课件50张PPT。课前提问:课前复习
1、限制酶的来源、作用及结果
2.识别序列的特点
3、基因拼接成功的原因
4、基因表达成功的原因
5.基因工程育种的优点
6、DNA连接酶的作用、种类、区别
7、基因运载体所需条件1.2 基因工程的基本操作程序一. 教学目标
1. 知识与技能 基因工程的基本操作程序
(1)简述基因工程的原理和技术。
(2) 通过对书中插图、照片等的观察,学会科学的观察方法,培养观察能力。
(3) 通过对基因工程的基本操作程序的学习,使学生在理解步骤的同时,举一反三,对于其他基因工程操作实例做到能理解、能介绍,从而培养学生对相关知识的理解能力及良好的语言表达能力。
2. 过程与方法 通过对基本概念、基本原理的学习,引导学生主动参与教学过程的探究活动,培养学生的获取新知的能 力、分析和解决问题的能力及交流与合作的能力。
3. 情感态度和价值观 通过引导学生在网上的探究活动,引导学生主动参与,乐于探究,培养学生收集和处理科学信息的能 力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力及交流与合作的能力。 目的基因的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基因工程基本操作的四个步骤有了目的基因,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。前提核心关键保证一 目的基因的获取(一)目的基因概念:
主要指的是编码蛋白质的基因,也可以是一些具有调控作用的因子。
(二)基因的结构
原核基因的结构
真核基因的结构
基因结构:非编码区
组成:编码区上游与编码区下游
功能:不能编码蛋白质,调控遗传信息的表达
启动子:RNA聚合酶结合位点 转录起始的信号
终止子:终止RNA的合成
编码区:编码蛋白质的合成 科学工作者分离得到了某原核生物基因,并将其解离成两条单链。现让其中一条链与由该基因转录而来的信使RNA杂交配对,结果如图所示。非编码区非编码区编码区非编码区非编码区编码区与RNA聚合酶结合位点外显子内含子12345转 录mRNA前体成熟mRNA真核细胞的基因结构成熟信使RNA对应基因的一条链编码区真核生物基因的有关实验非编码区非编码区ABC原核细胞与真核细胞的基因结构比较思考2、编码相同数目氨基酸的蛋白质,原核细胞与真核细胞基因结构一样长吗?连续不连续编码区非编码1、非编码序列:包括非编码区和内含子
目的基因的来源从生物中直接获取人工合成(一)目的基因的获取现代获取方法:
1、从基因文库中获取
2、利用PCR技术扩增
3、化学方法人工合成从基因文库中直接获取1.基因文库:概念见P92.基因文库的分类:按外源DNA片段的来源分类种类基因组文库:含有一种生物的全部基因cDNA文库:只包含了一种生物的部分基因提取某种生物的全部DNA用适当的限制酶切一定大小的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——直接分离法基因组文库某种生物的单链mRNA单链互补DNA双链cDNA片段导入受体菌中储存与载体连接cDNA文库 逆转录酶DNA聚合酶——反转录法cDNA文库某生物体内全部DNA 许多DNA片段受体菌群体基因组文库某种生物某个时期的mRNAcDNA受体菌群体部分基因文库
(cDNA文库)基因组文库和部分基因组文库(cDNA文库)比较3.基因文库的目的为了在不知目的基因序列的情况下,便于获得所需的目的基因。4、如何从基因文库中钓取目的基因
(课本 第9页)
依据目的基因的有关信息。如:根据基因的核苷酸序列
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。2、利用PCR技术扩增目的基因(序列已知) (1)PCR全称:
(2)实质:
(3)原理:
(4)目的:
(5)前提:
有一段已知的目的基因的核苷酸序列,
合成引物(如何合成引物)多聚酶链式反应生物体外复制DNADNA双链复制短时间内大量扩增目的基因(指数形式扩增)原料:四种脱氧核苷酸(dNTP) 引物:酶:热稳定DNA聚合酶(Taq酶)模板DNA( 需含有目的基因 ) 条件:两种寡核苷酸序列,与目的基因的起始段互补控制温度:PCR仪自动调控1、高温变性(90-95℃)2、退火复性(55-60℃)3、升温延伸(70-75℃)4、重复循环过程:引物与DNA模 板结合,
形成局部双链。 方向:从引物的
5′端→3′端延伸。具体过程演示PCR技术扩增与DNA复制的比较碱基互补配对四种脱氧核苷酸模板、能量、酶DNA在高温下变性解旋解旋酶催化体外复制细胞核内热稳定的DNA聚合酶细胞内的DNA聚合酶大量的DNA片段形成整个DNA分子蛋白质的氨基酸序列mRNA的核苷酸序列结构基因的核苷酸序列目的基因推测推测化学合成化学方法直接人工合成 (序列已知)DNA合成仪资料合成引物,探针,小分子的基因。需要酶、原料,不需要模板基因较小,核苷酸序列已知2、获取目的基因的方法及适用范围?二、基因表达载体的构建
——基因工程的核心1、目的:
使目的基因在受体细胞中稳定存在
使目的基因复制并可以遗传给下一代
使目的基因能够表达和发挥作用。2、过程?思考?用DNA连接酶处理后会出现几种产物?(只考虑两两结合)
如何避免质粒的自我环化和目的基因反向连接的问题?3.必需5元件及作用:4.因受体细胞不同及导入受体细胞方法的不同而有所不同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+处理法目的基因进入_________内,并且在 受体细胞内维持_____和_____的过程受体细胞稳定表达原理:借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。农杆菌的特点:
a.易感染双子叶植物和祼子植物。
b.具有趋化性:酚类化合物。
c.Ti质粒上的T-DNA可转移到受体细胞,并整合到受体细胞染色体的DNA上目的基因导入植物细胞(1)农杆菌转化法三、目的基因导入受体细胞构建基表达载体转入农杆菌植物细胞导入注意:目的基因先导入农杆菌中,由农杆菌携带导入受体细胞,整合到受体细胞的染色体DNA中(2)基因枪法
(3)花粉管通道法适用:单子叶植物,成本高①特点:十分简便经济。 ② 例:转基因抗虫棉常用的方法:
显微注射技术
操作程序:
a.先提纯含目的基因的表达载体
b.从动物体内取出卵(受精卵)
c.显微注射仪进行显微注射
d.将含目的基因的受精卵培育到囊胚期,移植到输卵管或子宫中发育成新个体将目的基因导入动物细胞目的基因导入微生物细胞(1)原核生物的特点:
繁殖快,多为单细胞,遗传物质相对较少。(2)常用菌:大肠杆菌的转化过程:用Ca2+处理细胞 增加细胞壁的透性,与细胞膜无关→ 感受态细胞重组表达载体DNA分子与感受态细胞混合感受态细胞吸收DNA分子小结:将目的基因导入受体细胞
四、目的基因的检测与鉴定12导入目的基因后需要检测哪些方面?各采取什么方法?什么是DNA分子探针?检测时的DNA探针通过什么原理来检测目的基因和相应的mRNA?1、鉴定——分子水平的鉴定
转基因生
物的DNA探针15N15N14N14N基因探针:含目的基因的DNA片段用放射性同位素等作标记方法——DNA分子杂交技术变性变性1、检测转基因生物染色体的DNA上是否插入了目的基因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15N15N转基因生物
的mRNA14N14N1、鉴定——分子水平的鉴定
提取(3)检测目的基因是否翻译成蛋白质方法——抗原-抗体杂交Bt毒素蛋白将Bt毒蛋白注射小鼠体内从小鼠血管抽出血液分离出抗Bt毒素的抗体抗体蛋白质 出现杂交带脱分化组织培养2、鉴定——个体水平的鉴定
例:用棉铃饲喂棉铃虫,如虫吃后不出现中毒症状,说明未摄入目的基因或摄入目的基因未表达。如虫吃后中毒死亡,则说明摄入了抗虫基因并得到表达。抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等(四)目的基因的检测与鉴定——检查是否成功检测—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②检测目的基因是否转录出了mRNA③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——方法——方法——DNA分子杂交分子杂交(注意与上不同之处)抗原抗体杂交基因工程的基本操作程序目的基因的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1、从基因文库中获取目的基因
2、利用PCR技术扩增目的基因
3、化学方法人工合成复制原点 + 目的基因 + 启动子 + 终止子 + 标记基因农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法、显微注射法、Ca2+处理法DNA分子杂交技术、分子杂交技术、抗原—抗体杂交技术分子检测外的个体水平鉴定练习1:为扩大可耕地面积,增加粮食产量,黄河三角洲等盐碱地的开发利用备受关注。我国科学家应用耐盐基因培育出了耐盐水稻新品系。
(1)获得耐盐基因后,构建重组DNA分子所用的限制性内切酶作用于图中的 处,DNA连接酶作用于 处。(填“a”或“b”)aa练习1:(2008理综山东卷)为扩大可耕地面积,增加粮食产量,黄河三角洲等盐碱地的开发利用备受关注。我国科学家应用耐盐基因培育出了耐盐水稻新品系。
(2)将重组DNA分子导入水稻受体细胞的常用方法有农杆菌转化法和 法。
(3)由导入目的基因的水稻细胞培养成植株需要利用 技术,该技术的核心是 和 。
(4)为了确定耐盐转基因水稻是否培育成功,既要用放射性同位素标记的 作探针进行分子杂交检测,又要用 方法从个体水平鉴定水稻植株的耐盐性。基因枪法(花粉管通道法)植物组织培养脱分化和再分化耐盐基因一定浓度盐水浇灌1)以下说法正确的是 ( )
A、所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列
B、质粒是基因工程中唯一的运载体
C、运载体必须具备的条件之一是:具有多个限制酶切点,以便与外源基因连接
D、基因控制的性状都能在后代表现出来C练习2)不属于质粒被选为基因运载体的理由是
A、能复制 ( )
B、有多个限制酶切点
C、具有标记基因
D、它是环状DNAD练习3)有关基因工程的叙述中,错误的是( )
A、DNA连接酶将黏性末端的碱基对连接起来
B、 限制性内切酶用于目的基因的获得
C、目的基因须由运载体导入受体细胞
D、 人工合成目的基因不用限制性内切酶A练习4)有关基因工程的叙述正确的是 ( )
A、限制酶只在获得目的基因时才用
B、重组质粒的形成在细胞内完成
C、质粒都可作为运载体
D、蛋白质的结构可为合成目的基因提供资料D练习5)基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的。在基因操作的基本步骤中,不进行碱基互补配对的步骤是 ( )
A、人工合成目的基因
B、目的基因与运载体结合
C、将目的基因导入受体细胞
D、目的基因的检测和表达C练习DNA分子磷酸二酯键形成黏性末端和平末端DNA片段磷酸二酯键形成重组DNA分子脱氧核苷酸磷酸二酯键形成新的DNA分子DNA分子碱基间的氢键形成单链DNA