2020-2021学年高二生物人教版选修三 1.2 基因工程的基本操作程序 课件（36张ppt）
文档属性
| 名称 | 2020-2021学年高二生物人教版选修三 1.2 基因工程的基本操作程序 课件（36张ppt） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 4.5MB | ||
| 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 | 2021-03-03 11:16:12 | ||
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文档简介
(共36张PPT)
1.2基因工程的基本操作程序
基因工程的基本操作程序
1、目的基因的获取
2、基因表达载体的构建
3、将目的基因导入受体细胞
4、目的基因的检测与鉴定
原核细胞的基因结构(补充内容）
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
原核细胞的
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
真核细胞的基因结构（补充内容）
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
真核细胞的
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
非编码序列：
包括非编码区和内含子
原核细胞与真核细胞的基因结构比较
原核细胞
真核细胞
不同点
编码区是
连续的
编码区是间隔的、不连续的
相同点
都由能够编码蛋白质的编码区和具有调控作用的非编码区组成的
1.目的基因的获取
目的基因：
主要是指编码蛋白质的基因。如：与生物抗逆性相关的基因、与优良品质相关的基因等，也可以是一些具有调控作用的因子。
获取目的基因的方法
（1）从基因文库中获取
（2）利用PCR技术扩增
（3）人工合成
（1）从基因文库中获取
基因文库
基因组文库
部分基因文库
cDNA文库
将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因，称为基因文库。
受体菌中包含了一种生物所有基因，这种基因文库叫做基因组文库。
受体菌只包含了一种生物的一部分基因，这种基因文库叫做部分基因文库。如：cDNA文库
用某种生物发育的某个时期的mRNA反转录产生的多种互补DNA片段，与载体连接后储存在一个受体菌群中，那么，这个受体菌群体就叫做这种生物的cDNA文库。
基因组文库和部分基因文库
基因组文库
部分基因文库
基因组文库和部分基因文库
（1）为什么要构建基因文库？直接从含有目的基因的生物体内提取不行吗？
提示：构建基因文库是获取目的基因的方法之一，并不是惟一的方式。如果所需要的目的基因序列已知，就可以通过PCR方式从含有该基因的生物的DNA中，直接获得，也可以通过反转录，用PCR方式从mRNA中获得，不一定要构建基因文库。但如果所需要的目的基因的序列完全不知，或只知道目的基因序列的一段，或想从一种生物体内获得许多基因，或者想知道这种生物与另一种生物之间有多少基因不同，或者想知道一种生物在个体发育的不同阶段表达的基因有什么不同，或者想得到一种生物的全基因组序列，往往就需要构建基因文库。
（2）基因文库如何构建？
将某种生物体内的DNA全部提取出来，选用适当的限制酶，将DNA切成一定范围大小的DNA片段，然后，将这些DNA片段分别与载体连接起来，导入受体菌的群体中储存，每个受体菌都含有了一段不同的DNA片段。也就是说，这个群体包含了这种生物的所有基因，叫做这种生物的基因组文库。
如果用某种生物发育的某个时期的mRNA
反转录产生的多种互补DNA（也叫cDNA）片段，与载体连接后储存在一个受体菌群中，那么，这个受体菌群体就叫做这种生物的cDNA文库。
两种基因文库的主要区别如下表所示：
cDNA合成过程
第一步，反转录酶以RNA为模板合成一条与RNA互补的DNA单链，形成RNA-DNA杂交分子。
第二步，核酸酶H使RNA-DNA杂交分子中的RNA链降解，使之变成单链的DNA。
第三步，以单链DNA为模板，在DNA聚合酶的作用下合成另一条互补的DNA链，形成双链DNA分子。
（2）PCR技术
原理：
前提：
原料
方式
PCR扩增仪
DNA复制
一段已知目的基因的核苷酸序列
：以_____方式扩增，
即____（n为扩增循环的次数）
指数
2n
模板DNA；
DNA引物；
四种脱氧核苷酸；
热稳定DNA聚合酶（Taq酶）；
过程
变性、退火、延伸三步曲
变性：加热至90～95℃双链DNA解链成为单链DNA
退火：冷却至55～60℃引物与部分模板的单链DNA的特定互补部位相配对和结合
延伸：加热至70～75℃以目的基因为模板，合成互补的新DNA链
变性
退火
延伸
比较DNA复制和PCR技术
（3）人工合成
基因比较小，核苷酸序列已知，可以通过DNA合成仪用化学方法直接合成。
比较项目
DNA复制
PCR技术
解旋方式
场所
酶
温度条件
合成对象
联系
区别
解旋酶催化
高温变性解旋
细胞内（主要是细胞核内）
细胞外（在PCR扩增仪内）
DNA解旋酶、DNA聚合酶等
热稳定性DNA聚合酶（Taq酶）
细胞内温和条件
需控制温度，在较高温度下进行
DNA分子
DNA片段或基因
模板：均需要脱氧核苷酸链作为模板进行物质合成
原料：均为四种脱氧核苷酸
酶：均需要DNA聚合酶进行催化
引物：均需引物，使DNA聚合酶从引物的3’端开始连接脱氧核苷酸
核心
2.基因表达载体的构建
过程：
质粒
DNA分子
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
限制酶
目的基因与运载体的结合过程，实际上是不同来源的基因重组的过程。
表达载体需具备的序列：
启动子
目的基因
终止子
标记基因
复制原点
启动子：
一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的首端，RNA聚合酶识别和结合的位点，有了它才能驱动基因转录出mRNA，最终获得所需要的蛋白质。
终止子：
位于基因的尾端，也是一段有特殊结构的DNA短片段，使转录在所需要的地方停下来。
复制起点：
复制起始的一段序列
3.将目的基因导入受体细胞
植物：
动物：
微生物：
（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
——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
农杆菌转化法过程
显微注射法过程
目的基因表达载体提纯
取卵（受精卵）
显微注射
受精卵
新性状动物
将目的基因导入微生物细胞
①原核生物特点：繁殖快、单细胞、遗传物质少
②方法：
用Ca2+处理细胞
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分子
4.目的基因的检测与鉴定
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
（1）、检测目的基因是否导入受体细胞
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
方法:
DNA分子杂交
过程:
知识延伸——DNA分子杂交技术
该方法是根据碱基互补配对原则，把互补的双链DNA解开，把单股的DNA小片段用同位素、荧光分子或化学发光催化剂等进行标记，之后同被检测的DNA中的同源互补序列杂交，从而检出所要查明的DNA或基因。
归纳步骤
4、鉴定（个体生物学水平）
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
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
归纳步骤
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：
1.2基因工程的基本操作程序
基因工程的基本操作程序
1、目的基因的获取
2、基因表达载体的构建
3、将目的基因导入受体细胞
4、目的基因的检测与鉴定
原核细胞的基因结构(补充内容）
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
原核细胞的
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
真核细胞的基因结构（补充内容）
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
真核细胞的
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
非编码序列：
包括非编码区和内含子
原核细胞与真核细胞的基因结构比较
原核细胞
真核细胞
不同点
编码区是
连续的
编码区是间隔的、不连续的
相同点
都由能够编码蛋白质的编码区和具有调控作用的非编码区组成的
1.目的基因的获取
目的基因：
主要是指编码蛋白质的基因。如：与生物抗逆性相关的基因、与优良品质相关的基因等，也可以是一些具有调控作用的因子。
获取目的基因的方法
（1）从基因文库中获取
（2）利用PCR技术扩增
（3）人工合成
（1）从基因文库中获取
基因文库
基因组文库
部分基因文库
cDNA文库
将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因，称为基因文库。
受体菌中包含了一种生物所有基因，这种基因文库叫做基因组文库。
受体菌只包含了一种生物的一部分基因，这种基因文库叫做部分基因文库。如：cDNA文库
用某种生物发育的某个时期的mRNA反转录产生的多种互补DNA片段，与载体连接后储存在一个受体菌群中，那么，这个受体菌群体就叫做这种生物的cDNA文库。
基因组文库和部分基因文库
基因组文库
部分基因文库
基因组文库和部分基因文库
（1）为什么要构建基因文库？直接从含有目的基因的生物体内提取不行吗？
提示：构建基因文库是获取目的基因的方法之一，并不是惟一的方式。如果所需要的目的基因序列已知，就可以通过PCR方式从含有该基因的生物的DNA中，直接获得，也可以通过反转录，用PCR方式从mRNA中获得，不一定要构建基因文库。但如果所需要的目的基因的序列完全不知，或只知道目的基因序列的一段，或想从一种生物体内获得许多基因，或者想知道这种生物与另一种生物之间有多少基因不同，或者想知道一种生物在个体发育的不同阶段表达的基因有什么不同，或者想得到一种生物的全基因组序列，往往就需要构建基因文库。
（2）基因文库如何构建？
将某种生物体内的DNA全部提取出来，选用适当的限制酶，将DNA切成一定范围大小的DNA片段，然后，将这些DNA片段分别与载体连接起来，导入受体菌的群体中储存，每个受体菌都含有了一段不同的DNA片段。也就是说，这个群体包含了这种生物的所有基因，叫做这种生物的基因组文库。
如果用某种生物发育的某个时期的mRNA
反转录产生的多种互补DNA（也叫cDNA）片段，与载体连接后储存在一个受体菌群中，那么，这个受体菌群体就叫做这种生物的cDNA文库。
两种基因文库的主要区别如下表所示：
cDNA合成过程
第一步，反转录酶以RNA为模板合成一条与RNA互补的DNA单链，形成RNA-DNA杂交分子。
第二步，核酸酶H使RNA-DNA杂交分子中的RNA链降解，使之变成单链的DNA。
第三步，以单链DNA为模板，在DNA聚合酶的作用下合成另一条互补的DNA链，形成双链DNA分子。
（2）PCR技术
原理：
前提：
原料
方式
PCR扩增仪
DNA复制
一段已知目的基因的核苷酸序列
：以_____方式扩增，
即____（n为扩增循环的次数）
指数
2n
模板DNA；
DNA引物；
四种脱氧核苷酸；
热稳定DNA聚合酶（Taq酶）；
过程
变性、退火、延伸三步曲
变性：加热至90～95℃双链DNA解链成为单链DNA
退火：冷却至55～60℃引物与部分模板的单链DNA的特定互补部位相配对和结合
延伸：加热至70～75℃以目的基因为模板，合成互补的新DNA链
变性
退火
延伸
比较DNA复制和PCR技术
（3）人工合成
基因比较小，核苷酸序列已知，可以通过DNA合成仪用化学方法直接合成。
比较项目
DNA复制
PCR技术
解旋方式
场所
酶
温度条件
合成对象
联系
区别
解旋酶催化
高温变性解旋
细胞内（主要是细胞核内）
细胞外（在PCR扩增仪内）
DNA解旋酶、DNA聚合酶等
热稳定性DNA聚合酶（Taq酶）
细胞内温和条件
需控制温度，在较高温度下进行
DNA分子
DNA片段或基因
模板：均需要脱氧核苷酸链作为模板进行物质合成
原料：均为四种脱氧核苷酸
酶：均需要DNA聚合酶进行催化
引物：均需引物，使DNA聚合酶从引物的3’端开始连接脱氧核苷酸
核心
2.基因表达载体的构建
过程：
质粒
DNA分子
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
限制酶
目的基因与运载体的结合过程，实际上是不同来源的基因重组的过程。
表达载体需具备的序列：
启动子
目的基因
终止子
标记基因
复制原点
启动子：
一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的首端，RNA聚合酶识别和结合的位点，有了它才能驱动基因转录出mRNA，最终获得所需要的蛋白质。
终止子：
位于基因的尾端，也是一段有特殊结构的DNA短片段，使转录在所需要的地方停下来。
复制起点：
复制起始的一段序列
3.将目的基因导入受体细胞
植物：
动物：
微生物：
（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
——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
农杆菌转化法过程
显微注射法过程
目的基因表达载体提纯
取卵（受精卵）
显微注射
受精卵
新性状动物
将目的基因导入微生物细胞
①原核生物特点：繁殖快、单细胞、遗传物质少
②方法：
用Ca2+处理细胞
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分子
4.目的基因的检测与鉴定
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
（1）、检测目的基因是否导入受体细胞
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
方法:
DNA分子杂交
过程:
知识延伸——DNA分子杂交技术
该方法是根据碱基互补配对原则，把互补的双链DNA解开，把单股的DNA小片段用同位素、荧光分子或化学发光催化剂等进行标记，之后同被检测的DNA中的同源互补序列杂交，从而检出所要查明的DNA或基因。
归纳步骤
4、鉴定（个体生物学水平）
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
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
归纳步骤
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：