高三生物课件基因工程简介1高三生物课件

基因工程简介第三章第四节巩固提问PSOlacZlacYlacAR•上图中的S、O、P、R序列分别代表什么基因？具有什么作用？操纵子由哪些基因构成？S：结构基因O：操纵基因P：启动子R：调节基因操纵子由结构基因、操纵基因、启动子和调节基因构成预习提问•真核生物的基因表达调控比原核生物复杂的原因是什么？1）必须对转录产生的mRNA进行加工2）转录和翻译在时间和空间上有分隔3）某些基因只能特异地在某些细胞中表达(细胞分化)一基因工程的基本内容•主要内容1）基因工程的概念2）基因操作的工具3）基因操作的基本步骤•什么叫基因工程？基因工程又叫基因拼接技术或DNA重组技术。该技术是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物。（一）基因工程的概念（一）基因工程的概念基因工程的别名操作环境操作对象操作水平基本过程结果基因拼接技术或DNA重组技术生物体外基因DNA分子水平人类需要的基因产物剪切→拼接→导入→表达实质基因重组•基因工程培育抗虫棉的简要过程：（一）基因工程的概念普通棉花(无抗虫特性)苏云金芽孢杆菌提取抗虫基因与运载体DNA拼接导入棉花细胞(含抗虫基因)棉花植株(有抗虫特性)•上述培育抗虫棉的关键步骤是什么？（一）基因工程的概念•基因工程培育抗虫棉的关键步骤：关键步骤一：抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内提取出来关键步骤二：抗虫基因与运载体DNA连接关键步骤三：抗虫基因导入受体(棉花)细胞•解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？（二）基因操作的工具关键步骤一的工具：关键步骤二的工具：关键步骤三的工具：基因的剪刀——限制性内切酶基因的针线——DNA连接酶基因的运载工具——运载体•基因的剪刀——限制性内切酶（简称限制酶）（二）基因操作的工具限制酶是在生物体(主要是微生物)内的一种酶，能将外来的DNA切断，由于这种切割作用是在DNA分子内部进行的，故名限制性内切酶。特点：特异性。即一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割DNA分子。•基因的剪刀——限制性内切酶（简称限制酶）（二）基因操作的工具大肠杆菌(E.coli)的一种限制酶能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。限制酶•基因的剪刀——限制性内切酶（简称限制酶）（二）基因操作的工具限制酶•什么叫黏性末端？（二）基因操作的工具被限制酶切开的DNA两条单链的切口，带有几个伸出的核苷酸，他们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。•要想获得某个特定性状的基因必须要用限制酶切几个切口？可产生几个黏性末端？（二）基因操作的工具要切两个切口，产生四个黏性末端。•如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶来切割，会怎样呢？会产生相同的黏性末端，然后让两者的黏性末端黏合起来，就似乎可以合成重组的DNA分子了。•基因的针线——DNA连接酶（二）基因操作的工具DNA连接酶可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来，这样一个重组的DNA分子就形成了。•外源基因(如抗虫基因)怎样才能导入受体细胞(如棉花细胞)？（二）基因操作的工具导入过程需要运输工具——运载体。•运载体的作用有哪些？作用一：作为运载工具，将外源基因(抗虫基因)转移到受体细胞(棉花细胞)中去。作用二：利用运载体在受体细胞(棉花细胞)内，对外源基因(抗虫基因)进行大量复制。•作为运载体必须具备哪些条件？（二）基因操作的工具1）能够在宿主细胞中复制并稳定地保存。2）具多个限制酶切点，以便与外源基因连接。3）具有某些标记基因，便于进行筛选。如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等。•基因的运载工具——运载体：（二）基因操作的工具常用的运载体主要有两类：1）细菌细胞质的质粒2）噬菌体或某些动植物病毒•质粒：（二）基因操作的工具质粒是染色体外能够进行自主复制的遗传单位，包括真核生物的细胞器和细菌细胞中核区外的DNA分子。现在习惯上用来专指细菌、酵母菌和放线菌等生物中核以外的DNA分子。质粒是基因工程最常用的运载体。绝大多数细菌质粒都是闭合环状DNA分子。有的一个细菌中有一个，有的一个细菌中有多个。•大肠杆菌的质粒：（二）基因操作的工具最常用的质粒是大肠杆菌的质粒，其中常含有抗药基因，如四环素的标记基因。质粒的存在与否对宿主细胞生存没有决定性作用，但复制只能在宿主细胞内成。•四个基本步骤：（三）基因操作的基本步骤1）提取目的基因2）目的基因与运载体结合3）将目的基因导入受体细胞4）目的基因的检测和表达•目的基因（三）基因操作的基本步骤目的基因是人们所需要转移或改造的基因。如苏云金芽孢杆菌的抗虫基因，还有植物的抗病（抗病毒、抗细菌）基因、种子贮藏蛋白的基因，以及人的胰岛素基因、干扰素基因等。•目的基因的提取方法（三）基因操作的基本步骤直接分离基因人工合成基因反转录法根据已知的氨基酸序列合成DNA：鸟枪法（三）基因操作的基本步骤•步骤一：目的基因的提取1）鸟枪法（散弹射击法）：用限制酶将供体细胞中的DNA切成许多片段，将这些片段分别载入运载体，然后通过运载体分别转入不同的受体细胞，让供体细胞提供的外源DNA的所有片段分别在各个受体细胞中大量复制（即扩增），从中找出含有目的基因的细胞，再利用一定发方法将目的基因的DNA片段分离出来。（三）基因操作的基本步骤•步骤一：目的基因的提取2）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。目的基因的mRNA单链DNA(cDNA)双链DNA(即目的基因)反转录合成（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基酸序列，推测出相应的信使RNA序列，然后按照碱基互补配对原则，推测出它的结构基因的核苷酸序列，再通过化学方法，以单核苷酸为原料合成目的基因。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推测推测目的基因化学合成（三）基因操作的基本步骤•上述三种目的基因提取的方法有何优缺点？优点缺点鸟枪法反转录法根据已知氨基酸合成DNA法操作简便广泛使用工作量大，盲目，分离出来的有时并非一个基因专一性强操作过程麻烦，mRNA很不稳定，要求的技术条件较高专一性最强仅限于合成核苷酸对较少的简单基因（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：2）PCR技术：对提取出来的基因进行核苷酸序列分析。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•步骤二：目的基因与运载体重组1）用一定的限制酶切割质粒，使其出现一个切口，露出黏性末端。2）用同一种限制酶切断目的基因，使其产生相同的黏性末端。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。（三）基因操作的基本步骤•步骤二：目的基因与运载体结合（三）基因操作的基本步骤•常用的受体细胞：有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞等。•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。•步骤三：目的基因导入受体细胞（三）基因操作的基本步骤1）将细菌用CaCl2处理，以增大细菌细胞壁的通透性。2）使含有目的基因的重组质粒进入受体细胞。3）目的基因在受体细胞内，随其繁殖而复制，由于细菌繁殖的速度非常快，在很短的时间内就能获得大量的目的基因。•步骤三：目的基因导入受体细胞（三）基因操作的基本步骤•步骤四：目的基因的检测和表达四环素抗性基因氨苄青霉素抗性基因不能，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。（三）基因操作的基本步骤•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。1）以下说法正确的是（）A、所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列B、质粒是基因工程中唯一的运载体C、运载体必须具备的条件之一是：具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接D、基因控制的性状都能在后代表现出来C练习2）不属于质粒被选为基因运载体的理由是A、能复制（）B、有多个限制酶切点C、具有标记基因D、它是环状DNAD练习3）有关基因工程的叙述中，错误的是（）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D、人工合成目的基因不用限制性内切酶A练习4）有关基因工程的叙述正确的是（）A、限制酶只在获得目的基因时才用B、重组质粒的形成在细胞内完成C、质粒都可作为运载体D、蛋白质的结构可为合成目的基因提供资料D练习5）基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的。在基因操作的基本步骤中，不进行碱基互补配对的步骤是（）A、人工合成目的基因B、目的基因与运载体结合C、将目的基因导入受体细胞D、目的基因的检测和表达C练习