2016新课标三维人教生物选修3 专题1 1.2 基因工程的基本操作程序

版权所有:中国好课堂．2基因工程的基本操作程序一、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。二、目的基因的获取1．从基因文库中获取(1)基因文库的含义：将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，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的基因。(2)基因文库的种类：①基因组文库：包含一种生物的所有基因。②部分基因文库：包含一种生物的一部分基因。2．利用PCR技术扩增(1)原理：DNA双链复制。(2)过程：3．人工合成(1)条件：基因比较小，核苷酸序列又已知。(2)方法：通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成。三、基因表达载体的构建1.基因表达载体的构建是基因工程的核心，一个基因表达载体的组成，除了目的基因外，还必须有启动子、终止子以及标记基因等。2．将目的基因导入植物细胞的方法有农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法。3．将目的基因导入动物细胞常用显微注射技术，导入微生物细胞常用感受态细胞法(Ca2＋处理法)。4．检测目的基因是否导入受体细胞常用DNA分子杂交技术；检测是否转录，常用分子杂交技术；检测是否翻译，常用抗原一抗体杂交技术。版权所有:中国好课堂．构建基因表达载体的目的(1)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。(2)使目的基因能够表达和发挥作用。2．基因表达载体的组成[填图]四、将目的基因导入受体细胞1．导入植物细胞(1)农杆菌转化法：①原理：农杆菌Ti质粒上的T­DNA可整合到受体细胞的染色体DNA上。②适用范围：主要适用于双子叶植物和裸子植物。(2)基因枪法：常用于单子叶植物。(3)花粉管通道法：目的基因借助花粉管通道进入受体细胞。2．导入动物细胞(1)常用方法：显微注射技术。(2)受体细胞：受精卵。3．导入微生物细胞(1)方法：感受态细胞法，即用Ca2＋处理细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态(这种细胞称为感受态细胞)。(2)常用原核生物作为受体细胞的原因：繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少等。五、目的基因的检测与鉴定1．分子水平的检测[连线]2．个体水平的鉴定(1)抗虫或抗病的接种实验。(2)对基因工程产品与天然产品的功能进行活性比较。版权所有:中国好课堂．基因工程主要操作步骤的顺序是()①基因表达载体的构建②将目的基因导入受体细胞③目的基因的检测与鉴定④目的基因的获取A．③②④①B．②④①③C．④①②③D．③④①②解析：选C基因工程的主要操作步骤顺序是：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→目的基因的检测和鉴定。2．基因工程的核心是()A．目的基因的获取B．基因表达载体的构建C．将目的基因导入受体细胞D．目的基因的检测与鉴定解析：选B基因表达载体的构建是基因工程的核心步骤。3．下列哪项不是基因表达载体的组成部分()A．启动子B．终止密码子C．标记基因D．目的基因解析：选B基因表达载体的组成为：目的基因＋启动子＋终止子＋标记基因。终止子位于基因的尾端，是一段有特殊结构的DNA短片段，可使转录在所需要的地方停止下来；终止密码子是mRNA上3个相邻的碱基，使翻译过程在相应的地方停止。4．目前将目的基因导入动物细胞最常用、最有效的方法是()A．显微注射法B．农杆菌转化法C．基因枪法D．花粉管通道法解析：选A显微注射法是迄今为止转基因动物中采用最多、最有效的一种，将目的基因导入动物细胞的方法。5．在基因工程技术中，可能需要用到CaCl2处理的环节是()A．目的基因的提取和导入B．目的基因与载体结合C．将目的基因导入受体细胞D．目的基因的检测与鉴定解析：选C将目的基因导入原核生物受体细胞时，首先用Ca2＋处理细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，然后在一定条件下促进感受态细胞吸收DNA分子，完成转化。版权所有:中国好课堂核心要点一|目的基因的获取与基因表达载体的构建1．获取目的基因方法的比较方法基因文库的构建PCR技术扩增人工合成基因组文库库(如cDNA文库)过程优点操作简单专一性强可在短时间内大量扩增目的基因专一性强，可产生自然界中不存在的新基因缺点工作量大、盲目性大、专一性差操作过程较麻烦，技术要求过高需要严格控制温度、技术要求高适用范围小2．RCR反应的过程3．PCR技术与生物体内DNA复制的比较版权所有:中国好课堂在高温作用下变性解旋场所细胞内(主要在细胞核内)细胞外(在PCR扩增仪内)酶DNA解旋酶、普通的DNA聚合酶等耐热的DNA聚合酶(Taq聚合酶)温度条件细胞内温和条件需控制温度，在较高温度下进行合成的对象DNA分子DNA片段或基因联系①模板：均需要脱氧核苷酸链作为模板进行物质合成②原料：均为四种脱氧核苷酸③酶：均需要DNA聚合酶进行催化④引物：均需要引物，使DNA聚合酶从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸4．基因表达载体的构建过程(1)用同一种限制酶切割目的基因和质粒，使其产生相同末端。(2)将切下的目的基因片段与切开的质粒混合，再加入适量DNA连接酶，使目的基因插入质粒的切口处，形成一个重组DNA分子(重组质粒)。构建过程如下图所示：[题组冲关]1．下图为基因表达载体的模式图，下列有关基因工程中载体的说法错误的是()A．基因表达载体的构建是在生物体外完成的B．任何基因表达载体的构建都是一样的，没有差别C．图中启动子位于基因的首端，是RNA聚合酶识别和结合的部位D．抗生素抗性基因的作用是作为标记基因，用于鉴别受体细胞中是否导入了目的基因解析：选B由于受体细胞有植物、动物和微生物之分，以及目的基因导入受体细胞版权所有:中国好课堂的方式不同，所以基因表达载体的构建也会有所差别，不可能千篇一律。2．为从根本上解决水稻中的高植酸问题，可将植酸酶基因导入水稻，培育低植酸转基因水稻品种。下图是获取植酸酶基因的流程。据图回答：(1)图中基因组文库________(填“小于”“等于”或“大于”)cDNA文库。(2)B过程需要的酶是________；A、C过程中________(填“可以”或“不可以”)使用同一种探针筛选含目的基因的菌株。(3)目的基因Ⅰ和Ⅱ除可从构建的文库中分离外，还可以分别利用图中________和________为模板直接进行PCR扩增，该过程中所用酶的显著特点是______________。解析：分析获取植酸酶基因的流程图可知，图中基因组文库大于cDNA文库。B过程需要的酶应该是逆转录酶；A、C过程虽然都能获得含目的基因的菌株，但C中无内含子对应的序列，所以不可以使用同一种探针进行筛选。目的基因Ⅰ和Ⅱ除可从构建的文库中分离外，还可以分别利用图中DNA和cDNA为模板直接进行PCR扩增，该过程中所用酶的显著特点是耐高温。答案：(1)大于(2)逆转录酶不可以(3)DNAcDNA耐高温核心要点二|将目的基因导入受体细胞及目的基因的检测与鉴定1．将目的基因导入受体细胞的方法比较生物类型植物动物微生物受体细胞体细胞受精卵原核细胞常用方法农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法显微注射技术感受态细胞法转化过程以农杆菌转化法为例：将目的基因插入Ti质粒的T­DNA上提取含目的基因的表达载体↓Ca2＋处理细胞↓感受态细胞版权所有:中国好课堂↓转入农杆菌↓导入植物细胞↓整合到受体细胞的DNA上显微注射↓受精卵发育↓具有新性状的个体↓基因表达载体与感受态细胞混合↓感受态细胞吸收DNA分子2．目的基因的检测与鉴定归纳3．不同分子检测的原理、场所、探针的异同(1)进行转录水平的检测原理与复制水平的检测原理是相似的，只是被检测的物质不再是转基因生物的基因组DNA，而是转基因生物的细胞内的mRNA；进行翻译水平的检测，则是利用抗原与抗体特异性结合的原理。(2)不论是复制水平、转录水平还是翻译水平的检测，都是在体外进行的。(3)在DNA分子、mRNA分子上检测目的基因是否插入、目的基因是否转录时，用的探针都是放射性同位素等标记的含有目的基因的DNA片段。[名师点拨]关注基因工程操作过程的四个易误点(1)限制酶剪切目的基因与质粒的次数不同：获取一个目的基因需限制酶剪切2次，共产生4个黏性末端或平末端，切割质粒一般只需要限制酶剪切1次，产生2个黏性末端或平末端，因为质粒是环状DNA分子，而目的基因在DNA分子链上。(2)切割目的基因和载体并非只能用同一种限制酶：如果用两种不同限制酶切割后形成的黏性末端相同时，在DNA连接酶的作用下，目的基因与载体也可以连接起来。(3)目的基因的插入点不是随意的：基因表达需要启动子与终止子的调控，所以目的基因应插入到启动子与终止子之间的部位。(4)基因工程操作过程中只有第三步“将目的基因导入受体细胞”没有碱基互补配对现象；第一步利用逆转录法获得DNA，第二步中的黏性末端连接，第四步利用分子水平杂交版权所有:中国好课堂的方法检测，均存在碱基互补配对现象。[题组冲关]3．下列关于目的基因导入受体细胞的描述，不．正确的是()A．基因枪法导入植物体细胞的方法比较经济和有效B．显微注射技术是转基因动物中采用最多的方法C．大肠杆菌最常用的转化方法，是使细胞的生理状态发生改变D．农杆菌转化法是将目的基因导入植物细胞最常用的方法解析：选A不同受体细胞导入目的基因的方法不同，每种方法都有利弊。目的基因导入植物细胞常用的方法是农杆菌转化法，该方法比较经济和有效；目的基因导入动物细胞常用的方法是显微注射法；目的基因导入大肠杆菌细胞最常用的转化方法就是用钙离子处理细胞，使细胞的生理状态发生改变，完成转化。4．目的基因导入受体细胞后，是否可以稳定维持和表达其遗传特性，只有通过鉴定与检测才能知道。下列属于目的基因检测和鉴定的是()①检测受体细胞中是否有目的基因②检测受体细胞中是否有致病基因③检测目的基因是否转录出了mRNA④检测目的基因是否翻译成蛋白质A．①②③B．②③④C．①③④D．①②④解析：选C目的基因的分子检测包括三个方面：①检测转基因生物的DNA上是否插入了目的基因，方法是采用DNA分子杂交技术；②检测目的基因是否转录出了相应的mRNA，方法也是使用基因探针与之杂交；③检测目的基因是否翻译成了相应的蛋白质，常用的方法是抗原—抗体杂交。[随堂基础巩固]1．下列获取目的基因的方法中需要模板链的是()①从基因文库中获取目的基因②利用PCR技术扩增目的基因③反转录法④通过DNA合成仪利用化学方法人工合成A．①②③④B．①②③C．①②④D．②③解析：选DPCR利用的是DNA双链复制原理，即将双链DNA之间的氢键打开，变成单链DNA，作为聚合反应的模板。反转录法则是以目的基因转录成的mRNA为模板，在逆转录酶的作用下，先反转录形成互补的单链DNA，再合成双链DNA。①、④均不需要模板。2．下列关于基因表达载体及其构建的相关叙述，不．正确的是()版权所有:中国好课堂．基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子、标记基因等部分B．目的基因主要是指编码所需蛋白质的结构基因C．构建基因表达载体需用限制酶和DNA连接酶D．构建基因表达载体必须在细胞内进行解析：选D一个基因表达载体的组成除目的基因外还必须具有启动子、终止子、标记基因等部分；目的基因主要是指编码蛋白质的结构基因；基因表达载体的构建是目的基因与载体结合，在此过程中需用同种限制酶切割目的基因与载体，用DNA连接酶将相同的末端连接起来；基因表达载体的构建是在细胞外进行的。3．下列叙述能表明目的基因完成了表达的是()A．抗虫棉植株中检测到杀虫蛋白基因B．马铃薯块茎中含有抗病毒的基因C．从转基因酵母中提取到干扰素D．从大肠杆菌细胞中获得人胰岛素基因的mRNA解析：选C抗虫棉植株中检测到杀虫蛋白基因，马铃薯块茎中含有抗病毒基因，说明目的基因已经导