基因工程基本操作过程(目的基因与运载体结合)
高中生物选修三全套课件1.2 基因工程的基本操作程序
（复制原点 和标记基因）
1、用一定的限制酶 细菌
细胞
切割质粒，使其出
现一个切口，露出 DNA 黏性末端。 2、用同一种限制酶
质粒
取出 质粒
取出DNA
切断目的基因，使其
用限制酶
产生相同的黏性末端。
切断DNA
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， 形成了一个重组的DN养而 储存一种基因转录
目的基因的mRNA
成的mRNA为模板，（提取生物某发育时期的mRNA）
再反转录酶的催化 下反转录成互补的 单链DNA，然后在 DNA聚合酶的作用 下合成双链DNA，
3、原核细胞与真核细胞的基因结构比较： 原核
非编码区
编码区
非编码区
真核
不同点 相同点
原核细胞
真核细胞
编码区是 编码区是间隔的、
连续的
不连续的
都由能够编码蛋白质的编码区和
具有调控作用的非编码区组成的
一、目的基因的获取
1、目的基因主要是指： 编码蛋白质的基因。
2、获取目的基因的常用方法： ①从基因中获取目的基因 ②利用PCR技术扩增目的基因 ③人工合成的目的基因
5’ A G T C G 3’
GTGTA
3’
5’
TCAGCTAGCTCTGACACGAGGTGTA
3’
5’
DNA聚合酶 72℃延伸
5’ A G T C G A T C G A G A C T G T G C T C C A C A T 3’
3’ T C A G C T A G C T C T G A C A C G3A’G G T G T A 5’ 5’ A G T C G A3T’C G A G A C T G T G C T C C A C A T 3’
生物遗传与基因工程
一细胞质 遗传
概念：由细胞质遗传物质控制的遗传现象。 特点 母系遗传
杂交后代不出现一定的分离比
物质基础:线粒体或叶绿体中的DNA（细胞 质基因）
实践应用：三系配套
原核细胞基因结构
二基因的 结构
真核细胞基因结构 人类基因组研究
概念
剪刀：限制酶
三基因工程 简介
基因工 针线：链接酶 程工具 运载体：质粒等
第三节 基因工程简介
提取 与运载体拼接并导入 苏云金芽孢杆菌——抗虫基因——普通棉花细胞——含抗虫基因棉花——抗虫棉
第一节细胞质遗传 细胞质遗传概念
细胞质遗传特点
物质基础 第二节基因结构
原核基因结构
真核基因结构
原、真基因异同
人类基因组计划 第三节基因工程 基因操作工具
1、剪刀
2、针线
3、运输工具
基因操作步骤
内含子:
不能够编码蛋白质的序列叫做内含子，内 含子能转录为信使RNA
◆不同种类的蛋白质的基因所含的外显子和内含子的数目和长 度是不同的。
◆每个编码蛋白质的基因都含有若干个外显子和内含子
与农牧业 食品业 与环境保护
比较：原核细胞和真核细胞基因的异同
第一节细胞质遗传 细胞质遗传概念
细胞质遗传特点
物质基础 第二节基因结构
细胞质遗传特点
物质基础 第二节基因结构
原核基因结构
真核基因结构
原、真基因异同
人类基因组计划 第三节基因工程
基因操作工具
1、剪刀
2、针线
3、运输工具
基因操作步骤
1
2
3
4
成果与发展前景
与医药卫生 与农牧业 食品业
与环境保护
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。
基因工程简介
基因工程简介高考要求：基因工程的基本内容：基因操作的工具（限制性内切酶、DNA连接酶、运载体）；基因操作的基本步骤：（提取目的基因，目的基因与运载体相结合，将目的基因导入受体细胞，目的基因的检测与表达）基因工程的成果与发展前景考向指导原核细细胞、真核细胞基因结构基因工程与基因表达的综合考查1、基因工程的概念：又叫＿＿＿＿＿＿技术或DNA重组技术。
它是按照人们意愿，把一种生物的基因导入到另一种生物的细胞中，定向的改变生物性状。
2、基因操作的工具（1）基因的剪刀——＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
（2）基因的针线——＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
（3）基因的运输工具——＿＿＿＿＿＿＿＿。
3、基因操作的基本步骤（1）提取____________________――直接分离基因和人工合成基因。
（2）目的基因与__________结合――使目的基因载入到运载体中，形成重组DNA。
（3）将目的基因导入______细胞――常采用显微注射技术和感染法（4）目的基因的________与表达――据运载体上的标记基因判断导入与否，据受体细胞表现出特定的性状，判断目的基因表达与否。
4、基因工程的成果与发展前景（1）医药卫生：＿＿＿＿＿＿＿＿；＿＿＿＿（DNA探针）；＿＿＿＿＿＿。
（2）农牧业及食品工业：农业上获得具抗性能力的新品种；畜牧养殖业培养优良品种的转基因动物；食品业为人类开辟新的食物来源。
（3）环境保护：环境监测；环境的净化下列何种技术能有效地打破物种的界限,定向地改造生物的遗传性状,培育新的农作物优良品种A．基因工程技术 B、诱变育种技术C．杂交育种技术 D．组织培养技术科学家们经过多年的努力，创立了一种新兴生物技术——基因工程，实施该工程的最终目的是A、定向提取生物体的DNA分子B、定向地对DNA分子进行人工“剪切”C、在生物体外对DNA分子进行改造D、定向地改造生物的遗传性状（2001广东高考题）基因工程等生物高科技的广泛应用，引发了许多关于科技与伦理的争论。
1.2 基因工程操作的基本步骤
高二年级生物【选修】教学案____年____月____日/第____周/第____课时
启动子是位于的一段序列，是的部位。
终止子是，是载体上的核苷酸序列。
标记基因是为了鉴别受体细胞中是否含有，以便筛选出含有的细胞，如抗生素基因。
】目的基因与载体结合可能形成几种不同的结果？
】如何避免目的基因或载体的自身环化？
线性DNA 分子的酶切示意图 科学家将外源目的基因与大肠杆菌的质粒进行重组，并在大肠杆菌中成功表达。
下图表示构建重组质粒和筛选含目的基因的大肠杆菌的过程。
请据图回答问题：
请据上图回答： 基因工程的核心步骤是。
图中位于基因的首端，是识别和结合的部位。
抗生素基因的作用是作为，用于鉴别
受体细胞中是否导入了目的基因。
作为目的基因的运载体
应具备的结构是。
1.2 基因工程的基本操作程序
情景导入
预习导学
疑难导析
2.将目的基因导入受体细胞的方法比较 细 胞 类 型 方 法 农 杆 菌 转 化 法 植 物 细 胞 基 因 枪 法 花 粉 管 通 道 法 动 物 细 胞 微 生 物 细 胞 显 微 注 射 法 氯 化 钙 法 目的基因插入到 Ti 质粒的 T DNA 上→通过农杆菌→进入植物细胞 →插入到植物细胞中的染色体 DNA 上→目的基因表达。 经济、有效, 适合于双子叶 植物和裸子植物。 说明 特点
情景导入
预习导学
疑难导析
1.2 基因工程的基本操作程序
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情景导入
预习导学
疑难导析
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情景导入
预习导学
疑难导析
2010 年 12 月马来西亚在东南部的一片森林中放飞了大约 6 000 只经过转基因技术改造的雄性蚊子, 希望能借 此遏制登革热的传播。
研究人员在实验里改造了雄性蚊子的基因, 使其繁殖能力下降、寿命缩短。这批转基因雄蚊与雌蚊交配后 , 产下的后代也将是繁殖能力下降、寿命缩短的蚊子, 甚至产下无法孵化的卵。 问题探究: 你知道科研人员是如何对雄性蚊子的基因进行改造的吗? 提示: 开放性问题。结合预习内容回答即可。如转入加快伊蚊衰老的基因。
( 化学合成法, 2) 即依照某一蛋白质的氨基酸序列, 通过密码子推算出其基因序列, 然后直接合成目的基因, 其过程如下:
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情景导入
预习导学
疑难导析
【例 1】 20 世纪 70 年代科学家证实了 RNA 病毒能依赖 RNA 合成 DNA 的过程, 并发现了催化此过程的酶。下 面为形成 cDNA 的过程和 PCR 扩增过程示意图。请根据图解回答下列问题:
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情景导入
基因工程的基本操作程序
的基因 等。 农杆菌转化法 2)将目的基因导入受体细胞的方法很多，在该题中涉及到的方法是 。 3) 本过程检验目的基因是否插入了受体细胞的染色体DNA分子上采用的方法 是DNA分子杂交技术 若从个体水平来如何检测？ 抗虫的接种实验 。 。
基因工程的基本操作程序
1、目的基因的获取 2、基因表达载体的构建
3、将目的基因导入受体细胞 4、目的基因的检测与鉴定
三、将目的基因 导入受体细胞—转化
植物细胞
受体 细胞 动物细胞
微生物细胞
农杆菌转化法 基因枪法 花粉管通道法
显微注射技术
感受态法
？
适用于 双子叶植物 裸子植物
农杆菌转化法
2、将目的基因导入动物细胞 ①方法：显微注射法 ②程序：
目的基因是否转录 目的基因是否翻译
抗原－抗体杂交法
个体 水平 鉴定
受体是否 具有转基因特征
接种实增目的基因 工 3、化学方法人工合成 程 基因表达载体的构建 的 复制原点 + 目的基因 + 启动子 + 终止子 + 标记基因 基 本 将目的基因导入受体细胞 操 农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法、显微注射法、感受态法 作 程 目的基因的检测与鉴定 序 DNA分子杂交技术、分子杂交技术、抗原—抗体杂交技术
目的基因表达载体提纯 显微注射 受精卵 取卵（受精卵） ？ ？ 新性状动物
3、将目的基因导入微生物细胞 ①原核生物特点：繁殖快、单细胞、遗传物质少 ②方法：
用Ca2+处理细胞 ？ 感受态细胞 ？ 表 达载体与感受态细胞混合 感受态 细胞吸收DNA分子
四、目的基因的检测与鉴定
①检测转基因生物染色体的DNA 上是否插入了目的基因
练习
基因工程操作程序
无表达产物
无表达产物
有表达产物
无表达产物
细菌的检测，将每个受体细胞单独培养形成菌落， 检测菌落中是否有目的基因的表达产物。淘汰无表达产 物的菌落，保留有表达产物的进一步培养、研究。
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
33.(11分)生物学家通过基因工程培育出了能够通过乳房生 物反应器生产人的血清蛋白。 （1）在基因工程的操作中，目的基因是怎样获取的？ （2）“分子手术刀” _ _ ， （3）“分子缝合针” ， （4）“分子运输车” 。 （5）操作步骤：从人的____________获取目的基因；目 的基因与____________结合构建基因表达载体；在基因表 达载体中还应插入___________和终止子。然后把基因表 达载体导入牛的____________，通过发育形成的牛体细胞 含人的_________________，成熟的牛产的的奶中含有 ___________________，证明基因操作成功。 (6)人的基因在牛体内能表达,说明人和牛___________
(二)基因表达载体的构建
—— 核心
1.过程: 质粒
DNA分子 同一种限制酶处理
一个切口 两个黏性末端 DNA连接酶
两个切口 获得目的基因
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。
原核细胞的基因结构 非编码区 编码区上游 启动子 编码区 非编码区 编码区下游 终止子
将目的基因导入 ——显微注射法 动物细胞 将目的基因导入 ——感受态细胞 微生物细胞
1.2基因工程的基本操作步骤
步骤
获取目的基因 构建表达载体 导入受体细胞 得到转基因生物 目的基因检测与鉴定
目的基因的获取
什么是目的基因？ 指编码蛋白质的结构基因。 如：苏云金芽孢杆菌中的抗虫基因、植物的抗病基因、种 子的储藏蛋白基因、人的胰岛素基因、干扰素基因、与毒 物降解有关的基因等 获取目的基因的方法： ①从供体细胞的DNA中直接分离列人工合成基因（DNA合成仪 合成）。 ③PCR技术扩增目的基因
RNA模板 杂化双链
反转录酶 碱水解
单链DNA DNA聚合酶 S1核酸酶 试管内合成 双链DNA
整合 细胞内复制
（三）基因操作的基本步骤
• 步骤一：目的基因的提取 3）根据已知的氨基酸序列合成DNA法 ：
根据已知蛋白质的氨 蛋白质的氨基酸序列 推测 基酸序列，推测出相应的 信使RNA序列，然后按照 mRNA的核苷酸序列 碱基互补配对原则，推测 推测 出它的结构基因的核苷酸 结构基因的核苷酸序列 序列，再通过化学方法， 化学合成 以单核苷酸为原料合成目 目的基因 的基因。
DNA自动测序结果举例
遗传修饰动物模型的建立 及应用
一、转基因技术
转基因技术
采用基因转移技术使目的基因整合入受精 卵细胞或胚胎干细胞，然后将细胞导入动物子 宫，使之发育成个体。 转基因——被导入的目的基因 转基因动物(transgenic animal)
——目的基因的受体动物
二、核转移技术
（三）基因操作的基本步骤
• 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。
（三）基因操作的基本步骤