生物學(xué)案：課堂互動(dòng)基因工程的基本操作程序

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精課堂互動(dòng)三點(diǎn)剖析一、目的基因的獲取1.從基因文庫中獲取目的基因（1）基因文庫：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(chǔ)存，各個(gè)受體菌分別含有這種生物的不同基因，稱為基因文庫。（2）生物基因組文庫和cDNA文庫的區(qū)別如下：文庫類型cDNA文庫基因組文庫文庫大小小大基因中啟動(dòng)子(具有啟動(dòng)作用的DNA片段）無有基因中內(nèi)含子（位于編碼蛋白質(zhì)序列內(nèi)的非編碼DNA片段）無有基因多少某種生物的部分基因某種生物的全部基因物種間的基因交流可以部分基因可以(3）目的基因的獲取根據(jù)基因的有關(guān)信息：基因的核苷酸序列、基因在染色體上的位置、基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物mRNA、基因的翻譯產(chǎn)物蛋白質(zhì)等獲取目的基因。2。利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因PCR技術(shù)是利用DNA雙鏈復(fù)制的原理，將基因的核苷酸序列不斷地加以復(fù)制，使其數(shù)量呈指數(shù)方式增加.利用PCR技術(shù)獲取目的基因的前提,是要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根據(jù)這一序列合成引物。擴(kuò)增的過程是：目的基因DNA受熱變性后解鏈為單鏈，引物與單鏈相應(yīng)互補(bǔ)序列結(jié)合，然后在DNA聚合酶作用下進(jìn)行延伸，如此重復(fù)循環(huán)多次。上述過程可以在PCR擴(kuò)增儀中自動(dòng)完成。3。人工合成目的基因人工合成目的基因的兩種方法比較方法過程優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)反轉(zhuǎn)錄法mRNA→單鏈DNA→雙鏈DNA專一性強(qiáng)，目的基因中不含不表達(dá)部分操作過程麻煩，mRNA生存時(shí)間短,技術(shù)要求高據(jù)已知氨基酸序列合成據(jù)推測(cè)出的核苷酸序列,通過化學(xué)方法合成專一性強(qiáng)，目的基因中不含不表達(dá)部分，可合成自然界不存在的基因目前復(fù)雜的尚不存在的基因不能合成二、基因表達(dá)載體基因表達(dá)載體的組成：1.目的基因外源DNA分子的有效片段。2。啟動(dòng)子一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段,位于基因的首端，它是RNA聚合酶識(shí)別和結(jié)合部位，有了它才能驅(qū)動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄出mRNA,最終獲得所需的蛋白質(zhì)。3。終止子位于基因的尾端，也是一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA短片段.終止子相當(dāng)于一盞紅色信號(hào)燈，使轉(zhuǎn)錄到此終止。4。標(biāo)記基因鑒別受體細(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,如抗生素基因就可以作為這種基因.拓展延伸由于受體細(xì)胞有植物、動(dòng)物、微生物之分,以及目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的方法不同，因此，基因表達(dá)載體的構(gòu)建上也會(huì)有所差別，不可能是千篇一律的。三、目的基因的檢測(cè)與鑒定1.檢測(cè)轉(zhuǎn)基因生物的染色體DNA上是否插入目的基因,檢測(cè)方法是DNA與DNA分子雜交法?；咀龇ǎ旱谝徊?，將受體生物DNA提取出來,經(jīng)過適當(dāng)?shù)拿盖泻螅靡欢ǖ姆椒?，將不同大小的片段分開；第二步，將DNA片段轉(zhuǎn)移到硝酸纖維素膜上;第三步,用標(biāo)記了放射性同位素的目的DNA片段作為探針與硝酸纖維素膜上的DNA進(jìn)行雜交；第四步，將X光底片壓在硝酸纖維素膜上，在暗處使底片感光；第五步，將X光底片沖洗，如果在底片上出現(xiàn)黑色條帶,則表明受體植物染色體DNA上有目的基因。2。檢測(cè)目的基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA，檢測(cè)方法是DNA與RNA分子雜交法，具體做法和DNA與DNA分子雜交法相同，只是從轉(zhuǎn)基因生物中提取的是mRNA而不是DNA，同樣需要用標(biāo)記的目的基因作探針,與mRNA雜交，如果X光底片上出現(xiàn)雜交帶（黑色條帶）,則表明目的基因轉(zhuǎn)錄出了mRNA。3.檢測(cè)目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)，方法與上述方法不相同，而是進(jìn)行抗原—抗體雜交。具體做法：第一步，將目的基因在大腸桿菌中表達(dá)出蛋白質(zhì)；第二步，將表達(dá)出的蛋白質(zhì)注射給動(dòng)物進(jìn)行免疫，產(chǎn)生相應(yīng)的抗體，并提取出抗體；第三步，從轉(zhuǎn)基因生物中提取蛋白質(zhì),進(jìn)行凝膠電泳；第四步，將凝膠中的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到硝酸纖維素膜上;第五步，將抗體與硝酸纖維素膜上的蛋白質(zhì)雜交，這時(shí)抗體與目的基因表達(dá)的蛋白質(zhì)（抗原）會(huì)特異性結(jié)合。由于這種抗原-抗體的結(jié)合顯示不出雜交條帶，所以需加入一種稱為二抗的抗體，它可以和前面的抗體結(jié)合,二抗抗體上帶有特殊的標(biāo)記.如果目的基因表達(dá)出了蛋白質(zhì),則結(jié)果為陽性。學(xué)以致用【例1】（2007山東臨沂模擬）有關(guān)目的基因的獲取的理解,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)的結(jié)構(gòu)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：基因文庫有基因組文庫和部分基因文庫。基因組文庫很大,包括該種生物所有的基因。部分基因文庫較小，只包含了一種生物的一部分基因。答案：C【例2】（2007山東東營(yíng)模擬）從基因文庫中獲取目的基因的根據(jù)是()A?；虻暮塑账嵝蛄蠦.基因的功能C.基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物MrnaD.以上都是解析:從基因文庫中獲取目的基因是一件很復(fù)雜的事情，簡(jiǎn)單點(diǎn)說就是根據(jù)目的基因的有關(guān)信息，如基因的核苷酸序列、功能、轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物mRNA等來獲取目的基因。答案：D【例3】下列獲取目的基因的方法中需要模板鏈的是(）①從基因文庫中獲取目的基因②利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因③反轉(zhuǎn)錄法④通過DNA合成儀利用化學(xué)方法人工合成A.①②③④B.①②③C。②③④D.②③解析：PCR利用的是DNA雙鏈復(fù)制原理。即將雙鏈DNA之間的氫鍵打開，變成單鏈DNA,作為聚合反應(yīng)的模板.反轉(zhuǎn)錄法則是以目的基因轉(zhuǎn)錄成的信使RNA為模板,在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下,先反轉(zhuǎn)錄形成互補(bǔ)的單鏈DNA，再合成雙鏈的DNA.①④則均不需要模板。答案：D【例4】用反轉(zhuǎn)錄法合成目的基因的方法中需要的條件有（）①DNA的一條鏈為模板②RNA為模板③四種脫氧核苷酸④四種核糖核苷酸⑤轉(zhuǎn)錄酶⑥逆轉(zhuǎn)錄酶A.①②③④⑤B。①③⑥C。②③⑥D(zhuǎn).①③⑤解析:用逆轉(zhuǎn)錄法合成目的基因時(shí)，要以mRNA為模板,以四種脫氧核苷酸為原料,在逆轉(zhuǎn)錄酶作用下才能合成DNA.答案：C【例5】在基因表達(dá)載體的構(gòu)建中，下列說法不正確的是()①一個(gè)表達(dá)載體的組成包括目的基因、啟動(dòng)子、終止子②有了啟動(dòng)子才能驅(qū)動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄出mRNA③終止子的作用是使轉(zhuǎn)錄在相應(yīng)地方停止④所有基因表達(dá)載體的構(gòu)建是完全相同的A.②③B。①④C。①②D.③④解析：一個(gè)基因表達(dá)載體的組成包括目的基因、啟動(dòng)子、終止子和標(biāo)記基因等。標(biāo)記基因用于鑒別受體細(xì)胞中是否含目的基因.由于受體細(xì)胞的種類不同，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)建不可能完全相同。答案：B【例6】目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞后，是否可以穩(wěn)定維持和表達(dá)其遺傳特性，只有通過鑒定和檢測(cè)才能知道。下列屬于目的基因檢測(cè)和鑒定的是（)①檢測(cè)受體細(xì)胞是否有目的基因②檢測(cè)受體細(xì)胞是否有致病基因③檢測(cè)目的基因是否轉(zhuǎn)錄mRNA④檢測(cè)目的基因是否翻譯蛋白質(zhì)A.①②③B。②③④C.①③④D。①②④解析：目的基因的檢測(cè)包括：檢測(cè)轉(zhuǎn)基因生物的染色體DNA上是否插入了目的基因,方法是用DNA探針,使DNA探針與基因組DNA雜交。檢測(cè)目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA,方法是用基因探針與mRNA雜交.最后，檢測(cè)目的基因是否翻譯了蛋白質(zhì)，方法是進(jìn)行抗原-抗體雜交。答案:C【例7】蘇云金芽孢桿菌的抗蟲基因?qū)朊藁ㄖ仓?/p>