资源简介

(共30张PPT)
从社会中来
From society
普通棉花
转基因抗虫棉
将苏云金杆菌中的Bt抗虫蛋白基因 转入普通棉花
我国是棉花的生产和消费大国。棉花在种植过程中，常常会受到一些害虫的侵袭，其中以棉铃虫最为常见。
如何能培育出自身就能抵抗虫害的棉花新品种呢？
阶段性总结
基因工程
阅读课本P1-25页，完成导学提纲相关内容
指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品
基因工程的别名
操作环境
原理
操作水平
优势
目的
DNA重组技术
生物体外
基因重组
创造出更符合人们需要的生物类型和生物产品
克服远缘杂交不亲和障碍，定向改造生物的遗传性状
DNA分子水平
一.基因工程的概念
与杂交育种相比 与诱变育种相比
(1)不同种生物的基因能拼接的理论基础是：________________________
______________________________________________________________________________________________________。
(2)外源基因在受体细胞内能表达的理论基础是：____________________
_________________________________________________________________________________________。
①DNA的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸；②DNA分子都遵循碱基互补配对原则；③双链DNA分子的空间结构都是规则的双螺旋结构
①基因是控制生物性状的遗传物质的结构和功能单位；②遗传信息的传递都遵循中心法则；③生物界共用一套遗传密码
2.基因工程的理论基础
限制酶
磷酸二酯键
DNA连接酶
磷酸二酯键
种类：
E.coliDNA连接酶
载体
作为载体的条件
①有一个至多个限制酶切割位点；
②对受体细胞无害；
③能自我复制或能整合到宿主DNA上。
④有特殊的标记基因；
质粒、 λ噬菌体衍生物 、动植物DNA病毒
二.基因工程的基本工具
、T4 DNA连接酶
种类:
来源：
主要来源于原核生物
特点：
作用部位：
具有专一性
结果：
形成黏性末端或平末端
把两条双链DNA片段拼接起来
作用：
连接部位：
三.知识延伸
名称 作用部位 底物 作用结果
限制酶
DNA 连接酶
DNA 聚合酶
DNA （水解）酶
解旋酶
RNA 聚合酶
磷酸二酯键
磷酸二酯键
磷酸二酯键
磷酸二酯键
氢键
磷酸二酯键
DNA
DNA片段
脱氧核苷酸
DNA
DNA
核糖核苷酸
将DNA切成两个片段
将两个DNA片段连接为一个DNA分子
将单个脱氧核苷酸依次连接成DNA单链
将DNA分子水解为单个脱氧核苷酸
将双链DNA分子局部解旋为单链
将单个核苷酸依次连接成RNA单链
1.如图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化，图中依次表示限制酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用的正确顺序是(　　)
解题探究
A.①②③④ B.①②④③
C.①④②③ D.①④③②
C
编码区
非编码区
非编码区
有关的酶
RNA聚合酶
mRNA前体
mRNA
cDNA
逆转录酶
转录
剪接
逆转录
启动子
终止子
基因
以mRNA为模板, 反转录产生的目的基因中没有内含子、启动子和终止子。
真核细胞的基因结构
基因组文库
CDNA文库
获取
目的基因
基因表达载体的构建
目的基因导入受体细胞
目的基因的
检测与鉴定
基因工程的
应用
运载体的选择及改造
构建表达载体的工具
检测目的基因是否 导入受体细胞
检测目的基因是否转录和翻译
终端检测是否达到转基因的目标
农杆菌转化法
Ca2+处理法
显微注射技术
转基因植物
转基因产物
转基因动物
基因治疗
基因组文库
cDNA文库
PCR技术扩增
人工化学合成
四、基因工程的基本操作程序
考向1　结合基因工程所需工具酶分析，考查科学实践中的探究能力
1.(2016·全国卷Ⅲ，40)图(a)中的三个DNA片段上依次表示出了EcoRⅠ、BamHⅠ和Sau3AⅠ三种限制性内切酶的识别序列与切割位点，图(b)为某种表达载体的示意图(载体上的EcoRⅠ、Sau3AⅠ的切点是唯一的)。
根据基因工程的有关知识，回答下列问题：
(1)经BamHⅠ酶切后得到的目的基因可以与上述表达载体被________酶切后的产物连接，理由是__________________________________________________。
(2)若某人利用图(b)所示的表达载体获得了甲、乙、丙三种含有目的基因的重组子，如图(c)所示，这三种重组子中，不能在宿主细胞中表达目的基因产物的有________，不能表达的原因是____________________________________。
图(c)
Sau3AⅠ
两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端
甲、丙
甲中目的基因插入在启动子的上游，丙中目的基因插入在终止子的下游，二者的目的基因均不能被转录
(3)DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来的酶，常见的有_____________ ___和________________，其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是____________________________________________________。
E·coli DNA连接酶
T4DNA连接酶
T4DNA连接酶
(1)获取目的基因和切割载体时, 通常使用同种限制酶,目的是为了 。但是使用该法缺点是容易发生 以及 ，为了避免上述情况发生，可采取的措施是 。
产生相同的黏性末端，便于连接
目的基因与质粒反向连接
目的基因、质粒的自身环化
分别使用两种限制酶去切割目的基因和运载体
(2)获取一个目的基因需限制酶切割 次,共产生 个游离的磷酸基团。
两
4
习题巩固——用限制酶切割时需注意的事项
a
b
c
d
限制酶切割
DNA连接酶连接
缺点1
缺点2
缺点3
反向连接重组DNA
质粒自身环化
目的基因自身环化
1.单酶切的缺点
限制酶a切割
限制酶b切割
限制酶a切割
限制酶b切割
DNA连接酶连接
a
b
c
d
质粒不会重新环化
目的基因不会被环化
优点1
优点2
优点3
目的基因与质粒
不会发生反向连接
确保目的基因与运载体定向连接，减少重组杂物。
2.双酶切的优点
1.2020年诺贝尔化学奖授予两位女科学家以表彰她们“开发出一种基因组编辑方法”。CRISPR/Cas9 基因组编辑系统工作原理如图所示，下列关于此技术的解释错误的是(　　)
A．Cas9为一种能使磷酸二酯键断裂的酶B．DNA－RNA杂交区域不存在T—A碱基对C．在单链向导RNA中也存在碱基互补配对D．人为改变向导RNA的序列可实现对特定基因的切割
B
2．基因工程利用某目的基因(图甲)和P1噬菌体载体(图乙)构建重组DNA。限制性核酸内切酶分别是BglⅡ、EcoRⅠ和Sau3AⅠ。下列分析错误的是(　　)
A．构建重组DNA时，可用BglⅡ和Sau3AⅠ切割目的基因所在片段和P1噬菌体载体 B．构建重组DNA时，可用EcoRⅠ和Sau3AⅠ切割目的基因所在片段和P1噬菌体载体C．图乙中的P1噬菌体载体只用EcoRⅠ切割后，含有2个游离的磷酸基团D．用EcoRⅠ切割目的基因所在片段和P1噬菌体载体，再用DNA连接酶连接，只能产生
一种重组DNA
D
3.科学家发现胡萝卜中存在冷诱导的抗冻蛋白(AFP)，克隆其cDNA，通过基因工程可用来改良植物的抗寒性。下图为利用胡萝卜的AFP基因培育抗寒性强的番茄植株的过程。请据图回答问题。
(1)以幼小胡萝卜植株细胞中的mRNA为材料获得抗冻蛋白cDNA，要依据 ________原则。利用PCR技术扩增AFP基因时，需要加入两种引物，原因是 酶只能从引物的3′端延伸DNA链，用两种引物才能确保DNA的两条链同时被扩增，该酶只能复制处于 之间的DNA序列，一个DNA分子经三轮复制以后，含有两种引物的DNA分子有 个。
碱基互补配对
热稳定DNA聚合(Taq)
两个引物
6
(2)将AFP基因导入植物细胞时，目前常用的目的基因载体是Ti质粒，AFP基因必须插入该基因载体的 上。将重组AFP基因的表达载体导入农杆菌，再感染番茄细胞，可经过 技术形成转基因植株。(3)若要在个体水平上检测抗寒性强的番茄植株是否培育成功，请写出检测思路 。
T DNA
植物组织培养
将获得的转基因植株放在低温(寒冷)环境中培养，若该植株能正常生长繁殖，则表明抗寒性强的番茄植株培育成功
4．根据基因工程的有关知识，回答下列问题：(1)限制性核酸内切酶切割DNA分子后产生的片段，其末端类型有 和 。(2)质粒载体用EcoRⅠ切割后产生的片段如下：AATTC……G　 G……CTTAA为使载体与目的基因相连，含有目的基因的DNA除可用EcoRⅠ切割外，还可用另一种限制性核酸内切酶切割，该酶必须具有的特点是 。(3)按其来源不同，基因工程中所使用的DNA连接酶有两类，即 DNA连接酶和
DNA连接酶。(4)反转录作用的模板是 ，产物是 若要在体外获得大量反转录产物，常采用PCR技术。 (5)基因工程中除质粒外， 和 也可作为载体。(6)若用重组质粒转化大肠杆菌，一般情况下，不能直接用未处理的大肠杆菌作为受体细胞，原因是 。
黏性末端
平末端
切割产生的DNA片段末端与EcoRⅠ切割产生的相同
E·coli
T4
mRNA(或RNA)
cDNA(或DNA)
噬菌体(λ噬菌体的衍生物)
动植物病毒
未处理的大肠杆菌吸收质粒(外源DNA)的能力极弱
考向2　结合载体的作用及特点，考查科学思维的能力
2.(2021·河南百校联盟)如图所示为pBR322质粒，其中ampr(氨苄青霉素抗性基因)和tetr(四环素抗性基因)为标记基因，ori为复制原点，其他均为限制酶及其识别位点，并且每种限制酶都只有一个。pBR322质粒是基因工程较常用的运载体。回答下列相关问题：
(1)制备重组质粒，需要限制酶和________酶。如制备重组质粒时，使用PvuⅠ切割该质粒，则检测目的基因是否导入受体细胞，需要在培养基中添加________。
DNA连接
四环素
(2)该质粒中的BamHⅠ识别的核苷酸序列及切割位点为—G↓GATCC—，而Sau3AⅠ识别的核苷酸序列只有4个碱基。若BamHⅠ和Sau3AⅠ分别切割DNA所形成的DNA片段能拼接成一条DNA链，则Sau3AⅠ识别的核苷酸序列及切割位点为________。该拼接在一起的DNA片段，能否被BamHⅠ识别？________。
(3)与图示质粒相比，完整的重组质粒中还应有_________________________等三种特殊的DNA片段。将重组质粒导入动、植物细胞的方法分别为_____________和_______________________________________，如受体细胞为大肠杆菌，则该菌经钙离子处理后，将具备______________________的特性。
—↓GATC—
不一定能
启动子、终止子和目的基因
显微注射法
农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法
将外界DNA吸入细胞
考向2　结合基因工程的操作程序，考查科学实践能力
2.(2021·全国卷Ⅰ，38)回答下列问题：
(1)博耶(H.Boyer)和科恩(S.Cohen)将非洲爪蟾核糖体蛋白基因与质粒重组后导入大肠杆菌细胞中进行了表达。该研究除证明了质粒可以作为载体外，还证明了_________________________________ (答出两点即可)。
(2)体外重组的质粒可通过Ca2＋参与的________方法导入大肠杆菌细胞；而体外重组的噬菌体DNA通常需与 组装成完整噬菌体后，才能通过侵染的方法将重组的噬菌体DNA导入宿主细胞。在细菌、心肌细胞、叶肉细胞中，可作为重组噬菌体宿主细胞的是________。
(3)真核生物基因(目的基因)在大肠杆菌细胞内表达时，表达出的蛋白质可能会被降解。为防止蛋白质被降解，在实验中应选用________的大肠杆菌作为受体细胞，在蛋白质纯化的过程中应添加________的抑制剂。
体外重组的质粒可以进入受体细胞；真核生物基因可在原核细胞中表达
转化
外壳蛋白(或答噬菌体蛋白)
细菌
蛋白酶缺陷型
蛋白酶
如何筛选出含有目的基因的受体细胞
(1)原理：将目的基因插入含有两种抗生素抗性基因的载体时，如果插入某种抗生素抗性基因内部，则会导致该抗生素抗性基因失活。如图，目的基因插入了四环素抗性基因内部，则四环素抗性基因失活。
(2)被转化的细菌有三种：含环状目的基因的细菌、含重组质粒的细菌、含自身环化质粒的细菌。
(3)筛选方法：将混合处理后的细菌先放在含氨苄青霉素的培养基上培养，能生长的是含重组质粒的细菌和含自身环化质粒的细菌，如图1、2、3、4、5菌落，再利用无菌的绒布影印到含有四环素的培养基上，如图能生长的菌落为2、3、4，则在含四环素培养基上不生长的即为含有目的基因的菌落，如图1、5菌落。最后，可在含氨苄青霉素的培养基上挑取1、5菌落进行培养。
1.(2021·湖北华中师大一附中期中)中国T2DM(胰岛β细胞功能衰退型糖尿病)的发病率由1979年的1.00%上升到2019年的4.37%，补充胰岛素是控制和缓解病情的重要途径。胰岛素(由α、β两条多肽链组成)的生产由提取动物胰岛素发展到了利用基因工程生产重组人胰岛素。
(1)构建重组质粒时(如图所示)，为避免目的基因任意连接和载体的自身环化，应选用_________________酶切处理目的基因和载体。构建完成的基因表达载体除了目的基因、标记基因以外，还必须有________________________________等调控组件。
SmaⅠ、PstⅠ
启动子、终止子、复制原点
(2)利用大肠杆菌生产重组人胰岛素时，构建表达载体的目的基因应从________文库中获取，重组大肠杆菌合成的人胰岛素原没有活性，需用________酶将其加工成含α、β两条多肽链的胰岛素。
(3)利用奶牛设计乳腺生物反应器生产人胰岛素，为使人胰岛素基因在奶牛乳腺中特异表达，构建表达载体时应将目的基因与___________________的启动子等调控组件重组在一起，并选用________为受体细胞。
cDNA
蛋白
奶牛乳腺蛋白基因
受精卵
3.(2017·全国卷Ⅰ，38)真核生物基因中通常有内含子，而原核生物基因中没有，原核生物没有真核生物所具有的切除内含子对应的RNA序列的机制。已知在人体中基因A(有内含子)可以表达出某种特定蛋白(简称蛋白A)。回答下列问题：
(1)某同学从人的基因组文库中获得了基因A，以大肠杆菌作为受体细胞却未得到蛋白A，其原因是____________________________________________________
____________________________________。
(2)若用家蚕作为表达基因A的受体，在噬菌体和昆虫病毒两种载体中，不选用________________作为载体，其原因是_____________________________。
基因A有内含子，在大肠杆菌中，其初始转录产物中与内含子对应的RNA序列不能被切除，无法表达出蛋白A
噬菌体
噬菌体的宿主是细菌，而不是家蚕
(3)若要高效地获得蛋白A，可选用大肠杆菌作为受体，因为与家蚕相比，大肠杆菌具有________________________(答出两点即可)等优点。
(4)若要检测基因A是否翻译出蛋白A，可用的检测物质是____________________________(填“蛋白A的基因”或“蛋白A的抗体”)。
(5)艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验为证明DNA是遗传物质做出了重要贡献，也可以说是基因工程的先导，如果说他们的工作为基因工程理论的建立提供了启示，那么，这一启示是_________________________。
繁殖快、容易培养
蛋白A的抗体
DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体
5.(2020·陕西西安八校二联)苦荞是一种有名的经济植物，其含有的黄酮类化合物具有降血糖、血脂等功效。CHS是合成黄酮类化合物的关键酶。有人把经修饰的CHS基因导入苦荞细胞中，培育高产黄酮苦荞品系。按图示回答：
(1)将修饰后的CHS基因与Ti质粒连接成重组Ti质粒的酶称为________________。这种酶主要有两类，恢复的化学键是____________，其中能“缝合”平末端的是__________________。
DNA连接酶
磷酸二酯键
T4DNA连接酶
(2)基因工程中构建基因表达载体的目的是　 。
(3)图中将修饰后的CHS基因导入苦荞体细胞的方法称为____________，用此方法的受体植物细胞可以释放出________物质，吸引农杆菌移向细胞。如果是单子叶植物常采用的导入方法是________。
(4)检测转基因苦荞培育是否成功，个体水平上可以通过比较________________________________________________________________来进行鉴定。
使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用
农杆菌转化法
酚类
基因枪法
转基因苦荞与普通苦荞的黄酮类化合物的含量(或转基因苦荞与普通苦荞细胞中CHS含量)

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