高中生物基因工程基本操作程序新人教版選修

1、關(guān)于高中生物基因工程的基本操作程序新人教版選修第一張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月一.目的基因的獲取1.基因的結(jié)構(gòu)2.目的基因的概念3.目的基因的獲取的方法第二張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月1.基因的結(jié)構(gòu)（1）原核生物基因結(jié)構(gòu)編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)編碼區(qū)上游編碼區(qū)下游編碼蛋白質(zhì)調(diào)控遺傳信息的表達(dá)（調(diào)控程序）AATGTGCACGTAGTTAGTTACACGTGCATCAATC啟動子終止子第三張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)啟動子終止子ATGTGCACGTAGTTATACACGTGCATCAATRNA聚合酶AUGUGCACGUAGUUA 啟動子

2、：位于基因首端一段能與RNA聚合酶結(jié)合并能起始mRNA合成的序列。沒有啟動子，基因就不能轉(zhuǎn)錄。 RNA聚合酶:能夠識別啟動子上的結(jié)合位點(diǎn)并與其結(jié)合的一種蛋白質(zhì). 終止子：位于基因的尾端的一段特殊的DNA片斷，它能阻礙RNA聚合酶的移動，并使其從DNA模板鏈上脫離下來，使轉(zhuǎn)錄終止。第四張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)（能編碼蛋白質(zhì)）啟動子終止子（2）真核與原核生物基因結(jié)構(gòu)的比較外顯子內(nèi)含子編碼蛋白質(zhì)（不能編碼蛋白質(zhì)）相同點(diǎn)：都是由能夠編碼蛋白質(zhì)的編碼區(qū)和具有調(diào)控作用的非編碼區(qū)。不同點(diǎn)：原核細(xì)胞基因的編碼區(qū)是連續(xù)的；真核細(xì)胞的編碼區(qū)是間隔的，不連續(xù)的。第五張，PPT

3、共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2.目的基因的概念主要是指編碼蛋白質(zhì)基因例如：與生物抗逆性相關(guān)的基因，與生物優(yōu)良品質(zhì)相關(guān)的基因，藥物和保健品相關(guān)的基因，與毒物降解相關(guān)的基因，以及與工業(yè)所需要酶相關(guān)的基因。 目前被廣泛提取使用的目的基因有：蘇云金桿菌抗蟲基因、植物抗病基因（抗病毒、抗細(xì)菌)、人胰島素基因等。第六張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3.目的基因的獲取的方法（4）從已有物種分離出目的基因（3）用化學(xué)方法直接人工合成目的基因（1）從基因庫中獲取目的基因（2）應(yīng)用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因第七張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月（1）從基因庫中獲取目的基因基因文庫和部分基因文庫的

4、慨念基因組文庫和cDNA文庫的主要區(qū)別怎樣從基因文庫中找到我們所需要的目的基因第八張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月基因文庫和部分基因文庫的慨念： 將含有某種生物不同基因的許多DNA片段,導(dǎo)入受體菌的群體中儲存,各個(gè)受體菌分別含有這種生物的不同的基因,稱為基因文庫。 基因文庫中包含了一種生物所有的基因,這種基因文庫叫做基因組文庫。 基因文庫中包含了一種生物的一部分基因,這種基因文庫叫做部分基因文庫。如：cDNA文庫。第九張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月基因組文庫的建立方法提取某種生物的全部DNA用適當(dāng)?shù)南拗泼该盖幸欢ù笮〉腄NA片段將DNA片段與運(yùn)載體連接導(dǎo)入受體菌中儲存基因

5、組文庫方法一：直接分離法(鳥槍法)第十張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月在細(xì)胞質(zhì)中將mRNA分離并加入反轉(zhuǎn)錄酶合成第二條DNA鏈外顯子內(nèi)含子外顯子外顯子內(nèi)含子真核細(xì)胞的基因在細(xì)胞核內(nèi)轉(zhuǎn)錄RNA在核內(nèi)內(nèi)含子被切去，外顯子彼此連接在細(xì)胞質(zhì)中將mRNA分離并加入反轉(zhuǎn)錄酶合成第二條DNA鏈基因的cDNA不含內(nèi)含子mRNA原核細(xì)胞的基因在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)轉(zhuǎn)錄第十一張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月基因組文庫和cDNA文庫的主要區(qū)別 文庫類型 cDNA文庫 基因組文庫 文庫大小基因中啟動子（具有啟動作用的DNA片段）基因中內(nèi)含子(位于編碼蛋白質(zhì)序列的非編碼DNA片段） 基因多少 物種間的基因交流小

6、大無有無有某種生物的部分基因某種生物的全部基因可以部分基因可以第十二張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月怎樣從基因文庫中找到我們所需要的目的基因 根據(jù)目的基因的有關(guān)信息，例如，根據(jù)基因的核苷酸序列、基因的功能、基因在染色體上的位置、基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物mRNA，以及基因的表達(dá)產(chǎn)物蛋白質(zhì)等特性來獲取目的基因。第十三張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月（2）應(yīng)用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因定義：原理：DNA復(fù)制 PCR是聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，是一項(xiàng)在生物體外復(fù)制特定DNA片段的核酸合成技術(shù)，在短時(shí)間內(nèi)大量擴(kuò)增目的基因 DNA分子熱變性（在9095 OC時(shí)，解旋，雙鏈分開溫度降低又結(jié)合成雙鏈）因此，在PC

7、R技術(shù)中不需要解旋酶（與復(fù)制不同之在處)儀器：PCR擴(kuò)增儀（自動調(diào)控溫度的儀器）條件：有一段已知的基因的核苷酸序列，以便根據(jù)這一序列合成引物，脫氧核苷酸，酶等。第十四張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月過程：a.DNA熱變性（9095 OC)：b.復(fù)性（5560 OC) ：c.延伸（7075 OC)：d.重復(fù)a.b.c步驟： 雙鏈DNA模板在熱的作用下，氫鍵斷裂形成單鍵DNA 系統(tǒng)溫度降低，引物結(jié)合到互補(bǔ)DNA鏈上，形成局部的雙鏈DNA 在Taq酶作用下，合成與模板互補(bǔ)的DNA子鏈，形成雙鏈DNA 每重復(fù)一次，目的基因增加一倍PCR擴(kuò)增為指數(shù)形式擴(kuò)增2n(n為擴(kuò)增循環(huán)的次數(shù)），在短時(shí)間內(nèi)

8、擴(kuò)增大量目的基因。第十五張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月用化學(xué)方法直接人工合成目的基因反轉(zhuǎn)錄法mRNARNA與DNA雜交鏈單鏈DNA雙鏈DNA逆轉(zhuǎn)錄酶核苷酸酶HDNA聚合酶cDNA化學(xué)合成法氨基酸序列mRNA序列目的基因序列目的基因推測合成思考： 不具有，缺少非編碼區(qū)(啟動子、終止子）和非編碼序列（如內(nèi)含子），要人工構(gòu)建。人工合成的目的基因是否具有完整基因結(jié)構(gòu)的基因？推測第十六張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月1.作用：二. 基因表達(dá)載體的構(gòu)建核心IMN2.組成：使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在并遺傳給子代。同時(shí)使目的基因能表達(dá)和發(fā)揮作用。(3)終止子：是使轉(zhuǎn)錄在需要的地方停止

9、。(4)標(biāo)記基因：是鑒別受體細(xì)胞中是否含有目的基因從而將含有目的基因的細(xì)胞篩選出來。(2)啟動子：是RNA聚合酶識別和結(jié)合部位。(1)目的基因。（5）復(fù)制原點(diǎn)：是轉(zhuǎn)錄和復(fù)制的起點(diǎn)。 不同受體細(xì)胞，目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的方法不同，基因表達(dá)載體的構(gòu)建有所差異。第十七張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月導(dǎo)入接種培養(yǎng)接種培養(yǎng)接種培養(yǎng)接種培養(yǎng)含有四環(huán)素的完全培養(yǎng)基完全培養(yǎng)基大腸桿菌不含抗四環(huán)素基因證明：不存活含有四環(huán)素的完全培養(yǎng)基證明：大腸桿菌含抗四環(huán)素基因證明： 大腸桿菌的受體細(xì)胞含有目的基因 四環(huán)素抗性基因 四環(huán)素抗性基因完全培養(yǎng)基存活如何把導(dǎo)入了目的基因的受體細(xì)胞篩選出來？第十八張，PPT共

10、四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月存活的大腸桿菌培養(yǎng)培養(yǎng)質(zhì)粒來源：大腸桿菌含有氨芐青霉素 的完全培養(yǎng)基含有四環(huán)素的完全培養(yǎng)基人工改造質(zhì)粒（選擇具有氨芐青霉素抗性基因和四環(huán)素抗性基因農(nóng)桿菌）質(zhì)粒知識拓展第十九張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月Hin d限制性酶Hin dIIIHin dIII目的DNA質(zhì)粒構(gòu)建表達(dá)載體四環(huán)素抗性基因由于目的基因插入而失活，形成只具有氨芐青霉素抗性基因DNA連接酶人類胰島素的基因第二十張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月培養(yǎng)培養(yǎng)培養(yǎng)導(dǎo)入含目的基因的重組質(zhì)粒導(dǎo)入大腸桿菌含有氨芐青霉素 的完全培養(yǎng)基含有四環(huán)素的完全培養(yǎng)基兩種培養(yǎng)基均不能生長大腸桿菌 Ca2+

11、處理細(xì)胞形成感受態(tài)細(xì)胞檢測（培養(yǎng)不具有氨芐青霉素 抗性基因和四環(huán)素抗性積基因的大腸桿菌）只有氨芐青霉素抗性基因質(zhì)粒只具有氨芐青霉素抗性基因大腸桿菌不具有氨芐青霉素 抗性基因和四環(huán)素抗性積基因的大腸桿菌完全培養(yǎng)基第二十一張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月培養(yǎng)檢測含重組質(zhì)粒的大腸桿菌含有氨芐青霉素 的完全培養(yǎng)基含有四環(huán)素的完全培養(yǎng)基（大腸桿菌內(nèi)含有氨芐青霉素抗性基因，不含有四環(huán)素抗性基因）只具有氨芐青霉素抗性基因農(nóng)桿菌不存活存活證明：目的基因已導(dǎo)入質(zhì)粒培養(yǎng)培養(yǎng)完全培養(yǎng)基 培育出得到能夠發(fā)酵產(chǎn)生人類胰島素的工程菌。第二十二張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月尋根問底： 將生物的所有DN

12、A直接導(dǎo)入受體細(xì)胞不是更簡便嗎？如果這么做，結(jié)果會怎樣？ 有人采用總DNA注射法進(jìn)行遺傳轉(zhuǎn)化：即將一個(gè)生物中的總DNA提取出來，通過注射或花粉管通道法導(dǎo)入受體細(xì)胞，沒有進(jìn)行表達(dá)載體的構(gòu)建。 這種方法針對性差，完全靠運(yùn)氣，也無法確定什么基因?qū)肓耸荏w細(xì)胞。此法目前爭議頗多，嚴(yán)格來說不算基因工程。第二十三張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月資 料: 科學(xué)家在培育抗蟲棉時(shí)，起初把蘇云金芽孢桿菌的抗蟲基因插入載體質(zhì)粒中，然后導(dǎo)入棉花的受精卵中，結(jié)果抗蟲基因在棉花體內(nèi)沒有表達(dá)。 然后在插入抗蟲基因的質(zhì)粒中插入抗蟲基因啟動子，導(dǎo)入棉花受精卵，長成的棉花植株還是沒有抗蟲能力?？茖W(xué)家又在有啟動子、抗蟲基

13、因的質(zhì)粒中插入抗蟲基因終止子，導(dǎo)入棉花受精卵，結(jié)果成長的植株，有了抗蟲能力。 資料證明：載體構(gòu)建組成要完整第二十四張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月三、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞1.轉(zhuǎn)化： 目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi)，并且在受體細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)的工程2.常見轉(zhuǎn)化方法：（1）將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞感受態(tài)細(xì)胞法。農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法：雙子葉植物和裸子植物。（2）將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞基因槍法：單子葉植物?；ǚ酃芡ǖ婪ǎ弘p子葉植物。顯微注射法。（3）將目的基因?qū)雱游锛?xì)胞第二十五張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月常用法：常用菌：微生物作受體細(xì)胞原因：繁殖快、多為單細(xì)胞、遺傳物質(zhì)相對少過程：大腸

14、桿菌Ca2+處理獲得感受態(tài)細(xì)胞Ca2+處理大腸桿菌感受態(tài) 細(xì)胞表達(dá)載體與感受態(tài)細(xì)胞混合感受態(tài)細(xì)胞 吸收DNA_感受態(tài)細(xì)胞法：（1）將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞第二十六張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月例：第二十七張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 若通過基因過程生產(chǎn)人的糖蛋白可以用大腸桿菌作為工程菌嗎？ 不可以，糖蛋白上的糖鏈?zhǔn)窃趦?nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體上加工完成，而內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體存在真核細(xì)胞中，大腸桿菌是原核生物，細(xì)胞中不含這兩種細(xì)胞器。以酵母菌作為工程菌可以嗎?可以，酵母菌為真核生物（真菌類）。第二十八張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月特點(diǎn): 農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法：（2）將目的基因?qū)?/p>

15、入植物細(xì)胞能感染雙子葉植物和祼子植物,對單子葉植物沒有感染能力過程：Ti質(zhì)粒的TDNA可轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞并整合到其染色體上適用生物：雙子葉植物、祼子植物。第二十九張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月Hin d限制性酶Hin dIIIHin dIII目的DNATi質(zhì)粒蘇云金桿菌構(gòu)建表達(dá)載體Bt毒素蛋白基因 蘇云金桿菌DNA連接酶 T-DNA (可轉(zhuǎn)移-DNA) 知識拓展農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法的過程：第三十張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月培養(yǎng)培養(yǎng)導(dǎo)入含目的基因的重組Ti質(zhì)粒導(dǎo)入農(nóng)桿菌含有氨芐青霉素 的完全培養(yǎng)基不能存活 Ca2+ 處理細(xì)胞形成感受態(tài)細(xì)胞檢測農(nóng)桿菌農(nóng)桿菌（培養(yǎng)不具有氨芐青霉素 抗

16、性基因和四環(huán)素抗性積基因的農(nóng)桿菌）具有氨芐青霉素抗性基因的農(nóng)桿菌農(nóng)桿菌不具有氨芐青霉素 抗性基因的農(nóng)桿菌完全培養(yǎng)基含有氨芐青霉素 的完全培養(yǎng)基農(nóng)桿菌證明：目的基因已導(dǎo)入存活第三十一張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月脫分化組織培養(yǎng)脫分化農(nóng)桿菌導(dǎo)入植物細(xì)胞通過組織培養(yǎng)產(chǎn)生新個(gè)體再分化移植個(gè)體生物學(xué)水平的鑒定如蟲吃后中毒死亡，則說明攝入了抗蟲基因并得到表達(dá)導(dǎo)入植物細(xì)胞組織培養(yǎng)第三十二張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月花粉管通道法：將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞操作方法：特點(diǎn)： 在植物花受粉后，花粉形成花粉管還末愈合前期，剪去柱頭，然后，滴入DNA（含的基因）使目的基因借助花粉管通道進(jìn)入受體細(xì)

17、胞十分簡便經(jīng)濟(jì)例：轉(zhuǎn)基因抗蟲棉第三十三張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月基因槍法： 利用壓縮氣體產(chǎn)生的動力 ，將包裹在金屬粒表面的表達(dá)載體DNA打入受體細(xì)胞中，使目的基因與其整合并表達(dá)的方法操作方法：金屬粒：將目的基因?qū)雴巫尤~植物細(xì)胞 鎢粉粒子和金粉粒子，粒子的直徑一般在0.64um 。適用：單子葉植物第三十四張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月細(xì)胞類型：操作程序：_顯微注射法：（3）將目的基因?qū)雱游锛?xì)胞發(fā)育成新性狀動物移植到子宮或輸卵管培養(yǎng)成早期胚胎顯微注射取受精卵提純含目的基因表達(dá)載體受精卵第三十五張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月四 目的基因的檢測與鑒定檢查是否

18、成功 導(dǎo)入過程完成后，全部受體細(xì)胞都能攝入重組 DNA分子嗎？真正能攝入重組DNA分子的受體細(xì)胞很少。 目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞后，是否都能穩(wěn)定維持和表達(dá)？ 不一定，需要檢測1.檢測方法：分子雜交技術(shù)：（1）DNA分子與DNA分子的之間雜交（2）DNA分子與RNA分子的之間雜交（3）蛋白質(zhì)分子（抗原與抗體）之間雜交2.個(gè)體生物學(xué)水平的鑒定：抗蟲、抗病結(jié)種實(shí)驗(yàn)，活性比較實(shí)驗(yàn)第三十六張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月1.檢測轉(zhuǎn)基因生物的DNA探針15N15N14N14N（1）檢測轉(zhuǎn)基因生物染色體的DNA上是否插入了目的基因基因探針：放射性同位素等標(biāo)記的DNA分子方法DNA分子雜交技術(shù)變性變性第

19、三十七張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月變性方法DNA分子雜交技術(shù)（2）檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA探針15N15N轉(zhuǎn)基因生物的mRNA14N14N第三十八張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月提?。?）檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)方法抗原-抗體雜交蘇云金桿菌Bt毒素蛋白將Bt毒蛋白注射小鼠體內(nèi)從小鼠血管抽出血液分離出抗Bt毒素的抗體抗體蛋白質(zhì) 出現(xiàn)雜交帶脫分化組織培養(yǎng)證明：提取蛋白質(zhì)與Bt毒素蛋白質(zhì)一樣第三十九張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月例：用棉鈴飼喂棉鈴蟲，如蟲吃后不出現(xiàn)中毒癥狀，說明未攝入目的基因或攝入目的基因未表達(dá)。如蟲吃后中毒死亡，則說明攝入了抗蟲基因并

20、得到表達(dá)。2.鑒定個(gè)體生物學(xué)水平的鑒定（1）多細(xì)胞個(gè)體抗蟲、抗病結(jié)種實(shí)驗(yàn)，活性比較實(shí)驗(yàn)第四十張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 不能，受體細(xì)胞必須表現(xiàn)出特定的性狀，才能說明目的基因完成了表達(dá)。受體細(xì)胞攝入DNA分子后就說明目的基因完成了表達(dá)嗎？若不能表達(dá)，要對抗蟲基因再進(jìn)行修飾。第四十一張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月無表達(dá)產(chǎn)物無表達(dá)產(chǎn)物有表達(dá)產(chǎn)物無表達(dá)產(chǎn)物細(xì)菌的檢測，將每個(gè)受體細(xì)胞單獨(dú)培養(yǎng)形成菌落，檢測菌落中是否有目的基因的表達(dá)產(chǎn)物。淘汰無表達(dá)產(chǎn)物的菌落，保留有表達(dá)產(chǎn)物的進(jìn)一步培養(yǎng)、研究。（2）單細(xì)胞生物第四十二張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月1、有關(guān)基因工程的敘述中，錯(cuò)誤的是( ) A、DNA連接酶將黏性末端的堿基對連接起來 B、限制性內(nèi)切酶用于目的基因的獲得 C、目的基因須由運(yùn)載體