资源简介 (共66张PPT)第2节 基因工程的基本操作程序本节聚焦:基因工程的基本操作程序主要包括哪几个步骤?基因工程操作的每一步涉及的技术和方法有哪些?第三章 基因工程二某DNA片段5’3’3’你知道如何将Bt基因插入下面DNA片段中吗?质粒和Bt基因正向连接5’3’5’3’5’3’5’3’5’二5’3’3’质粒和Bt基因反向连接5’3’5’3’5’3’5’3’5’二某DNA片段5’3’3’你知道如何将Bt基因插入下面DNA片段中吗?质粒和Bt基因正向连接5’3’5’3’5’ATCG5’3’5’3’GCTA3.将目的基因导入受体细胞苏云金杆菌与载体拼接普通棉花细胞抗虫棉提取表达Bt基因导入Bt基因重组DNA分子1.目的基因的筛选与获取2.基因表达载体的构建4.目的基因的 检测与鉴定基因工程的基本操作程序一、目的基因用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物等的基因就是目的基因。主要是指编码蛋白质的基因如:Bt抗虫蛋白基因,简称Bt基因Bt抗虫蛋白使棉花抗虫导入人胰岛素基因的大肠杆菌二、筛选合适的目的基因序列数据库序列比对工具从相关的已知结构和功能清晰的基因中筛选目的基因问题:筛选出来的目的基因,该怎么获得它呢?细胞工程植物细胞工程动物细胞工程植物组织培养植物体细胞杂交动物细胞培养动物细胞融合动物细胞核移植应用原理步骤原理步骤原理步骤原理步骤原理步骤三、利用PCR获取和扩增目的基因提取苏云金杆菌PCRPCR中文名称:聚合酶链式反应PCR原理:DNA半保留复制含Bt基因的DNABt基因Bt基因Bt基因Bt基因【回顾】DNA复制的过程参与的组分 在DNA复制中的作用打开DNA双链提供DNA复制的模板合成DNA子链的原料催化合成DNA子链体内DNA复制所需的基本条件解旋酶DNA母链4种脱氧核苷酸DNA聚合酶【回顾】DNA复制的过程参与的组分 在DNA复制中的作用打开DNA双链提供DNA复制的模板合成DNA子链的原料催化合成DNA子链体内DNA复制所需的基本条件解旋酶DNA母链4种脱氧核苷酸DNA聚合酶三、利用PCR获取和扩增目的基因(阅读课本P77)1操作环境:2基本条件:体外缓冲液(PCR扩增仪/PCR仪)①模板:②原料:③酶:④2种引物 :DNA母链4种脱氧核苷酸耐高温的DNA聚合酶缓冲液中添加Mg2+引物是一小段能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸PCR过程905072℃延伸905072℃变性905072℃复性905072℃变性变性 :温度超过90℃时,双链DNA解聚为单链5`3`GGTCGCTA3`5`CCAGCGAT905072℃复性5`3`3`5`5`5`3`3`引物作用:使耐高温的DNA聚合酶从引物的3’端开始连接脱氧核苷酸。复性:两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合。GGTCGCTACCAGCGATCCAGGCTA两种引物能碱基互补配对吗?905072℃延伸5`3`3`5`3`5`5`3`引物作用:使DNA聚合酶从引物的3’端开始连接脱氧核苷酸。请同学们画出第2,3次循环至少要循环 次,可以获取目的基因3延伸 :耐高温的DNA聚合酶将4种脱氧核苷酸连接到引物的3`端5’ 3’3’ 5’3’ 5’5’ 3’5’ 3’引物13’ 5’引物25’ 3’3’ 5’引物25’ 3’引物15’ 3’引物13’ 5’引物23’ 5’引物25’ 3’引物1目的基因3’ 5’3’ 5’5’ 3’引物15’ 3’引物13’ 5’引物23’ 5’引物25’ 3’引物15’ 3’引物13’ 5’引物21、引物在PCR中能重复利用吗?不能2、PCR循环n次,得到多少个DNA分子? 消耗了多少个引物?琼脂糖凝胶电泳6产物鉴定:较小的DNA片段在凝胶中的移动容易,距离远,较大的DNA片段移动难,距离短获得Bt基因后,靠什么运输进棉花细胞(受体细胞)?PCR技术 DNA复制相同点 模板 原料 不同点 解旋 方式场所酶能量结果DNA的两条母链四种脱氧核苷酸DNA在高温下变性解旋解旋酶催化体外复制细胞内(主要在细胞核内)耐高温的DNA聚合酶解旋酶、DNA聚合酶大量的DNA片段形成整个DNA分子7PCR技术与DNA复制过程比较dNTP(原料)提供细胞内的ATP提供例1 下列有关PCR技术的叙述,错误的是 ( )A.每一次循环后目的基因的数量可以增加一倍B.PCR反应过程中需要3个不同的温度范围C.PCR反应过程中加入的酶的显著特性是耐高温D.模板DNA和引物能在每一次扩增中重复使用任 务 活 动D二第二步:基因表达载体的构建5‘3‘3‘5‘Bt基因(目的基因)PCRBt基因EcoRⅠ酶切位点EcoRⅠ酶切位点二第二步:基因表达载体的构建cDNA文库5‘3‘3‘5‘Bt基因(目的基因)PCR(设计引物)Bt基因EcoRⅠ酶切位点EcoRⅠ酶切位点质粒EcoRⅠ酶切位点二第二步:基因表达载体的构建cDNA文库5‘3‘3‘5‘Bt基因(目的基因)PCR(设计引物)Bt基因!EcoRⅠ酶切位点EcoRⅠ酶切位点质粒EcoRⅠ酶切位点(目的基因)Bt基因二第二步:基因表达载体的构建Bt基因!EcoRⅠ酶切位点EcoRⅠ酶切位点质粒EcoRⅠ酶切位点(目的基因)Bt基因二第二步:基因表达载体的构建Bt基因!EcoRⅠ酶切位点EcoRⅠ酶切位点质粒EcoRⅠ酶切位点Bt基因(目的基因)重组DNA分子基因表达载体构建:复制原点标记基因用同种限制酶或能产生相同末端的限制酶分别切割含有目的基因的DNA片段,质粒。重组DNA复制所需结构标记基因作用:便于重组DNA分子的筛选启动子位置:功能:RNA聚合酶识别和结合的部位,驱动基因转录出mRNA基因的上游本质:DNA片段二第二步:基因表达载体的构建Bt基因(目的基因)如果目的基因需要复制需要什么结构?复制原点如果目的基因需要表达需要什么条件?需要启动子和终止子启动子和终止子应该加在哪?启动子终止子启动子类型:诱导型启动子组成型启动子组织特异性启动子诱导物作用诱导型启动子激活或抑制目的基因表达如:光诱导表达基因启动子、真菌诱导表达基因启动子和共生细菌诱导表达基因启动子等。二第二步:基因表达载体的构建Bt基因!EcoRⅠ酶切位点EcoRⅠ酶切位点质粒EcoRⅠ酶切位点Bt基因(目的基因)重组DNA分子基因表达载体构建:复制原点标记基因重组DNA复制所需结构标记基因作用:便于重组DNA分子的筛选基因表达载体启动子位置:功能:RNA聚合酶识别和结合的部位,驱动基因转录出mRNA基因的上游终止子位置:功能:基因的下游转录的终止信号本质:DNA片段本质:DNA片段启动(终止)转录启动(终止)翻译作用位于DNA上位于mRNA上位置DNA片段三个相邻碱基本质启动(终止)子启始(终止)密码子归纳比较阅读教材P80,回答下列问题:1.获取Bt基因后,如果直接把目的基因导入受体细胞,可能会出现什么样的结果?游离的DNA片段进入受体细胞,一般会直接被分解,且游离的DNA片段不能稳定遗传。为什么要构建基因表达载体?1.使目的基因在受体细胞中稳定存在,并且遗传给下一代2.同时使目的基因能够表达和发挥作用。基因表达载体构建是基因工程的核心工作。判断:基因表达载体和载体是不同的( )---基因工程的核心问题探讨:1、使用一种DNA限制酶进行切割,是否只会得到目的基因与载体结合的这一种重组DNA?活动一:基因表达载体的构建用Ecol RⅠ限制酶(识别GAATTC,切割GA之间)切割载体和目的基因。目的基因能否自连?质粒能否自连?目的基因与质粒能否反向连接?---基因工程的核心问题探讨:1、使用一种DNA限制酶进行切割,是否只会得到目的基因与载体结合的这一种重组DNA?载体目的基因自连片段间的连接目的基因自连质粒自连目的基因与质粒连接目的基因与目的基因连接质粒与质粒连接正向连接 反向连接11’22’122’1’22’1’12.如何防止目的基因和质粒的自身环化以及目的基因的反向连接?问题探讨:活动二:基因表达载体的构建用Ecol RⅠ(识别GAATTC,切割GA之间)和BglⅡ限制酶(识别AGATCT,切割AG之间),切割载体和目的基因,并将其连接。双酶切-G-CTTAA-A-TCTAG选择两种不同的限制酶同时对目的基因和载体切割,防止目的基因和载体的自身环化和反向连接。【情境】目的基因导入受体细胞之前,需构建基因表达载体,图甲、乙表示质粒及目的基因所在DNA片段,图中箭头表示相关限制酶的酶切位点。(1)构建基因表达载体时需要使用的工具酶为 。 (2)用图中的质粒和DNA构建基因表达载体时,不能使用SmaⅠ切割,原因是 。 (3)构建基因表达载体时,可用EcoRⅠ同时切割质粒和DNA,但会导致 等问题,为避免以上问题出现,应使用 两种限制酶。 SmaⅠ会破坏质粒的抗生素抗性基因和外源DNA中的目的基因目的基因自身环化、目的基因不能定向连接BamHⅠ和HindⅢ(或EcoRⅠ和HindⅢ)限制酶和DNA连接酶任务二 基因表达载体的构建(导学案P75)【情境】目的基因导入受体细胞之前,需构建基因表达载体,图甲、乙表示质粒及目的基因所在DNA片段,图中箭头表示相关限制酶的酶切位点。任务二 基因表达载体的构建(导学案P75)(4)构建好的基因表达载体在目的基因前要加上 ,其是 识别和结合的部位。 (5)请简要描述基因表达载体的构建过程。 RNA聚合酶用相同的限制酶分别切割载体和含目的基因的DNA片段,产生末端相同的切口,再用DNA连接酶将目的基因片段拼接到载体的切口处。启动子目的基因的筛选与获取基因表达载体的构建将目的基因导入受体细胞第一步第二步第三步第四步目的基因的检测与鉴定基因工程的基本操作程序自主思考:阅读课本相关内容(P80-81),总结将目的基因导入受体细胞的方法有哪些?各自适用于什么生物?三受体细胞类型植物细胞动物细胞微生物细胞农杆菌转化法花粉管通道法我国科学家独创常用显微注射法Ca2+处理法第三步:将目的基因导入受体细胞三植物细胞花粉管通道法方法一:用微量注射器将含目的基因的DNA 溶液直接注入子房中含目的基因的DNA 溶液(我国科学家独创)一将目的基因导入植物细胞第三步:将目的基因导入受体细胞(我国科学家独创)三植物细胞花粉管通道法方法二:在植物受粉后的一定时间内,剪去柱头,将DNA溶液滴加在花柱切面上,使目的基因借助花粉管通道进入胚囊。一将目的基因导入植物细胞第三步:将目的基因导入受体细胞三花粉管通道法农杆菌转化法农杆菌农杆菌是一种在土壤中生活的微生物,能在自然条件下侵染双子叶植物和裸子植物,而对大多数单子叶植物没有侵染能力。一将目的基因导入植物细胞第三步:将目的基因导入受体细胞裸子植物三植物细胞花粉管通道法农杆菌转化法转化:目的基因进入受体细胞内,并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。实质是基因重组。农杆菌农杆菌是一种在土壤中生活的微生物,能在自然条件下侵染双子叶植物和裸子植物,而对大多数单子叶植物没有侵染能力。Ti质粒T-DNA(可转移的DNA)第三步:将目的基因导入受体细胞三农杆菌转化法农杆菌Ti质粒T-DNA(可转移的DNA)目的基因构建表达载体含目的基因的重组 Ti 质粒转入农杆菌含重组 Ti 质粒的农杆菌第三步:将目的基因导入受体细胞三农杆菌转化法农杆菌Ti质粒T-DNA(可转移的DNA)目的基因构建表达载体含目的基因的重组 Ti 质粒转入农杆菌含重组 Ti 质粒的农杆菌导入植物细胞将目的基因插入染色体 DNA 中第三步:将目的基因导入受体细胞三农杆菌转化法农杆菌Ti质粒T-DNA(可转移的DNA)目的基因构建表达载体含目的基因的重组 Ti 质粒转入农杆菌含重组 Ti 质粒的农杆菌导入植物细胞将目的基因插入染色体 DNA 中表现出新性状的植株第三步:将目的基因导入受体细胞转化:目的基因进入受体细胞内,并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。三农杆菌转化法农杆菌Ti质粒T-DNA(可转移的DNA)目的基因构建表达载体含目的基因的重组 Ti 质粒转入农杆菌含重组 Ti 质粒的农杆菌导入植物细胞将目的基因插入染色体 DNA 中第一次拼接第二次拼接第一次导入第二次导入该过程涉及两次拼接和两次导入,你能总结吗?第三步:将目的基因导入受体细胞目的基因Ti质粒表达载体农杆菌植物细胞植物细胞染色体DNA新性状植株构建转入导入插入表达农杆菌转化法小结三第三步:将目的基因导入受体细胞三受体细胞为受精卵受体细胞为体细胞(利用植物细胞的全能性)方法一方法二农杆菌的溶液基因表达载体农杆菌三受体细胞类型植物细胞动物细胞微生物细胞农杆菌转化法花粉管通道法我国科学家独创常用显微注射法Ca2+处理法第三步:将目的基因导入受体细胞三受体细胞类型植物细胞动物细胞微生物细胞农杆菌转化法花粉管通道法我国科学家独创常用显微注射法Ca2+处理法第三步:将目的基因导入受体细胞1、导入方法:2、受体细胞:显微注射法受精卵为什么常选用受精卵作为受体细胞呢?①体积大,易操作。②受精卵全能性很高。3、过程:构建基因表达载体并提纯利用显微注射将基因表达载体注入动物的受精卵中体外胚胎培养胚胎移植获得具有新性状的动物二将目的基因导入动物细胞三第三步:将目的基因导入受体细胞受体细胞类型植物细胞动物细胞微生物细胞农杆菌转化法花粉管通道法我国科学家独创常用显微注射法Ca2+处理法1、常用方法:Ca2+处理原核细胞(大肠杆菌应用最广)可使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态。2、受体细胞:三将目的基因导入微生物细胞吸收Ca2+基因表达载体成熟mRNA相应酶去除内含子转录翻译真核基因:编码区(外显子+内含子)多肽链前体mRNA蛋白质加工如果把一个真核生物的基因导入原核细胞中表达,一定会产生原来的蛋白质吗?提示:一般不能产生原来的蛋白质原因:①原核生物细胞里没有相应的酶来去除内含子;②原核生物没有真核的蛋白质加工系统(如内质网、高尔基体等)提取如果把真核基因导入原核细胞中表达,不考虑蛋白质加工的问题,如何产生与原来结构相同的蛋白质吗?mRNA单链逆转录酶DNA单链DNA双链酶这种双链DNA是不含内含子的DNA,叫做cDNA成熟mRNA去除内含子转录真核基因:编码区(外显子+内含子)前体mRNA相应酶提示:把真核基因的cDNA导入到原核细胞中表达。(具体做法,如图)将生物的所有DNA直接导入受体细胞不是更简便吗?如果这么做,效果会怎样?有人采用总DNA注射法进行遗传转化,即将一个生物的总DNA提取出来,通过注射或花粉管通道法导入受体植物,没有进行基因表达载体的构建。这种方法针对性差,完全靠运气,也无法确定哪些基因导入了受体植物。基因工程第四步:目的基因的检测与鉴定思考:基因表达载体是否成功导入棉花细胞?Bt基因是否可以在棉花细胞中稳定维持并表达出Bt蛋白?表达出的Bt蛋白是否具有杀虫的功效?BtBt棉花细胞抗虫棉植株1.分子水平检测2.个体生物学水平③检测目的基因是否翻译成Bt抗虫蛋白采摘抗虫棉叶片饲喂棉铃虫,观察棉铃虫的生理状况,从而判断是否抗虫及抗虫程度等②检测目的基因是否转录出了mRNA①检测棉花染色体的DNA上是否插入了目的基因思考:Bt基因是否可以在棉花细胞中稳定维持并表达出Bt蛋白?表达出的Bt蛋白是否具有杀虫的功效?3’ 5’3’ 5’5’ 3’5’ 3’引物13’ 5’引物25’ 3’3’ 5’引物25’ 3’引物15’ 3’引物13’ 5’引物23’ 5’引物25’ 3’引物15’ 3’Bt(目的基因)3’ 5’3’ 5’5’ 3’引物15’ 3’引物13’ 5’引物23’ 5’引物25’ 3’引物15’ 3’引物13’ 5’引物2①检测棉花染色体DNA上是否插入了目的基因PCR技术棉花细胞的所有染色体DNA准备工作:根据目的基因的序列合成2种引物提取转基因生物全部DNA根据目的基因的序列设计PCR引物PCR是否扩增出目的基因琼脂糖凝胶电泳过程:四②检测目的基因是否转录出了mRNA(一)分子水平检测转基因生物PCR逆转录逆转录酶cDNA提取全部RNARNA作为模板PCR技术第四步:目的基因的检测与鉴定5`CGATAGGCTTTAC3`3`GCTATCCGAAATG5`模板链—5`CGAUAGGCUUUAC3`mRNA—PCR技术不可以扩增mRNA目的基因是否扩增出目的基因琼脂糖凝胶电泳DNA片段基因1 基因2 基因3放大终止子非编码区非编码区编码区编码区上游编码区下游启动子知识拓展:基因结构:mRNA3`5`3`5`逆转录cDNAcDNA上没有启动子和终止子构建基因表达载体时,要在目的基因( cDNA )上游添加启动子,下游添加终止子四③检测目的基因是否翻译出Bt抗虫蛋白方法:抗原— 抗体杂交苏云金杆菌提取Bt抗虫蛋白注射小鼠体内抗体标记抗体提取蛋白抗原抗体杂交转基因生物(杂交带)四(一)分子水平检测第四步:目的基因的检测与鉴定抗原转基因生物 鉴定方法 成功标志抗虫植物抗病毒(菌)植物抗盐植物抗除草剂植物饲喂害虫(抗虫接种实验)害虫死亡病毒(菌)感染(抗病接种实验)未出现病斑盐水浇灌正常生长喷洒除草剂正常生长个体水平鉴定:转基因生物的DNA目的基因探针32P变性变性32P杂交DNA分子(杂交带)5`CGATAGGCTTTAC3`3`GCTATCCGAAATG5`5`-------CGATAGGCTTTAC--------- 3`3`-------GCTATCCGAAATG--------- 5`CGATAGGCTTTACGCTATCCGAAATGCGATAGGCTTTACGCTATCCGAAATG5`-------CGATAGGCTTTAC--------- 3`3`-------GCTATCCGAAATG--------- 5`目的基因的筛选和获取利用PCR获取和扩增基因表达载体的构建-核心目的基因、启动子、终止子、标记基因将目的基因导入受体细胞农杆菌转化法(植物)、显微注射法(动物) 、Ca2+处理(微生物);目的基因的检测与鉴定分子检测:是否插入、转录、翻译个体水平:是否具有抗性以及抗性强度等。基因工程的基本操作程序(4个步骤)1.研究人员将一种海鱼的抗冻蛋白基因afp整合到土壤农杆菌的Ti质粒上,然后用它侵染番茄细胞,获得了抗冻的番茄品种。判断下列相关表述是否正确。(1)afp基因是培育抗冻番茄用到的目的基因。 ( )(2)构建含有afp基因的Ti质粒需要限制酶、DNA连接酶和核酸酶( )(3)只要检测出番茄细胞中含有afp基因,就代表抗冻番茄培育成功( )2.利用PCR既可以快速扩增特定基因,也可以检测基因的表达。下列有关PCR的叙述错误的是 ( )A.PCR用的DNA聚合酶是一种耐高温酶B.变性过程中双链DNA的解开不需要解旋酶C.复性过程中引物与模板链的结合遵循碱基互补配对原则D.延伸过程中需要DNA聚合酶、ATP和 4种核糖核苷酸√××练习与应用(P83)一.概念检测D1.研究人员在研究转基因烟草中外源卡那霉素抗性基因的遗传稳定性时,发现44株转基因烟草中有4株该基因的遗传不符合孟德尔遗传规律,在它们的自交后代中出现了较多的没有卡那霉素抗性的植株。请查找相关资料,尝试对这个问题作出解释。外源基因插入基因组中可能为单位点插入,或者同一染色体多位点插入,或者不同染色体多位点插入。大多数情况下,插入的位点难以做到定点插入;插入的拷贝数也是随机的。因此,外源基因在转基因植物中的遗传是很复杂的。例如,科研人员在对转GUS基因(β-葡糖醛酸糖苷酶基因)的烟草进行基因表达分析时,发现部分转基因植株的染色体DNA中整合了多个拷贝的基因,从而导致GUS基因失活。除此之外,外源基因丢失、基因重排等也都可能影响外源基因的稳定性。练习与应用(P83)二、拓展应用2.八氢番茄红素合酶(其基因用psy表示) 和胡萝卜素脱饱和酶(其基因用crtⅠ表示)参与β-胡萝卜素的合成。pmi为磷酸甘露醇异构酶基因,它编码的蛋白质可使细胞在特殊培养基上生长。科学家将psy和crtⅠ基因转入水稻,使水稻胚乳中富含β-胡萝卜素,由此生产出的大米称为 “黄金大米”。请根据以上信息回答下列问题。练习与应用(P83)二、拓展应用(1)科学家在培育“黄金大米”时,将ctrⅠ和psy基因导入含pmi基因的质粒中,构建了质粒pSYN12424。该项研究的目的基因是______ ,标记基因是_____ ,质粒pSYN12424的作用是______ 。ctrⅠ基因和psy基因pmi基因将目的基因送入水稻细胞(2)在构建质粒载体时,目的基因序列中能否含有用到的限制酶的识别序列?为什么?不能。限制酶可能将它切断。(3)请查找相关资料,了解科学家为什么 要培育“黄金大米”以及当前关于“是否要推广 '黄金大米’”的各种争论。你还可以提出自己的看法,并与同学交流讨论。维生素A在人体内具有非常重要的生理功能,对视力、骨骼生长、免疫功能等都有调节作用。但是,人体不能合成维生素A,需要从食物中摄取。维生素A缺乏症是南亚地区常见的由营养不良导致的疾病,该地区的居民一般以籼稻作为主食。β-胡萝ト素是维生素A的前体,在人体内它可以转化为维生素A。因此,科学家将两个参与β-胡萝ト素合成的酶的基因转入了籼稻中,使其胚乳中富含β-胡萝ト素,期望让人们通过日常食用主食就能补充足够量的维生素A,从而降低维生素A缺乏症的患病率。关于“是否要推广'黄金大米'”的争论主要围绕其安全性、有效性等方面展开练习与应用(P83)二、拓展应用 展开更多...... 收起↑ 资源预览