高二生物基因工程的基本操作程序第一頁，共四十三頁，2022年，8月28日課標領(lǐng)航1．闡述基因工程的原理。2．掌握并理解基因工程的基本操作程序。3．嘗試設計某一轉(zhuǎn)基因生物的研制過程?！局攸c】基因工程的原理及基本操作程序?！倦y點】基因文庫；PCK擴增過程；目的基因的檢測。第二頁，共四十三頁，2022年，8月28日看到這幅圖，聯(lián)系基因工程，你有何感想？讓植物和動物合為一體可能不好實現(xiàn)，但我們能不能通過基因工程技術(shù)，讓這一愿望實現(xiàn)呢？實際上，基因工程技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)了人們的許多看似異想天開的愿望或構(gòu)想。情景導航第三頁，共四十三頁，2022年，8月28日

核心要點突破基礎(chǔ)自主梳理知能過關(guān)演練1．2

基因工程的基本操作程序第四頁，共四十三頁，2022年，8月28日基礎(chǔ)自主梳理一、基因工程的基本操作程序1．目的基因的獲取。2．______________的構(gòu)建。3．將目的基因?qū)隷________。4．目的基因的檢測與鑒定?；虮磉_載體受體細胞第五頁，共四十三頁，2022年，8月28日二、目的基因的獲取1．目的基因：主要是指編碼________的結(jié)構(gòu)基因。2．獲取方法(1)從基因文庫中獲?、倩蛭膸欤簩⒑心撤N生物不同基因的許多______片段，導入受體菌的群體中儲存，各個受體菌分別含有這種生物的不同基因。蛋白質(zhì)DNA第六頁，共四十三頁，2022年，8月28日所有第七頁，共四十三頁，2022年，8月28日思考感悟1．怎樣從基因文庫中得到我們需要的目的基因？【提示】可以根據(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，以及基因的翻譯產(chǎn)物蛋白質(zhì)等特性來獲取目的基因。第八頁，共四十三頁，2022年，8月28日(2)利用PCR技術(shù)擴增目的基因含義一項在生物體外___________________的核酸合成技術(shù)原理DNA_________前提條件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______擴增過程目的基因DNA受熱→變性解旋為_____→引物與單鏈相應互補序列結(jié)合→在_____________作用下延伸→形成新的DNA分子→循環(huán)重復以指數(shù)形式擴增結(jié)果以指數(shù)形式擴增：2n復制特定DNA片段雙鏈復制引物單鏈DNA聚合酶第九頁，共四十三頁，2022年，8月28日(3)人工合成法：如果基因較小，核苷酸序列又已知，可以通過DNA合成儀用化學方法直接人工合成。第十頁，共四十三頁，2022年，8月28日目的基因目的基因首端RNA聚合酶終止子第十一頁，共四十三頁，2022年，8月28日2．功能：(1)使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳給下一代。(2)使目的基因______表達和發(fā)揮作用。能夠第十二頁，共四十三頁，2022年，8月28日思考感悟2．如何把導入了目的基因的受體細胞篩選出來？【提示】以四環(huán)素抗性基因為例，程序如下：第十三頁，共四十三頁，2022年，8月28日四、將目的基因?qū)胧荏w細胞1．轉(zhuǎn)化：__________進入受體細胞內(nèi)，并且在受體細胞內(nèi)維持穩(wěn)定和_____的過程。2．導入植物細胞(1)方法：_______________、基因槍法、花粉管通道法。(2)農(nóng)桿菌特點①易感染雙子葉植物和祼子植物。②Ti質(zhì)粒上的_________可轉(zhuǎn)移至受體細胞，并且整合到受體細胞染色體DNA上。目的基因表達農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法T－DNA第十四頁，共四十三頁，2022年，8月28日3．導入動物細胞(1)方法：______注射技術(shù)。(2)常用受體細胞：受精卵。4．導入微生物細胞(1)原核生物特點：繁殖快、多為________、遺傳物質(zhì)相對較少等。(2)對受體細胞的常用處理方法：用______處理細胞，使細胞處于一種能吸收周圍環(huán)境中DNA分子的生理狀態(tài)(這種細胞稱為感受態(tài)細胞)。顯微單細胞Ca2＋第十五頁，共四十三頁，2022年，8月28日思考感悟3．從細胞器的功能上分析，若通過基因工程生產(chǎn)人的糖蛋白，可以用大腸桿菌嗎？【提示】不可以，糖蛋白上的糖鏈是在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體上加工完成的，而內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體存在于真核細胞中，大腸桿菌是原核生物，細胞中不含有這兩種細胞器。第十六頁，共四十三頁，2022年，8月28日五、目的基因的檢測與鑒定1．檢測及方法(1)檢測轉(zhuǎn)基因生物染色體的DNA上是否插入了目的基因，采用DNA分子雜交技術(shù)。(2)檢測目的基因是否_____________，采用分子雜交技術(shù)。(3)檢測目的基因是否_____________，采用抗原——抗體雜交。2．鑒定：除了__________外，還需要進行個體生物學水平的鑒定，如抗蟲、抗病鑒定等。轉(zhuǎn)錄出mRNA翻譯成蛋白質(zhì)分子檢測第十七頁，共四十三頁，2022年，8月28日核心要點突破目的基因的獲取1．兩種基因文庫的主要區(qū)別如下表文庫類型cDNA文庫基因組文庫文庫大小小大基因中啟動子無有基因中內(nèi)含子無有基因多少部分基因全部基因物種間的基因交流可以部分基因可以第十八頁，共四十三頁，2022年，8月28日特別提醒①細胞中成熟的mRNA是需要在轉(zhuǎn)錄后將非編碼區(qū)轉(zhuǎn)錄出的序列切除的，只留下編碼區(qū)序列，因而從這樣的mRNA反轉(zhuǎn)錄來的cDNA不會有啟動子序列。對于真核生物在轉(zhuǎn)錄后的加工過程中還要將內(nèi)含子部分轉(zhuǎn)錄出的序列也切除掉，所以真核生物的cDNA中也不會有內(nèi)含子序列。②cDNA是反轉(zhuǎn)錄獲得的雙鏈DNA。③生物之間進行基因交流，只有使用受體生物自身基因的啟動子比較有利于基因的表達。④通過cDNA文庫獲得的目的基因沒有啟動子，只將編碼序列導入受體生物中無法轉(zhuǎn)錄。第十九頁，共四十三頁，2022年，8月28日2．DNA復制、PCR技術(shù)和基因克隆的比較DNA復制PCR技術(shù)基因克隆場所細胞核生物體外細胞內(nèi)酶解旋酶、DNA聚合酶Taq酶限制酶、DNA連接酶載體不需要不需要需要遵循原則堿基互補配對堿基互補配對堿基互補配對結(jié)果DNA分子DNA分子片段DNA分子片段第二十頁，共四十三頁，2022年，8月28日3．提取目的基因方法的比較途徑從基因文庫中直接分離目的基因人工合基因(真核細胞)方法鳥槍法逆轉(zhuǎn)錄法根據(jù)已知氨基酸序列合成DNA第二十一頁，共四十三頁，2022年，8月28日途徑從基因文庫中直接分離目的基因人工合基因(真核細胞)過程供體細胞中的DNA限制酶許多DNA片段連接表達載體導入受體細胞外源DNA擴增，產(chǎn)生特定性狀分離目的基因目的基因的mRNA

逆轉(zhuǎn)錄單鏈DNA合成雙鏈DNA(即目的基因)蛋白質(zhì)的氨基酸序列推測mRNA的核苷酸序列推測結(jié)構(gòu)基因的核苷酸序列

化學合成目的基因第二十二頁，共四十三頁，2022年，8月28日途徑從基因文庫中直接分離目的基因人工合基因(真核細胞)優(yōu)點操作簡單專一性強專一性強，可產(chǎn)生自然界不存在的新基因缺點工作量大，盲目性大，專一性差操作過程較復雜，技術(shù)要求過高適用范圍狹小第二十三頁，共四十三頁，2022年，8月28日1970年，特明和巴爾的摩證實了RNA病毒能依賴RNA合成DNA的過程，并發(fā)現(xiàn)了催化此過程的酶。下面為形成cDNA的過程和PCR擴增過程示意圖。請根據(jù)圖解回答下列問題：例1第二十四頁，共四十三頁，2022年，8月28日(1)催化①過程的酶是________；核酸酶H的作用是________。(2)③過程也稱為DNA的變性，此過程在溫度高達90～95℃時才能完成，說明DNA分子具有________性。(3)由圖中信息分析可知，催化②⑤過程的酶都是________，兩者在作用特性上的區(qū)別是_____________________________。(4)如果RNA單鏈中有堿基100個，其中A占25%，U占15%，則通過該過程合成的一個雙鏈DNA片段中有胞嘧啶________個。第二十五頁，共四十三頁，2022年，8月28日【嘗試解答】

(1)反轉(zhuǎn)錄酶(或逆轉(zhuǎn)錄酶)分解RNA(2)穩(wěn)定(3)DNA聚合酶催化⑤過程的酶耐高溫(4)60第二十六頁，共四十三頁，2022年，8月28日【解析】根據(jù)圖示可以看出，該過程是RNA在逆轉(zhuǎn)錄酶的催化作用下形成cDNA(負鏈DNA)，構(gòu)成RNA—DNA中間體。中間體中的RNA再經(jīng)過RNA酶H水解，而以剩下的負鏈DNA復制成雙鏈DNA的過程。①過程是由RNA合成DNA的過程，需要逆轉(zhuǎn)錄酶進行催化。②過程是以單鏈DNA復制獲得雙鏈DNA的過程需要DNA聚合酶催化。⑤屬于雙鏈DNA復制的過程，需要DNA聚合酶催化。⑤過程在70～75℃環(huán)境下進行，所需要的酶應該能夠耐高溫。第二十七頁，共四十三頁，2022年，8月28日【互動探究】

(1)上述過程中需要限制酶和DNA連接酶嗎？(2)由mRNA逆轉(zhuǎn)錄形成的DNA具有啟動子嗎？【提示】

(1)不需要。(2)無。【探規(guī)尋律】

(1)PCR技術(shù)不需要解旋酶，但需利用90～95℃高溫使DNA分子解旋。(2)PCR技術(shù)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。(3)PCR技術(shù)是對已知目的基因的擴增；從基因庫中獲取目的基因，是先找出含有目的基因的細胞，再通過一定的技術(shù)手段獲取目的基因。第二十八頁，共四十三頁，2022年，8月28日基因表達載體的構(gòu)建和導入受體細胞1．基因表達載體的構(gòu)建第二十九頁，共四十三頁，2022年，8月28日特別提醒①用限制酶切割載體和含目的基因的DNA分子時，可以使用不同的限制性核酸內(nèi)切酶,但是必須切出相同黏性末端。②不同基因可以拼接的原因：不同生物的基因具有相同的結(jié)構(gòu)和化學組成，都是雙螺旋結(jié)構(gòu)，都由四種脫氧核糖核苷酸組成，都遵循相同的堿基互補配對原則：A—T，G—C。第三十頁，共四十三頁，2022年，8月28日2．目的基因的導入(1)不同受體細胞的常用導入方法生物種類植物細胞動物細胞微生物細胞常用方法農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法顯微注射法Ca2＋處理法受體細胞體細胞受精卵原核細胞第三十一頁，共四十三頁，2022年，8月28日生物種類植物細胞動物細胞微生物細胞轉(zhuǎn)化過程目的基因插入Ti質(zhì)粒的T－DNA上→導入植物細胞→整合到受體細胞的DNA→表達目的基因表達載體提純→取卵(受精卵)→顯微注射→受精卵發(fā)育→獲得具有新性狀的動物Ca2＋處理細胞→感受態(tài)細胞→表達載體與感受態(tài)細胞混合→感受態(tài)細胞吸收DNA分子第三十二頁，共四十三頁，2022年，8月28日(2)目的基因?qū)胧荏w細胞第三十三頁，共四十三頁，2022年，8月28日①不同生物的受體細胞不同：植物一般為體細胞，動物一般為受精卵，微生物一般為大腸桿菌。②上圖中發(fā)生②與發(fā)生①相比，②會使目的基因的遺傳特性得以穩(wěn)定維持和表達，原因是在進行細胞分裂時，細胞核上的DNA經(jīng)復制后平均分配到兩個子細胞中，保證了親子代遺傳性狀的穩(wěn)定性，而①細胞分裂時，細胞質(zhì)是不均分的，子細胞不一定含有目的基因。第三十四頁，共四十三頁，2022年，8月28日(2011年高考海南卷)回答有關(guān)基因工程的問題：(1)構(gòu)建基因工程表達載體時，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)粒后使其直接進行連接，則應選擇能使二者產(chǎn)生________(相同、不同)黏性末端的限制酶。例2第三十五頁，共四十三頁，2022年，8月28日(2)利用大腸桿菌生產(chǎn)人胰島素時，構(gòu)建的表達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____________________________。在表達載體轉(zhuǎn)化大腸桿菌時，常用________處理大腸桿菌，以利于表達載體進入；為了檢測胰島素基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA，可用標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)。第三十六頁，共四十三頁，2022年，8月28日(3)如果要將某目的基因通過農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法導入植物細胞，先要將目的基因插入農(nóng)桿菌Ti質(zhì)粒的________中,然后用該農(nóng)桿菌感染植物細胞,通過DNA重組將目的基因插入植物細胞的________上?！緡L試解答】(1)平相同(2)RNA聚合酶識別和結(jié)合的位點，有了它才能驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄出mRNA，最終獲得所需要的蛋白質(zhì)Ca2＋

DNA分子雜交技術(shù)人胰島素(3)T－DNA染色體的DNA第三十七頁，共四十三頁，2022年，8月28日【解析】(1)限制酶能識別特定的DNA序列，并在特定位點上切割DNA，形成黏性末端或平末端；要使目的基因和質(zhì)粒直接進行連接，應使用同一種限制酶進行切割，使二者產(chǎn)生相同的黏性末端。(2)啟動子為DNA序列，其具有RNA聚合酶結(jié)合位點，能啟動轉(zhuǎn)錄，合成RNA；將基因表達載體導入大腸桿菌時，常用Ca2＋