选修三基因工程汇编

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1、专题1 基因工程 1.1 DNA重组技术的基本工具 基因工程又叫做基因拼接技术或DNA重组 技术。也就是按照人们的意愿，把一种生物的 个别基因提取出来，加以 ，然后放 到另一种生物的细胞里，定向改造生物的遗传 性状。基因工程是在DNA 水平上进行设 计施工。 一、基因工程概念理解 修饰改造 分子 基因工程的别名基因工程的别名 操作环境操作环境 操作对象操作对象 操作水平操作水平 基本过程基本过程 结果结果 基因拼接技术或基因拼接技术或DNADNA重组技术重组技术 生物体外生物体外 基因基因 DNADNA分子水平分子水平 获得人类需要的基因产物获得人类需要的基因产物 剪切剪切 拼接拼接 导入导入

2、 表达表达 实质实质基因重组基因重组 基因工程的基本内容基因工程的基本内容 基因操作基因操作 基本步骤基本步骤 基因操作基因操作 的工具的工具 限制性内切酶限制性内切酶 DNADNA连接酶连接酶 运载体运载体 2. 2.目的基因与运载体结合目的基因与运载体结合 4. 4.目的基因的检测和表达目的基因的检测和表达 3. 3.将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞 1. 1.提取目的基因提取目的基因 二 基因操作的工具 进行基因操作最少需要以下三种工具： 、基因的剪刀限制性内切酶（限制酶） 一种限制酶只能 识别一种特定的核苷 酸序列，并在特定的 切割点上将DNA 分子 切断。 指一类酶，非一

3、种酶。 （3）举例：大肠杆菌的一种限制酶能 识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。 （1）作用部位： （2）特点：专一性，即识别特定核苷酸序 列，切割特定切点。 磷酸二酯键 （4 4）来源：）来源：主要从原核生物中分离主要从原核生物中分离 原因：限制酶是在生物体原因：限制酶是在生物体( (主要是微生主要是微生 物物) )内的一种酶，能将外来的内的一种酶，能将外来的DNADNA切断，对自切断，对自 己己DNADNA无害，保护细胞原有遗传信息，由于无害，保护细胞原有遗传信息，由于 这种切割作用是在这种切割作用是在DNADNA分子内部进行的，故分子内部进行的，故 名限制性内切酶。名限制性内切酶。

4、 （5）作用结果：形成DNA片段末端 平末端：平切（相同部位） 黏性末端：错位切（不同部位） 要想获得某个目的基因必须要用限制酶切几要想获得某个目的基因必须要用限制酶切几 个切口？可产生几个黏性末端？个切口？可产生几个黏性末端？ 切两个切口，就会产生四个黏性末端。切两个切口，就会产生四个黏性末端。 （2）常用种类： E.coliDNA连接 酶： 来源：大肠杆菌 作用：连接黏性末端 T4DNA连接酶： 来源：T4噬菌体 作用：连接黏性末端、 平末端 、基因的针线DNA连接酶 （1）连接的部位：DNA双链片段间的 磷酸二酯键，不是氢键。 （3）与DNA聚合酶的比较 DNA聚合酶DNA连接酶 化学本

5、质 作用部位 模板 蛋白质蛋白质 蛋白质蛋白质 磷酸二酯键磷酸二酯键 （单个脱氧核（单个脱氧核 苷酸苷酸+ +片段）片段） 磷酸二酯键磷酸二酯键 （DNADNA双链片段双链片段+ + DNADNA双链片段）双链片段） 需要需要（DNADNA 一条链）一条链） 不需要不需要 3、基因的运输工具运载体 3.种类：质粒、噬菌体和动植物病 毒。 1.作用：将外源基因送入受体细胞。 2.条件： 1)能在宿主细胞内复制并稳定地保存。 2)具有一个至多个限制酶切点，使外源基 因插入其中。 3)具有某些标记基因，以便进行筛选。如如 抗菌素抗性基因、产物具有颜色反应的基因抗菌素抗性基因、产物具有颜色反应的基因

6、4)对受体细胞无害，不影响其正常活动。 运载体 最常用的运载体质粒 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 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 调控遗传信息表达,上 游有启动子，下游有终止子 启动子 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，

7、下 游有终止子 原核基因 转录 翻译 加工加工 翻译 mRNA 真核基因 转录 初级转录物 成熟的 mRNA 多 肽 链 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 目前被较广泛提取使 用的目的基因有：苏云金 杆菌抗虫基因、人胰岛素 基因、人干扰素基因等。 基因操作的基本步骤 一、目的基因的获取 供体生物细胞 取出DNA 用限制酶剪 去多余部分 目的基因 限制酶 目的基因主要是指 _ 编码蛋白质的结构基因 一、目的基因的获取 获取目的基因的常用方法 （1）从基因文库中获取 （2）利用PCR技术扩增 （3）人工合成 概

8、念：基因文库 （gene library） 基因组文库 部分基因文库（如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(gene library) 基因组文库: 基因文库中包含了一种生物所有的基 因,这种基因文库叫做基因组文库. 部分基因文库: 基因文库中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. 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 cDNA文库 （3）

9、如何从基因文库中得到所需要的基因？ 依据：目的基因的有关信息。 如：根据基因的核苷酸序列 基因的功能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 PCR聚合酶链式反应 是一项生物体外复制特定DNA片 段的核酸合成技术。通过此技术，可 获取大量的目的基因。 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）； n 过程变性、复性、延伸三步曲 变性：加热至90

10、95 双链DNA解链成为单链 DNA 复性：冷却至5560 部分引物与模板的单链 DNA的特定互补部位相配 对和结合 延伸：加热至7075 以目的基因为模板，合 成互补的新DNA链 变性 复性 延伸 v（3） 人工合成 基因比较小，核苷酸序列已知，可 用DNA合成仪用化学方法直接合成。 质粒 目的基因 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 表 达 载 体 同种 1.过程: 二、基因表达载体的构建核心 2、基因表达载体的作用 a、使目的基因在受体细胞中稳定存在并遗传给子代 b、使目的基因能表达和发挥作用 3.基因表达载体的组成： a、目的基因 b、启动子 c、

11、终止子 d、标记基因 位于基因的首端,是 mRNA结合位点 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 例1、下列关于基因表达载体的叙述不正确的是 A基因表达载体的构建视受体细胞及导入方式不同 而有所差别 B. 启动子是与RNA聚合酶识别和结合的部位，是起始 密码 C. 启动子和终止子都是特殊结构的DNA短片段，对 mRNA的转录起调控作用 D. 标记基因是为了鉴别受体细胞中是否有目的基因 从而便于筛选 B 1、将目的基因导入植物细胞 （1）农杆菌 转化法 特点: 能感染双子叶植物和祼子植物,对 大多数单子叶植物无感染能力 Ti质粒的TDNA可转移至受体细 胞并整合到其染色体上

12、转化过程: Ti质粒 目的基因 构建 表 达 载 体 导入 植 物 细 胞 插入植物细胞 染色DNA 表达 新 性 状 转入 农 杆 菌 三、将目的基因导入受体细胞 （2）基因枪法 （3）花粉通道法 2、将目的基因导入动物细胞 方法:显微注射技术 操作程序: 提纯含目的基 因表达载体 取受精卵显微注射移植到子宫 受精卵发育 新性状动物 3、将目的基因导入微生物细胞 常用法：Ca2+处理 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 过程： Ca2+处理 大肠杆菌 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 第3步“将目的基因导入受体细胞

13、”是唯一没有 碱基 互补配对现象 的步骤。 (四)目的基因的检测与鉴定 导入检测：目的基因是否导入受体细胞 方法 DNA分子杂交 表达检测 转录检测 DNA-RNA分子杂交 翻译检测 抗原-抗体杂交 分 子 检 测 法 抗虫鉴定 抗病鉴定 活性鉴定等 个体水平的鉴定 基因探针：带标记的目的基因 思考与探究： 利用大肠杆菌可以生产出人的胰岛素，联系前面有关细胞器功 能的知识，结合基因工程操作程序的基本思路，思考一下，若要 生产人的糖蛋白，可以用大肠杆菌吗？ 有些蛋白质肽链上有共价结合的糖链，这些糖链是在内质网 和高尔基复合体上加工完成的，内质网和高尔基存在于真核 细胞中，大肠杆菌不存在这两种细胞

14、器，因此，在大肠杆菌 中生产这种糖蛋白是不可能的。 （2014新课标卷）40选修3：现代生物科技专题(15分) 植物甲具有极强的耐旱性，其耐旱性与某个基因有关。若从该 植物中获得该耐旱基因，并将其转移到耐旱性低的植物乙中，有 可能提高后者的耐旱性。回答下列问题： （1）理论上，基因组文库含有生物的 基因；而cDNA文库 中含有生物的 基因。 （2）若要从植物甲中获得耐旱基因，可首先建立该植物的基 因组文库，再从中 出所需的耐旱基因。 （3）将耐旱基因导入农杆菌，并通过农杆菌转化法将其导入 植物 的体细胞中，经过一系列的过程得到再生植株。要确认 该耐旱基因是否在再生植株中正确表达，应检测此再生植

15、株中该 基因的 ，如果检测结果呈阳性，再在田间试验中检测植株 的 _是否得到提高。 （4）假如用得到的二倍体转基因耐旱植株自交，子代中耐旱 与不耐旱植株的数量比为31时，则可推测该耐旱基因整合到了 _(填“同源染色体的一条上”或“同源染色体的两条上”） 。 部分 全部 筛选 耐旱性 乙 表达产物 同源染色体的一条上 2.（广东东卷. 多选选）利用基因工程技术术生产羧产羧 酸酯酯酶（CarE ）制剂剂的流程如图图14所示，下列叙述正确的是（ ） A、过过程需使用逆转录转录 酶 B、过过程需使用解旋酶和PCR获获取目的基因 C、过过程使用的感受态细态细 胞可用NaCl溶液制备备 D、过过程可利用D

16、NA分子杂杂交鉴鉴定目的基因是否已导导入受体细细胞 AD （2014重庆庆卷）4.题题4图图是利用基因工程培育抗虫植物的示意 图图。以下相关叙述，正确的是 A的构建需要限制性核酸内切酶和DNA聚合酶参与 B侵染植物细细胞后，重组组Ti质质粒整合到的染色体上 C的染色体上若含抗虫基因，则则就表现现出抗虫性状 D只要表现现出抗虫性状就表明植株发发生了可遗传变遗传变 异 D （海南卷）31生物选修3：现代生物科技专题（15分） 下面是将某细菌的基因A导入大肠杆菌内，制备“工程菌”的示意图。 请请据图图回答： 获获得A有两条途径：一是以A的mRNA为为模板，在_ 酶的 催化下，合成互补补的单链单链 DNA，然后在_ 作用下合成双链链 DNA，