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高中生物 6.3《基因工程与转基因生物》课件(1) 沪科版第二册


普通高中生物新课程标准要求
1.基因工程的概念 2.重组技术所需三种基因工具的作用 3.基因工程基本操作程序的四个步骤



基因工程的概念

什么叫基因工程?

基因工程又叫基因拼接技术或DNA重 组技术。该技术是在生物体外,通过对 DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”, 对生物的基

因进行改造和重新组合,然后 导入受体细胞内进行无性繁殖,使重组基 因在受体细胞内表达,产生出人类所需要 的基因产物。

一 基因工程的概念
? 基因工程生产胰岛素简要过程:
人的细胞
提取

胰岛素基 因

与运载体DNA拼接 导入

细菌(含胰岛素基因) 生产胰岛素

? 上述生产胰岛素的关键步骤是什么?

一 基因工程的概念
基因工程生产胰岛素的关键步骤: 关键步骤一: 胰岛素基因的获取 关键步骤二:胰岛素基因与运载体DNA连接 关键步骤三:胰岛素基因导入受体(大肠杆菌) 细胞

(二)基因操作的工具
? 解决胰岛素生产的关键步骤需要哪些工具? 关键步骤一的工具: 分子手术刀——限制性内切酶 关键步骤二的工具: 分子缝合针——DNA连接酶 关键步骤三的工具: 分子运输车——运载体

重难点剖析

基因工程的“专用工具”
黏性末端

1、限制性核酸内切酶

EcoRI

黏性末端

来源:主要从原核细胞分离 作用: 限制酶是在生物体(主要是微生物)内的一种酶,一种限制性内
切酶只能识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列,并且 使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开 (切割DNA分子)

作用结果:平未端及粘性未端

? 什么叫黏性末端?

被限制酶切开的DNA两条单链的切口, 带有几个伸出的核苷酸,他们之间正好互 补配对,这样的切口叫黏性末端。

? 要想获得某个特定性状的基因必须要用限制 酶切几个切口?可产生几个黏性末端? 要切两个切口,产生四个黏性末端。 ? 如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶 来切割,会怎样呢? 会产生相同的黏性末端,然后让两者的 黏性末端黏合起来,就似乎可以合成重组的 DNA分子了。

G AA T T C

G AA T T C C T T AA G

C T T AA G

G

AA T

同种限制酶 切割 T C G
G

AA T T C G

C T T AA

C T T AA

基因的针线: DNA连接酶
GA A T T C
C T T A AG

? 基因的针线——DNA连接酶

DNA连接酶可把黏性末端之间的缝 隙“缝合”起来,即把梯子两边扶手的 断口连接起来(形成磷酸二酯键),这样一 个重组的DNA分子就形成了。

? 外源基因(胰岛素基因)怎样才能导入受体细 胞(大肠杆菌)? 导入过程需要运输工具——运载体。

? 运载体的作用有哪些?
作用一:作为运载工具,将外源基因(胰岛素 基因)转移到受体细胞(大肠杆菌)中去。 作用二:利用运载体在受体细胞(大肠杆菌) 内,对外源基因(胰岛素基因)进行大量复制。

? 作为运载体必须具备哪些条件? 1)能够在宿主细胞中复制并稳定地保存。 2)具多个限制酶切点,以便与外源基因连接。

3)具有某些标记基因,便于进行筛选。 如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应 的基因等。

常用的运载体主要有两类:
1)细菌细胞质的质粒

2)噬菌体或某些动植物病毒

? 大肠杆菌的质粒:

最常用的质粒是 大肠杆菌的质粒,其 中常含有抗药基因, 如抗四环素的标记基 因。质粒的存在与否 对宿主细胞生存没有 决定性作用,但复制 只能在宿主细胞内完 成。

(三)基因操作的基本步骤
? 四个基本步骤:

1)提取目的基因
2)目的基因与运载体结合

3)将目的基因导入受体细胞
4)目的基因的检测和表达

? 步骤一:目的基因的提取
? 目的基因 目的基因是人们所需要转移或改造的 基因。 如苏云金芽孢杆菌的抗虫基因,还有 植物的抗病(抗病毒、抗细菌)基因、种 子贮藏蛋白的基因,以及人的胰岛素基因、 干扰素基因等。

? 目的基因的提取方法

直接分离基因 :鸟枪法
人工合成基因

反转录法
根据已知的氨基酸序列 合成DNA

在获取真核细胞中的目的基因时,一般 用人工合成基因的方法.

? 哪些新技术能大大简化基因工程的操作技术?

1)DNA序列自动测序仪: 对提取出来的 基因进行核苷酸 序列分析。
2)PCR技术: 使目的基因的片段 在短时间内成百万倍 地扩增。

? 步骤二:目的基因与运载体重组
1)用一定的限制酶切割质粒,使其出现 一个切口,露出黏性末端。 2)用同一种限制酶切断目的基因,使其 产生相同的黏性末端。 3)将切下的目的基因片段插入质粒的切 口处,再加入适量DNA连接酶,形成了一 个重组DNA分子(重组质粒)
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。

目 的 基 因 与 运 载 体 结 合
用与提取目的基因相同的限制酶切割质粒使之出 现一个切口,将目的基因插入切口处,让目的基 因的黏性末端与切口上的黏性末端互补配对后, 在连接酶的作用下连接形成重组DNA分子。

? 步骤三:目的基因导入受体细胞
? 常用的受体细胞: 有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、 酵母菌和动植物细胞等。

? 将目的基因导入受体细胞的原理
借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。

第三步:将目的基因导入受体细胞

常用的受体细胞: 菌类和动植物细胞 导入 可以分泌人胰岛素 的细菌 扩增

导入过程:运载体为质粒,受体细胞为细菌 受体细胞:细菌 氯化钙 细胞壁的通透性增大 重组质粒进入受体细胞 目的基因随受体细胞的繁殖而复制

大量的目的基因

? 步骤四:目的基因的检测和表达
检测:通过检测标记基因的有无,来判断 目的基因是否导入 青霉素抗性基因 四环素 抗性基因

检测方法:将受体细胞放在含有青霉素或 四环素的培养皿中培养,若存活,则导入成功; 若死亡,则重组质粒没有导入受体细胞.

? 受体细胞摄入DNA分子后就说明目的基因 完成了表达吗?
不能,受体细胞必须表现出特定的性状, 才能说明目的基因完成了表达。

表达:通过特定性状的产生与否来确定目的基 因是否表达

怎样检验抗虫基因在棉细胞内是否表达呢?
虫没有死 没有表达 没有抗虫基因 的棉植株 有抗虫基因的 棉植株

棉铃虫
目的基 因表达

虫被杀死

若不能表达, 要对抗虫基因 再进行修饰。

练习
1)以下说法正确的是 (C)
A、所有的限制酶只能识别一种特定的核苷 酸序列 B、质粒是基因工程中唯一的运载体 C、运载体必须具备的条件之一是:具有多 个限制酶切点,以便与外源基因连接 D、基因控制的性状都能在后代表现出来

练习
2)不属于质粒被选为基因运载体的理由是
A、能复制 B、有多个限制酶切点 C、具有标记基因 ( D)

D、它是环状DNA

练习
3)有关基因工程的叙述中,错误的是( A )
A、DNA连接酶将黏性末端的碱基对连接起 来 B、 限制性内切酶用于目的基因的获得 C、目的基因须由运载体导入受体细胞 D、 人工合成目的基因不用限制性内切酶

练习
4)有关基因工程的叙述正确的是 ( D )
A、限制酶只在获得目的基因时才用

B、重组质粒的形成在细胞内完成
C、质粒都可作为运载体

D、蛋白质的结构可为合成目的基因提供资料

练习
5)基因工程是在DNA分子水平上进行设计 施工的。在基因操作的基本步骤中,不进行 碱基互补配对的步骤是 (C) A、人工合成目的基因
B、目的基因与运载体结合

C、将目的基因导入受体细胞
D、目的基因的检测和表达

(2008理综山东卷)35.(8分)【生物—现代生物科技专题】 为扩大耕地面积,增加粮食产量,黄河三角洲等盐碱地的开发利 用备受关注。我国科学家应用耐盐基因培育出了耐盐水稻新品系。 (1)获得耐盐基因后,构建重组DNA分子所用的限制性内切酶 作用于图中 a 处,DNA连接酶作用于 a 处。(填“a”或 “b”) (2)将重组DNA分子导入水稻受体细胞的常用方法有农杆菌转化 法和 基因枪法(花粉管通道法) 法。 (3)由导入目的基因的水稻细胞培养成植株需要利用 植物组织培养 技术,该技术的核心是 脱分化(去分化) 再分化 。 和 (4)为了确定耐盐转基因水稻是否培育成功,既要用放射性同位 素标记的 耐盐基因(目的基因) 作探针进行分子杂交检测, 又要用 一定浓度盐水浇灌(移栽到盐碱地中) 方法从个体水平鉴定水稻 植株的耐盐性。

(2008上海高考生物巻)39、以重组DNA技术为核心的基因工
程正在改变着人类的生活。请回答下列问题。 (1)获得目的基因的方法通常包括 和 。 (2)切割和连接DNA分子所使用的酶分别是 和 。 (3)运送目的基因进入受体细胞的载体一般选用病毒或 , 后者的形状成 。 (4)由于重组DNA分子成功导入受体细胞的频率 ,所以 在转化后通常需要进行 操作。 (5)将人胰岛素基因分别导入大肠杆菌与酵母菌,从两者中生 产的胰岛素在功能和 序列上是相同的。
答案:(1)从基因文库中获取 化学合成(人工合成) (2)限制性核 酸内切酶(限制酶) DNA连接酶(连接酶) (3)质粒 小型环状(双链 环状、环状) (4)低 筛选 (5)氨基酸

(2007,山东理,8分)继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后, 膀胱生物反应器的研究也取得了一定进展。最近,科学家培 育出一种转基因小鼠,其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激 素并分泌到尿液中。请回答: (1)将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞,常用方法 是 显微注射法。 (2)进行基因转移时,通常要将外源基因转入 受精卵(或早期胚胎) 中, 原因是 受精卵(或早期胚胎细胞)具有全能性,可使外源基因在相 。
应组织细胞表达

(3)通常采用 DNA分子杂交)技术检测外源基因是否插入了小 鼠的基因组。 (核酸探针) (4)在研制膀胱生物反应器时,应使外源基因在小鼠的 膀胱上皮 细胞中特异表达。 (5)为使外源基因在后代长期保持,可将转基因小鼠体细胞的 细胞核 转入 去核的卵 细胞中构成重组细胞,使其发育 成与供体具有相同性状的个体。该技术称 核移植(或克隆) 为 。


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