高中生物 精講優(yōu)練課型 專題1 基因工程 1.2 基因工程的基本操作程序同課異構(gòu)課件 新人教版選修3.ppt

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1.2 基因工程的基本操作程序,一、基因工程的四大操作步驟 _________的獲取 ↓ _____________的構(gòu)建 ↓ 將目的基因?qū)隷________ ↓ 目的基因的_____與鑒定,基因表達(dá)載體,受體細(xì)胞,檢測,目的基因,二、目的基因的獲取 1.目的基因： (1)主要是指___________的基因。 (2)一些具有_________的因子。,編碼蛋白質(zhì),調(diào)控作用,2.獲取方法： (1)從基因文庫中獲取。 ①基因組文庫：含有一種生物_____的基因。 ②部分基因文庫：含有一種生物的_______基因，如cDNA文庫。 (2)利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因。 ①含義：是一項在生物體外________________的核酸合成技術(shù)。 ②原理：____________。 ③條件：_____、DNA模板、______、四種脫氧核苷酸。,所有,一部分,復(fù)制特定DNA片段,DNA雙鏈復(fù)制,引物,Taq酶,④過程。 a.目的基因DNA受熱_____后解鏈為單鏈(90～95℃)。 b._____與單鏈相應(yīng)互補序列結(jié)合(55～60℃)。 c.在__________作用下進(jìn)行_____(70～75℃)。 d.重復(fù)循環(huán)多次。 ⑤結(jié)果：每次循環(huán)后目的基因的量增加一倍，即成_____形式 擴(kuò)增(約為2n)。 (3)人工合成法。 ①條件：基因比較小，___________已知。 ②方法：通過__________用化學(xué)方法直接人工合成。,變性,引物,DNA聚合酶,延伸,指數(shù),核苷酸序列,DNA合成儀,三、基因表達(dá)載體的構(gòu)建——核心 1.構(gòu)建基因表達(dá)載體的目的： (1)使目的基因在_________中穩(wěn)定存在，并且可以_____給 下一代。 (2)使目的基因能夠_____和_________。,受體細(xì)胞,遺傳,表達(dá),發(fā)揮作用,2.基因表達(dá)載體的組成： 3.基因表達(dá)載體的功能：通過基因表達(dá)載體將_________導(dǎo)入 受體細(xì)胞。,啟動子,終止子,標(biāo)記,目的基因,四、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 1.轉(zhuǎn)化含義：_________進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi)，并且在受體細(xì)胞內(nèi) _________和_____的過程。 2.轉(zhuǎn)化方法： (1)導(dǎo)入植物細(xì)胞。 ①最常用方法。 _____________：雙子葉植物或_____植物。 ②其他方法。 a.基因槍法：___________。 b.花粉管通道法。,目的基因,維持穩(wěn)定,表達(dá),農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法,裸子,單子葉植物,(2)導(dǎo)入動物細(xì)胞。 ①常用方法：_________技術(shù)。 ②常用受體細(xì)胞：_______。 (3)導(dǎo)入微生物細(xì)胞。 ①方法。 a.用____處理細(xì)胞，使細(xì)胞處于一種能吸收周圍環(huán)境中DNA分 子的生理狀態(tài)(這種細(xì)胞稱為___________)。 b.感受態(tài)細(xì)胞吸收____________________。 ②受體細(xì)胞：原核細(xì)胞(使用最廣泛的是大腸桿菌)。 ③原核生物的特點：繁殖快、多為單細(xì)胞、_________________ 等。,顯微注射,受精卵,Ca2+,感受態(tài)細(xì)胞,重組表達(dá)載體DNA分子,遺傳物質(zhì)相對較少,五、目的基因的檢測與鑒定 1.分子水平檢測： 檢測目標(biāo)與其采用的檢測方法(連線) 2.個體生物學(xué)水平鑒定：接種法、產(chǎn)物功能活性比較法。,,,,【微點撥】 1.為什么說并不是所有目的基因都可以從基因文庫中獲得？ 提示：自然界中不存在、需人工合成的目的基因，不能從基因文庫中獲得。 2.PCR技術(shù)中，為什么模板DNA中A與T堿基對比例越高，解鏈溫度相對越低？ 提示：DNA分子中A與T之間有2個氫鍵，G與C之間有3個氫鍵，所以模板DNA中A與T堿基對越多，形成的氫鍵相對越少，解鏈需要的溫度相對越低。,3.基因表達(dá)載體中標(biāo)記基因的作用是什么？ 提示：鑒別、篩選含有目的基因的受體細(xì)胞。 4.將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的步驟中，導(dǎo)入的是基因表達(dá)載體而不是單獨的目的基因，為什么？ 提示：單獨的目的基因不能在受體細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定存在和表達(dá)，也不能遺傳給下一代。 5.基因工程的四個步驟中，都涉及堿基互補配對嗎？為什么？ 提示：不是?！皩⒛康幕?qū)胧荏w細(xì)胞”不涉及，其他3個步驟都涉及堿基互補配對。,1.下列對目的基因獲取的理解，不正確的是( ) A.目的基因可以從自然界中分離，也可以人工合成 B.目的基因主要指編碼蛋白質(zhì)的基因 C.基因文庫就是基因組文庫 D.cDNA文庫只含有某種生物的一部分基因 【解析】選C。目的基因可以從自然界中已有的物種中分離出來，也可以人工合成。目的基因主要指編碼蛋白質(zhì)的基因。基因文庫分為基因組文庫和部分基因文庫，cDNA文庫是部分基因文庫。,2.在基因工程技術(shù)中，需要用到CaCl2處理的環(huán)節(jié)是( ) A.目的基因的提取和導(dǎo)入 B.目的基因與載體結(jié)合 C.將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 D.目的基因的檢測與表達(dá) 【解析】選C。將目的基因?qū)朐松锸荏w細(xì)胞時，首先用Ca2+處理細(xì)胞，使細(xì)胞處于一種能吸收周圍環(huán)境中DNA分子的生理狀態(tài)，然后在一定條件下促進(jìn)感受態(tài)細(xì)胞吸收DNA分子，完成轉(zhuǎn)化。,3.在基因工程的操作過程中，獲得重組質(zhì)粒不需要( ) ①DNA連接酶 ②同一種限制酶 ③RNA聚合酶 ④具有標(biāo)記基因的質(zhì)粒 ⑤目的基因 ⑥4種脫氧核苷酸 A.③⑥ B.②④ C.①⑤ D.①②④ 【解析】選A。在基因工程的操作過程中，需要用同一種限制酶切割目的基因與載體，并用DNA連接酶將兩者的黏性末端(或平末端)連接起來，所選擇的質(zhì)粒必須具有標(biāo)記基因，以便進(jìn)行目的基因的檢測。,4.下列有關(guān)基因表達(dá)載體的構(gòu)建的說法不正確的是( ) A.基因表達(dá)載體的構(gòu)建是實施基因工程的核心 B.構(gòu)建基因表達(dá)載體的目的是使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，可以遺傳給下一代，同時使其能夠表達(dá)和發(fā)揮作用 C.啟動子存在于基因的編碼區(qū)，是RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位，能驅(qū)動轉(zhuǎn)錄 D.標(biāo)記基因的作用是鑒定受體細(xì)胞中是否含有目的基因,【解析】選C?；虮磉_(dá)載體的構(gòu)建是實施基因工程的第二步，也是基因工程的核心；構(gòu)建基因表達(dá)載體的目的是使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳給下一代，同時，使目的基因能夠表達(dá)和發(fā)揮作用；啟動子存在于基因的非編碼區(qū)，是RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位，有了它才能驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄，最終翻譯出蛋白質(zhì)；載體上的標(biāo)記基因的作用是鑒定受體細(xì)胞中是否含有目的基因。所以只有C項是錯誤的。,5.檢測轉(zhuǎn)基因生物染色體DNA上是否插入了目的基因的常用方法是( ) A.DNA分子雜交技術(shù) B.熒光分子標(biāo)記技術(shù) C.放射性同位素標(biāo)記技術(shù) D.顯微注射技術(shù) 【解析】選A。檢測目的基因常采用DNA分子雜交技術(shù)，即在含有目的基因的DNA片段上用放射性同位素等進(jìn)行標(biāo)記，以此作為探針，并使探針與基因組DNA雜交，若顯示出雜交帶，則表明目的基因已插入染色體DNA中。,6.以下有關(guān)基因工程的敘述，正確的是( ) A.利用PCR技術(shù)可以大量擴(kuò)增目的基因 B.目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞最常用的方法是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法 C.用同一種限制酶分別切割載體和目的基因的目的是能夠產(chǎn)生不同的黏性末端 D.利用載體上標(biāo)記基因的相關(guān)特性就可檢測出目的基因已導(dǎo)入受體細(xì)胞并成功表達(dá),【解析】選A。PCR是一種體外迅速擴(kuò)增DNA片段的技術(shù)。農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法是將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞最常用的方法；用同一種限制酶分別切割載體和目的基因的目的是能夠產(chǎn)生相同的黏性末端，便于兩者連接；利用載體上標(biāo)記基因的相關(guān)特性就可檢測出目的基因已導(dǎo)入受體細(xì)胞，但不能確定目的基因是否得以表達(dá)。,一、獲取目的基因及基因表達(dá)載體的構(gòu)建 1.cDNA文庫與基因組文庫的主要區(qū)別：,2.獲取目的基因的方法比較： (1)過程比較。 ①基因組文庫： 供體生物 全部DNA DNA片段 受體菌群 目的基因 ②cDNA文庫： 供體生物 mRNA cDNA 受體菌群 目的基因 ③PCR技術(shù)： 目的基因 單鏈DNA 雙鏈DNA 大量目的基因,,,,,,,,,,,④人工合成： 蛋白質(zhì)的 氨基酸序列,目的 基因,DNA 核苷酸序列,mRNA 核苷酸序列,,,,(2)四種方法的比較：,3.基因表達(dá)載體的構(gòu)建： (1)組成,位置：基因的首端 功能：是RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位， 驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄出mRNA 位置：基因的尾端 功能：終止轉(zhuǎn)錄,目的基因 啟動子,終止子,標(biāo)記基因：鑒別受體細(xì)胞中是否含有目的基因,,,,(2)構(gòu)建方法：,【易錯提醒】 啟動子和終止子、起始密碼子與終止密碼子的區(qū)別 (1)啟動子和終止子都在DNA上，在遺傳信息轉(zhuǎn)錄時起作用。啟動子是啟動轉(zhuǎn)錄的開始，終止子是DNA分子上決定轉(zhuǎn)錄停止的一段DNA序列，其組成單位都是脫氧核苷酸。 (2)起始密碼子和終止密碼子都是mRNA上三個相鄰堿基。起始密碼子決定翻譯的開始，終止密碼子決定翻譯的停止。,1.(2012浙江高考)天然的玫瑰沒有藍(lán)色花，這是由于缺少控制藍(lán)色色素合成的基因B，而開藍(lán)色花的矮牽牛中存在序列已知的基因B。現(xiàn)用基因工程技術(shù)培育藍(lán)玫瑰，下列操作正確的是( ) A.提取矮牽牛藍(lán)色花的mRNA，經(jīng)反轉(zhuǎn)錄獲得互補的DNA，再擴(kuò)增基因B B.利用限制酶從開藍(lán)色花的矮牽牛的基因文庫中獲取基因B C.利用DNA聚合酶將基因B與質(zhì)粒連接后導(dǎo)入玫瑰細(xì)胞 D.將基因B直接導(dǎo)入大腸桿菌，然后感染并轉(zhuǎn)入玫瑰細(xì)胞,【解題關(guān)鍵】明確獲取目的基因的方法、基因工程的工具及基因工程操作的基本步驟。 【解析】選A。由題意知：控制藍(lán)色色素合成的基因B是目的基因，提取矮牽牛藍(lán)色花的mRNA，經(jīng)反轉(zhuǎn)錄獲得互補的DNA，再擴(kuò)增基因B，然后導(dǎo)入天然的玫瑰細(xì)胞中，經(jīng)培育該受體細(xì)胞即能獲得藍(lán)玫瑰，故選項A正確。限制酶用于切割目的基因而不是獲取目的基因；將目的基因B與質(zhì)粒連接需用DNA連接酶，而不是DNA聚合酶；基因B需與質(zhì)粒連接形成基因表達(dá)載體再導(dǎo)入農(nóng)桿菌，然后感染并轉(zhuǎn)入玫瑰細(xì)胞，而不能將基因B直接導(dǎo)入大腸桿菌。,2.(2014聊城高二檢測)下列關(guān)于基因表達(dá)載體的構(gòu)建描述錯誤的是( ) A.基因表達(dá)載體的構(gòu)建是基因工程的核心 B.基因表達(dá)載體的組成包括目的基因、啟動子、終止子、標(biāo)記基因等部分 C.目的基因主要是指編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因 D.構(gòu)建的基因表達(dá)載體都是相同的,【解題關(guān)鍵】解答本題需要明確以下兩點： (1)基因表達(dá)載體的組成； (2)構(gòu)建基因表達(dá)載體的目的、方法。 【解析】選D?；虮磉_(dá)載體的構(gòu)建是實施基因工程的第二步，也是基因工程的核心；一個基因表達(dá)載體的組成，除目的基因外，還必須具有啟動子、終止子、標(biāo)記基因等部分；目的基因主要是指編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因；由于受體細(xì)胞不同，基因表達(dá)載體也會有差別，不可能都是相同的。,【變式備選】下列屬于獲取目的基因的方法的是( ) ①利用mRNA反轉(zhuǎn)錄形成 ②從基因組文庫中提取 ③從受體細(xì)胞中提取 ④利用PCR技術(shù)合成 ⑤利用DNA轉(zhuǎn)錄形成 ⑥人工合成 A.①②③⑤ B.①②⑤⑥ C.①②③④ D.①②④⑥,【解析】選D。目的基因的獲取可以從基因文庫中提取，也可以用mRNA反轉(zhuǎn)錄形成DNA的一條鏈，然后合成DNA分子；對于一些已知一段核苷酸序列的目的基因，可用PCR技術(shù)擴(kuò)增合成；對于一些短小而無模板且已知核苷酸序列的目的基因可用人工合成法。受體細(xì)胞是目的基因表達(dá)的場所，不能從中提取目的基因；DNA轉(zhuǎn)錄出的是RNA，不能得到目的基因。,二、目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞及檢測與鑒定 1.目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的常用方法：,2.農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法分析：,(1)完成基因表達(dá)載體的構(gòu)建，需要限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶。 (2)重組的基因表達(dá)載體(重組質(zhì)粒)導(dǎo)入農(nóng)桿菌的常用方法是用Ca2+處理。 (3)目的基因能夠在受體細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定維持和表達(dá)的關(guān)鍵是目的基因插入受體細(xì)胞染色體DNA上。 (4)由受體細(xì)胞形成植株需要用到植物組織培養(yǎng)技術(shù)。,3.目的基因檢測與鑒定的方法比較：,【易錯提醒】 關(guān)于不同分子檢測的原理、場所、探針的異同 (1)原理：進(jìn)行轉(zhuǎn)錄水平的檢測原理與復(fù)制水平的檢測原理是相似的，只是被檢測的物質(zhì)不再是轉(zhuǎn)基因生物的基因組DNA，而是轉(zhuǎn)基因生物的細(xì)胞內(nèi)的mRNA；進(jìn)行翻譯水平的檢測，則是利用抗原與抗體特異性結(jié)合的原理。 (2)場所：不論是復(fù)制水平、轉(zhuǎn)錄水平還是翻譯水平的檢測，都是在體外進(jìn)行的。 (3)探針：在DNA分子、mRNA分子上檢測目的基因是否插入、目的基因是否轉(zhuǎn)錄時，用的探針都是放射性同位素等標(biāo)記的含有目的基因的DNA片段。,1.(2013新課標(biāo)全國卷Ⅰ改編)閱讀如下資料： 科學(xué)家將牛生長激素基因?qū)胄∈笫芫阎校玫搅梭w型巨大的“超級小鼠”；科學(xué)家采用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法培育出轉(zhuǎn)基因煙草。 回答下列問題： (1)將基因表達(dá)載體導(dǎo)入小鼠的受精卵中常用 法。 (2)構(gòu)建基因表達(dá)載體常用的工具酶是 和 。 (3)在培育有些轉(zhuǎn)基因植物時，常用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法，農(nóng)桿菌的作用是 。,【解題關(guān)鍵】解答本題需明確目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的常用方法： (1)動物基因工程：顯微注射法。 (2)植物基因工程：農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法。 【解析】(1)將基因表達(dá)載體導(dǎo)入動物受精卵常用的方法是顯微注射法。(2)構(gòu)建基因表達(dá)載體常用的工具酶是限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶。(3)在培育轉(zhuǎn)基因植物時常用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法，因為農(nóng)桿菌能在自然條件下感染雙子葉植物和裸子植物。,答案：(1)顯微注射 (2)限制性核酸內(nèi)切酶 DNA連接酶 (3)農(nóng)桿菌可感染植物，將目的基因轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞中,2.(2011海南高考改編)回答有關(guān)基因工程的問題： (1)構(gòu)建基因工程表達(dá)載體時，用不同類型的限制酶切割DNA后，可能產(chǎn)生黏性末端，也可能產(chǎn)生 末端。若要在限制酶切割目的基因和質(zhì)粒后使其直接進(jìn)行連接，則應(yīng)選擇能使二者產(chǎn)生 (相同、不同)黏性末端的限制酶。,(2)利用大腸桿菌生產(chǎn)人胰島素時，構(gòu)建的表達(dá)載體含有人胰島素基因及其啟動子等，其中啟動子的作用是 。在用表達(dá)載體轉(zhuǎn)化大腸桿菌時，常用 處理大腸桿菌，以利于表達(dá)載體進(jìn)入；為了檢測胰島素基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA，可用標(biāo)記的胰島素基因片段作探針與mRNA雜交，該雜交技術(shù)稱為 。為了檢測胰島素基因轉(zhuǎn)錄的mRNA是否翻譯成 ，常用抗原—抗體雜交技術(shù)。,【解題關(guān)鍵】本題考查基因工程的基本工具和操作過程，解答本題時應(yīng)明確以下兩點： (1)明確基因工程的基本工具中限制酶和DNA連接酶的作用特點，理解載體的結(jié)構(gòu)組成和各組分的作用。 (2)理解基因工程的操作過程，將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞后還需要進(jìn)一步檢測和鑒定目的基因是否成功表達(dá)。,【解析】(1)限制酶切割產(chǎn)生兩種末端：黏性末端和平末端。若用DNA連接酶連接兩個末端，兩個末端必須是相同的。 (2)基因工程檢測的方法：檢測目的基因是否導(dǎo)入，使用DNA分子雜交技術(shù)；檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄，使用分子雜交技術(shù)；檢測是否形成蛋白質(zhì)，使用抗原—抗體雜交技術(shù)。 答案：(1)平 相同 (2)RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位 Ca2+ 分子雜交技術(shù) 蛋白質(zhì),【互動探究】題1怎樣檢測牛生長激素基因是否導(dǎo)入小鼠受精卵中？ 提示：(1)制備含有牛生長激素基因的分子探針。 (2)提取小鼠的基因組DNA。 (3)使分子探針與基因組DNA雜交。 (4)若出現(xiàn)雜交帶，說明已導(dǎo)入；否則，未導(dǎo)入。,【方法規(guī)律】解答基因工程基本操作程序題目的一般步驟——三辨、三找、一析、一理 (1)三辨：分辨限制酶的種類及識別序列和切割位點。在切割目的基因和載體時，一般用同一種限制酶切割，也可用不同的限制酶切割，但兩種限制酶切割后產(chǎn)生的黏性末端中堿基要互補配對。 (2)三找：找出標(biāo)記基因、目的基因及其插入位點。一般來說，質(zhì)粒中至少有一個標(biāo)記基因，如抗生素抗性基因。明確目的基因的插入位點是在標(biāo)記基因內(nèi)部還是在標(biāo)記基因之外。,(3)一析：分析目的基因插入質(zhì)粒后是否破壞了標(biāo)記基因。如果質(zhì)粒中有一個標(biāo)記基因，插入后一般不破壞標(biāo)記基因；如果質(zhì)粒中有兩個標(biāo)記基因，則需看標(biāo)記基因中是否有插入位點，如果某一標(biāo)記基因中有插入位點，則目的基因插入質(zhì)粒后該標(biāo)記基因被破壞。 (4)一理：理清判斷目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞的方法。 一般用含有某種抗生素的培養(yǎng)基培養(yǎng)受體菌，如果有兩種抗生素抗性基因，還需判斷用哪一種抗生素來檢測。,