3.2基因工程的基本操作程序 课件(共33张PPT)-2025-2026学年高二下学期《生物》（人教版）选必修3

(共33张PPT)
基因工程的基本操作程序
基因工程
基因工程的基本操作程序
目的基因的筛选与获取
基因表达载体的构建
将目的基因导入受体细胞
目的基因的检测与鉴定
用苏云金杆菌制成的生物杀虫剂，用于防治棉花虫害已有多年历史
苏云金杆菌的杀虫作用与Bt基因有关
掌握了Bt基因的序列信息
Bt基因是培育转基因抗虫棉较为合适的目的基因
从相关已知结构和功能清晰的基因中进行筛选是较为有效的方法之一。
Bt蛋白分解为多肽后，与害虫肠上皮细胞的特异性受体结合，导致细胞膜穿孔，造成害虫死亡。
Bt蛋白只有在某类昆虫肠道的碱性环境中才表现出毒性，人和牲畜的胃液呈酸性，肠道细胞也没有特异性受体。
用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物等的基因。
主要指编码蛋白质的基因。
目的基因
目的基因
编码区
非编码区
非编码区
与RNA聚合酶
结合位点
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
基因结构
编码区
非编码区
外显子：能编码蛋白质的序列
内含子：不能编码蛋白质的序列
有调控作用,上游有启动子，
下游有终止子
基因结构——真核细胞
非编码区
非编码区
编码区
编码区上游
编码区下游
与RNA聚合酶结合位点
启动子
终止子
①不编码蛋白质。
：编码蛋白质 ,连续不间断
编码区
非编码区
原核细胞
基因结构
②调控遗传信息表达,上
游有启动子，下游有终止子
基因结构——原核细胞
原核细胞 真核细胞
不同点 编码区是_____的 编码区是间隔的、________的
相同点 都由能够编码蛋白质的__________和 具有调控作用的__________区组成的 连续
不连续
编码区
非编码
基因结构——原核细胞
01
目的基因的获取——从基因组文库中获取
含有某种生物全部基因片段的重组DNA的克隆群体。
如何获取目的基因？
将整个基因组DNA片段切割成大小合适的片段
将这些片段分别与载体连接起来
导入受体菌
的群体中储存
基因组文库
提取某种生物的全部DNA
用适当的 限制酶
一定大小的DNA片段
将DNA片段 与载体连接
导入受体菌中储存
基因组文库
基因组文库的构建
01
目的基因的获取——从基因组文库中获取
cDNA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
逆转录酶
DNA 聚合酶
导入受体 菌中储存
RNA水解
若有控制目的基因合成的mRNA，是否可以知道目的基因核苷酸顺序？
01
目的基因的获取——从cDNA文库中获取
cDNA文库
包含着细胞全部mRNA信息的cDNA克隆集合成为该组织细胞的cDNA文库。
推测：cDNA文库和基因组文库相比，得到的基因不含哪些结构？
文库类型 cDNA文库 基因组文库
文库大小
基因中有无启动子
基因中有无内含子
基因多少
小
大
无
有
无
有
某种生物的部分基因
某种生物的全部基因
01
目的基因的获取——从cDNA文库中获取
为什么用生物发育某个时期的mRNA反转录得的DNA只有这种生物的部分基因？
某个时期的发育是基因选择性表达的结果
DNA合成仪
推测
推测
合成
蛋白质的氨基酸顺序
mRNA核苷酸序列
基因DNA的核苷酸序列
目的基因
若已知目的基因表达出的蛋白质种氨基酸的排列顺序，能否知道目的基因的碱基排列顺序？
01
目的基因的获取——
通过化学合成法
从基因文库中直接获取
化学合成法
PCR扩增
基因组文库
cDNA文库
全部基因
含启动子、内含子
部分基因
不含启动子、内含子
序列明确且分子量小
目的基因的获取
获取的基因有没有启动子和终止子？
02
基因表达载体的构建
（核心工作）
获得了足量的目的基因后，是否能直接将目的基因导入受体细胞呢？
目的：确保基因在受体细胞中稳定存在，并且遗传给下一代；
使目的基因能够表达和发挥作用。
思考：基因表达载体要有哪些元件？各个元件有什么作用？
目的基因：能控制表达所需要的特殊性状
启动子：
位置：基因的上游
功能：RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录出mRNA。
复制原点：
DNA复制的起始位点
终止子：
位置：基因的下游
功能：终止转录
标记基因：便于重组DNA分子的筛选和鉴定。
02
基因表达载体的构建
辨析：
02
基因表达载体的构建
载体≠表达载体：
相同点：二者都有标记基因和复制原点两部分DNA片段。
区别：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。
启动子和终止子 起始密码子和终止密码子
本质 DMA片段 mRNA上三个相邻碱基
位置 DNA分子上 RNA分子上
作用 起始和终止DNA的转录 起始和终止翻译的过程
02
如何构建抗虫棉的基因表达载体？
目的基因应该插入到载体的哪个位置？
① 用一定的限制酶切割载体，使其出现一个切口。
② 用同种限制酶或能产生相同末端的限制酶切割含有目的基因的DNA片段。
③ 将切下的Bt基因片段拼接到载体的切口处，再加入适量DNA连接酶，形成了一个重组DNA分子。
载体
基因表达载体
02
基因表达载体的构建
03
将目的基因导入受体细胞
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
花粉管通道法
——显微注射法
——Ca2+处理法
我国科学家独创
常用
转化的概念:目的基因进入受体细胞，并且在受体细胞内维持稳定并表达的过程，称为转化。
基因枪法
1.方法
Ca2+处理
感受态细胞：使用Ca2+处理可使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态。
Ca2+处理细胞
感受态细胞
重组基因表达载体与感受态细胞混合
感受态细胞吸收DNA分子
03
将目的基因导入受体细胞
Ca2+
感受态细胞
吸收
导入微生物细胞
42℃,1min
冰上3min
筛选重组
表达载体
03
（1）常用方法：
（2）受体细胞:
显微注射法
受精卵
①体积大，易操作。②易表现出全能性。
（3) 过程：
构建基因表达载体并提纯
利用显微注射将基因表达载体注入动物的受精卵中
早期胚胎培养
胚胎移植
获得具有新性状的动物
03
将目的基因导入受体细胞
导入动物细胞
（1）花粉管通道法（我国科学家独创）
②在植物受粉后的一定时间内，剪去柱头，将DNA溶液滴加在花柱切面上，使目的基因借助花粉管通道进入胚囊。
①用微量注射器将含目的基因的DNA溶液直接注入子房中。
目的基因
目的基因
适用生物：开花植物
03
将目的基因导入受体细胞
导入植物细胞
03
（2）农杆菌转化法
转移到被侵染的细胞，并且将其整合到该细胞的染色体DNA上。
03
将目的基因导入受体细胞
导入植物细胞
大型环状DNA
（可转移的DNA）
农杆菌细胞内含有Ti质粒，当它侵染植物细胞后，能将Ti质粒上的T-DNA（可转移的DNA）转移到被侵染的细胞，并且将其整合到该细胞的染色体DNA上。
对象：双子叶植物和裸子植物
03（2）农杆菌转化法目的基因Ti质粒表达载体农杆菌植物细胞植物细胞染色体DNA新性状植株构建转入导入插入表达03将目的基因导入受体细胞导入植物细胞Ca2+处理构建重组Ti质粒时用到了哪些酶？
为什么一定要将目的基因插入到T-DNA上？
将基因表达载体导入农杆菌时应怎样处理农杆菌？
受体细胞是普通细胞是否能得到转基因植物？
（2）农杆菌转化法
03
将目的基因导入受体细胞
导入植物细胞
两次拼接
两次导入
1. 将目的基因拼接到Ti质粒的T-DNA上
2. 重组Ti质粒的T-DNA整合到该细胞的染色体DNA上（非人工操作）
1. Ca2+转化法将重组质粒转入农杆菌
2. 农杆菌侵染植物细胞（非人工操作）
①转基因植物用 ；
②转基因动物用 (一般不能用体细胞)；
原因是： 。
③微生物作为受体细胞的优点是 。
④要合成糖蛋白、有生物活性的分泌蛋白等则受体细胞为 ，
原因是 ；
⑤一定不能用哺乳动物成熟的红细胞，
原因是 。
真核细胞
分泌蛋白等需内质网、高尔基体等的加工
受精卵有发育的全能性
无核，无器，不能合成蛋白质
体细胞或受精卵
受精卵
单细胞，繁殖快；遗传物质相对较少，易于培养操作
03
将目的基因导入受体细胞
2.受体细胞的选择
04将表达载体导入受体细胞后，如何判断导入是否成功？即使导入成功，如何判断目的基因是否可以正常表达？04目的基因的检测与鉴定04思考：结合基因表达的过程，推测可以从哪些方面进行检测与鉴定？Bt基因mRNABt抗虫蛋白抗虫棉PCR与核酸分子杂交等技术检测抗原—抗体杂交技术分子水平抗虫鉴定（个体水平）04目的基因的检测与鉴定
①.检测转基因生物染色体DNA上是否插入了目的基因
方法：PCR检测
DNA半保留复制
原理：
碱基互补配对
04
目的基因的检测与鉴定
04
目的基因的检测与鉴定
①.检测转基因生物染色体DNA上是否插入了目的基因
方法：DNA分子杂交技术
1.RT-PCR（逆转录PCR）
2.RNA分子杂交
RNA分子杂交(Northern Blot)
04
目的基因的检测与鉴定
②.检测目的基因是否转录出了mRNA
③.检测目的基因是否翻译成蛋白质
方法：抗原-抗体杂交技术
原理：抗原抗体的特异性结合
苏云金杆菌
提取
Bt抗虫蛋白
标记抗体
提取蛋白
电泳分离
抗原
抗体
杂交
抗原
转基因生物
04
目的基因的检测与鉴定
转Bt基因
非转基因
2.个体水平的检测
没有抗虫基因的棉植株
有抗虫基因的棉植株
接种
棉铃虫
虫没有死
虫被杀死
没有表达
目的基因表达
实例：鉴定转基因抗虫棉是否培育成功
04
目的基因的检测与鉴定
1.目的基因的筛选和获取-前提
利用PCR获取和扩增
化学方法人工合成
2.构建基因表达载体-核心
目的基因、启动子、终止子、标记基因
3.将目的基因导入受体细胞-关键
农杆菌转化法(植物)、显微注射法(动物) 、
感受态细胞转化法(微生物);
4.目的基因的检测与鉴定-保证
分子检测：是否插入、转录、翻译
个体水平：是否具有抗性以及抗性强度等。
有了目的基因，我们才能赋予一种生物以另一种生物的遗传特性。
使目的基因在受体细胞中稳定存在，并可进行遗传、表达和发挥作用。
载体进入受体细胞稳定表达，才能实现一种生物的基因在另一种生物中的转化。
才能确定目的基因是否真正在受体细胞中稳定遗传和正确表达。
小结
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