人教版生物高中选修3第二节--基因工程的基本操作程序(43张PPT)
文档属性
| 名称 | 人教版生物高中选修3第二节--基因工程的基本操作程序(43张PPT) |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 1.6MB | ||
| 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 | 2020-11-01 17:41:57 | ||
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文档简介
(共43张PPT)
基因工程的基本操作程序
一、目的基因的获取
二、基因表达载体的构建
三、将目的基因导入受体细胞
四、目的基因的检测与鉴定
前提
核心
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
非编码区
非编码区
启动子：RNA聚合酶的识别和结合位点
开始转录
编码区
原核生物基因
终止子：终止转录
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
真核生物基因
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
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
常用获取方法：
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
目的基因的来源
从生物中直接获取
人工合成
（三）获取目的基因的方法
1、从基因文库中获取目的基因
（目的基因序列未知）
（1）基因文库：
将含有某种生物不同基因的许多DNA片断，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。
（2）类型
基因组文库
部分基因文库
（如cDNA文库）
基因文库
基因文库的构建过程
基因组文库
限制酶
供体细胞的
全部DNA
大量DNA
片段
拼接到载体上
导入受体细胞扩增
部分基因文库的构建过程
mRNA
单链DNA
双链DNA（特点）
反转录
cDNA文库
DNA聚合酶
某生物体内全部DNA
许多DNA片段
受体菌群体
限制酶
与运载体连接
导入
基因组文库
某种生物某个时期的mRNA
cDNA
反转录
受体菌群体
与运载体连接
导入
部分基因文库
（cDNA文库）
文库类型
cDNA文库
基因组文库
文库大小
小
大
基因多少
某种生物的部分基因
某种生物的全部基因
启动子
无
有
内含子
无
有
物种间的基因交流
可以
部分基因可以
（3）从基因文库中找到所需要的基因
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。
从基因文库中获取目的基因
2、利用PCR技术扩增目的基因（序列已知）
（1）PCR全称：
（2）发明人：
（3）实质：
（4）原理：
（5）目的：
（6）前提条件：
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
1988年
穆里斯
体外DNA复制
DNA复制
短时间内大量扩增目的基因
模板
原料
引物
酶
控制温度
利用PCR技术扩增目的基因
——目的基因DNA
——四种脱氧核苷酸
——如单链DNA分子片段
——耐热的DNA聚合酶
——PCR仪自动调控
PCR的条件：
高温变性
低温退火
升温延伸
重复循环
引物与DNA模板结合，形成局部双链
利用PCR技术扩增目的基因
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
3、化学方法直接人工合成
（序列已知）
DNA合成仪
资料
基因较小，核苷酸序列已知。
合成引物，探针，小分子的基因。
课前准备
1.大肠杆菌基因与酵母菌基因结构异同？
2.基因中的非编码区与非编码序列一样吗？
3.启动子与终止子的位置与功能？
4.获取目的基因的常用三种方法？
5.基因组文库与基因文库如何构建？区别？
6.PCR扩增目的基因的条件？
7.PCR扩增目的基因的过程？四步
8.DNA合成仪合成基因的前提条件？
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.目的基因与运载体结合
注意：要用同一种限制酶切取目的基因和运载体，并用DNA连接酶连接。
3、基因表达载体的组成（必需五元件）
复制原点+启动子+目的基因+终止子+标记基因
它们各自的作用是什么?
（阅读课本11页中间一段）
启动子：
RNA聚合酶识别和结合的部位
位置：位于基因的首端
功能：驱动基因转录出mRNA
最终获得蛋白质
终止子：
位置：位于基因的尾端
功能：终止mRNA的转录
标记基因
作用：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
复制原点：能自我复制并传递给下一代
①载体与表达载体的区别：
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
②用到的工具酶：限制酶
DNA连接酶
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
现探讨某细菌的质粒中有无标记基因或标记基因是什么？
对照组：不添加抗生素
实验组1：添加一定浓度的四环素
实验组2：添加一定浓度的氨苄青霉素
实验组3：添加一定浓度的四环素和氨苄青霉素
练习
1.若受体细胞既抗四环素又抗青霉素
说明
2.若受体细胞不抗四环素又不抗青霉素
说明
3.若受体细胞只抗青霉素不抗四环素
说明
只导入了普通质粒
未导入质粒
导入了重组质粒
三、将目的基因导入受体细胞
（一）常用的受体细胞
转基因植物——植物细胞
转基因动物——动物细胞
生产大量的目的基因产物——微生物细胞
大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌等
三、将目的基因导入受体细胞
（二）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。
三、将目的基因导入受体细胞
（三）转化：
（四）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
——感受态细胞
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
1.适用范围：
2.农杆菌的特点:
目的基因导入植物细胞
（1）农杆菌转化法
双子叶植物和裸子植物
a.单细胞原核生物，生活在土壤中
b.易感染双子叶植物和祼子植物。
c.具有趋化性。
d.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
a.植物体分泌酚类化合物，吸引农杆菌
b.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
c.将目的基因插入到Ti质粒的T-DNA上
目的基因导入植物细胞
（3）原理
三、目的基因导入受体细胞
（4）农杆菌转化法的导入过程:
构建基因表达载体
转入
农杆菌
植物细胞
导入
稳定维持和表达
（2）基因枪法
（3）花粉管通道法
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）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
由于细菌繁殖速度较快，短时间能获得大量的目的基因
四、目的基因的检测与鉴定
——检查是否成功
原因
真正摄入重组DNA分子的受体细胞很少
选择培养基/标记基因
DNA分子杂交技术
（一）检测（分子）
1、检测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.用含目的基因的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:
归纳步骤
过程：提取蛋白质
注入动物体产生抗体
抗原抗体结合
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
①方法:
分
子
杂
交
方法:
抗原—抗体杂交
②过程:
用上述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（个体水平）
抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等
PCR技术扩增与DNA复制的比较
PCR技术
DNA复制
相同点
原理
原料
条件
不同点
场所
解旋方式
酶
结果
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
四种dNTP
(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mRNA
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——
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
归纳:
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
化学方法人工合成
构建基因表达载体
目的基因、启动子、终止子、标记基因
将目的基因导入受体细胞
农杆菌转化法、显微注射法
目的基因的检测与鉴定
检测：是否插入、转录、翻译
鉴定：
基因工程的基本操作程序
一、目的基因的获取
二、基因表达载体的构建
三、将目的基因导入受体细胞
四、目的基因的检测与鉴定
前提
核心
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
非编码区
非编码区
启动子：RNA聚合酶的识别和结合位点
开始转录
编码区
原核生物基因
终止子：终止转录
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
真核生物基因
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
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
常用获取方法：
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
目的基因的来源
从生物中直接获取
人工合成
（三）获取目的基因的方法
1、从基因文库中获取目的基因
（目的基因序列未知）
（1）基因文库：
将含有某种生物不同基因的许多DNA片断，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。
（2）类型
基因组文库
部分基因文库
（如cDNA文库）
基因文库
基因文库的构建过程
基因组文库
限制酶
供体细胞的
全部DNA
大量DNA
片段
拼接到载体上
导入受体细胞扩增
部分基因文库的构建过程
mRNA
单链DNA
双链DNA（特点）
反转录
cDNA文库
DNA聚合酶
某生物体内全部DNA
许多DNA片段
受体菌群体
限制酶
与运载体连接
导入
基因组文库
某种生物某个时期的mRNA
cDNA
反转录
受体菌群体
与运载体连接
导入
部分基因文库
（cDNA文库）
文库类型
cDNA文库
基因组文库
文库大小
小
大
基因多少
某种生物的部分基因
某种生物的全部基因
启动子
无
有
内含子
无
有
物种间的基因交流
可以
部分基因可以
（3）从基因文库中找到所需要的基因
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。
从基因文库中获取目的基因
2、利用PCR技术扩增目的基因（序列已知）
（1）PCR全称：
（2）发明人：
（3）实质：
（4）原理：
（5）目的：
（6）前提条件：
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
1988年
穆里斯
体外DNA复制
DNA复制
短时间内大量扩增目的基因
模板
原料
引物
酶
控制温度
利用PCR技术扩增目的基因
——目的基因DNA
——四种脱氧核苷酸
——如单链DNA分子片段
——耐热的DNA聚合酶
——PCR仪自动调控
PCR的条件：
高温变性
低温退火
升温延伸
重复循环
引物与DNA模板结合，形成局部双链
利用PCR技术扩增目的基因
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
3、化学方法直接人工合成
（序列已知）
DNA合成仪
资料
基因较小，核苷酸序列已知。
合成引物，探针，小分子的基因。
课前准备
1.大肠杆菌基因与酵母菌基因结构异同？
2.基因中的非编码区与非编码序列一样吗？
3.启动子与终止子的位置与功能？
4.获取目的基因的常用三种方法？
5.基因组文库与基因文库如何构建？区别？
6.PCR扩增目的基因的条件？
7.PCR扩增目的基因的过程？四步
8.DNA合成仪合成基因的前提条件？
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.目的基因与运载体结合
注意：要用同一种限制酶切取目的基因和运载体，并用DNA连接酶连接。
3、基因表达载体的组成（必需五元件）
复制原点+启动子+目的基因+终止子+标记基因
它们各自的作用是什么?
（阅读课本11页中间一段）
启动子：
RNA聚合酶识别和结合的部位
位置：位于基因的首端
功能：驱动基因转录出mRNA
最终获得蛋白质
终止子：
位置：位于基因的尾端
功能：终止mRNA的转录
标记基因
作用：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
复制原点：能自我复制并传递给下一代
①载体与表达载体的区别：
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
②用到的工具酶：限制酶
DNA连接酶
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
现探讨某细菌的质粒中有无标记基因或标记基因是什么？
对照组：不添加抗生素
实验组1：添加一定浓度的四环素
实验组2：添加一定浓度的氨苄青霉素
实验组3：添加一定浓度的四环素和氨苄青霉素
练习
1.若受体细胞既抗四环素又抗青霉素
说明
2.若受体细胞不抗四环素又不抗青霉素
说明
3.若受体细胞只抗青霉素不抗四环素
说明
只导入了普通质粒
未导入质粒
导入了重组质粒
三、将目的基因导入受体细胞
（一）常用的受体细胞
转基因植物——植物细胞
转基因动物——动物细胞
生产大量的目的基因产物——微生物细胞
大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌等
三、将目的基因导入受体细胞
（二）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。
三、将目的基因导入受体细胞
（三）转化：
（四）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
——感受态细胞
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
1.适用范围：
2.农杆菌的特点:
目的基因导入植物细胞
（1）农杆菌转化法
双子叶植物和裸子植物
a.单细胞原核生物，生活在土壤中
b.易感染双子叶植物和祼子植物。
c.具有趋化性。
d.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
a.植物体分泌酚类化合物，吸引农杆菌
b.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
c.将目的基因插入到Ti质粒的T-DNA上
目的基因导入植物细胞
（3）原理
三、目的基因导入受体细胞
（4）农杆菌转化法的导入过程:
构建基因表达载体
转入
农杆菌
植物细胞
导入
稳定维持和表达
（2）基因枪法
（3）花粉管通道法
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）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
由于细菌繁殖速度较快，短时间能获得大量的目的基因
四、目的基因的检测与鉴定
——检查是否成功
原因
真正摄入重组DNA分子的受体细胞很少
选择培养基/标记基因
DNA分子杂交技术
（一）检测（分子）
1、检测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.用含目的基因的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:
归纳步骤
过程：提取蛋白质
注入动物体产生抗体
抗原抗体结合
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
①方法:
分
子
杂
交
方法:
抗原—抗体杂交
②过程:
用上述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（个体水平）
抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等
PCR技术扩增与DNA复制的比较
PCR技术
DNA复制
相同点
原理
原料
条件
不同点
场所
解旋方式
酶
结果
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
四种dNTP
(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mRNA
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——
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
归纳:
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
化学方法人工合成
构建基因表达载体
目的基因、启动子、终止子、标记基因
将目的基因导入受体细胞
农杆菌转化法、显微注射法
目的基因的检测与鉴定
检测：是否插入、转录、翻译
鉴定：