选修三12基因工程的基本操作程序课件

1.2基因工程的基本操作程序2019/12/161原核细胞的基因结构非编码区非编码区编码区编码区上游编码区下游与RNA聚合酶结合位点启动子终止子编码区：能转录，编码蛋白质非编码区：不编码蛋白质,能调控遗传信息表达2019/12/162真核细胞的基因结构编码区非编码区非编码区启动子终止子编码区上游编码区下游内含子外显子与RNA聚合酶结合位点编码区：非编码区：外显子：内含子：能编码蛋白质的序列不能编码蛋白质的序列2019/12/163非编码区非编码区编码区RNA聚合酶结合位点外显子内含子终止子启动子原核真核基因的结构2019/12/164原核细胞真核细胞不同点编码区是_____的编码区是间隔的、_____的相同点都由能够编码蛋白质的______和具有调控作用的______区组成的原核细胞与真核细胞的基因结构比较连续不连续编码区非编码2019/12/165基因工程的基本操作程序目的基因的获取基因表达载体的构建将目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定2019/12/166目的基因主要是指______________________编码蛋白质的基因目的基因的获取供体生物细胞取出DNA用限制酶剪去多余部分目的基因即：将需要的基因从供体生物细胞内提取出来目前被广泛提取使用的目的基因有：苏云金杆菌抗虫基因、植物抗病基因（抗病毒、抗细菌)、人胰岛素基因等。也可以是一些具有调控作用的因子2019/12/167一、获得目的基因的方法1.从基因文库中获取目的基因（1）什么是基因文库？（2）怎样从基因文库中得到我们所需的目的基因？种类：基因组文库：部分基因文库：(如cDNA文库)基因的核苷酸序列等2.利用PCR技术扩增目的基因3.人工合成含有一种生物的全部基因含有一种生物的部分基因根据基因的有关信息：如基因的转录产物mRNA未知序列基因较小已知序列已知序列2019/12/1681.用一定的_________切割质粒，使其出现一个切口，露出____________。2.用_____________切断目的基因，使其产生_________________。——核心3.将切下的目的基因片段插入质粒的______处，再加入适量___________，形成了一个重组DNA分子（重组质粒）限制酶黏性末端同一种限制酶的黏性末端切口DNA连接酶相同2019/12/169二、基因表达载体的构建质粒DNA分子限制酶处理一个切口两个黏性末端两个切口获得目的基因DNA连接酶重组DNA分子（重组质粒）——核心(二)基因表达载体的构建4.过程:2019/12/1610科学家在培育抗虫棉时，经过了许多复杂的过程和不懈的努力，才获得成功。起初把苏云金芽孢杆菌的抗虫基因插入载体质粒中，然后导入棉花的受精卵中，结果抗虫基因在棉花体内没有表达。然后在插入抗虫基因的质粒中插入启动子(抗虫基因首端)，导入棉花受精卵，长成的棉花植株还是没有抗虫能力。科学家又在有启动子、抗虫基因的质粒中插入终止子(抗虫基因末端)，导入棉花受精卵，结果成长的植株，有了抗虫能力。资料:2019/12/1611基因表达载体的组成：目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用。a、目的基因b、启动子c、终止子d、标记基因2019/12/1612•常用的受体细胞：动植物细胞、大肠杆菌、土壤农杆菌、枯草杆菌等。•将目的基因导入受体细胞的原理：借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。转化——目的基因进入_________内，并且在受体细胞内维持_____和_____的过程受体细胞稳定表达2019/12/1613三、将目的基因导入受体细胞方法导入植物细胞导入动物细胞导入微生物细胞农杆菌转化法基因枪法花粉管通道法——显微注射法——感受态细胞吸收DNA分子(三)将目的基因导入受体细胞2019/12/1614Hind限制性酶ⅠⅡHindIIIHindIII目的DNATi质粒苏云金杆菌构建表达载体Bt毒素蛋白基因苏云金杆菌DNA连接酶T-DNA(可转移-DNA)知识拓展农杆菌转化法的过程：培养培养导入含目的基因的重组Ti质粒导入农杆菌含有氨苄青霉素的完全培养基不能存活Ca2+处理细胞形成感受态细胞检测农杆菌农杆菌（培养不具有氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性积基因的农杆菌）具有氨苄青霉素抗性基因的农杆菌农杆菌不具有氨苄青霉素抗性基因的农杆菌完全培养基含有氨苄青霉素的完全培养基农杆菌证明：目的基因已导入存活脱分化组织培养脱分化农杆菌导入植物细胞通过组织培养产生新个体再分化移植个体生物学水平的鉴定如虫吃后中毒死亡，则说明摄入了抗虫基因并得到表达导入植物细胞组织培养花粉管通道法：将目的基因导入植物细胞①操作方法：②特点：在植物花受粉后，花粉形成花粉管还末愈合前期，剪去柱头，然后，滴入DNA（含的基因）使目的基因借助花粉管通道进入受体细胞十分简便经济③例：转基因抗虫棉基因枪法：利用压缩气体产生的动力，将包裹在金属粒表面的表达载体DNA打入受体细胞中，使目的基因与其整合并表达的方法①操作方法：②金属粒：将目的基因导入单子叶植物细胞钨粉粒子和金粉粒子，粒子的直径一般在0.6～4um。③适用：单子叶植物①细胞类型：②操作程序：___显微注射法：（3）将目的基因导入动物细胞发育成新性状动物移植到子宫或输卵管培养成早期胚胎显微注射取受精卵提纯含目的基因表达载体受精卵细胞类型常用方法受体细胞转化过程植物细胞农杆菌转化法体细胞将目的基因插入Ti质粒的T-DNA上→转入农杆菌→导入植物细胞→整合到受体细胞的DNA动物细胞显微注射技术受精卵将含有目的基因的表达载体提纯→取卵→受精卵→显微注射→早期胚胎培养→胚胎移植→发育成为具有新性状的动物微生物细胞Ca2+处理法原核细胞用Ca2+处理细胞→感受态细胞→重组表达载体DNA分子与感受态细胞混合→感受态细胞吸收DNA分子将目的基因导入受体的方法2019/12/1621四、目的基因的检测与鉴定——检查是否成功检测—鉴定—①检测转基因生物DNA上是否插入了目的基因②检测目的基因是否转录出了mRNA③检测目的基因是否翻译成蛋白质抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等方法——方法——方法——DNA分子杂交分子杂交抗原-抗体杂交2019/12/16221.检测转基因生物的DNA探针15N15N14N14N（1）检测转基因生物染色体的DNA上是否插入了目的基因基因探针：放射性同位素等标记的DNA分子方法——DNA分子杂交技术变性变性变性方法——分子杂交技术（2）检测目的基因是否转录出了mRNA探针15N15N转基因生物的mRNA14N14N提取（3）检测目的基因是否翻译成蛋白质方法——抗原-抗体杂交苏云金杆菌Bt毒素蛋白将Bt毒蛋白注射小鼠体内从小鼠血管抽出血液分离出抗Bt毒素的抗体抗体蛋白质出现杂交带脱分化组织培养证明：提取蛋白质与Bt毒素蛋白质一样例：用棉铃饲喂棉铃虫，如虫吃后不出现中毒症状，说明未摄入目的基因或摄入目的基因未表达。如虫吃后中毒死亡，则说明摄入了抗虫基因并得到表达。2.鉴定——个体生物学水平的鉴定（1）多细胞个体抗虫、抗病结种实验，活性比较实验不能，受体细胞必须表现出特定的性状，才能说明目的基因完成了表达。•受体细胞摄入DNA分子后就说明目的基因完成了表达吗？若不能表达，要对抗虫基因再进行修饰。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。（2）单细胞生物目的基因的检测与鉴定检测步骤目的方法原理工具现象1DNA分子杂交技术碱基互补配对放射性同位素作标记的含目的基因的DNA片段杂交带2检测目的基因是否转录出了mRNADNA分子杂交技术碱基互补配对放射性同位素作标记的含目的基因的DNA片段杂交带3检测目的基因是否翻译成蛋白质抗原-抗体杂交抗体的专一性特定抗体杂交带(阳性反应)检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因2019/12/1629①直接分离法:用限制酶切成许多片断2.构建基因文库将含有某种生物不同基因的许多DNA片断，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同基因，称为基因文库。2019/12/1630①直接分离法：供体细胞中的DNA许多DNA片段重组DNA限制酶分别与载体连接受体细胞分别导入2.构建基因文库2019/12/1631②cDNA合成过程2019/12/1632基因组文库：一般针对原核生物的基因，因为基因少部分基因文库：一般针对真核生物的基因，如cDNA文库文库类型cDNA文库基因组文库文库大小小大基因中启动子无有基因中内含子无有基因多少某种生物的部分基因某种生物的全部基因物种之间的基因交流可以部分基因可以说明基因文库的组建过程就包含基因工程的基本操作步骤。从基因文库中获取目的基因的优点是操作简便，缺点是工作量大，具有一定的盲目性.基因文库的构建方法2019/12/1633依据：目的基因的有关信息。如：根据基因的核苷酸序列基因的功能、基因在染色体上的位置基因的转录产物mRNA基因的表达产物蛋白质等特性。3．如何从基因文库中得到所需要的基因？2019/12/1634•利用PCR技术扩增目的基因原理:DNA双链复制前提:要有一段已知目的基因的脱氧核苷酸序列，以便合成引物。2019/12/1635①概念：PCR全称为_______________，是一项在生物____复制___________的核酸合成技术③条件：_______________________、_______________、___________、___________.前提条件：②原理：__________④方式：以_____方式扩增，即____（n为扩增循环的次数）⑤结果：聚合酶链式反应体外特定DNA片段DNA双链复制已知基因的核苷酸序列四种脱氧核苷酸一对引物DNA聚合酶指数2n使目的基因的片段在短时间内成百万倍地扩增利用PCR技术扩增目的基因2019/12/1636⑥过程：a、DNA变性（90℃-95℃）：双链DNA模板在热作用下，_____断裂，形成___________b、退火（复性55℃-65℃）：系统温度降低，引物与DNA模板结合，形成局部________。c、延伸（70℃-75℃）：在Taq酶的作用下，从引物的5′端→3′端延伸，合成与模板互补的________。氢键单链DNA双链DNA链2019/12/16372019/12/1638利用PCR技术扩增目的基因2019/12/1639山西省孝义市第二中学PCR技术扩增过程a、DNA变性（90℃-95℃）：双链DNA模板在热作用下，断裂，形成_______b、复性（55℃-60℃）：系统温度降低，引物与DNA模板结合，形成局部________。c、延伸（70℃-75℃）：在Taq酶的作用下，从引物的5′端→3′端延伸，合成与模板互补的________。氢键单链DNA双链DNA链随堂闯关随堂闯关2019/12/1640目的基因的mRNA单链DNA(cDNA）双链DNA(即目的基因)反转录合成（1）反转录法：以目的基因转录成的信使RNA为模板，反转录成互补的单链DNA，然后在酶的作用下合成双链DNA，从而获得所需的基因。蛋白质的氨基酸序列mRNA的核苷酸序列结构基因的核苷酸序列目的基因推测推测化学合成（2）根据已知的氨基酸序列合成DNA法：2019/12/16413.人工合成目的基因