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1、第一章 基因工程,第2课时基因工程的实施过程,学习目标,1.简述基因工程的原理。 2.简述获取目的基因的方法。 3.简述构建基因表达载体的过程。 4.简述将目的基因导入受体细胞的过程。 5.简述目的基因的检测与鉴定。,基础知识导学,重点难点探究,随堂达标检测,栏目索引,基础知识导学,答案,一、基因工程的基本技术操作 基因工程涉及哪些技术操作？ 答案主要包括：获取目的基因、构建基因表达载体、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测和鉴定等步骤。 二、获取目的基因 阅读教材内容，回答相关问题： 1.什么是目的基因？ 答案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。,2.获取目的基因的常
2、用方法有哪些？ 答案(1)从基因文库中获取； (2)利用PCR技术扩增目的基因； (3)化学方法直接人工合成等。 3.什么是基因文库？如何构建基因文库？ 答案先用酶切等方法将某种生物细胞的整个基因组DNA切割成大小合适的片段，再分别与载体连接起来，导入受体菌的群体并储存起来，这样每个受体菌可能分别含有该种生物的不同基因，这个群体被称为基因文库。,答案,4.基因文库包括 和 两种，二者有何不同？ 答案基因组文库包含了某种生物全部的基因，部分基因文库只包含了某种生物的部分基因。 5.如何从基因文库中获取某种目的基因呢？ 答案只要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
3、mRNA、基因的表达产物蛋白质等信息，就可以直接从基因文库中获取目的基因。 6.什么是PCR技术？其原理是什么？ 答案PCR是多聚酶链式反应的缩写。这项技术是在体外通过酶促反应有选择地大量扩增目的基因或DNA序列的技术。原理是DNA分子半保留复制。,答案,基因组文库,部分基因文库,答案,7.分析下面DNA的复制过程示意图，并填空。,DNA复制是一个边解旋边复制的过程，以解开的每一段母链为 ，在 等酶的作用下，利用细胞内游离的 为原料，按照碱基互补配对原则，各自合成与母链互补的一段子链，复制结束后，一个DNA分子就形成了两个完全相同的DNA分子。,模板,DNA聚合酶,四种脱氧核苷酸,8.结合上述
4、过程，总结利用PCR技术进行DNA复制需要哪些条件？ 答案引物、模板DNA、四种脱氧核苷酸和热稳定DNA聚合酶(TaqDNA聚合酶)，及严格控制的温度条件等。,答案,9.分析右图PCR技术示意图，并填空。,(1)变性：加热至94 ，使DNA中的 键断裂， 双链解开。 (2)退火(复性)：冷却至55 ， 与单链相应 互补序列结合。 (3)延伸：加热至72 ，在 酶的作用 下，沿模板延伸子链，最终合成2条DNA分子。,答案,氢,引物,DNA聚合,10.若PCR过程中，扩增循环的次数是n，则目的基因的量将被扩增 倍。 11.对于比较小的 ，在弄清 后，通过DNA合成仪直接人工合成。,答案,2n,目的
5、基因,脱氧核苷酸序列,三、构建基因表达载体 阅读教材，回答相关问题： 1.基因工程的核心是什么？ 答案基因工程的核心是构建基因表达载体。 2.由基因表达载体模式图可以看出，基因表达载体除含有目的基因外，还必须有 、 、 、复制原点等。目的基因插在 和 之间。,答案,基因表达载体模式图,启动子,终止子,标记基因,启动子,终止子,3.请尝试分析各结构的作用。 答案(1)启动子：位于目的基因上游的一段核苷酸序列，是RNA聚合酶识别、结合的部位。它驱动基因的转录活动，并引发相应的mRNA合成。 (2)终止子是一段特殊的DNA片段，是载体上终止目的基因转录的核苷酸序列。 (3)标记基因的作用是为了鉴别受
6、体细胞中是否含有目的基因，以便筛选出含有目的基因的细胞。常用的标记基因主要是抗性基因、某些生化表型基因。,答案,4.对切割质粒和目的基因的酶有何要求？ 答案用同一种限制酶切割含目的基因的DNA分子和质粒，这样形成的黏性末端相同。 5.终止子与终止密码子有何不同？ 答案终止子是DNA分子上决定转录停止的一段特殊结构的DNA片段；,答案,终止密码子是指mRNA分子上决定翻译停止的三个相邻碱基。,四、导入目的基因 1.阅读教材，比较各类目的基因导入受体细胞的方法，并填写下表。,答案,农杆菌转化,显微注射,Ca2处理,体细胞,受精卵,原核细胞,T-DNA,DNA,显微注射,感受,态,DNA分子,2.农
7、杆菌转化法主要适用于哪些生物？ 答案主要适用于双子叶植物和裸子植物。 五、检测和鉴定目的基因 阅读教材相关内容，回答问题。 1.基因的功能是什么？ 答案基因通过复制把遗传信息传递给下一代，并通过转录和翻译，控制蛋白质的合成，从而控制生物的个体性状表现。,答案,2.目的基因在受体细胞内能够维持稳定和表达其遗传特性，需要逐步进行检测。分析下面示意图，回答问题。,答案,(1)上图采用 法，目的是 要检测什么？ 答案检测转基因生物的染色体DNA 上是否插入了目的基因。 (2)什么是基因探针？ 答案一段用放射性同位素标记，且与目的基因或特定的靶分子序列互补的核酸序列。如果出现杂交带，就表明目的基因已插入
8、染色体DNA中或已经转录出了mRNA。,DNA分子杂交,(3)如果要检测目的基因是否转录出了 mRNA分子，还应该从 水平检测 重组体，此时与基因探针杂交的是什 么物质？ 答案从待测转基因生物细胞中提取 的mRNA分子。,答案,(4)检测目的基因是否翻译成蛋白质：采用 法。具体做法又如何？ 答案从转基因生物中提取蛋白质， 用相应的抗体进行抗原抗体杂交，若有杂交带出现，表明目的基因已形成蛋白质产品。,RNA,抗原抗体杂交,3.细胞中合成相应蛋白质，生物体却不一定呈现特定的性状。,答案,观察图示，判断抗虫棉的接种实验属于 鉴定，通过做抗虫(或抗病)的接种实验，以确定是否具有抗性及抗性的程度。,个体
9、水平,返回,重点难点探究,一、利用PCR技术扩增目的基因 样品DNA经PCR技术扩增，可以获取大量DNA分子克隆。在试管中进行DNA的人工复制(如图)。可以在很短的时间内，将DNA扩增几百万倍甚至几十亿倍，使实验室所需的遗传物质不再受限于活动的生物体。据图回答下列问题：,(1)PCR技术的原理是_， 图中A过程表示_。 (2)某样品DNA中共含3 000个碱基对，碱 基数量满足：(AT)(GC)1/2，现欲 得到100个与样品相同的DNA，至少需要向试管中加入_个腺嘌呤脱氧核苷酸。 (3)A过程也称为DNA的变性，此过程在温度高达9095 时才能完成，说明DNA分子具有_性。利用PCR技术获取
10、目的基因的前提是_。,DNA分子半保留复制,DNA解旋,99 000,稳定,要有一段已知的目的基因核苷酸序列,解析答案,(4)由图中信息分析可知，催化C过程的酶 是_， 它与正常细胞里的酶的区别是_。,解析PCR技术是利用DNA双链半保留复制的原理，将基因的核苷酸序列不断地加以复制，使其数量呈指数形式增加。其前提是要有一段已知的目的基因核苷酸序列，以便根据这一序列合成引物。扩增的过程是目的基因DNA受热变性后解链为单链，引物与单链相应互补序列结合，然后在耐高温的DNA聚合酶的作用下进行延伸，如此重复循环结合，使目的基因呈指数形式扩增。,热稳定DNA聚合酶(或TaqDNA聚合酶),能耐高温,二、
11、农杆菌转化法的应用 为扩大可耕地面积，增加粮食产量，沿海滩涂盐碱地的开发利用备受关注。我国科学家应用耐盐碱基因培育出了耐盐碱水稻新品系。请据图回答下列问题：,(1)获取真核生物的基因通常采用人工合成法，通过图示中方法合成的耐盐碱基因中是不含_的，如果要将耐盐碱基因和质粒重组，应该在基因两侧的A和B位置除了接上以上两个结构外还需分别加入_限制酶识别序列，这样设计的优点有利于质粒和目的基因定向连接。,启动子和终止子,EcoR、Sma,答案,答案,(2)在步骤过程中都需用_处理两类细菌。 (3)图示中构建基因表达载体完成后为什么没有直接导入农杆菌，而是先将其导入大肠杆菌？ _ _。,Ca2,目的是获
12、取大量重组质粒(让目的基因扩增)。常采用大肠杆菌等原核生物 作为受体细胞，因为原核生物繁殖快，多为单细胞，遗传物质相对较少，有利于目的基因的复制与表达,答案,(4)一般情况下农杆菌不能感染的植物是_植物。利用农杆菌自然条件下感染植物的特点，能实现_。具体原理是在农杆菌的Ti质粒上存在TDNA片段，它具有可转移至受体细胞并整合到受体细胞_上的特点，因此只要将携带外源基因的DNA片段插入到_(部位)即可。,单子叶,将目的基因导入植物细胞,TDNA片段(内部),染色体的DNA,答案,(5)根据TDNA这一转移特点，推测该 DNA片段上可能含有控制_ _ (酶)合成的基因。 (6)结合农杆菌转化过程，
13、分析该过程 中进行了哪些拼接和导入？ _ _ _ _ _。,DNA连接酶、,农杆菌转化法中有两次拼接和两次导入。第一次拼接是将目的基因拼接到Ti质粒上TDNA的中间部位，第二次拼接非人工操作，指被插入目的基因的TDNA拼接到受体细胞的染色体DNA上；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TDNA进入受体细胞,限制酶,答案,(7)结合目的基因导入细菌和植物的过程，分析目的基因在受体细胞内的存在形式一般有哪几种？,答案 目的基因在受体细胞内的存在形式一般有以下两种：,三、检测和鉴定目的基因 1.基因探针： 以DNA分子中目的基因的 为探针，用放射性
14、同位素或荧光分子等进行标记，根据 原则，与被检测DNA分子进行 ，看是否形成杂交带。 2. ：用标记的基因探针与转基因生物基因组中的DNA进行碱基互补配对。 3. ：用标记的基因探针与转基因生物细胞中提取的mRNA进行碱基互补配对。 4. ：利用目的基因合成的蛋白质导入动物体内，制备单一抗体，与转基因生物细胞中提取的蛋白质能进行特异性地识别并结合。,答案,返回,一条单链,碱基互补配对,碱基互补配对,DNA分子杂交法,分子杂交技术,抗原抗体杂交法,1.下列关于基因文库的说法，错误的是() A.可分为基因组文库和部分基因文库 B.可以从基因文库中获取基因工程所需的目的基因 C.基因组文库的基因在不同物种之间均可进行基因交流 D.同种
