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1、第1讲 基因工程,-2-,自主梳理,核心突破,考向感悟,基因工程的概念及基本工具,DNA重组技术,基因重组,-3-,自主梳理,核心突破,考向感悟,2.基因工程的基本工具 (1)限制性核酸内切酶(限制酶) 来源:主要从原核细胞中分离。 作用:能够识别DNA分子的某种特定核苷酸序列,并使特定部位的两个核苷酸之间的 断开。 作用特点:专一性,即限制酶可识别 ,切割特定位点。,磷酸二酯键,特定的脱氧核苷酸序列,黏性末端,(2)DNA连接酶 功能:通过催化形成 将具有黏性末端或平末端的DNA分子片段连接起来。 不同连接酶的比较(连一连),-4-,自主梳理,核心突破,考向感悟,(3)载体 常用载体 。 其
2、他载体:噬菌体衍生物、动植物病毒等。,磷酸二酯键,质粒,-5-,自主梳理,核心突破,考向感悟,(1)基因工程可以定向改造生物的遗传性状。 ( ) (2)一种限制酶能识别双链DNA分子的多种特定的核苷酸序列。( ) (3)EcoliDNA连接酶既能“缝合”黏性末端,也能“缝合”平末端。( ),提示:一般来说,一种限制酶只能识别双链DNA分子中一种特定的核苷酸序列。,提示:Ecoli DNA连接酶只能“缝合”黏性末端。,-6-,自主梳理,核心突破,考向感悟,1.基因工程的基本原理和理论基础,-7-,自主梳理,核心突破,考向感悟,2.基因工程的工具酶 (1)几种酶的比较,-8-,自主梳理,核心突破,
3、考向感悟,(2)限制酶与DNA连接酶的关系,-9-,自主梳理,核心突破,考向感悟,3.载体 (1)作用 作为运载工具,将目的基因转移到宿主细胞内。 利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。 (2)作为载体的条件,-10-,自主梳理,核心突破,考向感悟,错混辨析(1)限制酶是一类酶,而不是一种酶,不同限制酶识别、切割的DNA序列不同。 (2)在切割目的基因和载体时要求用同一种限制酶,目的是产生相同的黏性末端。 (3)限制酶切割位点应位于标记基因之外,不能破坏标记基因,以便进行检测。 (4)基因工程中有3种工具,但工具酶只有2种。 (5)标记基因的作用是筛选、检测目的基因是否导入受体细胞,常见的
4、有抗生素抗性基因、发光基因(表达产物为带颜色的物质)等。,考向 基因工程的概念和基本工具 1.(2016全国理综)某一质粒载体如下图所示,外源DNA插入到Ampr或Tetr中会导致相应的基因失活(Ampr表示氨苄青霉素抗性基因,Tetr表示四环素抗性基因)。有人将此质粒载体用BamH酶切后,与用BamH酶切获得的目的基因混合,加入DNA连接酶进行连接反应,用得到的混合物直接转化大肠杆菌。结果大肠杆菌有的未被转化,有的被转化。被转化的大肠杆菌有三种,分别是含有环状目的基因、含有质粒载体、含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌。回答下列问题。,-11-,自主梳理,核心突破,考向感悟,-12-,自主
5、梳理,核心突破,考向感悟,(1)质粒载体作为基因工程的工具,应具备的基本条件有 (答出两点即可),而作为基因表达载体,除满足上述基本条件外,还需具有启动子和终止子。 (2)如果用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选,在上述四种大肠杆菌细胞中,未被转化的和仅含环状目的基因的细胞是不能区分的,其原因是 ; 并且 和 的细胞也是不能区分的,其原因是 。在上述筛选的基础上,若要筛选含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌单菌落,还需使用含有 的固体培养基。 (3)基因工程中,某些噬菌体经改造后可以作为载体,其DNA复制所需的原料来自于 。,-13-,自主梳理,核心突破,考向感悟,答案:(1)能自我复制、具有标
6、记基因 (2)二者均不含有氨苄青霉素抗性基因,在该培养基上均不生长 含有质粒载体 含有插入了目的基因的重组质粒(或含有重组质粒) 二者均含有氨苄青霉素抗性基因,在该培养基上均能生长 四环素 (3)受体细胞 解析:(1)基因工程中的载体应具备如下条件:必须有一个或多个限制酶切点;具有自我复制能力;具有标记基因;对宿主细胞无害。(2)未转化的和仅含环状目的基因的细胞不能在含有氨苄青霉素的培养基上生长,故不能区分;而含有质粒载体和重组质粒的细胞在含有氨苄青霉素的培养基上都能生长,也不能区分。因目的基因插入位点在抗四环素基因上,抗四环素基因被破坏,丧失了原有的功能,故含有重组质粒的大肠杆菌不抗四环素。
7、将获得的单个菌落各挑取少许分别接种到含有四环素的培养基上,不能生长的即为所筛选的菌落,即含有重组质粒的大肠杆菌。(3)噬菌体是营寄生生活的,利用受体细胞内的原料进行自身DNA的复制和蛋白质的合成。,-14-,自主梳理,核心突破,考向感悟,2.回答下列有关基因工程问题。 图1表示含有目的基因D的DNA片段长度(bp即碱基对)和部分碱基序列,图2表示一种质粒的结构和部分碱基序列。现有Msp、BamH、Mbo、Sma 4种限制性核酸内切酶,它们识别的碱基序列和酶切位点分别为CCGG、GGATCC、GATC、CCCGGG。,-15-,自主梳理,核心突破,考向感悟,(1)若用限制酶Sma完全切割图1中D
8、NA片段,其产物长度分别为 。若图1中虚线方框内的碱基对被TA碱基对替换,那么基因D就突变为基因d。从隐性纯合子中分离出图1及其对应的DNA片段,用限制酶Sma完全切割,产物中共有 种不同长度的DNA片段。 (2)为了提高试验成功率,需要通过PCR技术扩增目的基因,以获得目的基因的大量拷贝。该方法也是检测 多样性的最简单方法。 (3)若将图2中质粒和目的基因D通过同种限制酶处理后进行连接,形成重组质粒,那么应选用的限制酶是 。,答案:(1)537 bp、790 bp、661 bp 2 (2)遗传(基因) (3)BamH,-16-,自主梳理,核心突破,考向感悟,解析:(1)限制酶Sma的酶切位点
9、是CCCGGG,完全切割图1中DNA片段,产生的末端是平末端,在图1中有两个限制酶Sma的酶切位点,DNA将切割成三个片段,结合图解,三个片段的长度分别是537 bp、790 bp、661 bp。从隐性纯合子体细胞内分离出图1及其对应的DNA片段,d基因片段只有1个限制酶Sma酶切位点,完全切割后出现两个不同长度DNA片段,分别是1 327 bp、661 bp。(2)根据生物多样性的三个层次,在分子水平上检测的应该是基因的多样性,也叫遗传的多样性。(3)构建重组质粒时,目的基因D不能用限制酶Msp和Sma,这两种限制酶切割的位点在目的基因的中间,如果用其切割,目的基因D会被破坏;也不能用限制酶
10、Mbo,它在目的基因上有两个酶切位点,如果用其切割,质粒上的标记基因会被破坏,就没有办法进行重组质粒的检测,故应选用限制酶BamH。,-17-,自主梳理,核心突破,考向感悟,基因工程的基本操作程序与应用 1.获取目的基因 (1)目的基因:主要指编码 的基因。 (2)获取方法:通过 中获取目的基因,通过 扩增目的基因,通过化学方法直接人工合成。 2.构建基因表达载体 (1)目的:不仅使目的基因进入受体细胞并有效 ,而且要能稳定存在且遗传给后代。 (2)基因表达载体的组成: 、 、终止子和 等。,蛋白质,基因文库,PCR技术,表达,目的基因 启动子,标记基因,-18-,自主梳理,核心突破,考向感悟
11、,3.导入目的基因(连一连),-19-,自主梳理,核心突破,考向感悟,4.检测和鉴定目的基因 (1)检测:分子水平 检测是否导入目的基因:DNA分子杂交技术( 与转基因生物 DNA杂交)。 检测是否转录:分子杂交技术(DNA 探针与转基因生物 )杂交。 检测是否翻译: 杂交。 (2)鉴定(个体水平):生物性状的表达与否目的基因是否表达。,DNA探针,mRNA,抗原抗体,-20-,自主梳理,核心突破,考向感悟,5.基因工程的应用 (1)植物基因工程:培育抗病转基因植物、抗虫转基因植物和抗逆转基因植物,利用转基因改良植物的品质。 (2)动物基因工程:改善畜产品品质,提高动物生长速度,生产药物,用转
12、基因动物作 的供体。 (3)基因治疗:指利用正常基因 或 缺陷基因的治疗方法。,器官移植,置换 弥补,-21-,自主梳理,核心突破,考向感悟,(1)基因表达载体由目的基因、启动子、终止子、标记基因等组成。( ) (2)构建基因表达载体的主要目的是方便将目的基因导入受体细胞。( ) (3)可利用分子杂交技术检测目的基因是否转录出mRNA。( ) (4)可利用抗原抗体杂交法检测目的基因是否成功翻译。( ) (5)可利用显微注射法将目的基因导入植物细胞中。 ( ),提示:构建基因表达载体的主要目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在,并可以遗传给下一代,使目的基因能够表达和发挥作用。,提示:将目的基因导
13、入植物细胞的方法有农杆菌转化法、花粉管通道法、基因枪法。,-22-,自主梳理,核心突破,考向感悟,1.目的基因的获取 (1)从基因文库中获取:基因文库包括基因组文库或cDNA文库等。 (2)人工合成目的基因的常用方法 化学合成法:已知核苷酸序列的较小基因,直接利用DNA合成仪用化学方法合成,不需要模板。 反转录法:以RNA为模板,在逆转录酶作用下人工合成。,-23-,自主梳理,核心突破,考向感悟,(3)通过PCR技术扩增目的基因 目的:通过指数式扩增获取大量目的基因。 PCR技术与DNA复制的比较,-24-,自主梳理,核心突破,考向感悟,2.基因表达载体的构建 (1)基因表达载体的构建过程,-
14、25-,自主梳理,核心突破,考向感悟,(2)基因表达载体的组成 启动子、终止子:是基因转录的起点和终点,在转录过程中起调控作用。 标记基因:作用是为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因,从而将含有目的基因的细胞筛选出来,如抗生素抗性基因。 目的基因:能控制特定性状的外源基因。,-26-,自主梳理,核心突破,考向感悟,3.将目的基因导入受体细胞 受体细胞种类不同,导入方法不同,如下表。,-27-,自主梳理,核心突破,考向感悟,4.目的基因的检测与鉴定,-28-,自主梳理,核心突破,考向感悟,5.基因治疗与基因诊断的不同点,-29-,自主梳理,核心突破,考向感悟,错混辨析(1)目的基因的插入位点不是随
15、意的:基因表达需要启动子与终止子的调控,所以目的基因应插入启动子与终止子之间的部位。但基因表达载体中,启动子(DNA片段)不同于起始密码子(RNA),终止子(DNA片段)不同于终止密码子(RNA)。 (2)基因工程操作过程中只有第三步(将目的基因导入受体细胞)没有碱基互补配对现象。 (3)一般情况下,用同一种限制酶切割质粒和含有目的基因的片段,但有时可用两种限制酶分别切割质粒和目的基因,这样可避免质粒和质粒之间、目的基因和目的基因之间的连接。,-30-,自主梳理,核心突破,考向感悟,考向 基因工程的基本操作程序与应用 1.(2017全国理综)真核生物基因中通常有内含子,而原核生物基因中没有,原
16、核生物没有真核生物所具有的切除内含子对应的RNA序列的机制。已知在人体中基因A(有内含子)可以表达出某种特定蛋白(简称蛋白A)。回答下列问题。 (1)某同学从人的基因组文库中获得了基因A,以大肠杆菌作为受体细胞却未得到蛋白A,其原因是 。 (2)若用家蚕作为表达基因A的受体,在噬菌体和昆虫病毒两种载体中,不选用 作为载体,其原因是 。 (3)若要高效地获得蛋白A,可选用大肠杆菌作为受体。因为与家蚕相比,大肠杆菌具有 (答出两点即可)等优点。,-31-,自主梳理,核心突破,考向感悟,(4)若要检测基因A是否翻译出蛋白A,可用的检测物质是 (填“蛋白A的基因”或“蛋白A的抗体”)。 (5)艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验为证明DNA是遗传物质做出了重要贡献,也可以说是基
