
10.怎么检测目的基因是否导入受体细胞 你能想到几种方法 若检测得知目的基因已经成功导入受体细胞,仍然要进一步检测目的基因是否表达,你认为可以用哪些方法检测
目的基因导入的检测：①可根据受体细胞是否有抗生素抗性检测②可用基因探针检测（即DNA杂交）
目的基因表达的检测：
二、说疑解难
10.怎么检测目的基因是否导入受体细胞 你能想到几种方法 若检测得知目的基因已经成功导入受体细胞,仍然要进一步检测目的基因是否表达,你认为可以用哪些方法检测
目的基因导入的检测：①可根据受体细胞是否有抗生素抗性检测②可用基因探针检测（即DNA杂交）
目的基因表达的检测：①可用DNA与mRNA杂交检测是否有相应的mRNA②可用抗原—抗体杂交检测是否有相应的蛋白质③从个体水平检测生物是否具有特定性状
三、巩固练习
1.(07广东) 现有一长度为1000碱基对（bp）的DNA分子，用限制性核酸内切酶Eco RI酶切后得到的DNA分子仍是1000 bp，用KpnI单独酶切得到400 bp和600 bp两种长度的DNA分子，用EcoRI,Kpnl同时酶切后得到200 bp和600 bp两种长度的DNA分子。该DNA分子的酶切图谱正确的是( )
2. (08全国)已知某种限制性内切酶在一线性DNA分子上有3个酶切位点，如图中箭头所指。如果该线性DNA分子上有3个酶切位点都被该酶切断，则会产生四个不同长度的DNA片段。现有多个上述线性DNA分子，若在每个DNA分子上至少有1个酶切位点被该酶切断，则从理论上讲，经该酶切割后，这些线性DNA分子最多能产生长度不同的DNA片段种类数是 （ ）
A．3 B.4 C 9 D 12
3.利用外源基因在受体细胞中表达,可生产人类所需要的产品.下列各项中能说明目的基因完成了在受体细胞中表达的是( )
A.棉花二倍体细胞中检测到细菌的抗虫基因
B.大肠杆菌中检测到人胰岛素基因及其mRNA
C.山羊乳腺细胞中检测到人生长激素DNA序列
D．酵母菌细胞中提取到人干扰素蛋白
4.在基因工程中，如果以大肠杆菌作为受体细胞，通过鸟枪法来获得目的基因，下列哪种生物不适宜作供体生物（ ）
A．枯草杆菌 B.放线菌
C.酵母菌 D.病毒
5. 质粒是基因工程中最常用的运载体，它存在于许多细菌体内。质粒上有标记基因如图所示，通过标记基因可以推知外源基因（目的基因）是否转移成功。外源基因插入的位置不同，细菌在培养基上的生长情况也不同，下表是外源基因插入位置（插入点有a、b、c），请根据表中提供细菌的生长情况，推测①②③三种重组后细菌的外源基因插入点，正确的一组是
细菌在含氨苄青霉素的培养基上生长情况细菌在含四环素的培养基上生长情况①能生长能生长②能生长不能生长③不能生长能生长
A．①是c；②是b；③是a
B．①是a和b；②是a；③是b
C．①是a和b；②是b；③是a
D．①是c；②是a；③是b
6.植物学家在培育抗虫棉时,对目的基因作了适当的修饰,使得目的基因在棉花植株的整个生长发育时期都表达,以防止害虫侵害.这种对目的基因所作的修饰发生在( )
A.内含子 B.外显子
C.编码区 D.非编码区