2020-2021学年高二下学期生物人教版选修3 1.2基因工程的基本操作程序课件（45张ppt）
文档属性
| 名称 | 2020-2021学年高二下学期生物人教版选修3 1.2基因工程的基本操作程序课件（45张ppt） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 56.4MB | ||
| 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 | 2021-12-06 11:12:18 | ||
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文档简介
(共45张PPT)
目的基因的获取
基因表达载体的构建（核心）
将目的基因导入受体细胞
目的基因的检测与鉴定
基因工程的基本操作程序
一、目的基因的获取
目的基因：
1、编码蛋白质的基因
2、具有调控作用的因子
抗逆性相关的基因
优良品质相关的的基因
生物药物及保健品相关的基因
毒物降解相关的基因
···
人们所需要转移或者改造的基因
一、目的基因的获取
一、目的基因的获取
获取目的基因的常用方法：
1、从基因文库中获取
2、利用PCR技术扩增
3、人工合成
一、目的基因的获取
一、目的基因的获取
1.从基因文库中获取目的基因
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。
一、目的基因的获取
一、目的基因的获取
部分基因文库：
基因组文库：
含有一种生物的全部基因
只包含了一种生物的部分基因，如cDNA文库
与载体连接
导入受体菌群
DNA
聚合酶
与载体连接
导入受体
菌群
用适当
限制酶切割
①基因组文库的构建
提取某生物
全部DNA
许 多
DNA片段
该生物的
基因组文库
②cDNA文库的构建—mRNA反转录形成
mRNA
逆转录酶
杂交双链
核酸酶H
单链DNA
双链DNA
该生物的
cDNA文库
(cDNA)
一、目的基因的获取
基因组文库和部分基因文库的比较
小
大
无
有
无
有
某种生物的部分基因
某种生物的全部基因
可以
部分可以
思考：如何从基因文库中得到所需要的基因？
依据：目的基因的有关信息。
如：
基因翻译产物蛋白质等特性
基因的转录产物mRNA
基因在染色体上的位置
基因的功能
一、目的基因的获取
一、目的基因的获取
2.利用PCR技术扩增目的基因
PCR——多聚酶链式反应
是一项生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。通过此技术，可获取大量的目的基因。
PCR扩增仪
DNA双链复制
一段已知目的基因的核苷酸序列
模板DNA
原理：
前提：
原料:
引物（一小段单链DNA）
DNA聚合酶
四种脱氧核苷酸
能量
热稳定
（Taq酶）
以_____方式扩增，
即____（n为扩增循环的次数）
指数
2n
扩增形式
在短时间内大量扩增目的基因
扩增结果
过程：
变性
90-95℃
退火55-60℃
延伸
70-75℃
PCR技术
延伸：加热至70～75℃
Taq酶以目的基因为模板，从引物开始，合成互补的新DNA链
变性
退火
延伸
变性：加热至90～95℃
双链DNA解链成单链DNA
退火：冷却至55～60℃
引物结合到互补DNA链上
一、目的基因的获取
一、目的基因的获取
3.人工合成
当基因比较小、蛋白质的氨基酸序列可以测得或核苷酸序列已知时，可采用此种方法。
通过DNA合成仪用化学方法人工合成
一、目的基因的获取
一、目的基因的获取
蛋白质的
氨基酸顺序
mRNA
核苷酸序列
基因的核苷酸序列
目的
基因
推测
DNA合成仪
推测
合成
反转录法
化学合成法
一、目的基因的获取
一、目的基因的获取
获取目的基因的常用方法：
1、从基因文库中获取
2、利用PCR技术扩增
3、人工合成
目的基因比较小，核苷酸序列又已知
目的基因的核苷酸序列已知
目的基因的核苷酸序列不完全已知
二、基因表达载体的构建 ——基因工程的核心
二、基因表达载体的构建
载体与表达载体有什么区别？
为什么要有“表达载体的构建”这一步？
单独的DNA片段─目的基因是不能稳定遗传的。
构建表达载体可以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，同时使目的基因能表达和发挥作用。
基因表达载体的构建过程
质粒
DNA分子
限制酶切割
两个切口
获得目的基因
DNA连接酶连接
重组DNA分子（重组质粒）
同一种
一个切口
两个黏性末端
二、基因表达载体的构建 ——基因工程的核心
二、基因表达载体的构建
复制原点是整个载体的复制起点
复制原点：
二、基因表达载体的构建 ——基因工程的核心
二、基因表达载体的构建
位于基因的首端的一段特殊的DNA片断，它是RNA聚合酶识别和结合的部位，有了它才能驱动基因转录出mRNA，最终获得蛋白质
启动子：
二、基因表达载体的构建 ——基因工程的核心
二、基因表达载体的构建
位于基因的尾端的一段特殊的DNA片断，能终止mRNA的转录
终止子：
二、基因表达载体的构建 ——基因工程的核心
二、基因表达载体的构建
鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将有目的基因的细胞筛选出来
标记基因：
二、基因表达载体的构建 ——基因工程的核心
二、基因表达载体的构建
启动子+目的基因+终止子+标记基因
基因表达载体的组成：
目的基因进入____________内，并且在受体细胞内维持_______和________的过程，称为
受体细胞
稳定
表达
转化
三、将目的基因导入受体细胞
基因表达载体如何进入受体细胞内呢？
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
——显微注射技术
——Ca2+处理，感受态细胞
三、将目的基因导入受体细胞
易感染双子叶植物和裸子植物，对大多数单子叶植物没有感染能力
Ti质粒上的T-DNA可以转移到受体细胞，并整合到受体细胞染色体的DNA上。
农杆菌转化法
①特点：
②原理：
农杆菌转化法
Ti质粒
目的基因
构建
表达载体
导入
植物细胞
插入
植物细胞染色体DNA
表达
新性状
转入
农杆菌
基因枪法
单子叶植物常用的基因转化的方法，但成本较高。
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。
花粉管通道法
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。
我国科学家独创的方法，十分简便经济，我国的转基因抗虫棉就是采用的此方法。
将基因表达载体提纯，用显微仪注射到受精卵中
显微注射法
受精卵细胞大，易于操作
受精卵全能性高
提纯含目的基因表达载体
取受精卵
显微注射
移植到子宫
受精卵发育
新性状动物
显微注射法
Ca2+处理
用Ca+处理细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA的生理状态，这种细胞称为感受态细胞
早期的基因工程用微生物作受体细胞的原因：
繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对少
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
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
——显微注射技术
——Ca2+处理，感受态细胞
三、将目的基因导入受体细胞
（双子叶植物）
（单子叶植物）
DNA分子导入受体细胞后就说明成功了吗？
转录的mRNA是否翻译出蛋白质呢？
是否表达出相应的性状呢？
四、目的基因的检测与鉴定
个体水平的鉴定:
分子水平的检测:
目的基因是否成功插入呢？
成功插入的目的基因有没有转录出mRNA呢？
真正能摄入重组DNA分子的受体细胞很少
四、目的基因的检测与鉴定
1、鉴定——分子水平的鉴定
（1）检测转基因生物染色体的DNA上是否插入了目的基因
方法——
DNA分子杂交技术
目的基因片段
探针
15N
15N
基因探针：
用荧光或放射性同位素标记的DNA分子
变性
变性
杂交带
转基因生物的DNA
1、鉴定——分子水平的鉴定
变性
方法——
分子杂交技术
（2）检测目的基因是否转录出了mRNA
探针
15N
15N
转基因生物
的mRNA
1、鉴定——分子水平的鉴定
（3）检测目的基因是否翻译成蛋白质
方法——抗原-抗体杂交
转基因生物的蛋白质
对应的抗体
特异性结合
沉降
杂交带
接种
棉铃虫
怎样检验抗虫基因在棉细胞内是否表达呢？
没有抗虫基因
的棉植株
有抗虫基因的棉植株
虫没有死
虫被杀死
没有表达
目的基因表达
2、鉴定——个体水平的鉴定
分子水平的检测:
是否插入目的基因
是否转录
是否翻译
个体水平的鉴定:
是否表达出相应的性状
——DNA分子杂交技术
——分子杂交技术
——抗原-抗体杂交
四、目的基因的检测与鉴定
——抗虫，抗病接种实验
归纳: 基因工程的基本操作程序
获取目的基因
构建基因表达载体
将目的基因导入受体细胞
目的基因的检测与鉴定
从基因文库
PCR技术
人工合成
目的基因、启动子、终止子、标记基因
检测：是否插入、转录、翻译、表达
目的基因的获取
基因表达载体的构建（核心）
将目的基因导入受体细胞
目的基因的检测与鉴定
基因工程的基本操作程序
一、目的基因的获取
目的基因：
1、编码蛋白质的基因
2、具有调控作用的因子
抗逆性相关的基因
优良品质相关的的基因
生物药物及保健品相关的基因
毒物降解相关的基因
···
人们所需要转移或者改造的基因
一、目的基因的获取
一、目的基因的获取
获取目的基因的常用方法：
1、从基因文库中获取
2、利用PCR技术扩增
3、人工合成
一、目的基因的获取
一、目的基因的获取
1.从基因文库中获取目的基因
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。
一、目的基因的获取
一、目的基因的获取
部分基因文库：
基因组文库：
含有一种生物的全部基因
只包含了一种生物的部分基因，如cDNA文库
与载体连接
导入受体菌群
DNA
聚合酶
与载体连接
导入受体
菌群
用适当
限制酶切割
①基因组文库的构建
提取某生物
全部DNA
许 多
DNA片段
该生物的
基因组文库
②cDNA文库的构建—mRNA反转录形成
mRNA
逆转录酶
杂交双链
核酸酶H
单链DNA
双链DNA
该生物的
cDNA文库
(cDNA)
一、目的基因的获取
基因组文库和部分基因文库的比较
小
大
无
有
无
有
某种生物的部分基因
某种生物的全部基因
可以
部分可以
思考：如何从基因文库中得到所需要的基因？
依据：目的基因的有关信息。
如：
基因翻译产物蛋白质等特性
基因的转录产物mRNA
基因在染色体上的位置
基因的功能
一、目的基因的获取
一、目的基因的获取
2.利用PCR技术扩增目的基因
PCR——多聚酶链式反应
是一项生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。通过此技术，可获取大量的目的基因。
PCR扩增仪
DNA双链复制
一段已知目的基因的核苷酸序列
模板DNA
原理：
前提：
原料:
引物（一小段单链DNA）
DNA聚合酶
四种脱氧核苷酸
能量
热稳定
（Taq酶）
以_____方式扩增，
即____（n为扩增循环的次数）
指数
2n
扩增形式
在短时间内大量扩增目的基因
扩增结果
过程：
变性
90-95℃
退火55-60℃
延伸
70-75℃
PCR技术
延伸：加热至70～75℃
Taq酶以目的基因为模板，从引物开始，合成互补的新DNA链
变性
退火
延伸
变性：加热至90～95℃
双链DNA解链成单链DNA
退火：冷却至55～60℃
引物结合到互补DNA链上
一、目的基因的获取
一、目的基因的获取
3.人工合成
当基因比较小、蛋白质的氨基酸序列可以测得或核苷酸序列已知时，可采用此种方法。
通过DNA合成仪用化学方法人工合成
一、目的基因的获取
一、目的基因的获取
蛋白质的
氨基酸顺序
mRNA
核苷酸序列
基因的核苷酸序列
目的
基因
推测
DNA合成仪
推测
合成
反转录法
化学合成法
一、目的基因的获取
一、目的基因的获取
获取目的基因的常用方法：
1、从基因文库中获取
2、利用PCR技术扩增
3、人工合成
目的基因比较小，核苷酸序列又已知
目的基因的核苷酸序列已知
目的基因的核苷酸序列不完全已知
二、基因表达载体的构建 ——基因工程的核心
二、基因表达载体的构建
载体与表达载体有什么区别？
为什么要有“表达载体的构建”这一步？
单独的DNA片段─目的基因是不能稳定遗传的。
构建表达载体可以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，同时使目的基因能表达和发挥作用。
基因表达载体的构建过程
质粒
DNA分子
限制酶切割
两个切口
获得目的基因
DNA连接酶连接
重组DNA分子（重组质粒）
同一种
一个切口
两个黏性末端
二、基因表达载体的构建 ——基因工程的核心
二、基因表达载体的构建
复制原点是整个载体的复制起点
复制原点：
二、基因表达载体的构建 ——基因工程的核心
二、基因表达载体的构建
位于基因的首端的一段特殊的DNA片断，它是RNA聚合酶识别和结合的部位，有了它才能驱动基因转录出mRNA，最终获得蛋白质
启动子：
二、基因表达载体的构建 ——基因工程的核心
二、基因表达载体的构建
位于基因的尾端的一段特殊的DNA片断，能终止mRNA的转录
终止子：
二、基因表达载体的构建 ——基因工程的核心
二、基因表达载体的构建
鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将有目的基因的细胞筛选出来
标记基因：
二、基因表达载体的构建 ——基因工程的核心
二、基因表达载体的构建
启动子+目的基因+终止子+标记基因
基因表达载体的组成：
目的基因进入____________内，并且在受体细胞内维持_______和________的过程，称为
受体细胞
稳定
表达
转化
三、将目的基因导入受体细胞
基因表达载体如何进入受体细胞内呢？
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
——显微注射技术
——Ca2+处理，感受态细胞
三、将目的基因导入受体细胞
易感染双子叶植物和裸子植物，对大多数单子叶植物没有感染能力
Ti质粒上的T-DNA可以转移到受体细胞，并整合到受体细胞染色体的DNA上。
农杆菌转化法
①特点：
②原理：
农杆菌转化法
Ti质粒
目的基因
构建
表达载体
导入
植物细胞
插入
植物细胞染色体DNA
表达
新性状
转入
农杆菌
基因枪法
单子叶植物常用的基因转化的方法，但成本较高。
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。
花粉管通道法
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。
我国科学家独创的方法，十分简便经济，我国的转基因抗虫棉就是采用的此方法。
将基因表达载体提纯，用显微仪注射到受精卵中
显微注射法
受精卵细胞大，易于操作
受精卵全能性高
提纯含目的基因表达载体
取受精卵
显微注射
移植到子宫
受精卵发育
新性状动物
显微注射法
Ca2+处理
用Ca+处理细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA的生理状态，这种细胞称为感受态细胞
早期的基因工程用微生物作受体细胞的原因：
繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对少
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
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
——显微注射技术
——Ca2+处理，感受态细胞
三、将目的基因导入受体细胞
（双子叶植物）
（单子叶植物）
DNA分子导入受体细胞后就说明成功了吗？
转录的mRNA是否翻译出蛋白质呢？
是否表达出相应的性状呢？
四、目的基因的检测与鉴定
个体水平的鉴定:
分子水平的检测:
目的基因是否成功插入呢？
成功插入的目的基因有没有转录出mRNA呢？
真正能摄入重组DNA分子的受体细胞很少
四、目的基因的检测与鉴定
1、鉴定——分子水平的鉴定
（1）检测转基因生物染色体的DNA上是否插入了目的基因
方法——
DNA分子杂交技术
目的基因片段
探针
15N
15N
基因探针：
用荧光或放射性同位素标记的DNA分子
变性
变性
杂交带
转基因生物的DNA
1、鉴定——分子水平的鉴定
变性
方法——
分子杂交技术
（2）检测目的基因是否转录出了mRNA
探针
15N
15N
转基因生物
的mRNA
1、鉴定——分子水平的鉴定
（3）检测目的基因是否翻译成蛋白质
方法——抗原-抗体杂交
转基因生物的蛋白质
对应的抗体
特异性结合
沉降
杂交带
接种
棉铃虫
怎样检验抗虫基因在棉细胞内是否表达呢？
没有抗虫基因
的棉植株
有抗虫基因的棉植株
虫没有死
虫被杀死
没有表达
目的基因表达
2、鉴定——个体水平的鉴定
分子水平的检测:
是否插入目的基因
是否转录
是否翻译
个体水平的鉴定:
是否表达出相应的性状
——DNA分子杂交技术
——分子杂交技术
——抗原-抗体杂交
四、目的基因的检测与鉴定
——抗虫，抗病接种实验
归纳: 基因工程的基本操作程序
获取目的基因
构建基因表达载体
将目的基因导入受体细胞
目的基因的检测与鉴定
从基因文库
PCR技术
人工合成
目的基因、启动子、终止子、标记基因
检测：是否插入、转录、翻译、表达