3.2 基因工程的基本操作程序 课件【新教材】2020-2021学年人教版（2019）高二生物选择性必修三（41张PPT）
文档属性
| 名称 | 3.2 基因工程的基本操作程序 课件【新教材】2020-2021学年人教版（2019）高二生物选择性必修三（41张PPT） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 5.1MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2021-02-22 06:53:45 | ||
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文档简介
复习
DNA 重组技术的基本工具有：
“分子手术刀” ──
“分子缝合针” ──
“分子运输车”
──
限制酶
DNA连接酶
基因进入受体细胞的载体
具备了这些工具，基因操作又有哪些程序呢？
?
2021人教版（新教材）必修二 遗传和进化
第三章 基因工程
第2节 基因工程的基本操作程序
1. 基因:具有遗传效应的DNA片段
2. 目的基因定义：
主要是指编码蛋白质的基因,也可以是一些具有调控作用的因子。如与生物抗逆性、优良品质、生产药物、毒物降解和工业用酶等相关的基因
一、目的基因的筛选和获取
那么如何筛选合适的目的基因呢？
一、目的基因的筛选和获取
棉花植株(有抗虫特性)
转入
Bt 抗虫蛋白基因
3. 目的基因的筛选
一、目的基因的筛选和获取
3. 目的基因的筛选
明确了目的基因后，该怎样获取它呢？
多聚酶链式反应（简称PCR），在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。可以获得大量的目的基因。
PCR扩增仪
?
一、目的基因的筛选和获取
3.利用PCR获取和扩增目的基因
复习：
DNA在细胞内复制所需要的条件
条件
名称
模板
双链DNA分子
原料
4种脱氧核苷酸
能量
ATP
酶
DNA解旋酶
DNA聚合酶
PCR的原理——体外DNA复制
多次
重复
PCR所需要的条件
条件
名称
模板
双链DNA分子
原料
4种脱氧核苷酸
能量
加热
酶
DNA聚合酶
引物
2种
?
热稳定的
?
指数形式 2n 扩增（n为扩增循环的次数） 1个DNA分子进行PCR扩增,循环4次，理论上至少需要（24-1）×2=30个引物2×（2n-1）
PCR技术扩增目的基因过程：
PCR技术扩增目的基因过程：
PCR技术与细胞内DNA复制的比较
{8799B23B-EC83-4686-B30A-512413B5E67A} 比较项目
细胞内DNA复制
PCR技术
区别
解旋方式
解旋酶催化
DNA在高温下变性解旋
场所
主要在细胞核内
细胞外(主要在PCR扩增仪内)
酶
解旋酶、DNA聚合酶等
热稳定的DNA聚合酶（Taq 酶）
温度
细胞内温和条件
控制温度，需在不同温度下进行
结果
合成整个DNA分子
扩增特定的DNA片段或基因
联系
①模板:均需要脱氧核苷酸双链作为模板
②原料:均为四种脱氧核苷酸（dATP、dTTP、dGTP、dCTP）
③酶:均需DNA聚合酶
④引物:都需要引物，使DNA聚合酶从引物开始进行互补链的合成
归纳比较
有关PCR技术的说法，不正确的是( ）
A．PCR是一项在生物体外复制特定的DNA片段的核酸合成技术
B．PCR技术的原理是DNA双链复制
C．利用PCR技术获取目的基因的前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列
D．PCR扩增中必须有解旋酶才能解开双链DNA
Ｄ
小试牛刀
?
获取了足够量的Bt基因后，下一步就是要让基因在受体细胞中稳定存在，并且遗传给下一代；同时，使Bt基因能够表达和发挥作用
这就是需要构建基因表达载体。这也是培育转基因抗虫棉的核心工作
那么基因表达载体是由哪些部分组成的呢？
1.基因表达载体的组成
a.目的基因
b.启动子
c.终止子
d.标记基因（抗生素抗性基因）
表达特定性状
位于基因的首端,是RNA聚合酶结合位点，基因转录的开始
位于基因的末端,终止转录
检测目的基因是否导入受体细胞
e、复制原点：DNA聚合酶结合位点
二、基因表达载体的构建（核心）
2.载体构建的过程
二、基因表达载体的构建（核心）
质粒
DNA分子
限制酶处理
一个切口
两个黏性末端
两个切口
获得目的基因
DNA连接酶
重组DNA分子（重组质粒）
同一种
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工具酶：限制酶、DNA连接酶，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（重组质粒）导入受体细胞
为何要把重组质粒导入受体细胞？
受体细胞可以分为那些类型？依据他们的结构与功能推测， 导入方法相同吗?
如何选择受体细胞，才能让转基因猴全身体细胞都带有目的基因？
培育抗虫棉时也必须选用这种细胞吗，为什么？
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（最多）
基因枪法
花粉管通道法
——显微注射法
——感受态细胞
三、 将目的基因（重组质粒）导入受体细胞
农杆菌转化法能有效应用于单子叶植物吗？为什么？
据图可知，目的基因发生了几次剪切和拼接？重组Ti质粒跨越了几层细胞膜？
T-DNA的T是什么意思？为何要把目的基因接在T-DNA中？
将目的基因导入到植物细胞中方法------ 农杆菌转化法
两次拼接：第一次拼接是将目的基因拼接到Ti质粒的T-DNA上；第二次拼接(非人工操作)指被插入目的基因的T-DNA拼接到受体细胞染色体的DNA上。
两次导入：第一次导入是将含目的基因的Ti质粒重新导入农杆菌；第二次导入(非人工操作)是指含目的基因的T-DNA导入受体细胞。
将目的基因导入到植物细胞中方法------ 农杆菌转化法
将目的基因导入到植物细胞中方法------ 基因枪法
将目的基因导入到植物细胞中方法------花粉管通道法
将目的基因导入动物细胞
显微注射法
导入动物细胞可以用基因枪法吗？
常用法：Ca2+处理法
常用菌：大肠杆菌
微生物作受体细胞原因：
繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对少
（感受态细胞法）
受体细胞：原核细胞
将目的基因导入微生物细胞（细菌转化）
Ca2+
感受态细胞
吸收
实例：利用转基因大肠杆菌生产药物
原核生物作为受体细胞产生的真核生物的蛋白质通常没有生物活性，需要在体外进行再加工。
将目的基因导入受体细胞比较
生物
种类
植物细胞
动物细胞
微生物细胞
常用
方法
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(感受态细胞法)
受体
细胞
体细胞
受精卵
原核细胞
牛刀小试
1.人们常选用的细菌质粒分子往往带有一个抗生素抗性基因,该抗性基因的主要作用是 ( )
A.提高受体细胞在自然环境中的耐药性
B.有利于对目的基因是否导入进行检测
C.增加质粒分子的分子量
D.便于与外源基因连接
B
2.在遗传工程技术中,限制性内切酶主要用于 ( )
A.目的基因的提取和导入
B.目的基因的提取和检测
C.目的基因与载体的结合和导入
D.目的基因的提取与载体结合
D
牛刀小试
按前面三个步骤进行了操作，是否可以确定目的基因进入了受体细胞并能维持稳定？是否可以确定目的基因一定能够进行表达？是否可以确定得到了新的性状？
不一定！
如何判断？
?
四、 目的基因的检测与鉴定
某种特定性状
生物大分子具有特异性
----分子水平的检测
特定基因控制特定性状,如抗虫、抗旱等
----性状水平的检测
1、检测转基因生物的DNA上是否插入目的基因
① 首先取出转基因生物的基因组DNA；
（1）方法:DNA分子杂交
（2）过程:
② 将含目的基因的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。
基因探针:简称探针，是一段带有检测标记（同位素、荧光分子或化学发光催化剂），且顺序已知的，与目的基因互补核酸序列(DNA或RNA)。
DNA分子杂交
基因探针
待测DNA
单链DNA或RNA片断，带有某种标记，能与目标DNA或RNA的一条链发生碱基互补配对。
抗原—抗体杂交
分子杂交
（2）方法:RNA分子杂交
（3）方法:抗原—抗体杂交
（4）个体生物学水平检测
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
棉铃虫
虫没有死
虫被杀死
没有表达
目的基因表达
若不能表达，要对抗虫基因再进行修饰。
归纳总结
基因工程的基本操作流程图
谢谢
DNA 重组技术的基本工具有：
“分子手术刀” ──
“分子缝合针” ──
“分子运输车”
──
限制酶
DNA连接酶
基因进入受体细胞的载体
具备了这些工具，基因操作又有哪些程序呢？
?
2021人教版（新教材）必修二 遗传和进化
第三章 基因工程
第2节 基因工程的基本操作程序
1. 基因:具有遗传效应的DNA片段
2. 目的基因定义：
主要是指编码蛋白质的基因,也可以是一些具有调控作用的因子。如与生物抗逆性、优良品质、生产药物、毒物降解和工业用酶等相关的基因
一、目的基因的筛选和获取
那么如何筛选合适的目的基因呢？
一、目的基因的筛选和获取
棉花植株(有抗虫特性)
转入
Bt 抗虫蛋白基因
3. 目的基因的筛选
一、目的基因的筛选和获取
3. 目的基因的筛选
明确了目的基因后，该怎样获取它呢？
多聚酶链式反应（简称PCR），在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。可以获得大量的目的基因。
PCR扩增仪
?
一、目的基因的筛选和获取
3.利用PCR获取和扩增目的基因
复习：
DNA在细胞内复制所需要的条件
条件
名称
模板
双链DNA分子
原料
4种脱氧核苷酸
能量
ATP
酶
DNA解旋酶
DNA聚合酶
PCR的原理——体外DNA复制
多次
重复
PCR所需要的条件
条件
名称
模板
双链DNA分子
原料
4种脱氧核苷酸
能量
加热
酶
DNA聚合酶
引物
2种
?
热稳定的
?
指数形式 2n 扩增（n为扩增循环的次数） 1个DNA分子进行PCR扩增,循环4次，理论上至少需要（24-1）×2=30个引物2×（2n-1）
PCR技术扩增目的基因过程：
PCR技术扩增目的基因过程：
PCR技术与细胞内DNA复制的比较
{8799B23B-EC83-4686-B30A-512413B5E67A} 比较项目
细胞内DNA复制
PCR技术
区别
解旋方式
解旋酶催化
DNA在高温下变性解旋
场所
主要在细胞核内
细胞外(主要在PCR扩增仪内)
酶
解旋酶、DNA聚合酶等
热稳定的DNA聚合酶（Taq 酶）
温度
细胞内温和条件
控制温度，需在不同温度下进行
结果
合成整个DNA分子
扩增特定的DNA片段或基因
联系
①模板:均需要脱氧核苷酸双链作为模板
②原料:均为四种脱氧核苷酸（dATP、dTTP、dGTP、dCTP）
③酶:均需DNA聚合酶
④引物:都需要引物，使DNA聚合酶从引物开始进行互补链的合成
归纳比较
有关PCR技术的说法，不正确的是( ）
A．PCR是一项在生物体外复制特定的DNA片段的核酸合成技术
B．PCR技术的原理是DNA双链复制
C．利用PCR技术获取目的基因的前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列
D．PCR扩增中必须有解旋酶才能解开双链DNA
Ｄ
小试牛刀
?
获取了足够量的Bt基因后，下一步就是要让基因在受体细胞中稳定存在，并且遗传给下一代；同时，使Bt基因能够表达和发挥作用
这就是需要构建基因表达载体。这也是培育转基因抗虫棉的核心工作
那么基因表达载体是由哪些部分组成的呢？
1.基因表达载体的组成
a.目的基因
b.启动子
c.终止子
d.标记基因（抗生素抗性基因）
表达特定性状
位于基因的首端,是RNA聚合酶结合位点，基因转录的开始
位于基因的末端,终止转录
检测目的基因是否导入受体细胞
e、复制原点：DNA聚合酶结合位点
二、基因表达载体的构建（核心）
2.载体构建的过程
二、基因表达载体的构建（核心）
质粒
DNA分子
限制酶处理
一个切口
两个黏性末端
两个切口
获得目的基因
DNA连接酶
重组DNA分子（重组质粒）
同一种
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工具酶：限制酶、DNA连接酶，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（重组质粒）导入受体细胞
为何要把重组质粒导入受体细胞？
受体细胞可以分为那些类型？依据他们的结构与功能推测， 导入方法相同吗?
如何选择受体细胞，才能让转基因猴全身体细胞都带有目的基因？
培育抗虫棉时也必须选用这种细胞吗，为什么？
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（最多）
基因枪法
花粉管通道法
——显微注射法
——感受态细胞
三、 将目的基因（重组质粒）导入受体细胞
农杆菌转化法能有效应用于单子叶植物吗？为什么？
据图可知，目的基因发生了几次剪切和拼接？重组Ti质粒跨越了几层细胞膜？
T-DNA的T是什么意思？为何要把目的基因接在T-DNA中？
将目的基因导入到植物细胞中方法------ 农杆菌转化法
两次拼接：第一次拼接是将目的基因拼接到Ti质粒的T-DNA上；第二次拼接(非人工操作)指被插入目的基因的T-DNA拼接到受体细胞染色体的DNA上。
两次导入：第一次导入是将含目的基因的Ti质粒重新导入农杆菌；第二次导入(非人工操作)是指含目的基因的T-DNA导入受体细胞。
将目的基因导入到植物细胞中方法------ 农杆菌转化法
将目的基因导入到植物细胞中方法------ 基因枪法
将目的基因导入到植物细胞中方法------花粉管通道法
将目的基因导入动物细胞
显微注射法
导入动物细胞可以用基因枪法吗？
常用法：Ca2+处理法
常用菌：大肠杆菌
微生物作受体细胞原因：
繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对少
（感受态细胞法）
受体细胞：原核细胞
将目的基因导入微生物细胞（细菌转化）
Ca2+
感受态细胞
吸收
实例：利用转基因大肠杆菌生产药物
原核生物作为受体细胞产生的真核生物的蛋白质通常没有生物活性，需要在体外进行再加工。
将目的基因导入受体细胞比较
生物
种类
植物细胞
动物细胞
微生物细胞
常用
方法
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(感受态细胞法)
受体
细胞
体细胞
受精卵
原核细胞
牛刀小试
1.人们常选用的细菌质粒分子往往带有一个抗生素抗性基因,该抗性基因的主要作用是 ( )
A.提高受体细胞在自然环境中的耐药性
B.有利于对目的基因是否导入进行检测
C.增加质粒分子的分子量
D.便于与外源基因连接
B
2.在遗传工程技术中,限制性内切酶主要用于 ( )
A.目的基因的提取和导入
B.目的基因的提取和检测
C.目的基因与载体的结合和导入
D.目的基因的提取与载体结合
D
牛刀小试
按前面三个步骤进行了操作，是否可以确定目的基因进入了受体细胞并能维持稳定？是否可以确定目的基因一定能够进行表达？是否可以确定得到了新的性状？
不一定！
如何判断？
?
四、 目的基因的检测与鉴定
某种特定性状
生物大分子具有特异性
----分子水平的检测
特定基因控制特定性状,如抗虫、抗旱等
----性状水平的检测
1、检测转基因生物的DNA上是否插入目的基因
① 首先取出转基因生物的基因组DNA；
（1）方法:DNA分子杂交
（2）过程:
② 将含目的基因的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。
基因探针:简称探针，是一段带有检测标记（同位素、荧光分子或化学发光催化剂），且顺序已知的，与目的基因互补核酸序列(DNA或RNA)。
DNA分子杂交
基因探针
待测DNA
单链DNA或RNA片断，带有某种标记，能与目标DNA或RNA的一条链发生碱基互补配对。
抗原—抗体杂交
分子杂交
（2）方法:RNA分子杂交
（3）方法:抗原—抗体杂交
（4）个体生物学水平检测
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
棉铃虫
虫没有死
虫被杀死
没有表达
目的基因表达
若不能表达，要对抗虫基因再进行修饰。
归纳总结
基因工程的基本操作流程图
谢谢